德国传感器技术：来自太空的超声波负载测量技术

螺栓预紧力测量是工业中普遍存在又亟需解决的一个共性问题；在航空航天、风力发电、核电阀门、发电厂等工业领域的一些关键设备，都有螺栓预紧力测量的需要。德国Intellifast公司利用空间传感技术，研发出一种内置传感器的螺栓。其可以感应并测量螺栓空间内的压力，精确地确定栓接深度，了解当前的连接状况，使部件连接更加稳固、可靠。

该公司的技术最早源于90年代初期为火星探路者号研发的超声波预载测量技术

预紧力长期以来都是通过紧固件安装扭矩來控制的，目前该方法应用最广泛的是在工程钢结构安装、汽车装配、风力发电安装等领域。然而该方法存在两点问题：一是由于各个螺栓螺纹面或螺帽接触面的摩擦因素的离散性，致使转矩系数离散，即使施拧同一转矩，轴向应力也会有很大的离散，同时由于施工人员素质、 施工器具以及施工管理等方面的原因，欠拧和超拧的现象难以完全避免；二是，安装以及定期维护只能进行一次性控制，对于安装后由于机构本身变形引起的夹紧力失效，以及机构长期运作过程中的振动、腐蚀等工作环境引起的夹紧力失效无法进行监控。未来在离岸风力发电之维护成本非常昂贵，部件失效后造成的损失以及维修成本不是更换一个螺栓那么简单。

目前比较热门的解决方案之一是超声波。固体介质在超声纵波传播方向上的应力变化会引起纵波声速的相应变化，该原理称为声弹性原理，声速与应力有相应的关系函数。实际应用中通常通过超声波渡越时间和长度的测量來计算声速。由于应力的存在，不仅声速变化导致声时变化， 材料应力以及温度的变化均会引起材料长度变化而导致声时变化。因此实际研究中不得不同时考虑材料应力、温度对声速和长度的影响。

目前德国最前瞻的技术源于intellifast公司的PMTS技术，通过仪器或探头与螺栓顶面接触，运用超声波直接读取螺栓的当前夹紧力。