CN107355464A - 一种用于监测螺栓松动的堆栈式压电陶瓷智能垫片 - Google Patents

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范书立
宋钢兵
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    • F16B43/00—Washers or equivalent devices; Other devices for supporting bolt-heads or nuts
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Abstract

本发明属于结构健康监测技术领域，提供了一种用于监测螺栓松动的堆栈式压电陶瓷智能垫片，其截面为环形，上壳体和下壳体螺纹结合形成环形体，下壳体开有环形凹槽，环形凹槽内放置环形堆栈式压电陶瓷片，环形堆栈式压电陶瓷片上焊接的导线伸出下壳体，环形堆栈式压电陶瓷片外封装有绝缘保护层，上壳体和环形堆栈式压电陶瓷片间设有塑料垫片，防止施加在环形堆栈式压电陶瓷片上的力过大导致其破坏。该智能垫片可以主动监测方法也可以被动监测方法对螺栓结构进行监测。并且可以和无线阻抗测量仪结合实现无线对螺栓受力状态的实时监测，可以十分方便恶劣环境和不便人工监测部位的螺栓安全状态，具有广阔的应用市场。

Description

一种用于监测螺栓松动的堆栈式压电陶瓷智能垫片
技术领域
本发明属于结构健康监测技术领域，当螺栓发生松动时，智能垫片的的受力状态将发生改变，从而使封装在智能垫片中的压电陶瓷片的受力状态发生改变。而压电陶瓷材料的受力状态会影响的其压电特性，从而改变了其阻抗特性，使其电阻抗以及接收和发射信号的特性发生变化。根据智能垫片受力大小以及压电陶瓷片阻抗特性变化关系以及接收到信号能量的变化关系可以监测螺栓受力状态的变化，这种垫片为涉及到一种监测螺栓松动堆栈式压电陶瓷智能垫片。
背景技术
压电材料具有压电效应。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差，称之为正压电效应。反之施加电压，则产生机械应力，称之为逆压电效应。压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应属性使得压电材料在结构健康监测领域得到了广泛的应用。
对于不便人工监测的结构，如海上平台、地下管道结构、大型输电塔结构等，需要发明一种能够实时自动监测螺栓松动的装置，以判断结构是否处于安全状态。本发明即提供了一种能够智能监测螺栓松动的智能垫片装置。当螺栓拧紧时,压电陶瓷片在预紧力作用下可以产生一个强烈、稳定的初始信号，而螺栓松动后能够获得较大差异的信号，所以本装置相比其它监测装置能够更加准确的识别螺栓松动。本装置还可以远程得到监测数据，应用十分方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以监测螺栓松动的智能垫片装置，本发明装置通过两个方面来提高智能垫片在监测螺栓松动时的敏感性：(1)通过堆栈式压电陶瓷片增大智能垫片信号敏感性。在垫片内部封装多片压电陶瓷片，将这些压电陶瓷片串联作为一个传感器；(2)利用螺栓的预紧力增大压电陶瓷片的正、逆电效应。将智能垫片放在螺母和结构之间，通过螺母、螺杆将施加在螺栓上的力施加在智能垫片中的压电陶瓷片上,通过螺栓的力的改变压电陶瓷片的正、逆电效应。
本发明的智能垫片可以单个工作，通过阻抗仪或无线阻抗测试装置监测智能垫片阻抗的变化判断螺栓是否松动。也可以成对工作，一个作为信号发生器，一个作为信号接收器，通过接收的信号改变信息判断螺栓受力状态。
本发明的技术方案
一种用于监测螺栓松动的堆栈式压电陶瓷智能垫片，其截面为环形，包括上壳体1、下壳体2、环形堆栈式压电陶瓷片3、绝缘保护层4和塑料垫片5；上壳体1和下壳体2螺纹结合形成环形体，下壳体2开有环形凹槽，环形凹槽内放置环形堆栈式压电陶瓷片3，环形堆栈式压电陶瓷片3上焊接的导线伸出下壳体2，环形堆栈式压电陶瓷片3外封装有绝缘保护层4，上壳体1和环形堆栈式压电陶瓷片3间设有塑料垫片5，防止施加在环形堆栈式压电陶瓷片3上的力过大导致其破坏。
本发明的有益效果：
1、本发明采用环形堆栈式压电陶瓷片，增强了智能垫片的敏感性，使其均匀监测螺栓的受力状态。
2、该智能垫片安装在结构和螺母之间，利用螺栓受力改变压电陶瓷材料的正、逆电效应，对螺栓受力状态的改变具有较强的敏感性。
3、该智能垫片可以主动监测方法也可以被动监测方法对螺栓结构进行监测。并且可以和无线阻抗测量仪结合实现无线对螺栓受力状态的实时监测，可以十分方便恶劣环境和不便人工监测部位的螺栓安全状态，具有广阔的应用市场。
4、该智能垫片结构简单、精度高、具有良好的稳定性，并且成本低，方便更换维修。
附图说明
图1是本发明的结构组合示意图。
图2是本发明的结构内部截面图。
图中：1上壳体；2下壳体；3环形堆栈式压电陶瓷片；4绝缘保护层；5塑料垫片。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种用于监测螺栓松动的环形堆栈式压电陶瓷智能垫片，包括上壳体1、下壳体2、环形堆栈式压电陶瓷片3、绝缘保护层4和塑料垫片5。
上壳体1和下壳体2通过螺纹结合在一起。下壳体2开有环形凹槽，将环形堆栈式压电陶瓷片3串联并焊接导线，通过下壳体2的预留孔伸出；用绝缘保护层4将环形堆栈式压电陶瓷片3封装在下部壳体2的凹槽内，并在封装好的环形堆栈式压电陶瓷片3上方放置塑料垫片5，最后将盖上上壳体1并拧紧。
本发明的智能垫片可以成对使用，一个作为信号发射器，一个作为信号接收器，通过测量接收到的信号来监测螺栓的受力状态；也可以单个使用作为传感器，通过测量其阻抗的变化来判断螺栓的接触状态。塑料垫片5的厚度可以进行调节来改变堆栈式压电陶瓷片3的受力状态，并且防止其受力过大而损坏。

Claims (1)

1.一种用于监测螺栓松动的堆栈式压电陶瓷智能垫片，其特征在于，所述的堆栈式压电陶瓷智能垫片的截面为环形，包括上壳体(1)、下壳体(2)、环形堆栈式压电陶瓷片(3)、绝缘保护层(4)和塑料垫片(5)；上壳体(1)和下壳体(2)螺纹结合形成环形体，下壳体(2)开有环形凹槽，环形凹槽内放置环形堆栈式压电陶瓷片(3)，环形堆栈式压电陶瓷片(3)上焊接的导线伸出下壳体(2)，环形堆栈式压电陶瓷片(3)外封装有绝缘保护层(4)，上壳体(1)和环形堆栈式压电陶瓷片(3)间设有塑料垫片(5)，防止施加在环形堆栈式压电陶瓷片(3)上的力过大导致其破坏。
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