用无源无线的方式监测螺栓预紧力

螺栓是机械结构中最常见的连接件之一，被誉为“工业之米”。它不仅广泛应用于各类工程设备和设施中，还承担着重要的安全保障作用。然而，螺栓的失效常常引发严重事故，其主要失效模式包括预紧力过大导致断裂，以及初装预紧力不足或交变载荷作用下预紧力松弛引发的松动或疲劳断裂。因此，如何高效、准确地监测螺栓的预紧力成为一项重要课题。

近年来，希盟泰克研发的一项无源无线物联网技术被应用于螺栓预紧力监测，提供了一种高效、低成本且不损伤结构的解决方案。

（用无源无线的方式监测螺栓预紧力  图源：摄图网）

无源无线螺栓预紧力监测的原理

无源无线物联网技术无需电池或布线，依赖外界能量（如射频或微波）供电，完成传感、数据采集与传输。

1. 传感与数据采集

螺栓监测系统通过在垫片中嵌入无源传感器，将垫片变成一个具备感知能力的“智能垫片”。这些传感器可以感知垫片承受的压力变化，从而推算出螺栓的实际预紧力。

2. 数据传输与分析

传感器采集到的压力数据通过无线方式传输到基站，随后基站将数据上传至管理平台进行分析和可视化处理，实现对螺栓预紧力的实时监测与报警。

无源无线技术的优势

相比传统监测技术（如测力螺栓和超声波监测），无源无线物联网技术在以下方面具备显著优势：

免布线设计

无需为传感器布线，安装简单，适合螺栓数量多、分布广的场景。

非破坏性监测

传感器嵌入垫片中，无需对螺栓进行结构性修改，避免削弱螺栓强度。

高兼容性

传感垫片的厚度和强度与常规垫片一致，可直接替换现有垫片，且不影响螺栓的正常功能。

实时监测与远程管理

通过无线传输，数据可实时更新，并在管理平台实现远程监测、历史数据分析和异常报警。

应用场景

无源无线螺栓预紧力监测在多个领域展现出广阔的应用前景：

工业设备

在轨道交通、车间机械设备、大型工程机械中，实时监测螺栓状态，保障运行安全。

基础设施

在桥梁、隧道、水利工程中，监测关键连接部位的预紧力，预防结构失效。

能源行业

适用于核电站、风电场等场景中高强度螺栓的预紧力监控，减少维护成本。

航空与军工

监控飞机、航天器和军工设备中的重要螺栓，确保其在极端环境下的可靠性。

（用无源无线的方式监测螺栓预紧力  图源：摄图网）

随着无源无线物联网技术的不断成熟，其在螺栓预紧力监测中的应用将更加广泛：

能量采集效率提升

优化能量采集技术，使设备在能量有限的环境中依然能稳定运行。

数据分析智能化

利用人工智能对数据进行深度挖掘，进一步提高监测准确性与故障预测能力。

行业标准化

制定统一的技术标准，推动该技术在多个行业的规模化推广。

无源无线物联网技术为螺栓预紧力监测提供了一种创新的解决方案，其低成本、高效性和非破坏性特点，解决了传统方法中布线复杂、结构易损等问题。随着技术的持续发展，无源无线螺栓监测有望成为保障工业设备和基础设施安全的重要工具，在轨道交通、能源、航空等行业发挥更大的作用。