【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业检测，具体涉及一种基于磁电效应螺栓应力传感器检测方法及结构。
技术介绍
1、螺栓是一种广泛应用的紧固件，大量应用于航空航天、船舶轮机、化工设备、能源等工业领域关键设备的紧固，螺栓作为连接两个或多个零件的重要部分，其应力状态是机械设计问题中重要的一部分。
2、现有技术公开申请号为cn202021616324.5，一种基于超声波的螺栓轴向应力测量装置。该技术可以得到螺栓在任意温度和任意预应力下的超声波测量规律，能够确定螺栓预应力和温度补偿效果的共同作用，应用于任意温度下的预紧力测量，不用在不同温度下进行重复标定。但该技术专利采用单一纵波方法，不是横纵波声时比方法，需精准测量螺栓在自动状态下的长度。
3、现有技术公开申请号为cn202110899485.2，一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测系统。该专利技术采用横波压电晶片和纵波压电晶片，上下结构叠加在一起，上面压电晶片产生的超声波需要穿透下面的压电的晶片再传导到螺栓中，下面压电晶片对上面压电晶片产生的超声波信号有干扰；另外其横波是通过压电晶片产生的，不是在螺栓端面产生的，需借助耦合剂将横波导入螺栓，而横波在液体中无法传播，其耦合剂的选择及效果会对其使用效果产生制约。
4、现有技术公开申请号为202010681870.5，电容式电磁超声横纵波换能器，本专利技术使被测试件成为电容的极板，利用电容极板间的静电力作用，直接在试件表面引发机械振动，以区别于常规超声技术利用耦合剂将传感器的振动传递至试件的方法。
5、现
6、现有技术公开申请号为cn202123313551.8，用于螺栓轴力测量的纵横波超声探头，包括纵横波晶片、磁环、阻尼块、纵横波电路板、同轴线缆、连接器、横波超声导线、纵波超声导线以及封装外壳，纵横波晶片包括横波晶片、绝缘层以及纵波晶片。绝缘层设置在横波晶片和纵波晶片之间，横波超声导线连接设置在横波晶片上，纵波超声导线连接设置在纵波晶片上，阻尼块连接设置在横波晶片、绝缘层以及纵波晶片上。纵横波晶片由横波晶片、绝缘层以及纵波晶片烧制而成，本专利技术采用纵横波晶片产生的纵波微弱不易穿透耦合剂，产生纵波困难。该专利采用压电晶片方式产生横波，没有解决横波无法穿透液态耦合剂的问题。
7、上述公开的现有技术，均未发现采用磁电效应方式产生横纵波测量螺栓应力。
8、鉴于上述因素，设计一种基于磁电效应螺栓应力传感器检测方法及结构，利用永磁体和发射线圈产生交变脉冲强磁场，在螺栓表面形成涡流，由洛伦兹力和磁致伸缩力，在螺栓表面产生机械振动，生成横波。同时磁电复合晶片在强脉冲交变磁场中，磁致伸缩相感受到沿预磁化方向的磁场时产生应变,该应变通过界面耦合传递到压电相,压电相由于压电效应产生沿极化方向的电势差，由压电效应产生纵波，纵波穿透保护层和耦合剂进入螺栓，克服永磁体和线圈产生纵波困难以及压电晶片产的横波无法穿透液态耦合剂的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于磁电效应螺栓应力传感器检测方法及结构，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现：一种基于磁电效应螺栓应力传感器检测方法，该方法基于磁电效应的螺栓应力传感器实现，具体包括以下步骤：
3、a、超声信号发射过程：
4、步骤1：螺栓应力传感器垂直贴于待测螺栓的自由端，利用永磁体和发射线圈产生交变脉冲强磁场，在待测螺栓表面形成涡流，由洛伦兹力和磁致伸缩力，在待测螺栓表面产生机械振动，生成横波；
5、步骤2：磁电复合晶片在强脉冲交变磁场中，磁致伸缩相感受到沿预磁化方向的磁场时产生应变,该应变通过界面耦合传递到压电相,压电相由于压电效应产生沿极化方向的电势差，由压电效应产生纵波，纵波穿透保护层和耦合剂进入螺栓；
6、b、超声信号接收过程：
7、步骤3：反射回来的横波引起待测螺栓断面横向振动，改变接收线圈的磁通密度，由感生电动势生产电信号；由于横波由于无法穿透液态耦合剂，磁电复合晶片接收不到横波，固反射的横波对磁电复合晶片没有影响；
8、其中，待测螺栓内第一次横波反射波时间，标记ts3，待测螺栓内第二次横波反射波时间，标记ts4；通过热电偶测量温度，计算横波声速校正系数tts；
9、反射回来的纵波穿过液态耦合剂传导到磁电复合晶片压电相，由于机械振动引起压电相沿极化方向的因压电效应产生电势差产，形成交变的电磁场，在接收线圈由感生电动势产生电信号；纵波垂直于接收线圈的机械振动，对接收线圈磁通密度影响小，对接收线圈引起的电信号幅值小于阀值，通过信号的幅值高度过滤掉该信号，固反射纵波只是通过磁电复合晶片转换为电信号；
10、其中，待测螺栓内第一次纵波反射波时间，标记tl1，待测螺栓内第二次纵波反射波时间，标记tl2；通过热电偶测量温度，计算纵波声速校正系数ttl；
11、步骤4：通过测量待测螺栓的超声横/纵波绝对声时比，根据标定后螺栓双波应力系数，计算螺栓应力；
12、横波与纵波都是由接收线圈接收，横波声速与纵波声速不同，采用分时方法可提取横波信号和纵波信号，同时横波信号和纵波信号在同一时间轴，提高检测信号的精度。
13、一种基于磁电效应螺栓应力传感器结构，包括壳体，所述壳体内有永磁体、发射线圈、接收线圈、阻尼绝缘层、磁电复合晶片、保护层；
14、发射线圈两端与发射电路正负极相连，接收线圈与接收电路正负极相连，磁电复合晶片的下端面与接收线圈负极相连接，上端面悬空；
15、永磁体、发射线圈、接收线圈、磁电复合晶片中心在同一条直线上，生成的横波、纵波主声轴重合，克服螺栓结构离散性偏差问题。
16、进一步地，所述发射线圈为圆形线圈，直径为20mm，厚度为0.3mm。
17、进一步地，所述接收线圈为圆形线圈，直径为25mm，厚度为0.3mm。
18、进一步地，所述磁电复合晶片由两层材料组成，上层为磁致伸缩相，下层为压电相，其中，磁致伸缩相磁化方向为轴向，压电相极化方向为轴向。
19、进一步地，所述磁致伸缩相材料为fega，直径为8mm，厚度为0.8mm；
20、压电相材料为pzt，直径为8mm，厚度为0.6mm，中心频率为5mhz。
21、进一步地，所述壳体内还包括热电偶，所述壳体与永磁铁、发射线本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于磁电效应螺栓应力传感器检测方法，其特征在于，该方法基于磁电效应的螺栓应力传感器实现，具体包括以下步骤：
2.一种基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)内有永磁体(2)、发射线圈(3)、接收线圈(4)、阻尼绝缘层(5)、磁电复合晶片(6)、保护层(7)；
3.根据权利要求2所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述发射线圈(3)为圆形线圈，直径为20mm，厚度为0.3mm。
4.根据权利要求2所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述接收线圈(4)为圆形线圈，直径为25mm，厚度为0.3mm。
5.根据权利要求2所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述磁电复合晶片(6)由两层材料组成，上层为磁致伸缩相，下层为压电相，其中，磁致伸缩相磁化方向为轴向，压电相极化方向为轴向。
6.根据权利要求5所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述磁致伸缩相材料为FeGa，直径为8mm，厚度为0.8mm；
7.根据权利要求6所述的基
8.根据权利要求7所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述壳体(1)外壁设置有接线插口(9)，接线插口(9)通过连接线与主机端(11)连接。
9.根据权利要求8所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述阻尼绝缘层(4)的厚度为0.1～0.5mm，其中，阻尼绝缘层(4)为胶和钨粉混合物。
10.根据权利要求9所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述磁电复合晶片(6)外端面设置有保护层(7)，其中，
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁电效应螺栓应力传感器检测方法，其特征在于，该方法基于磁电效应的螺栓应力传感器实现，具体包括以下步骤：
2.一种基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)内有永磁体(2)、发射线圈(3)、接收线圈(4)、阻尼绝缘层(5)、磁电复合晶片(6)、保护层(7)；
3.根据权利要求2所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述发射线圈(3)为圆形线圈，直径为20mm，厚度为0.3mm。
4.根据权利要求2所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述接收线圈(4)为圆形线圈，直径为25mm，厚度为0.3mm。
5.根据权利要求2所述的基于磁电效应螺栓应力传感器结构，其特征在于：所述磁电复合晶片(6)由两层材料组成，上层为磁致伸缩相，下层为压电相，其中，磁致伸缩相磁化方向为轴向，压电相极化方向为轴向。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢涛，吴振，洪金龙，孙光启，
申请(专利权)人：哈尔滨长川超声仪器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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