CN103016489A - 一种螺栓 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺栓，其内部设置有无线传感器，且其内部的弹性体上粘贴有应变片；无线传感器中包括：应变测量单元、数据处理单元以及无线通信单元；应变测量单元实时获取应变片的应变值；数据处理单元采集应变测量单元输出的应变值，将采集到的应变值转换为拉力值，并将拉力值发送给无线通信单元；无线通信单元将接收到的拉力值通过无线方式发送给远程监控主机；无线通信单元接收远程监控主机发送来的操作指令，发送给数据处理单元；数据处理单元根据接收到的操作指令进行采集操作。应用本发明所述方案，能够提高螺栓所在设备的安全性。

Description

一种螺栓
技术领域
本发明涉及机械领域，特别涉及一种螺栓。
背景技术
螺栓是固定风机机座、高架铁塔等很多大型设备的必备器件。由于各种原因，可能导致螺栓发生松动，从而使得大型设备发生严重事故，因此，及时发现松动的螺栓，对于大型设备维护有着非常重要的意义。
但是，现有技术中还没有一种有效的监控螺栓松紧程度的方式，从而降低了螺栓所在设备的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种螺栓，能够提高螺栓所在设备的安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种螺栓，所述螺栓内部设置有无线传感器，且所述螺栓内部的弹性体上粘贴有应变片；
所述无线传感器中包括：应变测量单元、数据处理单元以及无线通信单元；
所述应变测量单元与所述数据处理单元以及所述应变片相连，所述数据处理单元与所述应变测量单元以及所述无线通信单元相连；
所述应变测量单元实时获取所述应变片的应变值；所述数据处理单元采集所述应变测量单元输出的应变值，将采集到的应变值转换为拉力值，并将所述拉力值发送给所述无线通信单元；所述无线通信单元将接收到的拉力值通过无线方式发送给远程监控主机；
所述无线通信单元接收所述远程监控主机发送来的操作指令，发送给所述数据处理单元；所述数据处理单元根据接收到的操作指令进行采集操作。
可见，采用本发明所述方案，可通过远程监控主机对螺栓的拉力值进行监测，而拉力值能够反映螺栓的松紧程度，因此，也就相当于可通过远程监控主机对螺栓的松紧程度进行监测，从而能够及时发现松动的螺栓，进而提高了螺栓所在设备的安全性。
附图说明
图1为本发明螺栓的组成结构示意图。
图2为本发明无线传感器的组成结构示意图。
图3为本发明应变桥路的原理示意图。
具体实施方式
针对现有技术中存在的问题，本发明中提出一种螺栓，其内部设置有无线传感器，且其内部的弹性体上粘贴有应变片。
图1为本发明螺栓的组成结构示意图。如图1所示，其中的1表示螺栓，2表示密封盖，用来密封安装在螺栓内部的无线传感器3，可以打开密封盖2以便对无线传感器3进行更换电池等操作；4表示导线，用于连接无线传感器3和应变片5；6表示螺帽，在实际应用中，螺帽6可能存在，也可能不存在，因为有的螺栓可能需要螺帽，而有的不需要。
图2为本发明无线传感器的组成结构示意图。如图2所示，包括：应变测量单元、数据处理单元以及无线通信单元。
应变测量单元与数据处理单元以及应变片相连，数据处理单元与应变测量单元以及无线通信单元相连；
应变测量单元实时获取应变片的应变值；数据处理单元采集应变测量单元输出的应变值，将采集到的应变值转换为拉力值，并将拉力值发送给无线通信单元；无线通信单元将接收到的拉力值通过无线方式发送给远程监控主机；
无线通信单元接收远程监控主机发送来的操作指令，发送给数据处理单元；数据处理单元根据接收自无线通信单元的操作指令进行采集操作。
其中，应变测量单元中可包括：桥路电阻，桥路电阻与应变片相连，桥路电阻与应变片共同组成应变桥路。
图3为本发明应变桥路的原理示意图。图3所示为一种惠斯通电桥，可根据应变片的电阻值变化情况输出相应的电压信号，将输出的电压信号作为应变片的应变值；图3中所示的虚线框内的元件属于应变测量单元，虚线框外的元件属于应变片；当螺栓的松紧程度发生变化时，将会导致应变片中的电阻值发生变化(应变片发生应变)，从而使得惠斯通电桥发生不平衡，进而使得惠斯通电桥输出与应变呈线性关系的电压信号，该电压信号是指图3中所示的虚线框内的Sx+和Sx-两端之间的电压差；图3中所示的桥电压、桥路电阻以及线电阻等的具体取值均可根据实际需要而定。
数据处理单元可对应变测量单元输出的应变值进行预处理，并对预处理后的应变值进行采集。所述预处理可包括：放大、滤波和模/数转换等。其中，放大处理用于对应变测量单元输出的应变值进行放大，滤波处理用于滤除应变值中的噪声和干扰等，模/数转换用于实现模拟信号到数字信号的转换。
数据处理单元将采集到的应变值转换为拉力值，如果转换为现有技术，并将得到的拉力值发送给无线通信单元。另外，数据处理单元在将得到的拉力值发送给无线通信单元的同时，还可将自身预先保存的螺栓的标识以及螺栓所在设备的标识发送给无线通信单元，以便后续远程监控主机知道接收到的拉力值对应于哪一个螺栓(通常，一个远程监控主机会对应多个螺栓)。
无线通过单元接收到数据处理单元发送来的拉力值，或拉力值以及螺栓的标识和螺栓所在设备的标识后，以无线方式将接收到的内容发送给远程监控主机。
另外，无线通信单元还可以无线方式接收远程监控主机发送来的操作指令，将其发送给数据处理单元；相应地，数据处理单元根据接收到的操作指令进行采集操作，如开始采集、结束采集、设置采样率等。
无线通信单元可采用802.15.4无线通信协议，支持点对点、星型、线型、树型等多种网络拓扑结构，并且，为满足通信距离需求，无线通信单元中可包括：发射天线和功率放大器(为简化附图，未图示)，其中，发射天线用于进行信号的接收与发送，功率放大器用于对接收与发送的信号进行功率放大。功率放大器又可具备包括：发送通道上的射频功率放大器HFA3925和接收通道上的低噪声放大器HFA3424，射频功率放大器HFA3925可实现2.4GHz发射信号功率放大功能，放大增益最大可达28dB，输出功率最大可达250mW，低噪声放大器HFA3424可实现2.4GHz接收信号低噪声放大功能，放大增益最大可达14dB。
图2所示无线传感器中还可进一步包括：电池和电源管理单元，为简化附图，未对电池进行图示。
电池为无线传感器中的各组成部分进行供电；电源管理单元与无线传感器中的各组成部分均相连，对电池进行充放电管理，并对无线传感器中的各组成部分的供电进行独立管理，当任一组成部分空闲时，可控制其进入休眠状态或关闭对其的供电，从而降低无线传感器的总功耗。数据处理单元还可对电池的电压、电流和温度等情况进行实时监控，以防止电源过充和欠电等现象的发生，并可将监控结果通过无线通信单元及时上报给远程监控主机。
在实际应用中，图2所示无线通信单元和数据处理单元可通过系统芯片CC2430来实现，即将两个单元的功能集成在一起实现。系统芯片CC2430具有较高的性能并能满足以蜂窝(Zigbee)技术为基础的2.4GHz工业、科学和医疗(ISM，Industry ScienceMedical)波段应用对低成本和低功耗的要求，其结合了一个高性能2.4GHz直接序列扩频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)射频收发器核心以及一个工业级小巧高效的8051控制器。
总之，采用本发明所述方案，可通过远程监控主机对螺栓的松紧程度进行监测，从而能够及时发现松动的螺栓，进而提高了螺栓所在设备的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种螺栓，其特征在于，所述螺栓内部设置有无线传感器，且所述螺栓内部的弹性体上粘贴有应变片；
所述无线传感器中包括：应变测量单元、数据处理单元以及无线通信单元；
所述应变测量单元与所述数据处理单元以及所述应变片相连，所述数据处理单元与所述应变测量单元以及所述无线通信单元相连；
所述应变测量单元实时获取所述应变片的应变值；所述数据处理单元采集所述应变测量单元输出的应变值，将采集到的应变值转换为拉力值，并将所述拉力值发送给所述无线通信单元；所述无线通信单元将接收到的拉力值通过无线方式发送给远程监控主机；
所述无线通信单元接收所述远程监控主机发送来的操作指令，发送给所述数据处理单元；所述数据处理单元根据接收到的操作指令进行采集操作。
2.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于，
所述应变测量单元中包括：桥路电阻，所述桥路电阻与所述应变片相连；
所述桥路电阻与所述应变片组成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥根据所述应变片的电阻值变化情况输出相应的电压信号，将电压信号作为所述应变片的应变值。
3.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于，
所述数据处理单元对所述应变测量单元输出的应变值进行预处理，所述预处理包括：放大、滤波和模/数转换，并对预处理后的应变值进行采集。
4.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于，
所述数据处理单元在将所述拉力值发送给所述无线通信单元的同时，将所述螺栓的标识以及所述螺栓所在设备的标识发送给所述无线通信单元；
所述无线通信单元在将所述拉力值发送给所述远程监控主机的同时，将所述螺栓的标识以及所述螺栓所在设备的标识发送给所述远程监控主机。
5.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于，所述无线通信单元中包括：发射天线和功率放大器；
所述发射天线进行信号的接收与发送；所述功率放大器对接收与发送的信号进行功率放大。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的螺栓，其特征在于，所述无线传感器中进一步包括：电池和电源管理单元；
所述电池为所述无线传感器中的各组成部分进行供电；
所述电源管理单元与所述无线传感器中的各组成部分均相连，对所述电池进行充放电管理，并对所述无线传感器中的各组成部分的供电进行独立管理，当任一组成部分空闲时，控制其进入休眠状态或关闭对其的供电。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的螺栓，其特征在于，所述无线通信单元和所述数据处理单元通过系统芯片CC2430来实现。
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