CN107614954A - 在联接件中用于应变检测的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了在联接件中用于应变检测的系统和方法，在一种用于将接头安装在导管上的示例性方法中，接头主体被设置有螺纹端部分、从所述螺纹端部分向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座。将导管插入在所述接头主体的内部导管插座中。将接头螺母拉紧在所述接头主体上以抵靠所述导管来夹持和密封导管夹持设备；检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位，以确定所述接头处于第一接头组件状态还是处于与所述第一接头组件状态不同的第二接头组件状态。

Description

在联接件中用于应变检测的系统和方法
相关申请
本申请要求享有于2015年3月6日提交的、名称为“SYSTEMS AND METHODS FORSTRAIN DETECTION IN A COUPLING”的、序列号为62/177,084的美国临时申请的优先权，所述美国临时申请的全部公开内容通过引用并入本文。
背景技术
本公开内容涉及在流体系统或流体回路中用来容纳流体流动和流体压力的机械附接的连接件，例如接头(fitting)、结合件(joint)、联接件(coupling)、联接管(union)等。这样的机械附接的连接件可以与但不限于与用于管(tube)、管道(pipe)或任何其它类型的导管(conduit)的导管接头一起使用，并且其将一个导管端连接到另一个导管端或连接到流体系统的另一个部分、元件或部件。为了简单和清楚起见，在本文中使用的术语“接头”意在包括可以替代地用来指代机械附接的连接件的所有其他术语，例如联接件、连接件、联接管、结合件等。这样的机械附接的连接件的特征在于流体紧密密封和将连接件保持在一起的机械强度，包括在振动、应力和压力下对导管的充分夹持。流体可以包括气体、液体、浆料以及其任何变体或组合。
流体系统和回路通常使用机械附接的连接件来使导管端彼此互连以及使导管端互连到可以控制流动、容纳流动、调节流动、测量流体或流体流动的一个或多个特性或以其他方式影响流体系统内的流体的流动设备。流体系统遍布任何地方，仅举几个例子，从最简单的住宅管路系统到最复杂的用于石油化工工业、半导体工业、生物制药工业、医疗工业、食品工业、商业工业、住宅工业、制造工业、分析仪器工业和运输工业的流体系统。复杂的系统可以包括数千个接头，接头被安装作为新安装件或作为维修操作、维护操作或改造操作的一部分，或接头是先前安装的接头。
在本文中使用的术语“机械附接的连接”意指用于这样的流体系统的任何连接或这样的流体系统中的任何连接，所述流体系统涉及通过机械施加的力、应力、压力、扭矩等保持就位的至少一个连接，诸如例如螺纹连接、夹紧连接、螺栓连接或螺丝连接等。这不同于最通常被实践为焊接、钎焊、锡焊、胶粘剂等的冶金连接或化学连接。机械附接的连接可以包括机械连接和冶金连接的组合，并且通常这样做，并且这样的连接也在术语“机械附接的连接”内，因为它们包括至少一个这样的连接。
发明内容
根据本公开内容的一个发明方面，接头被设置有用于检测接头的一部分中的应变以确定接头组件的相关状态的机构，所述相关状态是诸如例如接头主体的颈部部分中的指示第一接头组件状态(例如接头的充分拉紧(pull-up)和/或接头在达到底部抵靠接头主体中的导管插座的导管端上的拉紧)的轴向应变，或接头主体的颈部部分中的指示第二接头组件状态(例如接头的不充分拉紧和/或接头在接头主体的导管插座中未达到底部的导管端上的拉紧)的轴向应变。
因此，在一个示例性实施方案中，接头被设置有用于检测接头主体的颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的轴向移位的机构，以确定接头是处于第一接头组件状态还是处于第二接头组件状态。
根据本公开内容的另一个发明方面，接头或接头的一个或多个部件被设置有电气能力、电磁能力或电子能力，诸如例如以传感器或便于接头的实用的其他设备的形式，包括但不限于，接头安装和组装、接头性能的监视以及可能对制造商、安装者或最终用户有用的任何其它类型的信息。本公开内容进一步设想了将这样的能力包括在接头或接头部件中的相关联的方法以及与这样的接头的使用相关联的方法。
附图说明
图1是接头的一个示例性实施方案的横截面视图，其中零件被组装处于用手指拧紧(finger tight)的状态；
图2示出了安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的导管端上的示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；
图2A示出了图2的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图3示出了安装在未达到底部的导管端上的图2的接头的FEA模拟；
图3A是图3的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图4是并入在本文中公开的一个或多个发明的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；
图4A是并入在本文中公开的一个或多个发明的传感器单元的示意图；
图4B是并入在本文中公开的一个或多个发明的另一个传感器单元的示意图；
图5示出了具有带凹口的主体颈部部分、安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔的导管端上的一个示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；
图5A示出了图5的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图6示出了安装在未达到底部的导管端上的图5的接头的FEA模拟；
图6A示出了图6的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图7示出了具有带凹口的主体颈部部分、安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔的导管端上的一个示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；
图7A示出了图7的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图8示出了安装在未达到底部的导管端上的图7的接头的FEA模拟；
图8A示出了图8的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图9示出了具有带凹口的主体颈部部分、安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔的导管端上的一个示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；
图9A示出了图9的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图10示出了安装在未达到底部的导管端上的图9的接头的FEA模拟；
图10A示出了图10的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图11示出了具有带凹口的主体颈部部分、安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔的导管端上的一个示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；
图11A示出了图11的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图12示出了安装在未达到底部的导管端上的图11的接头的FEA模拟；
图12A示出了图12的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；
图13是并入在本文中公开的一个或多个发明的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；
图13A是图13的接头组件的主体颈部部分的部分放大横截面视图。
图14是识别具有带切口的接头主体颈部部分、与达到底部的导管端和未达到底部的导管端安装在一起的接头的预测性轴向应变参数的图表；
图15是并入在本文中公开的一个或多个发明的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；
图15A是图15的接头组件的主体颈部部分的部分放大横截面视图。
图16是并入在本文中公开的一个或多个发明的接头组件的一个示例性实施方案的横截面视图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；
图16A是图16的接头组件的主体颈部部分的部分放大横截面视图。
图17是并入在本文中公开的一个或多个发明的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；
图17A是图17的接头组件的主体颈部部分的部分放大横截面视图。
图18是并入在本文中公开的一个或多个发明的接头组件的一个示例性实施方案的侧视图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；
图18A是图18的接头组件的主体颈部部分的部分放大视图；以及
图19是并入在本文中公开的一个或多个发明的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为处于拉紧状态。
具体实施方式
尽管在本文中具体参考管接头且更具体地参考用于不锈钢管的管接头描述了多个实施方案，但是本领域技术人员将容易理解，在本文中的发明可以与任何金属或非金属导管以及任何金属或非金属接头部件一起使用，包括但不限于塑料、聚合物等。示例性材料包括多种不锈钢，举几个例子，包括例如316不锈钢、304不锈钢、AL-6XN不锈钢合金、254SMO不锈钢合金，合金625不锈钢和合金825不锈钢，以及黄铜、钛和铝。本发明还可以与有较薄壁的导管或有较厚壁的导管一起使用。此外，虽然示例性实施方案示出了导管端和特定类型的流体构件(联接主体)之间的连接件，但是这样的示例仅是出于解释的目的而不应被解释为具有限制性意义。在本文中的发明可以被用来将导管端连接到任何流体构件，诸如但不限于，另一个导管端、联接部件或构件、流动控制构件，诸如阀、调节器、过滤器等。术语手指拧紧、手指拧紧位置以及用手指拧紧的状态在本文中可互换使用并且是指接头部件和导管夹持设备被组装到导管上到轴向邻接位置，在所述轴向邻接位置，导管夹持设备在阳接头部件和阴接头部件之间并且彼此轴向接触。在一个实施例中，接头部件和导管夹持设备在阳接头部件和阴接头部件之间并且彼此轴向接触，但是丝毫没有将阳接头部件和阴接头部件明显地或有力地拧紧在一起，通常典型特征是一个或多个导管夹持设备未经受塑性变形；或在重新装上的情况下，不经受附加塑性变形。通过“完成拉紧状态”意指接头已经被拧紧到导管端上，以完成导管端和另一个流体构件之间的连接，并且具有建立的导管夹持和密封。在手指拧紧和完成拉紧状态之间可以是中间或部分拉紧和组装步骤，因为接头正被拧紧。术语“部分拉紧”也可以被理解为包括在本领域中经常被称为预模锻(pre-swaging)的术语，其中模锻工具被用来使套圈充分地变形到导管上，以使得在与第二接头部件配合以形成接头组件之前套圈和螺母被保持在导管上。在本文中还使用术语“组成(make-up)”或“组成的(made-up)”的接头，术语“组成”类似于“拉紧”，因为该术语是指将接头组装并且拧紧到导管端上的过程。在本文中对接头零件的“子组件”或“预组件”以及这些术语的派生物的提及是指可以通过任何方便的布置或方法单独地组装或结合并且保持在一起作为整体单元或单个单元以简化接头的最终组装的两个或更多个零件。术语流体系统和流体回路在本文中在某种程度上可互换使用，其中流体系统通常是指用于流体容纳的更复杂的布置，而流体回路可以与通过机械附接的连接件来连接到另一个流体设备的导管那样简单。本发明适用于所有不同种类的流体系统和流体回路，而不管复杂性如何。
虽然在本文中描述并且示出了本发明的多个创造性方面、概念和特征，如结合示例性实施方案所体现的，但是这些多个方面、概念和特征可以单独地或以其多种组合和子组合的方式用在许多替代实施方案中。除非在本文中明确排除，否则所有这样的组合和子组合都意在在本发明的范围内。更进一步，虽然在本文中描述了关于本发明的多个方面、概念和特征的许多替代实施方案——诸如替代材料、结构、配置、方法、电路、设备和部件、软件、硬件、控制逻辑、关于形成、装配和功能的替代方案等，但是这样的描述并不意在是可用的替代实施方案的完整的或穷尽的列表，无论所述可用的替代实施方案是现在已知的还是后来开发的。本领域技术人员可以容易地将本发明的方面、概念或特征中的一个运用到附加的实施方案中并且在本发明的范围内使用，即使这样的实施方案未在本文中明确公开。另外，尽管本发明的一些特征、概念或方面可以在本文中被描述为优选的布置或方法，但是除非另有明确说明，否则这样的描述并不意在表明这样的特征是必需或必要的。更进一步，可以包括示例性或代表性值和范围以帮助理解本公开内容，然而，这样的值和范围不应被解释为具有限制性意义，并且只有明确说明如此才意在为关键值或范围。此外，虽然多个方面、特征和概念可以在本文中被明确地识别为发明的发明部分或形成部分，但是这样的识别并不意在是排他性的，而是可以存在在本文中被充分描述而未被明确识别为这样的具体发明或具体发明的一部分的发明方面、概念和特征，相反，本发明在所附权利要求书中得以阐明。对示例性方法或过程的描述不限于在所有情况下必须包括所有步骤，呈现步骤的顺序也不应被解释为必需或必要的，除非明确说明如此。
本公开内容部分地涉及提供用于测量接头的颈部部分上的轴向应变以确定接头状态的机构，所述接头状态包括例如接头在导管上的拉紧的量(例如，完全、部分、不充分或未拉紧)，以及接头在达到底部抵靠接头主体的导管插座(例如抵靠导管插座的埋头孔)的导管上的拉紧，或接头在在接头主体的导管插座中未达到底部的导管上的拉紧。如在本文中使用的，“测量”可以包括例如视觉检查、机械计量、光学扫描、应变响应涂层或其它这样的附件的反应中的一个或多个，和/或生成或接收与对应于轴向应变的感测参数的改变对应的电信号。
本公开内容还部分地涉及为机械附接的连接件提供感测功能。如在本文中使用的，感测功能以及“传感器”、“传感器单元或传感器封装”中的感测功能的任何实施方案意在在其最广泛的背景中被解释为，例如但不限于，对与接头或组件、接头或组件部件、构件或零件中的一个或多个以及由接头或组件容纳的流体相关的信息、状态、状况、情形或数据进行感测、检测、测量、指示、报告、传输、传达、反馈或采集以及其组合的能力。感测功能可以通过润湿传感器单元或非润湿传感器单元或二者来实现。如在本文中使用，“润湿”是指在流体控制设备的正常操作期间与系统流体接触的部件，“非润湿”是指在流体控制设备的正常操作期间不与系统流体接触的部件。例如，布置在接头的外表面上的传感器单元将被认为是非润湿部件，即使接头泄漏可能将传感器单元暴露而与泄漏的系统流体接触。在其他实施方案中，感测功能可以附加地或替代地由测量对应于接头状况或状态的接头状态的外部仪表或设备来实现。
参考图1，呈现了可以与发明中的一个或多个一起使用的示例性接头组件10。该接头组件10在本文中也被称为机械地附接的连接件、导管接头或管接头，但是术语接头应被广泛地解释为导管C可以与另一个流体部件机械地附接或连接所通过的任何装置。仅出于参考目的，导管C具有纵向轴线X，该纵向轴线X可以但不必与该导管的纵向中心线重合。在本文中对“轴向”移动或移位以及“径向”移动或移位的提及是相对于轴线X而言。
接头组件10可以包括第一联接构件12和第二联接构件14。联接构件12、14可以是组件10以导管夹持和密封方式安装在导管端C上所通过的任何合适的装置。对于图1的实施方案，第一联接构件12可以以阳螺纹主体的形式实现，并且第二联接构件14可以以阴螺纹螺母的形式实现。如在本文中使用的，呈“主体”形式的联接构件接收导管端，通常但不一定在导管插座中。呈“螺母”形式的联接构件被结合到主体，以便以恰当的导管夹持和密封方式将接头拧紧或拉紧到完成状态(made condition)，其中该螺母通常包括驱动表面，该驱动表面在拉紧期间接合导管夹持设备(下文更详细地描述)，或可以替代地接合与夹持设备接合的驱动构件。这些部件在某种意义上是“联接件”，它们可以被结合在一起并且被拧紧，以便将组件10安装到导管端C上，以使得组件10夹持导管，以防止导管在任何一个或多个环境应力(举几个例子，诸如温度、压力、应变和振动)下松动。组件10还提供了防范流体损失的密封件。由导管C运送的流体可以是气体、液体、其组合或任何其它流体介质。组件10可以在整个流体系统内形成连接方面找到典型应用。接头组件诸如示例性接头10在流体系统内工作以帮助容纳流体，并且在许多情况下必须在多种压力要求以及温度影响和其它环境影响下容纳流体。还应注意，联接构件中的一个或两个实际上可以是流体部件的一部分或与流体部件成整体，且不一定是如在本文中示出的分立部件。例如，主体12可以与导管将被附接到的阀主体、歧管或任何其它流体部件集成或相关联。
尽管此实施方案提供了第一联接部件12和第二联接部件14之间的螺纹连接，但是螺纹连接仅是许多可用的选择中的一个。替代方案包括但不限于夹紧连接或螺栓连接。所使用的连接类型将由以流体紧密方式将组件10固定到导管端所需的力的性质确定。一般来说，诸如图1中示出的接头可以用于非扩口端连接，意味着在连接到另一个流体构件之前作为一个处理步骤未对导管圆柱形形状进行扩口(尽管导管在安装过程期间可以塑性变形)。除了可能对端表面C1进行常规面处理和去毛刺处理之外，导管端不需要任何特别制备。在又一个替代实施方案中，对于第一联接部件和第二联接部件，阳螺纹和阴螺纹可以颠倒。
联接主体12本身可以被认为是连接到导管端C的流体构件，或可以包括可以进一步连接到另一个零件的端配置(未示出)。例如，用于主体12的端配置可以包括常规的管接头主体的阳螺纹端，但是可以根据需要使用任何端连接配置来将导管端C连接到流体系统内或连接到另一个流体构件。
第一联接构件12和第二联接构件14可以分别包括扳手平面(wrench flat)20、22，以有助于在将接头拉紧期间将组件10结合并且拧紧在一起。联接构件12、14之间的相对旋转可以被用来将接头组件10拧紧和松动(在本领域也称为“装上”和“拆下(unmake)”)，视情况而定。
接头主体12可以包括中心孔24，该中心孔24具有与导管C的内部圆柱形壁26的直径大致相同的直径。对于大多数连接件，孔24和导管C对准并且沿着轴线X以同轴方式组装，但不是在所有情况下都必须需要这样。
主体类型联接构件12可以包括埋头孔28，其用大致圆柱形内壁30限定导管插座或管插座32，将导管端C插入该导管插座或管插座32内作为组装过程的一部分。大致圆柱形内壁30可以具有紧密地接收导管端C的外直径表面C2的直径。内壁30轴向延伸到截头圆锥形凸轮表面36。内壁30在本文中被称为“大致”圆柱形的，这是因为它可以是稍微锥形的，和/或它可以包括与埋头孔邻接并且具有锥度的短长度“管捕获”部分。图19的示例性接头700包括接头主体712，该接头主体712具有内壁730，该内壁730具有与埋头孔728邻接的锥形部分734。在共同拥有的美国专利No.8,876,170(“170专利”)中也描述了具有锥形内表面的一个示例性接头，该美国专利的全部公开内容通过引用并入本文。
接头组件10的导管夹持设备可以包括一个或多个导管夹持构件，例如诸如套圈，其中在所示出的实施方案中包括两个套圈38、40。一些接头设计仅使用一个套圈，其他接头设计可以使用两个以上的套圈，替代地可以使用附加零件，诸如密封件、垫圈等，并且替代地可以使用可能通过除了“套圈”之外的术语通常已知但是可以作为导管夹持构件提供夹持和密封的夹持环或夹持设备。如在本文中使用的，术语套圈和导管夹持构件意在包括在它们的定义内并且意指可以在拉紧之后夹持导管端、沿着导管或其他地方密封接头或二者都有的任何部件或部件的组合。例如，在单套圈接头中，该单个套圈既密封导管又夹持导管。在图1的示例性的双套圈组件中，向前的或前面的套圈38通常可以被用来抵靠凸轮表面36形成流体紧密密封，但是在一些设计中也可以夹持导管，并且在一些设计中也可以抵靠导管外表面C2密封。向后的或后面的套圈40通常可以被用来夹持导管C，但是也可以抵靠导管密封或抵靠前面的套圈38的后端密封。使用套圈或其他导管夹持和密封设备的接头设计是众所周知的，并且在它们的设计和等级(例如压力等级和泄漏等级)方面变化很大。可以设置套圈来抵靠导管C的外表面C2夹持导管C。对于较高压力应用，可能期望一个或多个套圈压入、切入或咬入导管外表面C，以便在压力下提供强夹持压力和防止导管C逐渐退出的抵抗力，并且潜在地危害接头10内的流体紧密密封。然而，在较低压力应用中，导管夹持构件38、40可以被设计成足够地夹持导管而不实际地压入或切入导管表面C2。除了在导管C上提供适当的夹持力之外，夹持构件38、40还可以抵靠导管外表面C2提供主要的或次要的流体紧密密封，以防止流体从组件10损失。因此，如在本文中理解的，导管夹持构件或套圈是在完全拉紧接头时克服压力、振动和其他环境影响夹紧导管并且还提供流体紧密密封的任何零件或零件的组合。导管夹持构件可以包括热处理的硬化套圈，其中热处理是例如通过较低温度间质(例如碳、氮或二者)扩散到金属套圈内来对不锈钢或某种其他金属合金进行表面硬化。
通过将导管端插入到接头主体12的导管插座32内并且穿过导管夹持构件38、40以使导管端C达到底部抵靠接头主体12内的导管插座(例如，抵靠埋头孔28)来将示例性接头组件10安装在导管端C上。在包括具有与埋头孔邻接的锥形“管捕获”部分的导管插座的接头主体中，如在上文以及上文并入的“170专利”中并且在图19的实施方案中示出的，当导管端被带到与此锥形部分接合时，导管端可以替代地被认为充分达到底部，而仍然与埋头孔28间隔开。螺纹接头螺母14与接头主体12的螺纹端部分18拧紧或拉紧在一起(例如，从手指拧紧的状态或到预定扭矩的预定数目的圈数)，以驱动导管夹持构件38、40，导致抵靠轴向固定的导管外表面C2轴向和径向向内移动，以影响抵靠导管端C的夹持和密封。当导管夹持构件38、40夹持导管外表面C2时，对应的轴向和径向移动被赋予导管端C。当这样的接头被拉紧在未达到底部抵靠导管插座(即，未达到底部状态)的导管端上时，导管夹持设备上、影响导管端在导管插座中的轴向移动的拧紧力的部分在常规接头组件中不容易检测。
在拉紧恰当地安装的接头期间，导管夹持设备上、影响导管端在导管插座中的轴向移动的拧紧力的部分在达到底部的导管端C1和埋头孔28和/或导管插座32的锥形部分之间施加轴向压缩载荷。同时，作为对此压缩载荷的反应，包围导管插座的主体壁中产生轴向拉伸应变。通过有限元分析，申请人已经发现，这些拉伸力至少导致接头主体颈部的第一外部部分轴向地接近埋头孔并且螺纹端部分处于“轴向拉伸应变”。相反，如果导管端未达到底部抵靠导管插座32，则不存在到埋头孔内的轴向压缩，且因此在埋头孔和主体螺纹之间不存在拉伸应变，且因此至少在接头主体颈部的第一外部部分中不存在拉伸应变。通过有限元分析，申请人已经发现，拉紧在未达到底部的导管端上的示例性接头在接头主体颈部的第一外部部分中经历“轴向压缩应变”。因此，申请人已经确定，可以使用导管接头的接头主体颈部部分中的轴向应变的测量来确定接头拉紧(例如拉紧的存在或拉紧的程度)，基于应变幅度，和接头组件的达到底部状态或未达到底部状态，基于应变方向(例如对应于达到底部的接头组件的拉伸轴向应变和对应于未达到底部的接头组件的压缩轴向应变)中的一个或两个。
图2和图2A示出了安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的1/4英寸管端上的示例性管接头的有限元分析(FEA)模拟。如图所示，接头主体中的拉伸应变集中在接头主体颈部的轴向地接近埋头孔和接头主体的螺纹端部分的部分Sa中、延伸到导管插座的邻近埋头孔的内壁。
图3和图3A示出了安装在未达到底部的1/4英寸管端上的相同示例性管接头的FEA模拟。如图所示，轴向压缩应变在接头主体颈部的接近埋头孔和接头主体的螺纹端部分的部分Sb中明显、延伸到导管插座的邻近前面的套圈的突出部的内壁。
在一种用于将接头安装在导管上的示例性方法中，将导管插入具有螺纹端部分和从所述螺纹端部分向后延伸的颈部部分的接头主体的内部导管插座中，其中所述内部导管插座轴向延伸到所述颈部部分并终止于埋头孔。将接头螺母拉紧在接头主体上，以抵靠导管夹持和密封导管夹持设备。可以测量或检测颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位来确定以下中的至少一个：(a)接头是否已经拉紧(以及拉紧到何种程度)，以及(b)导管是否达到底部抵靠导管插座。
根据本申请的一个示例性方面，可以检测安装的接头主体颈部部分中的轴向应变的接头状态来确定插入在安装的或拉紧的接头组件的接头主体中的导管端的达到底部状态或未达到底部状态。此状态可以被识别，例如，当将接头10从手指拧紧的状态拉紧到部分拧紧状态或完全拧紧状态时，通过测量或以其他方式识别接头主体颈部部分54(图1)上的至少第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移动。与上文所描述的FEA结果一致，可以预期接头组件10在达到底部的导管端C上的拉紧将导致至少第一参考位置R1和第二参考位置R2之间的轴向距离的可测量的增加(与拉伸应变一致)，同时可以预期接头组件10在未达到底部的导管端C上的拉紧将导致至少第一参考位置R1和第二参考位置R2之间的轴向距离没有可测量的增加(与缺少拉伸应变一致)，并且在至少一些实施方案中，将导致至少第一参考位置R1和第二参考位置R2之间的轴向距离的可测量的减小(与压缩应变一致)。
根据本申请的另一个示例性方面，可以检测安装的接头主体颈部部分中的轴向应变的接头状态，以确定接头组件的拉紧状态。此状态可以被识别，例如通过测量或以其它方式识别接头主体颈部部分54(图1)上的至少第一参考位置R1和第二参考位置R2相对于所述参考位置的对应于接头组件的手指拧紧的状态的已知位置或预定位置的相对轴向位置。与上文描述的FEA结果一致，可以预期接头组件10在达到底部的导管端C上的拉紧将导致至少第一参考位置R1和第二参考位置R2之间的轴向距离的可测量的增加(与拉伸应变一致)，而可以预期接头组件10在未达到底部的导管端C上的拉紧将导致至少第一参考位置R1和第二参考位置R2之间的轴向距离的可测量的减小(与压缩应变一致)。
可以利用许多不同的机构来测量或以其他方式识别在拉紧接头期间接头主体颈部部分上的第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移动，或在接头安装之后接头主体颈部部分上的第一参考位置和第二参考位置的相对轴向位置。一个示例性检测机构可以包括与接头相关联(例如与接头组装在一起或通过工具或其他这样的部件施加到接头)的、用于测量这样的轴向移动并且生成与所测量的轴向移动相对应的电信号的感测功能。
具有相关联的感测功能的接头可以被认为“智能接头”，意味着用于机械附接的连接的接头或组件包括感测功能，所述感测功能可以向分析功能和分析过程提供关于接头部件中的一个或多个的健康、属性、组装、状态和状况、由接头容纳的流体或二者的信息和数据。在本公开内容中，如在本文中示出的示例性实施方案包括感测功能，所述感测功能被并入到接头的一个部件或零件或构件中或以其它方式与接头的一个部件或零件或构件相关联，或通过设置用来将感测功能定位在接头内以执行其设计功能的传感器载体或基体(substrate)添加到接头。
本发明的此方面不限于任何特定的接头设计或配置，并且还涉及将感测功能引入到这样的接头内或将感测功能与这样的接头包括在一起的想法。由于接头在流体系统中有时非常复杂并且众多的用途，因此可能期望能够感测一个或多个状态，或采集关于接头的组装、性能或健康或由接头容纳的流体或二者的数据和信息。本发明提供了用于将感测功能引入到现有接头设计、安装的接头设计内或提供感测功能作为新接头或接头安装、修理、改造的一部分或作为维护操作的一部分的装置和方法。流体系统设计者可以开发所有不同类型的控制和监视系统，以利用就在接头现场(包括根据需要实时地)采集或获取的数据和信息。控制和监视系统或电路可以被方便地布置在接头外部，甚至被布置在远程位置中，并且与传感器单元一起使用有线通信链路或无线通信链路来接收由传感器单元提供的数据和信息。替代地，所述电路可以与接头本身集成，诸如例如在外表面上。通过“远程”，通常意味着电路远离接头或与接头间隔开，并且可以与接头相距一定距离，但是该术语不意在暗示或要求它必须是很大距离或甚至超出视线，尽管在一些应用中，以有线方式或无线方式进行这样的较长距离通信是期望的。可以通过在靠近的远程位置或范围(例如诸如一英尺或更少)内的手持电路(例如被并入智能电话、智能手表、前向显示器数据视觉系统或其他便携式电子设备内)来询问一些传感器单元。RFID标签是这样的设备的一个通常实例。
根据本申请的一个示例性方面，一个或多个传感器和感测功能(无论是润湿型传感器还是非润湿型传感器)可以与接头主体的颈部部分相关联。使用可安装的感测功能允许设计者简单地通过将感测功能引入到可安装的部件(诸如可以与接头主体组装在一起的或可以附接到接头主体的传感器单元或封装)内来提供能够变得“智能”的普通接头设计。例如，甚至在接头已经被安装到流体回路内之后，通过将一个或多个传感器单元附接到该接头，可以使该接头变得智能，可以移除一个或多个传感器单元或附加或移除不同的传感器单元。在可附接的或可安装的零件中使用感测功能也便于最终接头配置延迟到现场，这允许更有效率的库存控制，因为最终用户不需要既备有“智能”接头又备有常规接头。替代地或附加地，感测功能可以被并入到接头主体中或与接头主体集成。
传感器单元可以采取多种形式和功能。每个传感器单元可以包括润湿传感器或非润湿传感器或其组合，所述润湿传感器意味着传感器的一部分暴露于通过接头的系统流体，所述非润湿传感器未暴露于系统流体。传感器单元可以被用来例如感测、检测、测量、监视或以其他方式采集关于机械附接的连接件的属性或特性的信息或数据，并且将这样的数据传达到被配置为评估、显示和/或报告对应于所采集的数据的状态的电子器件(例如处理器)。虽然本申请的示例性实施方案涉及对对应于在拉紧的接头中拉紧和/或导管达到底部的轴向应变的测量，但是本申请所设想的传感器单元可以附加地或替代地检测或测量与接头的其它属性或特性相关的状态，举几个例子，包括例如一般泄漏、应力、振动、温度或系统压力的改变。例如，润湿传感器或传感器封装可以附加地或替代地感测例如指示压力、温度、电流效应、流体密度、折射率、粘度、光吸收率、介电属性、流速、电导率、pH、浊度、热导率、水分、气体特定属性或液体特定属性等(举几个例子)中的一个或多个的状态。作为另一个实施例，非润湿传感器或传感器封装可以附加地或替代地感测例如指示压力、温度、密封完整性、泄漏、泄漏率、应力和应力分布、振动、声波等中的一个或多个的状态。
传感器单元可以以许多不同的方式操作，包括但不限于电磁、声磁、磁共振、电感耦合，所述电感耦合包括天线、红外线、涡电流、超声波和压电信号传输。传感器单元或传感器封装可以以有线方式或无线方式与后者通信(例如通过与电路或天线的连接)，所述后者包括但不限于BLUETOOTHTM、Wi-Fi、2G、3G、RFID、声学通信、红外线通信和光信号通信。
今天存在可以用于多种感测功能的多种商业可得的传感器。毫无疑问，在未来几年期间将会有更多的传感器被开发和商业化，尤其是将具有更大的功能、显著小的占地面积、替代的安装和集成功能以及通信功能的传感器。本发明设想并且便于今天已知的或稍后开发的这样的传感器在本文中描述的接头中的使用。
商业可得的传感器的实例包括但不限于以下：
·来自Endevco公司的型号为32394的微小型绝对压力传感器。这是硅MEMS设备，所述硅MEMS设备可以是用导电环氧树脂安装的基体或表面。
·另一种压力传感器或换能器是来自PCB Piezotronics，Inc.的型号为105CXX系列。这些传感器在非常小的封装中，或可以根据特定应用的需要重新封装，并且使用压电技术来操作。
·液体流量计，诸如来自Sensirion AG的型号为SLG 1430和ASL 1430。
·来自Tronics Microsystems SA的小型化地震换能器、运动换能器以及角速率传感器。
·来自Signal Quest，Inc.的型号分别为SQ-SENS-XXXX、SQ-SIXX、SQ-PTS、SQ-SVS和SQ-XLD的倾斜和振动传感器、角度传感器、MEMS倾斜计、MEMS振动传感器和MEMS加速度计。
·来自OceanaSensor,Virginia Beach,VA的具有温度检测功能的型号为TR1BXN的压电加速度计。
·来自ST Microelectronics的型号为LM和STXXX(许多变体)的热传感器。
·来自Semitec USA Corporation的热敏电阻、IR温度传感器、气体管避雷器(gastube arrester)和压敏电阻。
·vMicroStrain Inc.的型号为M、MG、S、SG和NC型DVRT的线性移位传感器。
·来自COMUS International的接近开关。
以上仅是可以与本发明一起使用的可用的小型化传感器的几个实例。本发明便于并且能够使这样的传感器技术被并入到接头和机械附接的连接件中。可以参考制造商的网页以了解附加的产品信息。虽然基本产品文献可以示出特定的封装概念，但是根据本文中的多个发明中的一个或多个，所述传感器可以被重新封装或替代地与接头部件或构件集成。
在名称都为“CONDUIT CONNECTION WITH SENSING FUNCTION”的共同拥有的美国专利号8,439,404(‘404专利)和共同未决的美国专利申请公开号2013/0270814(‘814申请)中公开了配备有多种传感器来执行多种功能的“智能”接头的示例性实施方案，所述美国专利和所述美国专利申请的全部公开内容通过引用全部并入本文。
图4示出了本发明的一个示例性实施方案，包括可以(但不必)与图1的接头组件一致的接头组件100(并且因此使用相同的附图标记)，该接头组件100包括与接头相关联的传感器单元150。如图所示，传感器单元150可以被附接到、固定到或以其他方式布置在接头主体颈部部分154的外表面上的至少第一参考位置R1和第二参考位置R2上，用于测量拉紧接头期间至少第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移动，其中所述相对轴向移动对应于接头主体颈部部分的轴向应变。如在本文中描述的且在图4中示出的，参考位置R1、R2可以是连续接头主体表面上、与附接的传感器单元150的位置感测特征重合的不能区分的(未标记的)位置。在其他实施方案中，如下面更详细地描述的，参考位置R1、R2可以对应于便于这些特征的相对轴向移动的传感器检测的可见的、可触觉的和/或材料可辨别的记号(例如标记、凹口、具有不同的电属性或其他属性的附着元件等)。
虽然传感器单元150可以被附接到接头主体颈部部分的外表面上的多个位置，但是在一个示例性实施方案中，该传感器单元被定位成靠近接头主体112的螺纹端118并且在接头主体的外肩115的远侧，与在上文所讨论的有限元分析中集中的轴向应变的位置一致。在一个这样的实施例中，该传感器单元被定位在与后面螺纹或基底螺纹相距总颈部长度的1/4至1/3内。
此外，虽然该传感器单元可以被定向成仅测量接头材料的轴向移位，但是该传感器单元可以被附加地或替代地定向成测量接头的材料移位的侧向分量，例如通过被定位成与轴向定向或纵向定向成一定角度。在一个实施例中，传感器单元包括复合应变传感器，该复合应变传感器被配置为在多个方向上测量材料移位或应变和测量在轴向定向和横向定向之间以角度的定向，材料移位或应变包括例如纯轴向(“拉伸”)应变和纯侧向或周向(“环向”)应变。除了轴向应变测量或代替轴向应变测量，这些其它应变测量可以允许控制和监视设备与传感器单元通信(如下面更详细地描述的)以滤除测量的与正常系统状态对应的应变属性，或监视流体系统的其他属性(例如，系统压力、振动、泄漏等)。在其他实施方案中，传感器单元或传感器封装可以包括不同类型和/或不同定向的多个传感器。在一个示例性实施方案中，定向成在轴向方向上测量应变的第一应变传感器与定向成在周向或侧向方向上测量应变的第二应变传感器结合设置，以放大(例如以改进检测)应变测量(例如其中可测量的压缩周向或环向应变伴随可测量的拉伸应变)。在另一个示例性实施方案中，定向成在轴向方向上测量应变的第一应变传感器与定向成在周向或侧向方向测量应变的第二应变传感器结合设置，以提供对针对由温度波动或热膨胀引起的变化的测量的调整。
更进一步，虽然该传感器单元可以被配置为测量接头上的两个离散的参考位置R1、R2的移位，但是该传感器单元可以被配置为测量该传感器单元被附接到的接头区域之上的多个参考位置的相对移位，例如，以测量横跨接头区域(例如横跨接头主体颈部的远侧部分)的应变分布。在一个实施例中，传感器单元沿着接头部件的长度固定(例如粘合、紧固或以其它方式附着)，以测量横跨传感器单元被固定到的长度的应变分布。
传感器单元150可以采取多种形式。在一个示例性实施方案中，该传感器单元包括一个或多个应变传感器，所述应变传感器被定向成测量该传感器单元被附接到的接头主体颈部部分中的轴向应变。作为一个实施例，电阻应变传感器包括金属线栅，电阻响应于该栅上的压缩应变或拉伸应变而穿过该金属线栅改变。作为另一个实施例，电容应变传感器包括平行的板，，电容器响应于布置在所述板之间的隔膜的应变移动而横跨所述平行板改变。作为又一个实施例，电感应变传感器包括两个线圈，在所述线圈之间感应电流随着所述线圈之间的隔膜的应变移动而改变。作为又一个实施例，压阻应变传感器包括电阻随着压缩应变或拉伸应变改变的半导体或晶体结构。作为另一个实施例，压电应变传感器包括电压随着压缩应变或拉伸应变改变的半导体或晶体结构。作为另一个实施例，磁阻应变传感器包括带电的铁磁芯，对于该带电的铁磁芯，磁通量随着邻近的铁磁板的应变移动改变。作为又一个实施例，电位应变传感器包括电位计，对于该电位计，电阻随着接触导体的应变移动改变。作为又一个实施例，共振应变传感器包括振动元件，对于该振动元件，声波共振频率随着元件的压缩应变或拉伸应变变化。作为另一个实施例，光学应变传感器包括被照明的元件，对于所述被照明的元件，反射波长随着该元件的压缩应变或拉伸应变改变。作为另一个实施例，电磁应变传感器可以包括例如线性可变差动变压器(LVDT)、霍尔效应传感器或涡电流导体。
可以使用多种装置来将传感器单元150附接到接头主体颈部部分的外表面，所述装置包括例如胶粘剂、层压制品或烧制玻璃或陶瓷，包括直接书写或直接在用于施加绝缘体和传感元件的表面上提供3D印刷的附加制造过程。
在一个示例性实施方案中，如图4A中示意性示出的，该传感器单元包括与如上文所描述的轴向延伸的电阻应变仪151a连接的RFID标签150a，该RFID标签150a被配置为具有响应于该应变仪上的拉伸应变或压缩应变而变化的电阻。天线191a从远程RFID读取器(未示出)接收电磁无线电频率(RF)信号。与天线191a连接的整流器192a将RF信号转换为DC电压，以为振荡器193a、存储器197a、调制器198a、电桥调理电路195a和控制器194a供电。控制器194a通过电桥调理电路195a连接到应变仪151a，以向该应变仪供应电信号并且接收基于应变仪151a的应变影响的可变电阻的可变响应信号。电桥调理电路195a被配置为调理用于递送到应变仪的激励电压并且将从该应变仪接收的输出电压放大并且偏移。控制器194a还包括模数转换器(ADC)196a，以将经调理的输出电压转换为指示电压振幅的数字信号。生成的输出数据信号可以被写入到存储器197a，用于经由RFID传输的随后访问。控制器194a与调制器198a连接，以调制存储的输出数据以及预先存储的RFID芯片识别数据，以便以由振荡器控制的频率生成经调制的反向散射信号，用于传输到RFID读取器。
在另一个示例性实施方案中，如图4B的示意性视图中示出的，该传感器单元包括与轴向延伸的应变仪151b(电容变化应变仪)连接的RFID标签150b。天线191b从远程RFID读取器(未示出)接收电磁无线电频率(RF)信号。与天线191b连接的整流器192b将RF信号转换为DC电压，以为振荡器193b和控制器194b供电。应变仪151b与振荡器193b(例如基于共振器的振荡器)连接，用于响应于该应变仪经受的拉伸应变或压缩应变来调谐振荡器频率。调制器198b调制由控制器194b生成的识别数据信号，用于通过天线191b以调谐频率传输。通过RFID标签的调制频率的RFID读取器测量，经调制的输出信号的最终频率向测量的应变状态的RFID读取器提供指示。通过使用经调制的输出信号频率来识别RFID读取器的应变状态，可以在没有上文所描述的信号调理步骤和模数转换步骤的前提下测量和识别该应变状态，从而减少了RFID标签传感器用于这些功能的功率利用。此功率减少可以允许增加RFID标签的“读出范围”、减少尺寸要求或消除补充电源(例如电池)。在PCT国际公开号WO2015/101695中描述了利用传感器来使无源RFID标签应答器上的振荡器频率变化的感测装置的实例，所述PCT国际公开的全部公开内容通过引用并入本文。
根据本申请的另一个发明方面，轴向应变测量传感器可以被布置在接头主体颈部部分的外表面中的凹部中，例如，以保护传感器免受由对接头主体的最外表面的冲击造成的损害。通过有限元分析，申请人已经发现，当接近螺纹端部分、在接头主体颈部的外表面中设置周向凹口时，当接头被拉紧在达到底部的导管端上时，轴向拉伸应变集中位于凹口的内表面处，并且当接头被拉紧在未达到底部的导管端上时，轴向压缩应变集中位于凹口的内表面处。可以使用多种技术来将凹口或其它这样的凹部形成在接头主体的颈部部分中，所述技术包括例如激光雕刻、线切割、化学蚀刻或其它合适的手段。
图5A、图6和图6A示出了具有接头主体的示例性管接头的有限元分析(FEA)模拟，该接头主体具有接近螺纹端布置在颈部部分中的0.01英寸深、0.01英寸宽的周向凹口，该接头主体被安装在1/4英寸、0.065英寸壁管端上。在图5和图5A中，管端达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔。如图所示，接头主体中的拉伸应变集中在接头主体颈部的在周向凹口周围的部分Sa中、延伸到导管插座的邻近该埋头孔的内壁。在图6和图6A中，管端在接头主体导管插座中未达到底部。如图所示，轴向压缩应变在接头主体颈部的在周向凹口周围的外部分Sb中是明显的、延伸到导管插座的邻近前面套圈的突出部的内壁。
图7、图7A、图8和图8A示出了具有接头主体的示例性管接头的有限元分析(FEA)模拟，该接头主体具有接近螺纹端布置在颈部部分中的0.01英寸深、0.02英寸宽的周向凹口，该接头主体被安装在1/4英寸、0.065英寸的壁管端上。在图7和图7A中，管端达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔。如图所示，接头主体中的拉伸应变集中在接头主体颈部的在周向凹口周围的部分Sa中、延伸到导管插座的邻近埋头孔的内壁。在图8和图8A中，管端在接头主体导管插座中未达到底部。如图所示，轴向压缩应变在接头主体颈部的在周向凹口周围的外部分Sb中是明显的、延伸到导管插座的邻近前面套圈的突出部的内壁。如图所示，图7-图8A的接头组件上的轴向拉伸应变和轴向压缩应变与图5-图6A的接头组件上的对应的应变相比不太显著，这是由于在凹口底板(floor)上应变集中在颈部的较大的凹口宽度或长度之上。
图9、图9A、图10和图10A示出了具有接头主体的示例性管接头的有限元分析(FEA)模拟，该接头主体具有接近螺纹端布置在颈部部分中的0.01英寸深、0.01英寸宽的周向凹口、该接头主体被安装在1/4英寸、0.035英寸的壁管端上。在图9和图9A中，管端达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔。如图所示，接头主体中的拉伸应变集中在接头主体颈部的在周向凹口周围的部分Sa中、延伸到导管插座的邻近该埋头孔的内壁。在图10和图10A中，管端在接头主体导管插座中未达到底部。如图所示，轴向压缩应变在接头主体颈部的在周向凹口周围的外部分Sb中是明显的、延伸到导管插座的邻近前面套圈的内壁。如图所示，图9-图10A的接头组件上的轴向拉伸应变和轴向压缩应变与图5-图6A的接头组件上的对应的应变相比不那么显著。这可以归因于当在拉紧期间管端未达到底部时，较薄的壁管在导管插座上施加较小的压缩载荷，因此在主体颈部上引起较小的拉伸载荷，并且在管端未达到底部的情况下，在拉紧期间较薄的壁管未用尽可能多的径向反作用来抵抗前面套圈的向前楔入动作，因此赋予较少的对主体颈部的扩口或压缩弯曲。
图11、图11A、图12和图12A示出了具有接头主体的示例性管接头的有限元分析(FEA)模拟，该接头主体具有接近螺纹端布置在颈部部分中的0.01英寸深、0.02英寸宽的周向凹口，该接头主体被安装在1/4英寸、0.035英寸的壁管端上。在图11和图11A中，管端达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔。如图所示，接头主体中的拉伸应变集中在接头主体颈部的在周向凹口周围的部分Sa中、延伸到导管插座的邻近该埋头孔的内壁。在图12和图12A中，管端在接头主体导管插座中未达到底部。如图所示，轴向压缩应变在接头主体颈部的在周向凹口周围的外部分Sb中是明显的、延伸到导管插座的邻近前面套圈的突出部的内壁。如图所示，图11-图12A的接头组件上的轴向拉伸应变和轴向压缩应变比图5-图6A的接头组件上的对应的应变相比不那么显著，这是由于较宽凹口和较薄壁管的组合效应，如上文所描述的。
图13和图13A示出了本发明的一个示例性实施方案，包括可以(但不必)与图1的接头组件一致的接头组件200(并且因此使用相同的附图标记)，该接头组件200包括与接头相关联的传感器单元。如图所示，传感器单元250可以被嵌入或以其他方式附接在接头主体颈部部分254中的凹进部分255中，该传感器单元250被布置在接头主体颈部部分254的凹进部分255内的第一参考位置R1和第二参考位置R2上，用于在拉紧接头期间测量第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移动，其中所述相对轴向移动对应于接头主体颈部部分的轴向应变。该凹进部分可以包括孔、凹口、凹槽、平坦部分或其它这样的凹部，并且可以被布置在离散的周向位置处或在颈部部分的整个圆周周围延伸。尽管凹进部分255可以被布置在接头主体颈部部分的外表面上的多个轴向位置处，但是在一个示例性实施方案中，凹部(与接收的传感器单元一起)被定位成接近接头主体212的螺纹端218并且在该接头主体的外肩215远侧，与上文所讨论的有限元分析中集中的轴向应变的位置一致。此外，虽然凹进部分255可以被设置有足以完全接收传感器单元250的深度(例如，至少部分地保护传感器单元免受外部冲击)，如图所示，但是在其他实施方案中，传感器单元的至少一部分延伸到凹进部分的外面。
传感器单元250可以采取多种形式。在一个示例性实施方案中，传感器单元包括应变传感器，诸如例如，上文更详细地描述的应变传感器中的一个或多个。可以使用多种装置将传感器单元250附接到凹进部分255的内表面，所述装置包括例如胶粘剂、层压制品或烧制玻璃或陶瓷，包括直接书写或直接在用于施加绝缘体和传感元件的表面上提供3D印刷的附加制造过程。
根据本申请的另一个发明方面，申请人已经发现，与在对接头主体颈部部分的纵向表面上(例如外表面上或凹进部分的内表面上)的参考位置的拉紧期间的相对轴向移位相比，在对接头主体颈部部分中的周向凹口的相对的壁和外边缘的接头拉紧期间的相对轴向移位被扩大。该轴向移位的此扩大可以便于在导管达到底部状态或导管未达到底部状态下检测对应于接头拉紧的轴向应变。
图14是记载了在对图5-图6A、图7-图8A和图9-图10A中示出的接头的相对的0.01英寸和0.02英寸凹口边缘的拉紧期间FEA预测的轴向移位的图表。如图所示，对带0.01英寸凹口的接头的拉紧在该接头被安装在达到底部的0.065”壁管端上时产生4500微应变的拉伸应变，并且在该接头被安装在未达到底部的0.065”壁管端上时产生2200微应变的压缩应变。对带0.01英寸凹口的接头的拉紧在该接头被安装在达到底部的0.035”壁管端上时产生3100微应变的拉伸应变，并且在该接头被安装在未达到底部的0.035”壁管端上时产生1700微应变的压缩应变。对带0.02英寸凹口的接头的拉紧在该接头被安装在达到底部的0.065”壁管端上时产生2600微应变的拉伸应变，并且在该接头被安装在未达到底部的0.065”壁管端上时产生1250微应变的压缩应变。对带0.02英寸凹口的接头的拉紧在该接头被安装在达到底部的0.035”壁管端上时产生1850微应变的拉伸应变，并且在该接头被安装在未达到底部的0.035”壁管端上时产生900微应变的压缩应变。
因此，在本申请的另一个实施方案中，轴向应变测量传感器可以被定位成测量接头主体颈部部分中的凹进部分的相对的第一壁和第二壁的相对轴向移位，例如，以获得扩大的或放大的与接头主体颈部部分中的轴向应变相关的数据。
在一个这样的实施方案中，传感器单元可以被嵌入或以其他方式附接到接头主体颈部部分的凹进部分中，以测量相对的凹壁的相对轴向移位，所述相对的凹壁起用作接头主体颈部上的第一参考位置和第二参考位置的传感器可检测记号。图15和图15A示出了本发明的一个示例性实施方案，包括可以(但不必)与图1的接头组件一致的接头组件300(并且因此使用相同的附图标记)，该接头组件300包括与接头相关联的传感器单元350。如图所示，传感器单元350可以被嵌入或以其他方式附接在接头主体颈部部分354中的凹进部分355内，用于与由该凹进部分的相对的第一壁356和第二壁357限定的第一参考位置R1和第二参考位置R2接合或其它这样的相互作用，用于在拉紧接头期间测量第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移动，所述相对轴向移动对应于接头主体颈部部分的轴向应变。该凹进部分可以包括孔、凹口、凹槽或其它这样的凹部，并且可以被布置在离散的周向位置处或在颈部部分的整个圆周周围延伸。虽然凹进部分355可以被布置在接头主体颈部部分的外表面上的多个轴向位置处，但是在一个示例性实施方案中，凹部(与接收的传感器单元一起)被定位成接近接头主体312的螺纹端318并且在该接头主体的外肩315的远侧，与上文所讨论的有限元分析中集中的轴向应变的位置一致。
传感器单元350可以采取多种形式。在一个示例性实施方案中，传感器单元350包括应变传感器(例如，上文更详细地描述的示例性应变传感器中的一个或多个)。在一个这样的实施例中，应变传感器包括连接到第一凹壁356的第一部分和连接到第二凹壁357的第二部分，使得应变传感器测量第一凹壁和第二凹壁的相对轴向移位。
在另一个实施方案中，该传感器的第一部分和第二部分中的一个可以被附着到第一凹壁356和第二凹壁357中的对应的一个，并且该传感器的第一部分和第二部分中的另一个可以处于松动或未与第一凹壁356和第二凹壁357中的另一个附着接触。当接头颈部中的拉伸应变导致凹壁356、357膨胀远离彼此时，该传感器的松动接触的部分可以与对应的凹壁分离，导致传感器生成指示拉伸应变的信号。例如，该传感器的松动地接触的部分可以包括机电开关或上文所描述的应变传感器中的一个或多个。
可以使用多种装置来将传感器单元350附接到凹进部分355的内表面，所述装置包括例如胶粘剂、层压制品或烧制玻璃或陶瓷，包括直接书写或直接在凹部内提供3D印刷的附加制造过程，或通过嵌入在凹部内的树脂灌封材料、粉末金属烧结材料或钎焊材料中。
在另一个示例性实施方案中，传感器单元可以被附接到接头主体颈部部分的外表面，以跨越接头主体颈部部分中的凹进部分，以测量相对的凹壁的外边缘的相对轴向移位，所述相对的凹壁用作接头主体颈部上的第一参考位置和第二参考位置的传感器可检测记号。图16和图16A示出了本发明的一个示例性实施方案，包括可以(但不必)与图1的接头组件一致的接头组件400(并且因此使用相同的附图标记)，该接头组件400包括与接头相关联的传感器单元450。如图所示，传感器单元450可以被粘附或以其它方式附接到接头主体颈部部分454，以跨越接头主体颈部部分454中的凹进部分455，用于与由该凹进部分的相对的壁456、457的第一边缘部分456’和第二边缘部分457’限定的第一参考位置R1和第二参考位置R2连接或其他这样的相互作用，用于在拉紧接头期间测量第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移动，其中所述相对轴向移动对应于接头主体颈部部分的轴向应变。该凹进部分可以包括孔、凹口、凹槽或其它这样的凹部，并且可以被布置在离散的周向位置处或在颈部部分的整个圆周周围延伸。虽然凹进部分455可以被布置在接头主体颈部部分的外表面上的多个轴向位置处，但是在一个示例性实施方案中，该凹部(与接收的传感器单元一起)被定位成接近接头主体412的螺纹端418并且在该接头主体的外肩415远侧，与上文所讨论的有限元分析中集中的轴向应变的位置一致。
传感器单元450可以采取多种形式。在一个示例性实施方案中，传感器单元450包括应变传感器(例如上文更详细地描述的示例性应变传感器中的一个或多个)。在一个这样的实施例中，传感器单元450包括应变传感器，所述应变传感器具有连接到第一凹壁边缘部分456’的第一部分和连接到第二凹壁边缘部分457’的第二部分，使得应变传感器测量第一凹壁和第二凹壁的相对轴向移位。
可以使用多种装置将传感器单元450附接到第一凹壁边缘部分456’和第二凹壁边缘部分457’，所述装置包括例如胶粘剂、层压制品或烧制玻璃或陶瓷，包括例如胶粘剂、层压制品或烧制玻璃或陶瓷，包括直接书写或直接在凹部内提供3D印刷的附加制造过程，或通过嵌入在该凹部内的树脂封装材料、粉末金属烧结材料或钎焊材料中。
在其它实施方案中，可以在接头部件上(例如在接头主体颈部上)设置其他类型的传感器可检测记号，以在接头部件上提供用于测量应变移位的参考位置。例如，其他类型的接头表面间断点(除了或代替上文所描述的凹口和其它凹部)可以产生传感器可检测的参考位置。实施例包括传感器单元可以被附接到的整体的或附接的突起、脊状物或滚花表面。在一个实施例中，可以通过如本领域已知的附加制造来将脊状物或突起附加到接头部件的外表面。在另一个实施例中，接头主体的螺纹端部分的基底螺纹中的一个或多个可以提供传感器可检测的表面间断点。类似于图15和图15A的传感器单元350，该传感器单元可以例如在表面间断点之间附接到接头部件，用于与由表面间断点限定的第一参考位置和第二参考位置接合或其它相互作用。作为另一个实施例，类似于图16和图16A的传感器单元450，该传感器单元可以被粘附或以其他方式附接到接头部件上的突出表面间断点(例如，肋状物或突起)以跨越表面间断点之间的空间，提供与由表面间断点限定的第一参考位置和第二参考位置的传感器连接或其他这样的相互作用。
作为另一个实施例，可以通过光学传感器来光学地检测和测量接头部件颈部上的可见标记的应变移位。可见标记的实施例可以包括印刷的、雕刻的、压印的、粘附的和机械加工的标记。传感器单元可以在限定接头部件上的参考位置的一个或多个这样的可检测标记之上固定到接头部件。
作为又一个实施例，可以通过适当的传感器来检测和测量附着到接头部件的材料可辨别的元件(即，与接头部件不同的材料的元件)的应变移位。例如，可以通过磁性传感器来检测附着到接头部件的磁性元件的应变移位。其他可辨别的材料可以包括例如磁性材料、可磁化材料或导电材料。传感器单元可以在限定接头部件上的参考位置的一个或多个这样的材料可辨别的元件之上固定到接头部件。
在另一个示例性实施方案中，传感器单元可以被附接到接头主体颈部部分的内部润湿表面，以测量接头主体的导管插座的内部表面上的轴向应变。图17和图17A示出了本发明的一个示例性实施方案，包括可以(但不必)与图1的接头组件一致的接头组件500(并且因此使用相同的附图标记)，该接头组件500包括与接头相关联的传感器单元550。如图所示，传感器单元550可以在接头主体颈部部分554中的内部凹部555内粘附或以其他方式附接到导管插座表面、在第一参考位置R1和第二参考位置R2上，用于在拉紧接头期间测量第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移位，其中所述相对轴向移位对应于接头主体颈部部分的轴向应变。虽然传感器单元550可以被布置在导管插座的内表面上的多个轴向位置处，但是在一个示例性实施方案中，凹部555(与接收的传感器单元550一起)可以被定位成接近埋头孔，与上文所讨论的管达到底部的接头的有限元分析中集中的拉伸应变的位置一致，并且可以与接头主体512的螺纹端部分518或邻近的颈部部分554轴向对准。不同于FEA测试的接头主体的外径向部分，该示例性实施方案的内径向部分在拉紧的未达到底部的接头和手指拧紧接合之间的轴向应变上未表现出明显差异。然而，其它接头实施方案可以在其他位置和图案中表现出应变集中，包括例如在拉伸的未达到底部的接头主体的内部颈部部分处的可测量的压缩应变。
传感器单元550可以采取多种形式。在一个示例性实施方案中，传感器单元550包括应变传感器(例如，上文更详细地描述的示例性应变传感器中的一个或多个)。在一个这样的实施例中，传感器单元550包括应变仪，所述应变仪具有连接到第一参考位置R1的第一部分和连接到第二参考位置R2的第二部分，使得该应变仪测量第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移位。
可以使用多种装置将传感器单元550附接到导管插座的内表面，所述装置包括例如胶粘剂、层压制品或烧制玻璃或陶瓷，包括直接书写或直接在凹部内提供3D印刷的附加制造过程，或通过嵌入该凹部部分内的树脂封装材料、粉末金属烧结材料或钎焊材料内。
根据本申请的另一方面，图4、图13、图15、图16和图17的接头组件100、200、300、400、500可以设置有被配置为利用由传感器采集或获得的数据和信息的控制和监视系统、电路系统或电子器件180、280、380、480、580。该电路系统可以包括存储器设备以存储获得的信息，并且可以利用软件或硬件来分析该信息以识别接头组件的一个或多个状态。在检测到有问题的状态或其他值得注意的状态(例如不恰当的组装、泄漏、材料疲劳、过度压力、温度或振动)的情况下，该系统可以被配置为将警告传达到系统的安装者、用户或检查员，例如通过该电路系统的本地接口(例如声音、光或显示器)，或传达到外部设备(例如计算机、智能电话)，例如通过无线连接或通过有线连接。
电子器件180、280、380、480、580可以以许多不同的方式可操作地连接到传感器单元150、250、350、450、550，所述方式包括直接或间接有线连接和无线连接。无线连接可以包括电磁耦合(诸如通过天线(例如RFID芯片))或光学耦合、声学耦合等。根据传感器精度，既可以在系统操作状态(例如暴露于压力、温度、振动或流体润湿状态)下进行感测，又可以在关机状态下进行感测。该连接可以被配置为在周期性基础上自动启动传感器单元和电子器件之间的通信，例如用于系统校准以及随着时间的过去比较系统状态。该连接可以附加地或替代地由用户选择性地激活，以例如在初始安装时、在重新组装之后、在系统维护期间或在观察到流体系统中的问题时检查接头组件的状态。在一个示例性实施方案中，该电路系统可以被配置为“滤除”对应于正常的安装状态和/或流体系统状态的测量的系统特性，所述正常的安装状态和/或流体系统状态包括例如可接受的应变、振动和热膨胀或热收缩。在一个实施例中，接头的一部分(例如接头主体颈部部分)的传感器测量(例如应变测量)可以被用来生成对应于接头的安装、检修和/或重新装上的状态曲线或签名，用于与在类似状态下对应于接头的典型的或适当的安装、检修和/或重新装上的一个或多个预期状态曲线或签名比较。此比较可以允许滤除与典型的接头状态对应的状态。例如，在拉紧时对应于接头的冲程抵抗部分(例如相互接合的套圈表面、组装在套圈之间的部件、接头主体表面、接头螺母表面或与接头主体和/或接头螺母组装的分离部件)与接头部件的接合的主体颈部应变，如下面更详细地描述的，可以被滤除以更好地确定安装的接头内的导管的达到底部状态或未达到底部状态。
将基于使用的传感器的类型来选择和设计电子器件中使用的特定电路。例如，非润湿传感器可以包括响应于接头中的应变状态(例如在接头的附着应变仪的位置处)而表现出电阻、电容、阻抗、电导率或其他可检测的特性或状态的改变的应变仪。电流或电压或其他能量可以被供应到该应变仪(例如从外部连接的电子器件封装、横跨有线连接或无线连接、从电池或传感器单元的其他独立电源、或从能量采集电路)，其中从应变仪接收规格改变的(gauge-altered)反馈信号，以便检测感兴趣的应变仪状态。类似地，电子器件可以附加地或可选地询问或检测温度或压力传感器状态，或电子器件可以接收从传感器传输这样的信号，该信号对由传感器单元产生的感兴趣的信息或数据进行编码或含有由传感器单元产生的感兴趣的信息或数据。这些仅是可以被用来实施在本文中的发明的宽泛和广泛的多种传感器和电子器件的几个实例。
根据本申请的另一个发明方面，轴向应变测量传感器可以是生成、采集和/或传达对应于接头组件的一个或多个附加属性或特性的一个或多个传感器设备的传感器单元或封装的一部分。传感器“封装”可以包括用于与接头附接的单一的、独立的设备，或布置在接头上或内作为感测系统与单个设备(与接头成整体或远离接头)通信的多个、单独的传感器。附加的属性或特性可以但不必涉及接头主体中经历的轴向应变。例如，如上文所讨论的，轴向应变传感器可以被用来识别至少三个不同的接头组件状态：(1)未被拉紧的接头，(2)已经被拉紧在达到底部的管端的接头，和(3)已经被拉紧在未达到底部的管端上的接头。附加地，根据轴向应变测量的精度级别，轴向应变传感器可以附加地被用来基于测量的增加的拉伸轴向应变或压缩轴向应变来识别欠拧紧的接头和过拧紧的接头(与达到底部的管端或未达到底部的管端组装在一起)，或拉紧在部分达到底部的(例如未端端正正地(squarely)切割的，或与主体插座埋头孔结合的轴向锥形表面接合的)接头。在又一个实施例中，在具有处于未达到底部但将近达到底部的状态(即管端和插座埋头孔之间的最小空间)的管端的接头中，该管端可以在拉紧期间接合插座埋头孔，此时传感器将记录达到底部的管拉紧。因此，此传感器签名，未达到底部效应和达到底部效应的顺序组合，因此可以有用地提供导致在拉紧期间管达到底部的稍微或最初未达到底部的拉紧的指示。
在一个示例性实施方案中，传感器封装可以在接头部件中在多个定向上和/或在多个位置中包括多个传感器，诸如例如，在接头主体颈部的圆周周围的多个位置。传感器可以检测附加的接头属性，所述附加的接头属性可以但不必与接头主体经历的轴向应变相关。在一个示例性实施方案中，由传感器对多个应变特性的测量可以被配置为“滤除”对应于正常流体系统状态的测量的系统属性，仅举几个示例性属性，包括例如可接受的应变、振动、热膨胀和压力引起的应变中的任何一个或多个。在其他示例性应用中，单个或多个传感器可以被配置为在多种定向上和以多种组合来放大检测到的应变状态，例如用于识别较小的应变改变。
在一个示例性实施方案中，可以与测量接头中的周向或“环向”应变的周向地或正交地定向的应变仪结合提供轴向地定向的、测量接头中的轴向应变(例如对应于接头拉紧的轴向应变，例如处于达到底部状态或未达到底部状态)的应变仪。在常规机械附接接头连接件中，在接头的一部分(例如，接头主体的颈部部分)中生成轴向拉伸应变的应力在该接头的该部分中产生对应的周向压缩应变或收缩应变，如通过泊松比认识到的。同样地，在接头的一部分中生成轴向压缩应变的应力在该接头的该部分中产生对应的周向拉伸应变或膨胀应变。对该接头的此部分处的轴向应变和周向应变的测量因此用于放大检测到的应变状态，起“惠斯通电桥(Wheatstone bridge)”类型放大器的作用，从而便于指示安装接头的对应的物理状态的应变状态的检测。此外，利用惠斯登电桥效应，轴向定向的应变仪上的热效应可以由周向定向的应变仪上的平衡(counterbalancing)热效应至少部分地否定或补偿。
图18和18A示出了本发明的一个示例性实施方案，包括可以(但不必)与图1的接头组件一致的接头组件600(并且因此使用相同的附图标记)，该接头组件600包括与接头相关联的传感器单元650。如图18A中更清楚地示出的，传感器单元650包括轴向定向的第一应变仪651和周向定向的第二应变仪652，每个应变仪被附着或以其他方式附接到接头主体颈部部分654。第一应变仪651被固定在轴向间隔的第一参考位置R1和第二参考位置R2之间，用于在接头600的拉紧期间测量第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移动，其中所述相对轴向移动对应于接头主体颈部部分的轴向应变。第二应变仪652被固定在周向间隔的第三参考位置R3和第四参考位置R4之间，用于在接头600的拉紧期间测量第三参考位置R3和第四参考位置R4的相对周向或侧向移动，其中所述相对周向或侧向移动对应于接头主体颈部部分的周向或环向应变。虽然应变仪651、652可以被布置在接头主体颈部部分上的多个位置处，但是在一个示例性实施方案中，所述应变仪被附着到例如接头主体颈部654的圆周上的平坦表面653，例如以便于粘附和/或以便于应变测量。在其它实施方案中，所述应变仪可以被布置在接头主体颈部部分的凹进部分(例如周向凹口，如上文所描述的)内，例如以保护应变仪免受冲击和/或放大参考位置的应变移位。
虽然可以利用许多不同类型的应变仪，但是图18和图18A的示例性实施方案的应变仪651、652是U形半导体应变仪(其实例是由加利福尼亚州西米尔谷的美光仪器(MicronInstruments of Simi Valley,California)制造和销售的)，提供增加的电阻(与标准“棒”型仪表相比)并且具有从仪表的相同端延伸的导线651a、651b、652a、652b，用于连接到邻近所述仪表安装到接头主体颈部654的平坦表面653的焊料焊盘658。锡焊到焊料焊盘658的是引线659(例如30AWG绝缘引线)提供从应变仪到在680处示意性示出的控制/监视电路的电连接。引线659可以提供到控制/监视电路680的直接有线连接，或可以被连接到在670处示意性示出的无线发射机，用于与控制/监视电路无线通信。无线发射机670可以是附接到接头的传感器封装的一部分，或可以被单独地附接到接头，或可以被从接头拆卸。
电桥信号调理电路系统可以例如设置有发射机670或控制/监视电路680(如果直接接线到焊盘658)，以提供稳定的电桥激励电压并且以使电桥输出电压放大和偏移，因此它可以通过模数转换器(ADC)来测量。
测量接头主体颈部部分的应变的传感器单元或传感器封装可以附加地或替代地被用来测量或检测对应于其它接头组件、系统或维护相关的状态的接头的其它属性。在一个实施例中，被配置为在恰当的拉紧时经历扭矩增加(超过与导管夹持设备上的螺母载荷相关联的扭矩)的接头由于接头部件与接头的载荷支承或冲程抵抗部分的直接或间接轴向接合产生接头主体颈部部分中的可预测的应变。该冲程抵抗部分可以包括可变形的环、扭矩卡圈或其他这样的可变形的表面，其与接头主体或接头螺母组装在一起或成整体，或被安装或被布置在接头螺母和接头主体之间。在一个基于“基于主体-螺母”的冲程抵抗实施方案中，拉伸应变是由于主体台肩上的由此轴向接合导致的内侧轴向载荷和主体螺纹上的由螺母的螺纹拉紧导致的外侧轴向载荷造成的。冲程抵抗部分可以附加地或替代地包括可变形元件，其被组装在前面的套圈和/或后面的套圈之间或与前面的套圈和/或后面的套圈成整体。在一个“基于套圈的”冲程抵抗实施方案中，如果管达到底部，因为冲程抵抗部分由一个或多个套圈接合，所以进一步的螺母前进(除了产生螺母扭矩的急剧增加)将在接头主体颈部的外表面上轴向地赋予增大的拉伸应变。如果管未达到底部，进一步的螺母前进将赋予主体螺纹的增大的膨胀或扩张，并且因此在接头主体颈部的外表面上轴向地赋予对应的较大的压缩应变。
冲程抵抗部分的可变形性既允许在接头拉紧时可测量的扭矩增加，又允许在接头重新装上期间接头和螺母的附加轴向前进。在名称为“CONDIT FITTING WITH FLEXIBLETORQUE COLLAR”的共同未决的美国专利申请公开号US2012/0005878(“878申请”)和名称为“CONDUIT FITTING WITH COMPONENTS ADAPTED FOR FITTING ASSEMBLY”的美国2015/0323110(“110申请”)中描述了包括这样的冲程抵抗构件的示例性接头，所述美国专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
图19示出了本发明的一个示例性实施方案，包括具有与接头螺母714成整体的冲程抵抗扭矩卡圈760的接头组件700。当与接头主体712的接触表面(例如外肩715)接合时，通过扭矩卡圈760的轴向压缩来控制接头700的拉紧扭矩(以及作为结果的接头主体颈部部分754的拉伸应变)。图19示出了在拉紧状态中的接头700，在该拉紧状态中，扭矩卡圈760的远侧端761和主体接触表面715之间的轴向间隙已经被关闭。此轴向间隙可以与主体712和螺母714之间实现接头700的最初拉紧以便套圈738、740夹持并且密封导管C所需的相对轴向冲程对应。一旦扭矩卡圈端761与主体712接触，主体712和螺母714的进一步的相对轴向移位(即，拧紧)将扭矩卡圈760置于轴向载荷或轴向压缩之下。此轴向载荷或轴向压缩加压力于扭矩卡圈的腹板部分(web portion)762。腹板部分762在进一步接头拉紧时变形，诸如例如，通过屈曲动作，准许螺母712的进一步轴向前进同时准许实现通过套圈738、740对导管C的夹持和密封。对扭矩卡圈腹板部分762的变形的抵抗力产生可测量的拉紧扭矩增加，并且随之产生接头主体颈部部分中的拉伸应变增加。
对扭矩卡圈定尺寸，以及在拉紧之前作为结果的扭矩卡圈和主体接触表面之间的间隙，既为初始安装又为随后的重新装上，提供了接头拉紧期间对冲程与扭矩的关系的控制，以便于减少过扭矩，所述过扭矩可能浪费了原本可能被用于附加重新装上的冲程。因为扭矩卡圈端761和本体接触表面715之间的接触将导致拉紧扭矩的显著且受控的增加，可以通过扭矩(例如通过用扭矩扳手拧紧直到达到预定的扭矩值)，而不是通过对螺母的圈数和部分圈数计数，或附加地通过对螺母的圈数和部分圈数计数(例如作为恰当拉紧的第二验证)来拉紧接头700。
无论是通过扭矩还是通过圈数来拉紧接头，扭矩卡圈和接头主体接合可以附加地或替代地被用来提供接头主体颈部部分中的拉伸应变的可测量的增加，以提供恰当拉紧的(或替代地，不充足拉紧的)确认。因此，类似于图4、图13、图14、图15和图18的实施方案，图14的接头700包括传感器单元750，该传感器单元750可以被附接、被固定或以其他方式被布置在接头主体颈部部分754的外表面上的第一参考位置R1和第二参考位置R2上(例如使用上文所描述的附接布置中的任何一个)，用于在拉紧接头期间测量第一参考位置R1和第二参考位置R2的相对轴向移动，所述相对轴向移动对应于该接头主体颈部部分的轴向应变，所述轴向应变指示恰当地拉紧的接头中与接头主体的扭矩套圈接合。如图所示，当接头被拉紧时，扭矩卡圈760可以(但不必)覆盖并且遮蔽传感器单元750。为了适应此完全覆盖状态，传感器单元750可以包括无线发射机(例如，RFID标签)，如在本文中描述的，用于与远程控制/监视电路780无线通信(例如通过扭矩卡圈760)。
尽管在图19的实施方案中，扭矩卡圈760可以被用于通过接头700的扭矩拉紧，并且拉伸应变(对应于扭矩卡圈接合和压缩)的传感器检测可以被单独用来在拉紧期间或拉紧随后确认拉紧完成，注意到，扭矩卡圈和传感器单元可以仅被用于数据信号确认，而扭矩卡圈760没有被用于通过扭矩拉紧。传感器单元同样可以与具有其它冲程抵抗、通过扭矩布置拉紧的接头(如上文并入的‘878申请和‘110申请中所描述的)一起使用，以提供适当拉紧的(或替代地，不充足拉紧的)传感器启动的数据信号确认，例如，基于测量的接头主体颈部部分中的拉伸应变的增加，如上文所述描述的。作为另一个实施例，在765处示意性示出的“基于套圈的”可变形冲程抵抗部分可以被布置在前面的套圈和后面的套圈之间或之上，以在拉紧时生成可测量的扭矩增加，以及对应的拉伸应变或压缩应变增加，如通过传感器单元750测量的。此冲程抵抗部分可以包括环形环材料，该环形环材料例如与前面的套圈和后面的套圈中的一个成整体，或被定位在前面的套圈和后面的套圈之间。在这样的布置中，传感器单元750可以保持未被覆盖(即通过省略外部扭矩卡圈)，以便于传感器单元信号通信。
在其他实施方案中，传感器单元或传感器封装装置可以附加地或替代地被用来测量其他接头状态。例如，传感器单元或传感器封装装置具有周向延伸的应变仪(如例如在图18和图18A的实施方案中描述和示出的)来测量接头主体颈部处的环向应变，所述环向应变对应于接头螺母拉紧冲程和/或内部流体压力。作为另一个实施例，传感器单元或传感器封装装置可以附加地或替代地被用来测量在接头和/或安装的管中经历的振动频率，或与管疲劳的开始一致的振动改变。作为又一个实施例，传感器单元或传感器封装装置可以附加地或替代地被用来测量对应于系统流体流动、接头泄漏或接头的上游或下游的泄漏的超声波签名。作为又一个实施例，传感器单元或传感器封装可以附加地或替代地被用来检测接头螺母在接头主体的螺纹端上的位置，例如以确定螺母在接头主体上的拉紧的量。定位在接头主体的螺纹端附近的传感器单元或传感器封装可以很好地适合于感测螺母接近度。在其他示例性实施方案中，与接头主体颈部部分连接的单个传感器或传感器单元可以是可操作的以测量轴向应变、环形应变、机械振动以及超声波中的两个或更多个。
在一个这样的示例性实施方案中，轴向应变传感器可以被配置为监视拉伸应变和压缩应变随着时间的过去而产生的振荡，所述振荡例如对应于指示导管疲劳的振动或指示接头泄漏的振动。作为一个实施例，轴向应变传感器可以被配置为以小于10kHz的频率检测拉伸应变/压缩应变振荡，所述振荡指示与导管疲劳一致的导管挠曲或振动。作为另一个实施例，轴向应变传感器可以被配置为以40-60kHz的频率检测拉伸应变/压缩应变振荡，所述振荡指示接头泄漏。在其他示例性实施方案中，在其它定向上的一个或多个应变传感器(例如环向应变传感器)可以被配置为监视拉伸应变和压缩应变随着时间的过去而产生的振荡，在一些示例性实施方案中，产生对振动或其它这样的属性的更强或放大测量。
在一种用于将接头安装在导管上的示例性方法中，导管被插入在具有螺纹端部分和从该螺纹端部分向后延伸的颈部部分的接头主体的内部导管插座中，其中该内部导管插座轴向延伸到该颈部部分内并且终止于埋头孔处。将接头螺母拉紧在该接头主体上，以抵靠该导管夹持并且密封导管夹持设备。检测接头颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的振荡相对轴向移位，以识别导管疲劳和系统流体泄漏中的至少一个。
在一个示例性实施方案中，可以使用传感器载体或基体来将传感器或传感器单元定位在接头上或接头内，以允许容易地安装和适配具有感测功能的接头，甚至对于已经安装的接头或建立的设计的接头。这允许设计者在需要时并入感测功能，或通过不连接到传感器单元或简单地不安装传感器单元和传感器载体来省略感测功能。这允许甚至在已经安装了非感测接头之后也可以简单地通过安装具有与其相关联的期望感测功能的载体来将感测功能添加到流体系统中。传感器单元或传感器封装可以通过任何数目的合适技术并入该载体或与该载体相关联，所述技术包括但不限于胶粘剂、喷涂、嵌入、溅射、金属注射成型、浇铸、压缩、蚀刻、印刷等。在一个示例性实施方案中，传感器载体包括RFID芯片，该RFID芯片可以存储关于接头主体和/或接头组件的附加信息，包括例如在未安装状态或用手指拧紧的状态下接头组件的校准参数。在上文并入的‘404专利和‘814申请中描述并且示出了示例性传感器载体。
在本文中描述的示例性实施方案中，传感器单元或传感器封装包括用于将应变相关的数据和/或其他测量数据以无线或其他方式传达到远程网络或系统用户的信号处理设备(例如，RFID芯片)。该信号处理设备可以包括具有指示应变和/或其他测量数据的响应频率的共振电路(例如，由电容、电感和/或导电材料形成)。该信号处理设备还可以存储待要与测量数据通信的附加信息，包括例如接头识别符或序列号、接头部件(例如，主体、螺母、套圈或管部段)识别符或序列号，接头零件号码、制造商信息或安装日期。该设备可以由电池供电(例如通过独立的电池)，由接头安装中或附近的电、热或机械能量源供电(例如使用能量采集电路)，或可以保持无源直到无线地供电(例如通过与有源RFID天线连接的无线RF)，或通过内部能量采集技术。通过将感测和/或通信限制为周期性监视事件或选择性用户激活，可以最小化能量利用。附加地或替代地，可以通过连接到信号处理单元的硬线来直接读取信号。
根据本申请的另一个发明方面，与接头相关联的感测功能可以在接头的外部，使得与接头组装在一起或连接到接头的部件不电传达感测的接头状态，而是外部用户或设备感测、测量或以其他方式识别与接头主体颈部部分中的轴向应变状态对应的外部可测量的接头状态。例如，可以使用光学扫描设备来光学地监视接头主体颈部部分的外表面上可见的记号，所述光学扫描设备可以感测记号中对应于接头主体颈部部分的布置了所述记号的部分的轴向拉伸应变或压缩应变的微小偏离或扭曲。作为一个实施例，具有适当的图像处理应用的智能电话或其他手持设备可以被用来光学地评估所述记号。作为另一个实施例，可以使用基于激光的测量设备，诸如例如使用双频诱发的干涉条纹图案的双激光系统用于微应变测量分辨率(例如在50微应变分辨率以下)。仅举几个例子，所述记号可以包括例如凹口、激光雕刻元件或印刷图案。
在另一个实施例中，在一些实施方案中，如上文更详细地描述的，可以使用可插入的检查仪来检查轴向移位放大凹口，在凹口已经经受对应于接头在达到底部的管端上的拉紧的拉伸应变时所述检查仪可以装配在该凹口内。根据凹口中的预期尺寸变化，该检测仪可以被设置有接触传感器，以放大凹口宽度测量的精度。
在本申请的一个示例性方面中，应变响应涂层或部件可以被施加到接头主体的颈部部分，用于轴向和/或环向应变状态的外部评估(例如通过外部测量特性，诸如磁场或表面电导，或通过用户视觉检查，或通过使用智能电话或其他手持电子设备光学地评估涂层特性)。应变响应涂层的实施例包括莱斯大学(Rice University)开发的基于视觉响应纳米管的“应变漆”、基于聚合物粘合剂和发光染料的应变响应涂层(例如，由伟世通公司(Visteon Corp.in Sterling Heights,MI)制造的“Strain Sensitive Skin”)、或产生响应于表面应变的改变而变化的磁场的涂层。
已参考示例性实施方案描述了本发明的方面。在阅读和理解本说明书时，人们可以想到一些改型或更改。只要这样的改型和更改落入随附的权利要求书或其等同物的范围内，则本发明意在包括所有这样的改型和更改。

Claims (112)

1.一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：
联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；
导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及
应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元至少包括轴向延伸的第一应变传感器，所述第一应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量对应于第一接头组件状态的所述颈部部分的第一应变和测量对应于与所述第一接头组件状态不同的第二接头组件状态的所述颈部部分的第二应变。
2.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变和所述第二应变包括第一轴向应变和第二轴向应变。
3.根据权利要求2所述的接头，其中所述第一轴向应变包括拉伸应变，并且所述第二轴向应变包括压缩应变。
4.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被设置在所述颈部部分的外径向表面上。
5.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被布置在所述颈部部分的外径向表面的凹部中。
6.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器的第一部分在第一轴向位置处可操作地连接到所述颈部部分上的第一记号，并且所述第一应变传感器的第二部分在第二轴向位置处可操作地连接到所述颈部部分上的第二记号，使得所述第一应变传感器测量对应于所述第二记号相对于所述第一记号的轴向移动的轴向应变。
7.根据权利要求6所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包括所述联接主体的颈部部分上的表面间断点。
8.根据权利要求7所述的接头，其中所述表面间断点包括所述联接主体的颈部部分上的凸起和凹部中的至少一个。
9.根据权利要求6所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包括所述联接主体的颈部部分上的可见标记。
10.根据权利要求6所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包括在所述联接主体的颈部部分上的材料可辨别的元件。
11.根据权利要求6所述的接头，其中所述联接主体的颈部部分包括具有轴向间隔的第一壁部分和第二壁部分的凹进部分，其中所述第一壁部分限定所述第一记号，所述第二壁部分限定所述第二记号。
12.根据权利要求11所述的接头，其中所述凹进部分由所述联接主体的颈部部分中的凹口限定。
13.根据权利要求11所述的接头，其中所述凹进部分由所述联接主体的颈部部分上的轴向间隔的凸起限定。
14.根据权利要求11所述的接头，其中所述第一应变传感器被布置在所述凹进部分内。
15.根据权利要求11所述的接头，其中所述第一应变传感器被布置在所述颈部部分的外径向表面上、跨越所述凹进部分。
16.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器包括电阻应变传感器、电容应变传感器、电感应变传感器、压阻应变传感器、压电应变传感器、磁阻应变传感器、电位应变传感器、共振应变传感器、光学应变传感器和电磁应变传感器中的至少一个。
17.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元还包括第二应变传感器。
18.根据权利要求17所述的接头，其中所述第二应变传感器具有与所述第一应变传感器不同的定向。
19.根据权利要求17所述的接头，其中所述第二应变传感器被定位并且被定向成在主体颈部部分上周向延伸，以提供由所述应变传感器单元测量的第一应变和第二应变的惠斯通电桥放大。
20.根据权利要求17所述的接头，其中所述第一应变传感器和所述第二应变传感器被定位在所述联接主体的颈部部分周围的不同位置处。
21.根据权利要求1所述的接头，包括固定到所述联接主体的传感器封装，所述传感器封装包括所述应变传感器单元，以及以下中的至少一个：第二应变传感器单元、RFID标签、压电传感器、压阻传感器、超声波传感器、压力传感器、泄漏检测器、温度传感器、光学传感器、电容传感器、电感传感器、电阻传感器和声学传感器。
22.根据权利要求21所述的接头，其中整个传感器封装被固定到所述联接主体的颈部部分。
23.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元与远离所述接头的电路通信。
24.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被固定到所述联接主体的颈部部分的内部润湿表面。
25.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元与与所述接头相关联的电路无线通信。
26.根据权利要求25所述的接头，其中所述电路远离所述接头。
27.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被径向地定位在所述导管插座的外面。
28.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被轴向地定位在所述埋头孔的后方。
29.根据权利要求1所述的接头，其中所述联接主体还包括外肩，所述颈部部分在所述外肩和所述螺纹端部分之间轴向延伸，其中所述应变传感器轴向地接近所述螺纹端部分并且轴向地在所述外肩远侧。
30.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元通过将从所述第一应变传感器接收的电压转换为对应于所述第一应变传感器的应变状态的数字信号来测量所述第一应变和所述第二应变。
31.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元通过改变与所述第一应变传感器连接的RFID发射机的振荡器频率来测量所述第一应变和所述第二应变，并且以变化的振荡器频率发送数据信号。
32.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于达到底部状态的导管的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于未达到底部状态的导管的拉紧。
33.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一接头组件状态包括所述接头的足以实现抵靠安装在所述导管插座中的导管来夹持和密封所述导管夹持设备的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头与安装的导管的不充分拉紧。
34.根据权利要求1所述的接头，还包括冲程抵抗部分，所述冲程抵抗部分被配置为当所述接头被拉紧时接合所述联接主体和所述联接螺母中的一个，其中所述第一接头组件状态包括所述接头的足以使所述冲程抵抗部分与所述联接主体和所述联接螺母中的一个接合的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头的不足以使所述冲程抵抗部分与所述联接主体和所述联接螺母中的一个接合的拉紧。
35.根据权利要求1所述的接头，其中轴向延伸的第一应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量所述颈部部分的第三应变，所述第三应变对应于与所述第一接头组件状态和所述第二接头组件状态不同的第三接头组件状态。
36.根据权利要求35所述的接头，其中所述第一接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于达到底部状态的导管的拉紧，所述第二接头组件状态包括所述接头的与安装在所述导管插座中处于未达到底部状态的导管的拉紧，并且所述第三接头组件状态包括所述接头与安装的导管的不充分拉紧。
37.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元还包括与所述第一应变传感器连接的信号处理设备，用于从所述第一应变传感器接收应变相关的电信号并且生成对应的轴向应变数据。
38.根据权利要求37所述的接头，其中所述信号处理设备被配置为与控制/监视设备通信，所述控制/监视设备可操作以评估测量的轴向应变数据并且识别所述接头是处于所述第一接头组件状态还是处于所述第二接头组件状态。
39.一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：
联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；
导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及
应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元包括第一应变传感器，所述第一应变传感器具有在第一轴向位置处附着到所述颈部部分上的第一记号的第一部分和在第二轴向位置处附着到所述颈部部分上的第二记号的第二部分，使得所述应变传感器测量在接头拉紧期间所述第二记号相对于所述第一记号轴向移动。
40.一种用于将接头安装在导管上的方法，所述方法包括：
提供接头主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
将导管插入在所述接头主体的内部导管插座中；
将接头螺母拉紧在所述接头主体上以抵靠所述导管而夹持和密封导管夹持设备；
检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位，以确定所述接头处于第一接头组件状态还是处于与所述第一接头组件状态不同的第二接头组件状态。
41.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量来自应变传感器的轴向应变，所述应变传感器具有固定到所述第一参考位置的第一部分和固定到所述第二参考位置的第二部分。
42.根据权利要求40所述的方法，其中所述连接主体的颈部部分包括对应于所述第一参考位置的第一记号和对应于所述第二参考位置的第二记号。
43.根据权利要求42所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括光学地检测所述第一记号相对于所述第二记号的轴向移位。
44.根据权利要求42所述的方法，其中所述第一记号和所述第二记号包括布置在所述联接主体的颈部部分中的凹口的轴向间隔的第一边缘和第二边缘。
45.根据权利要求42所述的方法，其中所述第一记号和所述第二记号包括所述联接主体的颈部部分上的第一和第二可见标记。
46.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括光学地评估所述颈部部分的包括应变响应涂层的表面。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述应变响应涂层包括基于纳米管的应变漆和聚合物粘合的发光染料中的至少一个。
48.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量所述第一参考位置和所述第二参考位置之间的磁场的改变。
49.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量布置在所述联接主体的颈部部分上的电容设备的输出信号。
50.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量布置在所述联接主体的颈部部分上的电感设备的输出信号。
51.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量布置在所述联接主体的颈部部分上的开关的输出信号。
52.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量与所述第一参考位置和所述第二参考位置连接的应变传感器的输出电压。
53.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量与所述第一参考位置和所述第二参考位置连接的应变传感器单元的输出频率。
54.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于达到底部状态的导管的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于未达到底部状态的导管的拉紧。
55.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一接头组件状态包括所述接头的足以实现抵靠安装在所述导管插座中的导管而夹持和密封所述导管夹持设备的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头与安装的导管的不充分拉紧。
56.根据权利要求55所述的方法，还包括使用检测到的所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位来确定所述接头是与安装在所述导管插座中处于达到底部状态的导管拉紧还是与安装在所述导管插座中处于未达到底部状态的导管拉紧。
57.一种接头，包括：
联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；
导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及
用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置，用于确定所述导管是否达到底部抵靠所述埋头孔。
58.根据权利要求57所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括应变传感器，所述应变传感器具有固定到所述第一参考位置的第一部分和固定到所述第二参考位置的第二部分。
59.根据权利要求58所述的接头，其中所述联接主体的颈部部分包括对应于所述第一参考位置的第一记号和对应于所述第二参考位置的第二记号。
60.根据权利要求59所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括用于光学地检测所述第一记号相对于所述第二记号的轴向移位的装置。
61.根据权利要求59所述的接头，其中所述设备包括手持设备。
62.根据权利要求59所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包括布置在所述联接主体的颈部部分中的凹口的轴向间隔的第一边缘和第二边缘。
63.根据权利要求59所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包括所述联接主体的颈部部分上的第一可见标记和第二可见标记。
64.根据权利要求57所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括应变响应涂层。
65.根据权利要求57所述的接头，其中所述应变响应涂层包括基于纳米管的应变漆和聚合物粘合的发光染料中的至少一个。
66.根据权利要求57所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括被配置为测量所述第一参考位置和所述第二个参考位置之间的磁场的改变的设备。
67.根据权利要求57所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括布置在所述联接主体的颈部部分上的电容设备或特征。
68.根据权利要求57所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括布置在所述联接主体的颈部部分上的电感装置。
69.根据权利要求57所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括布置在所述联接主体的颈部部分上的开关。
70.一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：
联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；
导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中的导管来提供夹持和密封；以及
应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元至少包括第一应变传感器，所述第一应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量与导管疲劳和系统流体泄漏中的至少一个对应的拉伸应变和压缩应变随着时间的过去而产生的振荡。
71.一种用于将接头安装在导管上的方法，所述方法包括：
提供接头主体，该接头主体包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
将导管插入在所述接头主体的内部导管插座中；
将接头螺母拉紧在所述接头主体上以抵靠所述导管来夹持和密封导管夹持设备；
检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的振荡相对轴向移位，以识别导管疲劳和系统流体泄漏中的至少一个。
72.一种用于流体导管连接的接头主体，所述主体具有纵向轴线并且包括：
螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；以及
应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元至少包括第一应变传感器，所述第一应变传感器具有在第一轴向位置处附着到所述颈部部分上的第一记号的第一部分和在第二轴向位置处附着到所述颈部部分上的第二记号的第二部分，使得所述应变传感器单元测量所述第二记号相对于所述第一记号的轴向移动。
73.一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：
第一联接构件，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
第二联接构件，用于与所述第一联接主体的端部分配合螺纹接合；以及
应变传感器单元，其被布置在所述第一联接构件的颈部部分上，所述应变传感器单元至少包括第一应变传感器，所述第一应变传感器具有在第一轴向位置处附着到所述颈部部分上的第一记号的第一部分和在第二轴向位置处附着到所述颈部部分上的第二记号的第二部分，使得在接头安装期间所述应变传感器单元测量所述第二记号相对于所述第一记号的轴向移动。
74.一种接头安装和监视系统，包括：
联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；
导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及
应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元至少包括第一应变传感器，所述第一应变传感器被定位并且被定向成检测所述颈部部分的轴向应变；以及信号处理设备，其与所述第一应变传感器连接用于从所述第一应变传感器接收应变相关的电信号并且生成对应的轴向应变数据；以及
控制/监视设备，其与所述信号处理设备通信，所述控制/监视设备被配置为评估测量的轴向应变数据并且识别安装的导管的对应于所述测量的轴向应变数据的达到底部状态或未达到底部状态。
75.一种接头安装和监视系统，包括：
联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；
导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中的导管来提供夹持和密封；以及
应变传感器，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器被配置为测量拉伸应变和压缩应变随着时间的过去而产生的振荡；
信号处理设备，其与所述应变传感器通信，用于从所述应变传感器接收应变相关的数据；以及
控制/监视设备，其与所述信号处理设备通信，所述控制/监视设备被配置为评估测量的拉伸应变振荡和压缩应变振荡并且识别对应于所述测量的拉伸应变振荡和压缩应变振荡的导管疲劳和系统流体泄漏中的至少一个。
76.一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：
联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；
导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；
冲程抵抗部分，其被配置为当所述接头被拉紧时接合所述联接主体、所述联接螺母以及所述导管夹持设备中的一个。
应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元至少包括轴向延伸的第一应变传感器，所述第一应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量所述颈部部分的拉伸应变，所述拉伸应变对应于所述冲程抵抗部分与所述联接主体和所述联接螺母中的一个的接合。
77.根据权利要求76所述的接头，其中所述第一应变传感器被布置在所述颈部部分的外径向表面上。
78.根据权利要求76所述的接头，其中所述第一应变传感器被布置在所述颈部部分的外径向表面中的凹部中。
79.根据权利要求78所述的接头，其中所述凹部由所述联接主体的颈部部分中的凹口限定。
80.根据权利要求78所述的接头，其中所述凹部由所述联接主体的颈部部分上的轴向间隔的凸起限定。
81.根据权利要求76所述的接头，其中所述第一应变传感器包括电阻应变传感器、电容应变传感器、电感应变传感器、压阻应变传感器、压电应变传感器、磁阻应变传感器、电位应变传感器、共振应变传感器、光学应变传感器和电磁应变传感器中的至少一个。
82.根据权利要求76所述的接头，其中所述应变传感器单元还包括第二应变传感器。
83.根据权利要求82所述的接头，所述第二应变传感器具有与所述第一应变传感器不同的定向。
84.根据权利要求82所述的接头，其中所述第二应变传感器被定位并且被定向成在主体颈部部分上周向延伸，以提供由所述应变传感器单元测量的第一应变和第二应变的惠斯通电桥放大。
85.根据权利要求82所述的接头，其中所述第一应变传感器和所述第二应变传感器被定位在所述联接主体的颈部部分周围的不同位置处。
86.根据权利要求76所述的接头，其中包括固定到所述联接主体的传感器封装，所述传感器封装包括所述应变传感器单元，以及以下中的至少一个：第二应变传感器单元、RFID标签、压电传感器、超声波传感器、压力传感器、泄漏检测器、温度传感器、光学传感器、电容传感器、电感传感器、电阻传感器和声学传感器。
87.根据权利要求86所述的接头，其中整个传感器封装被固定到所述联接主体的颈部部分。
88.根据权利要求86所述的接头，其中所述应变传感器单元与远离所述接头的电路通信。
89.根据权利要求76所述的接头，其中所述第一应变传感器被固定到所述联接主体的颈部部分的内部润湿表面。
90.根据权利要求76所述的接头，其中与所述接头相关联的电路与所述应变传感器单元无线通信。
91.根据权利要求90所述的接头，其中所述电路远离所述接头。
92.根据权利要求76所述的接头，其中所述第一应变传感器被径向地定位在所述导管插座的外面。
93.根据权利要求76所述的接头，其中所述第一应变传感器被轴向地定位在所述埋头孔的后方。
94.根据权利要求76所述的接头，其中所述联接主体还包括外肩，所述颈部部分在所述外肩和所述螺纹端部分之间轴向延伸，其中所述应变传感器轴向地接近所述螺纹端部分并且轴向地在所述外肩远侧。
95.根据权利要求76所述的接头，其中所述冲程抵抗部分包括扭矩卡圈，所述扭矩卡圈可变形以允许在接头重新装上期间所述联接螺母相对于所述联接主体的进一步相对轴向前进。
96.根据权利要求95所述的接头，其中所述扭矩卡圈与所述联接螺母成整体。
97.根据权利要求95所述的接头，其中所述扭矩卡圈与所述联接螺母组装在一起。
98.根据权利要求95所述的接头，其中所述扭矩卡圈与所述联接主体成整体。
99.根据权利要求95所述的接头，其中所述扭矩卡圈与所述联接主体组装在一起。
100.根据权利要求95所述的接头，其中所述扭矩卡圈被布置在所述联接主体和所述联接螺母之间。
101.根据权利要求95所述的接头，其中所述冲程抵抗部分包括环形材料环，当所述接头被拉紧时，所述环形材料环接合所述导管夹持设备。
102.根据权利要求95所述的接头，其中所述导管夹持设备包括前面的套圈和后面的套圈，并且所述冲程抵抗部分包括环形材料环，当所述接头被拉紧时，所述环形材料环接合所述前面的套圈和所述后面的套圈中的一个。
103.根据权利要求102所述的接头，其中所述环形材料环与所述前面的套圈和所述后面的套圈中的一个成整体。
104.根据权利要求103所述的接头，其中所述环形材料环被组装在所述前面的套圈和所述后面的套圈之间。
105.一种用于将接头安装在导管上的方法，所述方法包括：
提供接头主体，该接头主体包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
将导管插入在所述接头主体的内部导管插座中；
将接头螺母拉紧在所述接头主体上，以抵靠所述导管夹持和密封导管夹持设备；
检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位，以确定所述接头的冲程抵抗部分是否已经结合所述接头主体和所述接头螺母中的一个，所述冲程抵抗部分与所述接头主体和所述接头螺母中的一个的接合对应于所述接头的恰当拉紧。
106.根据权利要求105所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量来自应变传感器的轴向应变，所述应变传感器具有固定到所述第一参考位置的第一部分和固定到所述第二参考位置的第二部分。
107.根据权利要求105所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量与所述第一参考位置和所述第二参考位置连接的应变传感器的输出电压。
108.根据权利要求105所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量与所述第一参考位置和所述第二参考位置连接的应变传感器单元的输出频率。
109.一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：
联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；
联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；
导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及
应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元包括轴向延伸的第一应变传感器和周向延伸的第二应变传感器，所述第一应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量所述颈部部分的轴向应变，所述第二应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量所述颈部部分的环向应变。
110.根据权利要求109所述的接头，其中所述第二应变传感器提供所述轴向应变测量的惠斯通电桥放大。
111.根据权利要求109所述的接头，其中所述应变传感器单元通过将从所述第一应变传感器接收的电压转换成对应于所述第一应变传感器的应变状态的数字信号来测量所述应变。
112.根据权利要求109所述的接头，其中所述应变传感器单元通过改变与所述第一应变传感器连接的RFID发射机的振荡器频率来测量所述应变，并且以变化的振荡器频率传输数据信号。
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