超声波测量螺栓预紧力的简单原理

螺栓的作用在于紧固，可想而知预紧力（夹紧力）是最重要的测量参数。但预紧力又不像扭矩那样可以直接测得，只能通过间接的方式测得，测量方式也是五花八门，传统方式有应变片法、垫圈传感器法，而使用超声波来测量预紧力相比其他方法，确有不少优势，可以做到无损测量、真实测量、信息保存、成本节省。

既然有这么多好处，那超声波到底是如何实现预紧力测量的呢？

螺栓在自由状态下，内部不存在预紧力，而螺栓在紧固状态下，由于预紧力的作用，螺栓将发生形变，因此此时螺栓的变形量为ΔL，iBolt智能螺栓系统依据ΔL与预紧力F之间的数学关系，计算得到预紧力F，该数学关系如下：

其中，F为螺栓的预紧力；E为螺栓材质的弹性模量；S为螺栓截面积；ΔL为螺栓的变形量；L为螺栓副的装夹长度。依据公式，智能螺栓系统依据ΔL计算得到当前智能螺栓的预紧力F。

智能螺栓系统发射和接收超声波脉冲电信号、测量并计算发射和回波电信号之间时间差。（下图蓝色薄片为压电片，将电信号转换为超声波在螺栓内沿直线飞行）

螺栓在自由状态下，发射和接收电信号之间的时间差为T0，螺栓在紧固状态下，螺栓发射和接收电信号之间的时间差为T1，由此依据电信号收发时间差与螺栓的变形量的关系，得到螺栓的变形量ΔL，最终由智能螺栓系统依据ΔL并结合上文公式可得到当前状态下的智能螺栓的预紧力。智能螺栓系统测量原理示意图如下：

iBolt螺栓预紧力测量系统原理

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iBolt是一款国内自主研发具有自主知识产权的螺纹紧固件预紧力测量仪。自问世以来，iBolt在风电、高铁、汽车、航空、航天等领域得到了广泛的应用。已经成为高强度紧固系统开发和螺栓装配工艺制定必要设备。在产品安装阶段、保证紧固件达到设计预紧力；在产品运行阶段，可对紧固件预紧力进行监测。

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作为德国顶级紧固技术在中国的代言人，旨在通过引进最先进的紧固技术助推中国先进制造业的发展。兹懋是来自德国的KistlerRemscheid (原Schatz)、ECM Datensysteme、AFS先进连接技术研究所驻中国的全权代表机构。提供源自德国的螺纹紧固连接检测、校准、分析的仪器设备，以及提供紧固连接全寿命周期解决方案，其下的中德连接技术学院定期举办专业的紧固培训研讨会，深受业内好评。