一种水电站螺栓监测装置、方法及电子设备

技术领域

本发明涉及计算机在线处理领域，具体涉及一种水电站螺栓监测装置、方法及电子设备。

背景技术

螺栓是水电站机组设备最关键的部件之一，一旦螺栓发生断裂，可能会造成不同程度的后果。因此，螺栓一直是水电站重要的金属受监部件，目前，螺栓裂纹检测最常用的检测方法有传统超声检测、磁粉检测和渗透检测三种无损检测方法，而这三种无损检测方法的检测条件均需要螺栓在拆卸的状态下进行，然而水电站的螺栓种类和数量很多，少部分螺栓在机组小修期间会被拆卸下来，而大部分螺栓则需要在机组大修解体期间才会被拆卸，由于裂纹检测条件的限制，水电站很多螺栓裂纹检测周期间隔较长，导致无法及时掌握螺栓的疲劳裂纹情况，对水电站机组安全运行构成很大的威胁。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种水电站螺栓监测装置、方法及电子设备，解决了现有的螺栓裂纹检测方法中存在检测条件苛刻，检测周期间隔长的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种水电站螺栓监测装置，包括：检测探头、超声成像检测仪以及中心监控设备，其中，

所述检测探头安装于水电站的待测螺栓上，用于采集所述待测螺栓的状态数据；

所述检测探头与所述超声成像检测仪连接，用于将所述状态数据发送至所述超声成像检测仪；

所述超声成像检测仪用于对接收的所述状态数据进行处理，并将处理后的数据与预设预警值进行比较，确定预警结果；

所述中心监控设备用于接收所述预警结果，并根据所述预警结果确定对应待测螺栓的检测预警信号。

本发明实施例提供的水电站螺栓监测装置，实现远程实时在线监测水电站螺栓裂纹状况，填补了水电站螺栓裂纹在线监测技术的空白，对提高水电站设备管理水平起到非常重要的作用。一旦水电站螺栓出现裂纹缺陷，会及时发出报警信号，有效避免水电站因螺栓断裂造成机组非停、水淹厂房等事故的发生；可促进水电站机组状态检修评估水平的提高，同时，还可促进水电站无人值班管理水平的提高，成为水电站设备监测的主要监测装置之一，并为进一步实现智慧电厂打下良好的基础。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述检测探头由多个预设方向的压电晶片构成，其中，

所述压电晶片的尺寸及多个所述压电晶片间的距离根据所述待测螺栓的基本参数进行确定，用于采集所述待测螺栓的状态数据；

所述检测探头通过安装底座固定安装在所述待测螺栓的端头上，并通过数据线与所述超声成像检测仪连接。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述基本参数包括：所述待测螺栓的型号、尺寸及预设裂纹位置确定。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述超声成像检测仪，包括：

多个通道接口，用于连接多个所述检测探头；

每个所述通道接口对应所述超声成像检测仪的模块，各个所述模块控制对应的一个方向上的所述压电晶片，以确定所述压电晶片扫查灵敏度、扇扫角度以及所述预设预警值；

各个所述模块中的检测模块用于根据所述状态数据绘制所述检测探头的裂纹曲线，并利用所述预设预警值确定预警结果。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，所述装置，还包括：传感器，其中，所述传感器与所述超声成像检测仪的信号输出接口连接，用于接收所述预警结果。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述装置，还包括：数据库服务器，其中，

所述传感器的信号输出端口与所述数据库服务器连接，用于接收所述传感器发送的所述预警结果；

所述数据库服务器的存储模块用于存储所述预警结果，并通过所述数据库服务器的第一信号输出端口连接所述中心监控设备。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述装置，还包括：移动终端，所述移动终端与所述数据库服务器的第二信号输出端口通过网线连接，用于接收各个所述待测螺栓的状态数据以及预警结果，以确定对应待测螺栓的检测预警信号。

根据第二方面，本发明实施例提供的水电站螺栓监测方法，包括：获取待测螺栓的状态数据以及预设预警值；

对所述状态数据进行处理，通过对比处理后的状态数据以及所述预设预警值，确定预警结果；

根据所述预警结果确定对应的待测螺栓的检测预警信号。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第二方面所述的水电站螺栓监测方法。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第二方面所述的水电站螺栓监测方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的水电站螺栓监测装置的示意图；

图2是根据本发明优选实施例的水电站螺栓监测装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的水电站螺栓监测方法的流程图；；

图4是本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

螺栓是水电站机组设备最关键的部件之一，一旦螺栓发生断裂，可能会造成不同程度的后果，重者，会导致例如水淹厂房等严重后果。因此，螺栓一直是水电站重要的金属受监部件，人们通过各种技术手段对螺栓进行检测，排查裂纹缺陷，避免螺栓疲劳失效导致各类事故的发生。目前，螺栓裂纹检测最常用的检测方法有传统超声检测、磁粉检测和渗透检测三种无损检测方法，而这三种无损检测方法的检测条件均需要螺栓在拆卸的状态下进行，换而言之，水电站螺栓裂纹检测一般是在机组检修期间螺栓在拆卸的状态方可开展。水电站的螺栓种类和数量很多，少部分螺栓在机组小修期间会被拆卸下来，而大部分螺栓则需要在机组大修解体期间才会被拆卸，因此，只有少部分螺栓在每年机组小修期间具备裂纹检测条件，而大部分螺栓则需要在机组大修期间才具备裂纹检测条件。由于裂纹检测条件的限制，水电站很多螺栓裂纹检测周期间隔较长，导致无法及时掌握螺栓的疲劳裂纹情况，对水电站机组安全运行构成很大的威胁。国内外都曾发生过水电站因螺栓断裂导致严重的事故后果，可见，水电站螺栓裂纹及时检测的重要性。同时，随着社会和科技的发展，国内水电站逐渐推行状态检修和无人值班，并逐步向智慧电厂的方向发展，这对水电站螺栓裂纹检测的要求就更高了，显然，水电站螺栓裂纹在线监测是非常重要和必要的。

传统超声检测由于探头声束角度单一，容易漏检，降低检测可靠性，而且在检测螺栓裂纹过程中需要前后、左右挪动探头才能对整根螺栓进行较全面的扫查。随着无损检测技术的不断发展，在工业领域中，近年来也发明了一门新的超声检测技术，这种检测技术便是相控阵超声成像检测技术。相控阵超声成像检测是通过对各阵元发出声束有序叠加，可以灵活地生成偏转及聚焦声束，不需要更换探头即可完成对关心区域的高分辨率检测，且其特有的线性扫查、扇形扫查、动态聚焦等独特的工作方式，可在不移动或少移动探头的情况下对零件进行高效率的检测。相比传统超声检测，相控阵超声成像检测的声束更灵活、检测速度更快、分辨率更高、缺陷检出率更高、更适用于形状复杂的零部件检测。如今，相控阵超声成像检测技术在工业各领域中的研究使用也越来越多，其中就包括对螺栓的检测。相控阵超声成像检测技术可利用扇形声束扫描确保声场对螺栓的全部覆盖，采用多角度扫查更利于发现缺陷，还能通过改变聚焦深度提高检测区域的分辨力及信噪比，并且通过图像显示和波形显示相结合的方式，能更好地辨别缺陷波和干扰波。

本实施例中，相比传统超声检测，利用现有的相控阵超声成像检测技术不但大大的提高了螺栓裂纹的检出率，而且解决了在检测过程中需要前后挪动探头的问题。但是，现有的相控阵超声成像检测技术设备也有一定的不足，不能直接应用于螺栓裂纹在线监测。它的不足之处有：1.现有的相控阵超声成像检测仪只有一个通道，只能连接一个探头，检测时每次只能检测一个试样，无法同时检测多个试样；2.现有的探头只有一个方向上的压电晶片，当探头固定在螺栓上不移动时，只能检测螺栓一个方向上的区域，无法同时检测螺栓多个方向上的区域，对螺栓存在很多漏检区域；3.现有的相控阵超声成像检测系统只有一个数据通道和模块，不能满足连接多个探头多点检测的操作使用要求；4.现有的相控阵超声成像检测技术设备是由相控阵超声成像检测仪和探头组成，只能现场操作和观测，不能远程操作和观测。

在本实施例中还提供了一种水电站螺栓监测装置，如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

在本实施例中提供了一种水电站螺栓监测装置，如图1所示，该装置包括：检测探头1、超声成像检测仪2以及中心监控设备3，其中，

检测探头1安装于水电站的待测螺栓4上，用于采集待测螺栓4的状态数据，其中检测探头1为专用探头；检测探头1与超声成像检测仪2连接，用于将状态数据发送至超声成像检测仪2，本实施例中超声成像检测仪2的新型相控阵超声成像检测仪2，需要说明的是，本实施例仅以上述新型相控阵超声成像检测仪2为例进行说明，可以根据实际情况进行选择，本实施例并不以此为限。

本实施例中的超声成像检测仪2用于对接收的状态数据进行处理，并将处理后的数据与预设预警值进行比较，确定预警结果；中心监控设备3用于接收预警结果，其中上述中心监控设备3为集控中心监控系统，此中心监控设备3根据预警结果确定对应待测螺栓4的检测预警信号。

本实施例提供的水电站螺栓监测装置，实现远程实时在线监测水电站螺栓裂纹状况，填补了水电站螺栓裂纹在线监测技术的空白，对提高水电站设备管理水平起到非常重要的作用。一旦水电站螺栓出现裂纹缺陷，会及时发出报警信号，有效避免水电站因螺栓断裂造成机组非停、水淹厂房等事故的发生；可促进水电站机组状态检修评估水平的提高，同时，还可促进水电站无人值班管理水平的提高，成为水电站设备监测的主要监测装置之一，并为进一步实现智慧电厂打下良好的基础。

在另一实施例中，还提供了一种水电站螺栓监测装置，如图2所示：

此水电站螺栓监测装置种的检测探头1(专用探头)由多个预设方向的压电晶片构成，其中，压电晶片的尺寸及多个压电晶片间的距离根据待测螺栓4的基本参数进行确定，用于采集待测螺栓4的状态数据；检测探头1通过安装底座固定安装在待测螺栓4的端头上，并通过数据线与超声成像检测仪2连接。

其中，基本参数包括：待测螺栓4的型号、尺寸及预设裂纹位置确定。也就是专用探头是根据待测螺栓4的材质、规格型号及结构特征量身制定，它由多个方向的压电晶片构成，压电晶片的尺寸及压电晶片组之间的距离根据待测螺栓4的规格尺寸及疲劳裂纹易形成部位(螺纹根部接合面附近一至三道螺纹)确定，专用探头通过安装底座固定安装在待测螺栓4的端头上，并通过数据线与新型相控阵超声成像检测仪2连接。

本实施例中的超声成像检测仪2(新型相控阵超声成像检测仪2)，包括：多个通道接口，用于连接多个检测探头1；每个通道接口对应超声成像检测仪2的模块，各个模块控制对应的一个方向上的压电晶片，以确定压电晶片扫查灵敏度、扇扫角度以及预设预警值；各个模块中的检测模块用于根据状态数据绘制检测探头1的裂纹曲线，并利用裂纹曲线与预设预警值进行比较确定预警结果。

新型相控阵超声成像检测仪2具有多个通道接口，可与多个专用探头连接，新型相控阵超声成像检测仪2检测系统具有多个模块，一个模块对应一个通道，即一个模块控制一个专用探头，而每个模块又有多个独立的操作窗口，每个操作窗口控制专用探头一个方向上的压电晶片，通过操作窗口可设置例如扫查灵敏度、扇扫角度、报警值等参数，还可利用螺栓裂纹检测试块绘制专用探头的裂纹检测曲线等操作，当螺栓裂纹监测数据超过报警值时，新型相控阵超声成像检测仪2即刻自动发出报警信号，新型相控阵超声成像检测仪2上还有一个信号输出接口。

具体地，本实施例中的水电站螺栓监测装置，还包括：传感器、数据库服务器以及移动终端，其中，传感器与超声成像检测仪2的信号输出接口连接，用于接收预警结果。传感器的信号输出端口与数据库服务器连接，用于接收传感器发送的预警结果；数据库服务器的存储模块用于存储预警结果，并通过数据库服务器的第一信号输出端口连接中心监控设备3。其中移动终端与数据库服务器的第二信号输出端口通过网线连接，用于接收各个待测螺栓4的状态数据以及预警结果，以确定对应待测螺栓4的检测预警信号。

传感器的信号输入端口与新型相控阵超声成像检测仪2信号输出接口连接，信号输出端口与数据库服务器连接，它负责将新型相控阵超声成像检测仪2内的信号传输到数据库服务器。数据库服务器是本实施例中的水电站螺栓监测装置的数据服务中心，它具有数据存储、处理等功能，数据库服务器上的一个信号输出端口与集控中心监控系统信号输入端口连接，另一个信号输出端口通过网线与互联网连接，互联网技术与智能手机App(移动终端)无线连接。集控中心监控系统(中心监控设备3)是在本实施例对应的装置的其中一个终端设备，通过集控中心监控系统可以实时在线监测各受监测螺栓的裂纹状况数据，也可以查看各受监测螺栓裂纹状况的历史数据，当螺栓裂纹监测数据超过报警值时，集控中心监控系统即刻自动发出报警信号。

智能手机是在线监测系统的另一个终端设备，利用智能手机App通过互联网技术可实时在线监测各受监测螺栓的裂纹状况数据，也可以查看各受监测螺栓裂纹状况的历史数据，当螺栓监测数据超过报警值时，智能手机即刻自动发出报警信号。

本实施例的工作原理是：按照一个专用探头对应一根螺栓的规则，将多个专用探头分别固定安装在各受监测的水电站螺栓端头部位，各专用探头分别与新型相控阵超声成像检测仪2上的各通道接口连接，新型相控阵超声成像检测仪2检测系统具有多个模块，一个模块对应一个通道，通过各模块操作窗口设置和绘制与其对应的各通道上专用探头的关键参数和裂纹检测曲线，通过检测系统控制专用探头各方向上的压电晶片发射和接收超声波，对螺栓裂纹监测重要部位进行电子扫查、波束偏转扫查和变深度聚焦扫查，新型相控阵超声成像检测仪2通过传感器将各螺栓裂纹检测扫查数据传输至数据库服务器，数据库服务器再将数据传输至集控中心监控系统或通过互联网+5G技术将数据传输至智能手机，在集控中心监控系统或智能手机上可实时在线监测各受监测螺栓的裂纹状况数据，也可以查看各受监测螺栓裂纹状况的历史数据。当螺栓监测数据超过报警值时，新型相控阵超声成像检测仪2、集控中心监控系统、智能手机均即刻自动发出报警信号。

本实施例由专用探头、新型相控阵超声成像检测仪2、传感器、数据库服务器、集控中心监控系统、互联网+5G技术和智能手机组成。在集控中心监控系统或智能手机上可实时在线监测各受监测螺栓的裂纹状况数据，也可以查看各受监测螺栓裂纹状况的历史数据，当螺栓监测数据超过报警值时，新型相控阵超声成像检测仪2、集控中心监控系统、智能手机均即刻自动发出报警信号。而市场上现有的相控阵超声成像检测技术设备是由相控阵超声成像检测仪2和探头组成，只能现场操作，不能远程监测。

专用探头是根据待测螺栓4的材质、规格型号及结构特征量身制定，它由多个方向的压电晶片构成，压电晶片的尺寸及压电晶片组之间的距离根据待测螺栓4的规格尺寸及疲劳裂纹易形成部位(螺纹根部接合面附近一至三道螺纹)确定。而市场上现有的探头只有一个方向上的压电晶片，当探头固定在螺栓上不移动时，只能检测螺栓一个方向上的区域，无法同时检测螺栓多个方向上的区域，对螺栓存在很多漏检区域

新型相控阵超声成像检测仪2具有多个通道接口，可连接多个探头，同时对多个试样进行检测，另外还有一个信号输出接口，可将新型相控阵超声成像检测仪2内的数据实时输出。而市场上现有的相控阵超声成像检测仪2只有一个通道，只能连接一个探头，检测时每次只能检测一个试样。

新型相控阵超声成像检测仪2的检测系统具有多个模块，一个模块对应一个通道，即一个模块控制一个探头，而每个模块又有多个独立的操作窗口，每个操作窗口控制探头一个方向上的压电晶片，通过操作窗口可设置例如扫查灵敏度、扇扫角度、报警值等参数，还可利用螺栓裂纹检测试块绘制裂纹检测曲线等操作；它还有自动报警功能，当检测数据超过报警值时即刻自动发出报警信号。而市场上现有的相控阵超声成像检测系统只有一个数据通道和模块，不能满足连接多个探头多点检测的操作使用要求。

本实施例提供的水电站螺栓监测装置，实现了远程实时在线监测水电站螺栓裂纹状况，填补了水电站螺栓裂纹在线监测技术的空白，对提高水电站设备管理水平起到非常重要的作用。一旦水电站螺栓出现裂纹缺陷，会及时发出报警信号，有效避免水电站因螺栓断裂造成机组非停、水淹厂房等事故的发生；可促进水电站机组状态检修评估水平的提高，同时，还可促进水电站无人值班管理水平的提高，成为水电站设备监测的主要监测装置之一，并为进一步实现智慧电厂打下良好的基础。

目前，螺栓裂纹检测最常用的检测方法主要有传统超声检测、磁粉检测和渗透检测三种无损检测方法，其中传统超声检测方法使用最多，但是以上这几种检测方法均需要螺栓在拆卸的状态下方可进行。近年来，在工业领域中发明了一门新的超声检测技术，这种检测技术便是相控阵超声成像检测技术，可在不移动或少移动探头的情况下对零件进行高效率的检测，检测效果优于传统超声检测，可用于螺栓裂纹检测。但目前对螺栓裂纹在线监测技术的研究很少。

在另一实施例中，还提供了一种水电站螺栓监测方法，图3是根据本发明实施例的水电站螺栓监测方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

S11，获取待测螺栓的状态数据以及预设预警值。

具体地，上述步骤S11的实现方式详细参见上述装置中的相应部分。

S12，对状态数据进行处理，通过对比处理后的状态数据以及预设预警值，确定预警结果。

具体地，上述步骤S12的实现方式详细参见上述装置中的相应部分。

S13，根据预警结果确定对应的待测螺栓的检测预警信号。

本实施例中，上述步骤S13的实现方式详细参见上述装置中的相应部分。

本实施例中提供的一种水电站螺栓监测方法，实现远程实时在线监测水电站螺栓裂纹状况，填补了水电站螺栓裂纹在线监测技术的空白，对提高水电站设备管理水平起到非常重要的作用。一旦水电站螺栓出现裂纹缺陷，会及时发出报警信号，有效避免水电站因螺栓断裂造成机组非停、水淹厂房等事故的发生；可促进水电站机组状态检修评估水平的提高，同时，还可促进水电站无人值班管理水平的提高，成为水电站设备监测的主要监测装置之一，并为进一步实现智慧电厂打下良好的基础。

本发明实施例还提供一种电子设备，请参阅图4，图4是本发明可选实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：至少一个处理器601，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口603，存储器604，至少一个通信总线602。其中，通信总线602用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口603可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口603还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器604可以是高速RAM存储器(RandomAccess Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器604可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器601的存储装置。其中处理器601可以结合图1所描述的装置，存储器604中存储应用程序，且处理器601调用存储器604中存储的程序代码，以用于执行上述任一方法步骤。

其中，通信总线602可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线602可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器604可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固态硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器604还可以包括上述种类的存储器的组合。

其中，处理器601可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。

其中，处理器601还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complexprogrammable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。

可选地，存储器604还用于存储程序指令。处理器601可以调用程序指令，实现如本申请图实施例中所示的水电站螺栓监测方法。

本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的水电站螺栓监测方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。