螺栓預(yù)緊力、緊固軸力、軸向應(yīng)力、可以采用超聲波直接實(shí)時(shí)測量， 智能螺栓系統(tǒng)發(fā)射和接收超聲波脈沖電信號(hào)、測量并計(jì)算發(fā)射和回波電信號(hào)之間時(shí)間差，即聲時(shí)差。螺栓軸力超聲波測試儀廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、鐵路、風(fēng)力發(fā)電、核能等裝配測試領(lǐng)域，已經(jīng)成為螺栓緊固系統(tǒng)測試和制定螺栓裝配工藝必要檢測儀器，為螺栓產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)提供有力的保障，同時(shí)可以實(shí)時(shí)測試和監(jiān)控緊固軸力變化。為螺栓緊固系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行提供保證。

　　測試原理：

　　根據(jù)聲彈理論，固體中的應(yīng)力、軸力將引起聲速的變化，聲速變化比率與應(yīng)力、軸力呈線性關(guān)系。

　　嚴(yán)格地講，聲速變化比率與應(yīng)力、軸力的關(guān)系并非是完全線性的，而對工程應(yīng)用而言則可將這種關(guān)系看作是線性關(guān)系：

　?。╒s －Vo ）/Vo= ΔV/Vo=Kσ

　　聲速與應(yīng)力、軸力的關(guān)系曲線如下：

　　超聲波有個(gè)特性：超聲波傳遞到兩邊密度差異較大的界面時(shí)會(huì)反彈。

　　我們在螺栓頭部往桿部發(fā)出超聲波時(shí)開始計(jì)時(shí)，等到收到從桿端反彈回來的超聲波時(shí)再計(jì)時(shí)，計(jì)算時(shí)間差。超聲波的時(shí)間差代表了螺栓長度。

　　在螺栓自由狀態(tài)下，記錄一個(gè)原始時(shí)間差Ts，在螺栓擰緊過程中，超聲設(shè)備不停的發(fā)送超聲波信號(hào)并持續(xù)記錄時(shí)間差Tt ，螺栓伸長率=(Tt-Ts)/Ts。

　　超聲波在鋼鐵中的傳播速度跟材質(zhì)、溫度、密度、彈性模量、受力狀態(tài)等參數(shù)相關(guān)。

　　通常在鋼鐵中傳播速度大約在6000m/s左右，6000m/s = 0.006mm/ns，假設(shè)M6螺栓長度為1倍直徑=6mm。非受力狀態(tài)下，超聲波在螺栓中的傳遞時(shí)間為：

　　2倍*(6mm÷0.006mm/ns)=2000ns

　　當(dāng)螺栓發(fā)生0.2%非比例伸長時(shí)超聲波在螺栓中的傳遞時(shí)間為：

　　1.002*2倍*(6mm÷0.006mm/ns)=2004ns

　　超聲波信號(hào)的延時(shí)增加量為4納秒，因此只有超聲系統(tǒng)的飛行時(shí)間精度小于4ns我們才能準(zhǔn)確捕捉到0.2%非比例伸長。作為一款實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)并且有時(shí)需要在螺栓彈性段使用，這就要求超聲波系統(tǒng)的飛行時(shí)間精度更小。因?yàn)樵趶椥远纬暡ㄐ盘?hào)的延時(shí)更小。

　　彈性變形階段：

　　通過螺栓伸長率和螺栓的彈性模量，可“近似”推導(dǎo)出螺栓所受軸力。

　　缺點(diǎn)：由于彈性模量是在拉力機(jī)上以純拉受力狀態(tài)下測得的，而在實(shí)際裝配時(shí)除了軸向拉力，螺栓還受到扭矩轉(zhuǎn)換過來的剪切力。受力狀態(tài)并不完全相同。因此，該方式得到的力值為近似值。

　　塑性變形階段：

　　無法通過螺栓伸長率和螺栓的彈性模量推導(dǎo)軸力。

　　因此我們需要給螺栓動(dòng)態(tài)施加拉力，并在此過程中記錄螺栓所受軸力和超聲波信號(hào)，并建立一個(gè)超聲信號(hào)和軸力信號(hào)之間的一個(gè)比值關(guān)系。我們稱之為螺栓的“超聲波標(biāo)定”。

　　實(shí)物模擬擰緊相同特性的螺栓時(shí)，利用所測量的超聲信號(hào)和“超聲波標(biāo)定”時(shí)所獲得的超聲波和軸力的比值關(guān)系，反推出軸力數(shù)據(jù)。