一、项目背景

风力发电机组长期暴露于复杂工况（强风、振动、温差大），螺栓连接部位易因疲劳、腐蚀或瞬时载荷导致松动，可能引发叶片失衡、塔筒倾斜甚至倒塌等重大事故。传统人工巡检存在效率低、滞后性强的问题。

本方案采用森瑟科技D401超声波螺栓松动传感器，结合物联网与数据分析技术，实现螺栓状态的实时监测、预警及健康管理，提升机组运行安全性和维护效率。 

二、设计原理

测量原理：通过RS485 接口输出 TOF 飞行时间数据，可计算出螺栓的精确长度，数据刷新频率为 10Hz。每个控制盒可同时测量 8 通道螺栓长度，每通道测量范围为 15cm ~80cm，飞行时间测量范围 50~270uS，每通道飞行时间随机误差(读数 10 次方差) ±2 nS，每通道飞行时间精度(读数 10 次平均值) ±10 nS。

D401 主要电气参数：

1 、供电电压：DC24V±10%；

2 、输出接口：RS485（详见 D401-modbus 协议）;

3 、工作电流：<100mA（包含 8 通道超声波传感器和 1 通道温度传感器）；

4 、工作温度：-40~85℃。 

三、系统组成

D401 螺栓力传感器包括如下组成部分：

1、8 通道超声波信号控制盒 D401C-8-B

2、超声波探头 D401FS-Mxx-L

3、温度探头 D401T-L

4、电源/通讯线缆 18T-L

5、电源/通讯线缆 18T-L-M12

一个控制盒可接入多达 8 个超声波探头和 1 个温度探头

支持控制盒间级联，理论最大容量为 128 个控制盒 

 四、安装与部署

目标螺栓选择

优先监测关键部位：塔筒法兰连接螺栓、叶片变桨轴承螺栓、机舱底座螺栓。

每个监测点覆盖3~5颗螺栓，形成冗余数据对比。

传感器超声波探头 D401FS 及安装使用

D401FS 螺栓力监测传感器探头，是螺栓力监测传感器的信号发生检测部件，是整个螺栓力监测传感器的核心部分，安装质量的好坏，关系到整个传感器系统的正常与否。以下为两类超声波探头。

D401FS-Mag-L

1）螺栓两端均可安装，如安装端面有字迹或较大程度凹凸不平，需打磨平整，并进行清洁处理，去除油污或铁屑、灰尘等。

2）使用我司提供的耦合剂，均匀涂抹在螺栓安装端面上。

3）将 D401FS-Mag-L 超声波探头陶瓷面与端面压紧，确保陶瓷面与端面之间耦合剂填充，没 有气体间隙，探头陶瓷面尽可能位于螺栓端面中心位置。探头磁吸紧吸螺栓端面。

D401FS-Mxx-L

D401FS-Mxx-L超声波探头，适用于检测直径 M36 、M39 或 M42 以上，端面有凹坑的螺栓。使用时如下安装：

1）在安装探头陶瓷片之前，先将被测螺栓端面擦拭干净，不要有油污或铁屑、灰尘 等，螺栓端面有凹下的字迹不影响测试，如有凸起则需打磨平整。

2）使用我司提供的耦合剂，涂抹在螺栓安装端面。

涂抹耦合剂在 D401FS 陶瓷环上（螺栓上不需再涂耦合剂），涂抹时耦合剂尽量均匀，将陶瓷环 镀层完全覆盖。耦合剂涂抹时需有一定厚度，约≥0.5mm。

3 ）涂抹好耦合剂之后，将D401FS 陶瓷环对应放置在螺栓端面上，然后使用配套螺 母锁紧、将陶瓷片与螺栓端面压紧即可。拧紧时扭矩约 2~4N·m，不宜过大。片与螺栓端面压紧即可。拧紧时扭矩约 2~4N·m，不宜过大。

请注意：

1）由于D401FS 陶瓷环面积较大且比较薄，容易碎裂，安装过程中不要 用力按压或撞击陶瓷环。

2)   安装螺母时，拧紧扭矩约 2~4N·m  为宜，扭力过大拧太紧可能导致陶瓷 环碎裂产品失效。

 D401T-L

D401T-L 温度探头可以实时检测被测螺栓温度情况，便于用户分析或处理当前温 度下超声波探头测试数据。

控制盒 D401C-8-B 与探头 D401FS 和温度传感器 D401T 的连接

 D401C 控制盒带有 9 个 BNC 接口，其中标识有 1~8 数字编号的 BNC 接口为超声波探 头接口，用于连接 8 个通道D401FS 超声波探头；标识有T 的BNC 接口用于连接D401T 温度传感器探头。

注意：超声波传感器探头与温度传感器探头不能混接，否则有可能损坏 D401C 控制盒 或传感器探头

 D401C 控制盒电源线与 RS485 信号线接口

电源线与 RS485 信号线接口采用 M12*1 的 5 芯连接器，5 芯脚位定义如下：

PIN1: 电源+24VDC

PIN2: 电源地 GND

PIN3: RS485-A

PIN4: RS485-B

PIN5: 信号地 GND

电源/通讯接口 S1  与 S2  完全相同，便于用户级联控制盒。在复杂的使用环境中， D401C 外壳有必要接大地或者螺栓，以降低环境干扰对整个 D401 检测系统的影响。