[1]张华明,王庆领.基于声弹性效应与温度补偿的高强螺栓轴力监测系统[J].机械与电子,2025,(11):40-46.
　ZHANG Huaming,WANG Qingling.Axial Force Monitoring System for High-strength Bolts Based on Acoustoelastic Effect and Temperature Compensation[J].Machinery & Electronics,2025,(11):40-46.
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基于声弹性效应与温度补偿的高强螺栓轴力监测系统()
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《机械与电子》[ISSN:1001-2257/CN:52-1052/TH]

卷:
期数:
2025年11期
页码:
40-46
栏目:
自动控制与检测
出版日期:
2025-11-24

文章信息/Info

Title:
Axial Force Monitoring System for High-strength Bolts Based on Acoustoelastic Effect and Temperature Compensation
文章编号:
1001-2257 ( 2025 ) 11-0040-07
作者:
张华明 1 ; 王庆领 2
1. 中广核风电有限公司,北京 100071 ;?
2. 东南大学自动化学院,江苏 南京 210096
Author(s):
ZHANG Huaming1 ;  WANG Qingling2
( 1.China General Nuclear Wind Power Co. , Ltd. , Beijing 100071 , China ;
2.School of Automation , Southeast University , Nanjing 210096 , China )
关键词:
声弹性效应; 螺栓轴力; 电磁超声; 单波法
Keywords:
acoustoelastic effect ;  bolt axial force ;  electromagnetic acoustic transducer ;  single-wave method
分类号:
TP391 ;TB559
文献标志码:
A
摘要:
为实现风电塔筒高强螺栓轴力的在线高精度测量,设计并实现了一套集成电磁超声换能器( EMAT )、多通道同步采集与温度补偿算法的非接触智能监测系统。系统融合单波法声弹性原理与一阶温度修正模型,构建了螺栓轴力与纵波飞行时间差的定量关系,并通过平台化集成实现自动搜波、声时提取与可视化分析功能。试验方面,开展了加载与温控标定试验,验证了系统在复杂工况下的测量稳定性与补偿精度。结果表明,轴力与飞行时间差呈良好线性关系( R2 >0.995 ),温度补偿后误差由最高 86.7% 降至 3% 以内。该系统具备良好的工程适应性与推广价值,可为风电结构连接件的长期健康监测提供可靠支撑。
Abstract:
To achieve high-precision online measurement of axial force in high-strength bolts of wind turbine towers , this paper designs and implements a non-contact intelligent monitoring system integrating electromagnetic acoustic transducer ( EMAT ), multi channel synchronous acquisition , and a temperature compensation algorithm.The system combines the acoustic elasticity principle of the single wave method with a first order temperature correction model to establish a quantitative relationship between bolt axial force and longitudinal wave time-of-flight ( TOF ) difference.Through integrated software , it realizes automatic wave detection , TOF extraction , and visual analysis.Experiments , including stepwise loading and temperature controlled calibration , verify the system ’ s measurement stability and compensation accuracy under complex conditions.Results demonstrate a strong linear correlation between axial force and TOF difference ( R2 >0.995 ), and the measurement error is reduced from a maximum of 86.7% to within 3% after temperature compensation.The system exhibits excellent engineering adaptability and application potential , offering reliable support for long-term structural health monitoring of wind power bolted joints.

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备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期: 2025-07-16
基金项目:江苏省自然科学基金资助项目( BK20221455 )
作者简介:张华明 ( 1987- ),男,北京人,工程硕士,工程师,研究方向为机械工程设计、风电运维,通信作者, E mail : 1474451216@qq.com ;王庆领 ( 1982- ),男,河南开封人,教授,博士研究生导师,研究方向为多智能体分布式控制与优化、机器人控制、智能博弈与强化学习。
更新日期/Last Update: 2025-12-12