CN106054263A - 一种螺丝松动监测装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺丝松动监测装置及系统，该装置包括依次电性连接的LC传感器、信号处理芯片、控制芯片和无线通信模块，所述LC传感器为一线圈；所述LC传感器用于测量其与被测金属之间的电感信号；所述信号处理芯片用于将接收到的电感信号转换为位置信号；所述控制芯片将接收到的位置信号转换为距离数据；所述无线通信模块用于将接收到的距离数据传输至后台电脑。与现有市场上螺丝松动监测装置相比，本发明的装置具有结构简单、安装方便、成本低、监测精度高、使用范围广等优点，并且该装置不需要检修人员的定期检查，真正的能够做到在线检测，大大节约了人力，并且提高了监测螺栓的工作效率，提高了设备的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于机械紧固件检测技术领域，尤其涉及一种螺丝松动监测装置及系统。
背景技术
螺栓连接作为一种通用的连接方式被广泛的应用于各工程领域当中。由于其受到外部的冲击、振动和高温等影响，螺栓连接处可能出现滑动、分离甚至脱落，进而影响结构的安全和使用性能，甚至导致结构失效引起灾难性的后果。尤其是对于那些工作在恶劣环境下的螺栓，其松紧程度和疲劳损伤往往难以直接判断，或者其松紧情况经常被忽视。为了避免因螺栓松动失效而引起事故后果，对一些重要结构的螺栓处进行在线状态监测，可以起到降低事故的发生率和预防重大事故作用。
现有技术中对螺栓松动在线监测比较成熟的有：压电阻抗技术、图像处理、经验模式分解技术。其中基于压电阻抗技术的螺栓松动监测研究使用较多。其工作原理，对螺栓施加不同的预紧力，测量螺栓联接结构上所安装的压电材料的阻抗变化，利用压电导纳实部均方根偏差对螺栓的松紧程度进行识别。但其使用压电传感器材料具有较脆、不适应曲面，其测量使用在螺栓松动250mm范围内较为准确，而对该范围之外的损伤判断不精确。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种螺丝松动监测装置，其能解决螺丝松动监测的技术问题。
本发明的目的之二在于提供一种螺丝松动监测系统，其能解决螺丝松动监测的技术问题。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
一种螺丝松动监测装置，包括依次电性连接的LC传感器、信号处理芯片、控制芯片和无线通信模块，所述LC传感器为一线圈；
所述LC传感器用于测量其与被测金属之间的电感信号，并将电感信号传输至信号处理芯片；
所述信号处理芯片用于将接收到的电感信号转换为位置信号，并将位置信号传输至控制芯片；
所述控制芯片将接收到的位置信号转换为距离数据，并将距离数据传输至无线通信模块；
所述无线通信模块用于将接收到的距离数据传输至后台电脑。
优选地，所述LC传感器的数量为多个。其能进一步解决LC传感器的数量设置的问题。
优选地，所述信号处理芯片采用德州仪器的LDC芯片。其能进一步解决信号处理芯片的选取的问题。
优选地，所述控制芯片的选用德州仪器的MSP430。能进一步解决控制芯片的选取的问题。
优选地，所述控制芯片、信号处理芯片和无线通信模块的供电方式为锂电池供电或者太阳能供电或者温差供电或者振动供电。其能进一步解决供电方式的选取的技术问题。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
一种螺丝松动监测系统，包括如上述任意一种螺丝松动检测装置，还包括螺栓、螺母和连接件，所述螺栓包括螺栓头部和螺杆，所述螺栓与螺母配合安装于连接件上，所述螺丝松动监测装置中的LC传感器用于测量螺栓头部至连接件之间的距离或者测量螺母至连接件之间的距离。
优选地，还包括非金属板，所述LC传感器嵌装于非金属板上，所述非金属板安装于连接件处。能进一步解决LC传感器的安装的技术问题。
优选地，还包括弹性体，所述弹性体安装于非金属板与螺栓头部之间。其能进一步保证测量的准确的技术问题。
优选地，所述弹性体为Belleville弹簧垫圈或者Century Spring垫圈或者V型弹性垫片。其能进一步解决弹性体的选取的问题。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
与现有市场上螺丝松动监测装置相比，本发明的装置具有结构简单、安装方便、成本低、监测精度高、使用范围广等优点，并且该装置不需要检修人员的定期检查，真正的能够做到在线检测，大大节约了人力，并且提高了监测螺栓的工作效率，提高了设备的工作效率。
附图说明
图1为本发明螺丝松动监测装置的电路结构框图；
图2为本发明螺丝松动监测系统的结构图；
图3为本发明螺丝松动监测系统的剖面图；
图4为本发明非金属板和V型弹性垫片配合安装图；
图5为本发明LC传感器的结构图一；
图6为本发明LC传感器的结构图二。
附图标记：1、LC传感器；2、螺栓；3、螺母；4、连接件；5、非金属板；6、V型弹性垫片。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明提供了一种螺丝松动监测装置，包括依次电性连接的LC传感器1、信号处理芯片、控制芯片和无线通信模块，所述LC传感器1为一线圈；在本实施例中，该LC传感器1集成在了一块非金属板5上，该LC传感器1的厚度可以做到几十微米，根据工程中的具体需求可以将该线圈制作成各种形状，并且能够进行柔性制造，如图5所示可以直接将线圈环绕嵌入到非金属板5内，或者如图6所示，将每个线圈单独作为一个传感器设置于非金属板5上，嵌入的传感器可以根据实际的需求来进行增加或者减少，并且如图6中线圈排列方式，可以通过将其串联以增加电感量，进而调节传感器的测量范围。
所述LC传感器1用于测量其与被测金属之间的电感信号，并将电感信号传输至信号处理芯片；该LC传感器通过改变电路中线圈电阻R和其对应的电容C的值可以改变电路的谐振频率，其工作频率可以调谐在1kHZ—10MHZ范围之间，其能够有效避免工程结构中常见的工频信号，并且能够有效的抵抗外界其他频段电磁波的干扰，并且传感器输出正确范围电压幅值很重要，这将会影响到传感器测量的准确性，电压的幅值主要受线圈的电阻R的影响，所以在对每个不同物件进行测距前需要进行测试以确定线圈的大小。
所述信号处理芯片用于将接收到的电感信号转换为位置信号，并将位置信号传输至控制芯片；所述信号处理芯片采用TI的LDC芯片；其能够有效的处理LC传感器1与被测物之间的距离变化引起的LC电路上L电感量的变化量，从而可以直接测量物体与传感器的垂直位置，并且测量位置的精度可以达到亚微米级别。在进行实际测量的时候可以通过调节平面线圈的圈数、线宽、线厚以及线间间距来改变其测量距离的范围和精度值，通过调节线圈的各项指标来改变测量精度和测量范围使得本发明的装置的使用范围更为的广泛，不仅可以用于螺丝松动监测，还适用于其他方面的距离监测，并且由于体积较小，使得其安装也更为的方便。
所述控制芯片将接收到的位置信号转换为距离数据，并将距离数据传输至无线通信模块；所述控制芯片的选用德州仪器TI的MSP430，所述控制芯片、信号处理芯片和无线通信模块的供电方式为锂电池供电或者太阳能供电或者温差供电或者振动供电，这样能够减少直接供电接线的麻烦，使得安装更为的方便。该控制芯片还可以进行定时唤起和休眠两种状态的设定，降低系统所需要的能量，进而延长监测设备的使用寿命。
所述无线通信模块用于将接收到的距离数据传输至后台电脑，通过无线通信模块的设定，能够在后台实时的对前端的设备进行相应的监测，接收设备的工作状态，真正实现安全的在线监测的目的。
如图2和图3所示，本发明提供了一种螺丝松动监测系统，包括上述实施例所描述的螺丝松动监测装置，还包括螺栓2、螺母3、非金属板5、弹性体和连接件4，所述螺栓2包括螺栓头部和螺杆，所述螺栓2与螺母3配合安装于连接件4上，
所述LC传感器1用于测量螺栓头部至连接件4之间的距离或者测量螺母3至连接件之间的距离；LC传感器有几种安装方式，可以直接嵌入在螺栓头部中或者嵌入到螺母3中或者是嵌入到非金属板5中，在本实施例中，选取嵌入到非金属板5中作为具体的实施例进行说明，但是并非仅有此一种实施方式，其他的安装位置安装方式通过本领域技术人员的相应的改进，能够进行距离测量的也属于本发明的保护范围。
在本实施例中，所述LC传感器1嵌装于非金属板5上，所述非金属板5安装于连接件4处；这种安装方式简单可靠，只需要对螺栓2结构进行很小改动，并不会影响螺栓2的连接性能。并且LC传感器1安装前需要实现预设一个安全的位移范围，来确定螺栓2与LC传感器1距离达到某一阈值的时候，视为螺栓2松动的情况。
螺栓2的连接形式主要有普通螺栓连接和铰制孔用螺栓。普通的螺栓连接中，螺栓2与连接体4为间隙配合，可能在螺栓2松动时，LC传感器1对于被测物体(螺栓2或者螺母3)没有发生位移，对于实际监测存在误差，因此可以考虑在非金属板5上增加一个弹性体，所述弹性体安装于非金属板5与螺栓头部之间。所述弹性体为Belleville弹簧垫圈或者Century Spring垫圈或者V型弹性垫片6。如图4所示为非金属板5和V型弹性垫片6的配合安装关系，当螺栓处于拧紧状态时，V型弹性垫片6会有一定的压缩位移量，如果螺栓2发生松动的情况，该V型弹性垫片6会发生回弹，促使被测物体或者传感器发生相对位移，可以有效避免普通螺栓连接松动而不发生相对位移的情况，能够为螺栓松动提供进一步的安全监测保障。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种螺丝松动监测装置，其特征在于，包括依次电性连接的LC传感器、信号处理芯片、控制芯片和无线通信模块，所述LC传感器为一平面线圈；
所述LC传感器用于测量其与被测金属之间的电感信号，并将电感信号传输至信号处理芯片；
所述信号处理芯片用于将接收到的电感信号转换为位置信号，并将位置信号传输至控制芯片；
所述控制芯片将接收到的位置信号转换为距离数据，并将距离数据传输至无线通信模块；
所述无线通信模块用于将接收到的距离数据传输至后台电脑。
2.如权利要求1所述的螺丝松动监测装置，其特征在于，所述LC传感器的数量为多个。
3.如权利要求1所述的螺丝松动监测装置，其特征在于，所述信号处理芯片采用德州仪器的LDC芯片。
4.如权利要求1所述的螺丝松动监测装置，其特征在于，所述控制芯片的选用德州仪器的MSP430。
5.如权利要求1所述的螺丝松动监测装置，其特征在于，所述控制芯片、信号处理芯片和无线通信模块的供电方式为锂电池供电或者太阳能供电或者温差供电或者振动供电。
6.一种螺丝松动监测系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的螺丝松动监测装置、螺栓、螺母和连接件，所述螺栓包括螺栓头部和螺杆，所述螺栓与螺母配合安装于连接件上，所述螺丝松动监测装置中的LC传感器用于测量螺栓头部至连接件之间的距离或者测量螺母至连接件之间的距离。
7.如权利要求6所述的螺丝松动监测系统，其特征在于，还包括非金属板，所述LC传感器嵌装于非金属板上，所述非金属板安装于连接件处。
8.如权利要求7所述的螺丝松动监测系统，其特征在于，还包括弹性体，所述弹性体安装于非金属板与螺栓头部之间。
9.如权利要求8所述的螺丝松动监测系统，其特征在于，所述弹性体为Belleville弹簧垫圈或者Century Spring垫圈或者V型弹性垫片。
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Application publication date: 20161026 |