CN109632006A - 一种无线智能螺栓及在线监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线智能螺栓及在线监测系统，包括螺栓主体，测力杆件，应变片，温度传感器，集成电路板，供电装置，密封罩，本地信号接收及发射装置及终端信号接收处理设备。其螺栓主体的非螺纹端端部加工有一定深度的内置孔，内置孔底面设置有温度传感器，螺栓主体中心设有一定深度和直径的中心孔，中心孔底部加工有安装螺纹，测力杆件的一端通过螺纹连接固定于螺栓主体中心孔的底部，另一端与螺栓主体头部内置孔底面紧密接触。测力杆件的变形与螺栓主体变形成正比，通过适当的计算即可精确得到螺栓主体的变形。采用本发明提供的一种无线智能螺栓及在线监测系统，精度高，易于实现，耐温性能好，应用范围广。

Description

一种无线智能螺栓及在线监测系统
技术领域
本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种无线智能螺栓及在线监测系统。
背景技术
螺栓连接广泛使用于建筑、桥梁、机械设备、钢结构等领域，螺栓连接的可靠性对设备的持续安全操作和运行安全性至关重要，关键螺栓连接失效可能导致设备损坏甚至危及生命安全。对使用螺栓连接的关键零部件进行健康监测是近年结构健康监测技术领域重点研究对象之一。智能螺栓能检测螺栓连接的当前预紧力值，能对连接结构件是否产生松动、超载等故障进行诊断，可对潜在故障进行早期预警，避免重大事故发生。
传统的智能螺栓采用在螺栓内部中心孔安置应变片的方式来直接检测螺杆的拉力，该方法通过粘结剂或填充绑定胶方式将应变片固定于螺栓内部的孔中来检测螺杆的伸缩变形，使用粘结剂导致螺杆的应变不能直接传递给应变片敏感栅，带来很大的时滞问题。此外，由于粘结剂与螺杆主体的弹性模量存在显著差异，两者之间的变形关系存在严重的非线性关系，大大限制了应变片测量范围以及降低了测量精度。另外，采用粘结剂或者填充绑定胶固定的应变片不能在温度较高的场合使用，大大限制了智能螺栓的应用范围。
基于表面溅射薄膜技术的传感器是近年来大力发展关键的传感技术，与传统粘贴应变片式传感器相比，表面溅射薄膜式传感器直接将应变片敏感栅溅射在弹性元件上，弹性元件与敏感栅直接接触，不需要粘结剂，克服了由于使用粘结剂带来的滞后和蠕变缺陷，测量精度可达±0.15％。此外表面溅射薄膜式传感器具有优越的耐恶劣环境性能，其突出特点是受温度影响小，在温度变化100℃时，零点漂移仅为0.5％，在200℃以上的高温下使用时性能依然稳定。
综上所述，如何结合现有表面溅射薄膜式传感技术来制作一种结构简单、成本低、精度高、耐高温并且具有实时监测功能智能螺栓是目前行业内急需解决的问题。
发明内容
为解决现有智能螺栓线性度差、精度低、耐温性能差、难以集成等技术问题，本发明提供一种无线智能螺栓及在线监测系统。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种无线智能螺栓及在线监测系统，包括螺栓主体、测力杆件、应变片、温度传感器、集成电路板、供电装置、密封罩、本地信号接收及发送装置和终端信号接收处理设备。其特征在于：所述螺栓主体的端部加工有一定深度的凹孔，螺栓主体中心设有一定深度和直径的中心孔，中心孔底部加工有安装螺纹，测力杆件的一端通过螺纹连接固定于螺栓主体中心孔的底部，测力杆件的另一端与螺栓主体的端部凹孔底面接触，应变片通过表面溅射薄膜技术溅射在测力杆件上，集成电路板中集成有无线通信模块、信号处理及控制模块，集成电路板与压力传感器和温度传感器有电路连接，并由供电装置对集成电路板进行供电。
作为优选：所述在线监测系统由多个智能螺栓组及一个终端信号接收处理设备构成，每个智能螺栓组由多个智能螺栓以及一个本地信号接收及发射装置构成，本地信号接收及发射装置接收所在组的智能螺栓监测信号，并将所获得信号传输至终端信号接收处理设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的一种无线智能螺栓及在线监测系统，设计巧妙，零部件少，易于实现，精度高，耐高温性能好并具备无线实时监测能力，大大提高智能螺栓了应用范围。
附图说明
图1为一种无线智能螺栓内部结构示意图；
图2为一种无线智能螺栓的测力杆件示意图；
图3为一种无线智能螺栓外形示意图；
图4为一种无线智能螺栓及在线监测系统的并网工作原理示意图；
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1～图4所示，一种无线智能螺栓及在线监测系统，包括螺栓主体(1)，测力杆件(2)，应变片(3)，温度传感器(4)，集成电路板(5)，供电装置(6)，密封罩(7)，智能螺栓组(8)及终端信号接收处理设备(9)。特征在于：所述螺栓主体(1)的非螺纹端的端部加工有一定深度的内置孔，螺栓主体(1)中心设有一定深度和直径的中心孔，中心孔底部加工有安装螺纹，测力杆件(2)的一端加工有螺纹，测力杆件(2)的螺纹端与螺栓主体(1)中心孔底部螺纹配合，将测力杆件(2)的一端固定于螺栓主体中心孔的底部，测力杆件(2)的另一端与螺栓主体(1)端部的内置孔底面紧密接触，应变片通过表面薄膜溅射技术均匀布置于测力杆件(2)的圆柱表面上，温度传感器(4)布置在螺栓主体(1)端部的内置孔底面上，集成电路板(5)中集成有无线通信模块、信号处理及控制模块，集成电路板(5)与应变片(3)和温度传感器(4)有电路连接，并由供电装置(6)对集成电路板(5)进行供电。
请参见图2，测力杆件(2)的圆柱表面进行过抛光处理，表面光洁度可达到溅射薄膜传感器溅射镀膜以及光刻的标准。多个应变片(3)均布于测力杆件(2)的圆柱表面四周。测力杆件(2)通过螺纹连接固定于螺栓主体(1)中心孔底面，测力杆件(2)另一端与螺栓主体(1)头部的内置孔端面紧密接触。测力杆件(2)的变形与螺栓主体(1)变形成正比，通过适当的计算即可精确得到螺栓主体(1)的变形。
请参见图4，所述在线监测系统由多个智能螺栓组(8)及一个终端信号接收处理设备(9)构成，每个智能螺栓组(8)由多个智能螺栓以及一个本地信号接收及发射装置构成，本地信号接收及发射装置可接收所在组的智能螺栓信号，并将接收信号远程传输至终端信号接收处理设备(9)，终端信号接收处理设备(9)对收到信号进行最终处理，判定螺栓连接是否存在松动、断裂、超载等现象。
请参见图1，温度传感器(4)安置于螺栓主体(1)头部内置孔底面，可检测当前螺栓主体温度，所得温度值用于对压力传感器进行温度补偿，修正预紧力计算值。
请参见图1，集成电路板(5)中集成有无线通信模块、信号处理及控制模块，智能螺栓可将当前螺栓预紧力通过无线通信模块传输给本地信号接收及发射装置。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无线智能螺栓及在线监测系统，包括螺栓主体(1)，测力杆件(2)，应变片(3)，温度传感器(4)，集成电路板(5)，供电装置(6)，密封罩(7)。其特征在于：所述螺栓主体(1)的非螺纹端的端部加工有一定深度的大直径内置孔，螺栓主体(1)中心设有一定深度和直径的中心孔，中心孔底部加工有安装螺纹，测力杆件(2)的一端与螺栓主体(1)中心孔底部通螺纹连接将测力杆件(2)的一端固定于螺栓主体中心孔的底部，测力杆件(2)的另一端与螺栓主体(1)头部的内置孔端面紧密接触，应变片均匀布置于测力杆件(2)圆柱表面上，温度传感器(4)布置在螺栓主体(1)头部的内置孔端面上，集成电路板(5)中集成有无线通信模块、信号处理及控制模块，集成电路板(5)与应变片(3)和温度传感器(4)有电路连接，并由供电装置(6)对集成电路板(5)进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种无线智能螺栓及在线监测系统，其特征在于：所述测力杆件(2)上均匀布置有多个应变片(3)，测力杆件(2)一端与螺栓中心孔底部固定连接，测力杆件(2)的另一端与螺栓主体(1)头部内置孔端面紧密接触。
3.根据权利要求1所述的一种无线智能螺栓及在线监测系统，其特征在于：所述在线监测系统由多个智能螺栓组(8)及终端信号接收处理设备(9)构成，所述智能螺栓组(8)由多个智能螺栓以及一个本地信号接收及发射装置构成。
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