CN106052933A - 一种集成柔性阵列传感器的智能连接件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其技术方案是：智能连接件由连接件、薄壁金属衬套、柔性阵列传感器和耐磨防护涂层组成。薄壁金属衬套的翻边部分开一个或几个口，用于容纳柔性阵列传感器的排线，直壁部分套在连接件的外面。所述柔性阵列传感器预制管形件或弯曲成管形件，管形件上印刷上电路，传感单元密布在柔性电路结点上，通过柔性电路传输信号，在管形件边缘引出排线。引出排线的位置和大小与衬套的翻边部门开口相吻合；所述耐磨防护涂层涂覆在柔性阵列传感器的外表面，用以保护传感器。本具体实施方式具有通用性强、结构简单、寿命长的特点。
Description
技术领域
本发明属于智能连接件技术领域。具体涉及一种集成柔性阵列传感器集成在连接件上，用于监测连接结构受力状态的智能连接件。
背景技术
螺栓是各种装备和工程结构中重要的连接件，螺栓联接广泛应用于机械、化工、交通、电力、航空和土木等行业的各类设备和结构中，一方面用于联接可拆卸部件，另一方面用于传递零部件间的载荷。由螺栓松动、疲劳和锈蚀引起的断裂及过载等引起的事故常有报道，这些事故造成了很大的经济损失和人员伤亡；由于其特殊的工作状态及结构特点，实现实时在线的工作状态监控非常困难。
目前的专利和方法多为对螺栓预紧力的监控，如采用智能压电材料的专利CN201310724990.9，如在内部集成光纤的专利CN201310182035.7。这些专利只是解决螺栓轴向力的监测，根据力值的变化，发现松动的情况。而在工程上，连接件不仅需要利用轴向载荷实现紧固，还需要径向受力传递载荷和能量。因此还需要对传递零部件的径向载荷进行监测，确定结构孔处的受力状态，保证结构安全。专利CN200810222816.3中在螺栓的径向集成了压力传感器，其只能集成有限的几个压力传感器，其测量精度有限。因为头部钻孔引线的方式会破坏螺栓头部的承载性能，无法集成较多的传感器。
这些的传感器集成方式，大都会破坏螺栓的结构完整性，如头部钻孔后以引出导线或光纤、芯部钻孔放置传感器，这些方式会破坏连接件的结构完整性，产生新的应力集中，破坏连接件安全服役。因此需要新的传感器和集成方式来实现对径向力的实时监测。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提出一种集成柔性阵列传感器智能连接件，其在连接件的杆部集成柔性传感器，用以监测连接结构的受力情况。
(二)技术方案
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种集成柔性阵列传感器的智能连接件由连接件、薄壁金属衬套、柔性阵列传感器和耐磨防护涂层组成。其中所述薄壁金属衬套由翻边和直壁部分组成。翻边部分开一个或几个口，用于容纳柔性阵列传感器的排线，直壁部分套在连接件的外面。所述柔性阵列传感器的传感单元密布在柔性电路结点上，通过柔性电路传输信号，柔性电路预制成管形或弯曲成管形，在管形件边缘引出排线。引出排线的位置和大小与衬套的翻边部位开口相吻合；所述耐磨防护涂层涂覆在柔性阵列传感器的外表面，用以保护传感器。
上述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述的连接件，包括至少一组螺栓、螺柱、螺钉、弹簧锁、抽钉或者紧固件等机械连接件。
上述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述的薄壁金属衬套，其衬套壁厚范围在0.20mm至1mm，其翻边部分开一个或几个口，用于容纳传感器的信号输出线。开口的和数量和引线的大小及数量匹配，其翻边部位可以在安装在连接头部一侧，也可以安装在连接件的尾部一侧。
上述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述的柔性阵列传感器，呈管状，可以是沉积在连接件表面、弯曲成管状套粘贴在衬套表面或者做成相应直径管状套在衬套外表面。圆周方向上排布至少至少2列的微传感单元，轴向上排布至少2行微型传感单元。在末端引出排线，用于将信号导出。为了保证好的测量效果和监测精度，可以选择周向6至8列传感单元，轴向2至4行传感器单元组成的阵列。
上述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述的耐磨防护涂层为绝缘陶瓷涂层，其制备的厚度为0.05mm至0.20mm，或绝缘的树脂涂层，其厚度为0.10至0.30mm。
上述的柔性阵列传感器，其特征在于所述的微型传感单元为压阻或者压电传感器。
根据权利要求2和3所述，所述柔性电路排线处的厚度与耐磨涂层的厚度总和要小于薄壁衬套壁厚。
上述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于：在使用时，所述集成柔性阵列传感器的智能连接件安装在的结构孔内，然后通过引线导出数据，然后数据通过信息传输和信息处理装置，最后将状态显示在上位机上。
(三)有益效果
智能连接件的构成包括至少两排、至少两列柔性电路压力传感器，这些传感器可以实现对孔周受力进行检测。集成开口的金属薄壁衬套，不会对连接件本身的连接强度造成影响，同时也能够保护传感器的输出接口，使传感器的信号可以传递出来；利用柔性电路传感器，实现结构的实时检测；利用耐磨防护涂层，保护传感器使之可以长时间使用。
附图说明
图1是本发明专利的智能连接件示意图；
图2是本发明专利的智能连接件柔性管形传感器的示意图；
图3是本发明专利的智能连接件实例一安装后的示意图；
图4是本发明专利的智能连接件实施例二的示意图；
图5是本发明专利的智能连接件矩形传感器的示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述，并非对其保护范围的限制：
实施例一
一种集成柔性阵列传感器的智能连接件的实施例，见图1。所述智能连接件包括：一套机械连接件11(螺栓111和螺母112)、一件薄壁金属衬套12、一件柔性阵列传感器13和一层耐磨防护涂层14组成。其中所述螺栓111包括头部113、杆部114、螺纹部分115，所述螺栓直径φ12.00mm，直径公差(0，-0.04mm)、螺母为M12。其中所述薄壁金属衬套12由翻边121和直壁部分122组成。翻边部分121设置一个开口123，用于柔性阵列传感器13的引线出口，直壁部分的内径为φ12.00mm，直径公差(+0.03，0)，直壁部分122套在连接件的外面。衬套壁厚为0.35mm，直壁外径为φ12.70mm。所述柔性阵列传感器13为预制管形件，见图2，其上面印刷上电路，传感器为电阻式，根据不同的作用力引起电阻的变化来监测受力情况。传感器131以周向2列，轴向2行的行形式排布，通过柔性电路132传输信号，在管形件边缘引出排线133。引出排线133的位置和大小与衬套12的翻边部分123开口相吻合，排线133的厚度控制在0.25mm以下；所述耐磨防护涂层14涂覆在柔性阵列传感器13的外表面，耐磨涂层采用氧化铝，通过气相沉积的方法覆盖在传感器的外表面，涂层厚度控制在0.05mm至0.10mm。当衬套壁厚有限制时，在排线处的防护涂层可取最小厚度，以容纳排线。将覆盖上耐磨涂层的柔性电路传感器，使用胶粘剂粘在衬套的外表面上，使传感器的排线容纳在衬套的开口处。将螺栓从衬套的内孔中穿过。
使用时，结构件15上制孔φ13.40mm，公差(+0.04，0)，然后将智能连接件装在孔中，按装配要求拧上螺母。
图3是实施例1安装后的立体剖视图。从孔中心往外，分别是连接件11的组件之一螺栓111，金属衬套12、柔性阵列传感器13、耐磨防护涂层14和结构件15。螺栓111和螺母112将智能连接件固定在结构件15上，柔性阵列传感器13的引线133将传感信号传递出来。
实施例二
一种集成柔性阵列传感器的智能连接件的实施例，见图4。所述智能连接件包括：一套机械连接件21(一个螺柱211和2个螺母212)、一件薄壁金属衬套22、一件柔性阵列传感器23和一层耐磨防护涂层24组成。其中所述螺柱211包括杆部214、螺纹部分215，所述螺栓直径φ20.00mm，直径公差(0，-0.05mm)、螺母为M20。其中所述薄壁金属衬套22由翻边221和直壁部分222组成。翻边部分221设置一个开口223，用于柔性阵列传感器23的引线出口，直壁部分的内径为φ20.00mm，直径公差(+0.03，0)，直壁部分222套在连接件的外面。衬套壁厚为0.50mm，直壁外径为φ21.00mm。所述柔性阵列传感器23为一个矩形件，见图5。集成的传感元件为压电薄膜传感器，它根据不同的作用力引起电荷的变化来监测受力情况。传感器231以周向4列，轴向2行形式排布，通过柔性电路232传输信号，在矩形件边缘引出排线233。使用时，需要将阵列传感器弯曲，贴在衬套的222部位，矩形的宽和衬套的直壁长度略短。引出排线233的位置和大小与衬套22的翻边部分223开口相吻合；所述耐磨防护涂层24涂覆在柔性阵列传感器23的外表面，耐磨涂层采用耐磨绝缘有机涂层，涂覆在传感器的外表面，涂层厚度控制在0.10mm至0.30mm。当衬套壁厚有限制时，在排线处的防护涂层可取最小厚度，以容纳排线。将覆盖上耐磨涂层的柔性电路传感器，使用胶粘剂粘在衬套的外表面上，使传感器的排线容纳在衬套的开口处。将螺柱从衬套的内孔中穿过。
使用时，结构件25上制孔φ22.00mm，公差(+0.05，0)，然后将智能连接件装在孔中，按装配要求两端拧上螺母。
所述实施例只是上述技术方案的组合之一，实际运用过程中，不同的连接件、不同的传感器单元、不同形式的柔性阵列传感器，不同衬套和不同的耐磨涂层等不同的组合，均在本专利的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述智能连接件由连接件、薄壁金属衬套、柔性阵列传感器和耐磨防护涂层组成。所述薄壁金属衬套由翻边和直壁部分组成。翻边部分开一个或几个口，用于容纳柔性阵列传感器的排线，直壁部分套在连接件的外面。所述柔性阵列传感器其传感单元密布在柔性电路结点上，通过柔性电路传输信号，柔性电路预制成管形件或弯曲成管形件，在管形件边缘引出排线。引出排线的位置和大小与衬套的翻边部门开口相吻合；所述耐磨防护涂层涂覆在柔性阵列传感器的外表面，用以保护传感器。
2.根据权利要求1所述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述的连接件，包括至少一组螺栓、螺柱、螺钉、弹簧锁、抽钉、环槽钉或者紧固件等机械连接件。
3.根据权利要求1所述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述的薄壁金属衬套，其衬套壁厚范围在0.20mm至1mm，其翻边部分开一个或几个口，用于容纳传感器的信号输出线。开口大小与数量要和引线的大小与数量相匹配，其翻边部位可以安装在连接头部一侧，也可以安装在连接件的螺纹部分一侧。
4.根据权利要求1所述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述的柔性阵列传感器，呈管状，可以是沉积在连接件表面、弯曲成管状套粘贴在衬套表面或者做成相应直径管状套在衬套外表面。圆周方向上排布至少2列的微传感单元，轴向上排布至少2行微型传感单元。在末端引出排线，用于将信号导出。
5.根据权利要求1所述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于所述的耐磨防护涂层为陶瓷绝缘涂层，其制备的厚度为0.05mm至0.20mm，或绝缘的树脂涂层，其厚度为0.10至0.30mm。
6.根据权利要求4所述的柔性阵列传感器，其特征在于所述的微型传感单元为电阻或者压电传感器。
7.根据权利要求2和3所述，所述柔性电路排线处的厚度与耐磨涂层的厚度总和要小于薄壁衬套壁厚。
8.根据权利要求1或2所述的一种集成柔性阵列传感器的智能连接件，其特征在于：在使用时，所述集成柔性阵列传感器的智能连接件安装在的结构孔内，然后通过引线导出数据，数据通过信息传输和信息处理装置，最后将状态显示在上位机上。
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Cited By (1)
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| CN107178709A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-09-19 | 杨力 | 一种管路智能监测结构 |
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2016
- 2016-06-21 CN CN201610445523.6A patent/CN106052933A/zh active Pending
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