德国创新 - 智能螺栓连接状态监测技术

螺栓连接具有可靠性高、承载能力强、拆卸方便等优点，是工程中应用最为广泛的连接方式之一。然而，螺栓连接结合部又是影响系统结构可靠性的薄弱环节。比如桥梁钢结构固定连接处的螺栓常年风水日晒，导致生锈、松动等现象，降低桥梁安全性。再如，诸多大型机械装备工作中往往存在低频往复振动，导致螺栓连接结合部出现预紧力下降，结合面松动、滑移、发出异响等现象。其最终结果就是系统的刚度降低、结构的完整性遭到破坏、振动加剧、能量耗散增加，进而影响结构的工作性能和安全可靠性。因此，科学准确地监测螺栓连接结构的连接状态，对于保证结构的安全性、避免重大安全事故具有重要意义。

德国IoT-COMMs研究中心目前开发了一种智能螺栓连接状态监测解决方案，可实现无线，能源自给自足的持续性监控。薄膜传感器可测量对螺栓连接的作用力以及安装现场环境温度的变化。螺栓通过标准化的mioty®无线低功耗广域网定期发送负载数据以进行控制。该解决方案的目的是对桥梁、脚手架、风力发电设备等实施能源自给自足的、持续性的长期监控。

基于弗劳恩霍夫镀层和表面技术研究所研发的DiaForce薄膜传感器系统，螺纹连接的紧固力和安装现场的温度将得到测量。传感器结构通过改变电阻来测量压力和温度变化的影响。压力变化可用于确定螺钉是否松动。在这里，对于温度的监测也是必要的，因为过高的环境问题会影响测量的数据。

通过mioty实现无线，安全的数据传输®

稳定的无线电系统用于将传感器数据和控制信息发送给网络结构。在物联网 (IoT) 时代，人与物之间可以智能地联网，从而催生了工业4.0和智慧城市的创新。

Fraunhofer IIS 机构开发的微型物联网传感器网络 (mioty®) 在成本效率、作用范围、传输安全性和电池寿命方面为无线数据传输领域树立了新标准。

该解决方案采用的是一种包含大量简易传感器节点和一个复杂接收器的非对称传输工艺。

只需一个接收器就能保证稳定传输大约一百万个发射器的数据。mioty® 的作用范围可达15公里，其能源效率高，电池寿命长达20年。

此外，螺栓在弗劳恩霍夫应用与集成安全研究所AISEC的防篡改FunkeyBox编程单元中进行了设置，并具有各自的钥匙。这意味着传感器数据在传输到基站或后端时是安全的，不会受到攻击。

特殊优势：通过能量收集实现自给自足的能源供应

得益于Fraunhofer IIS的能量收集技术，螺栓连接不需要外部能量供应。一个热传导发电机位于螺纹连接中，该发电机在最小的热影响情况下也可以产生电能，从而以能量自给的方式服务于传感器。作为替代方案，传感器和无线电也可以通过太阳能或者电池供能。

该解决方案是在弗劳恩霍夫研究中心IoT-COMM与弗劳恩霍夫研究所IIS，IST和AISEC合作的框架内开发的。IoT-COMM研究中心是弗劳恩霍夫卓越认知互联网技术集群CCIT计划的一部分。

目前，该解决方案正在寻找试点安装、集成商以及其他可能的合作。