CN109723710A - 一种实时监测预紧力的无线智能螺栓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时监测预紧力的无线智能螺栓，包括螺栓主体，杆件，压力传感器，温度传感器，压板，压板锁紧螺母，集成电路板，供电装置，密封罩。其螺栓主体的非螺纹端端部加工有一定高度的凸台，凸台平面上设有压力传感器和温度传感器，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，杆件的一端通过螺纹连接固定于螺栓主体中心孔的底部，另一端穿过压板，压板锁紧螺母与杆件的螺纹配合将压板压在压力传感器上，集成电路板中集成有无线通信模块、信号处理及控制模块，并由供电装置对其进行供电。采用本发明提供的一种实时监测预紧力的无线智能螺栓，设计巧妙，易于实现，稳定可靠，方便集成，并具备实时监测能力，大大减少智能螺栓制造成本。

Description

一种实时监测预紧力的无线智能螺栓

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种实时监测预紧力的无线智能螺栓。

背景技术

智能螺栓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预紧力变化，根据检测得到的预紧力值来判定当前螺栓连接是否产生松动、断裂、超载等现象，并及时将处理信号传送至接收终端，以达到对关键螺栓连接结构的健康状态进行监测的目的。

对螺栓预紧力进行检测的方式有很多种，常见的一种是在螺栓内部中心孔内封装光纤传感器的智能螺栓，这类智能螺栓采用光学原理检测光路在螺杆中传播速度变化来推算螺栓预紧力的大小，另一种是采用超声波原理来检测螺杆的伸长量以达到检测预紧力值的目的，这两种方法都需要精密的外部辅助设备对光或声波信号进行处理，所涉及辅助设备成本高，集成困难，采用此类方法的智能螺栓必须采用有线连接，检测方式为间歇性检测，要做到实时检测需要提高单位时间内检测次数，不适合大面积推广使用。

还有一种是在螺栓内部安置应变片的方法，该方法通过填充绑定胶的方式将应变片固定于螺栓内部的孔中来直接检测螺杆的伸缩变形，从而达到监测螺栓连接预紧力值的目的。采用该方法主要问题就是填充绑定胶会影响应变片的性能。一方面，绑定胶的材料特性与螺杆材料特性差异显著，两者之间的变形关系存在严重的非线性关系，另一方面，螺杆和绑定胶对温度的变化响应差异大，导致应变片检测精度难以保证，还有就是，填充绑定胶会对应变片的变形带来很大的时滞问题，严重影响应变片的响应速度。

综上所述，如何制作一种结构简单、成本低、精度高且具有实时监测功能智能螺栓是目前行业内需要解决的问题。

发明内容

为解决现有智能螺栓成本高、精度低以及难以集成等技术问题，本发明提供一种实时监测预紧力的无线智能螺栓。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种实时监测预紧力的无线智能螺栓，包括螺栓主体，杆件，压力传感器，温度传感器，压板，压板锁紧螺母，集成电路板，供电装置，密封罩。其特征在于：所述螺栓主体的端部加工有一定高度的凸台，压力传感器和温度传感器安置于螺栓主体的端部的凸台平面上，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，杆件的一端通过螺纹连接固定于螺栓主体中心孔的底部，杆件的另一端穿过压板，压板锁紧螺母与杆件的螺纹配合并将压板压在压力传感器上，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：螺栓主体的端部加工有一定高度的凸台，凸台平面进行抛光加工处理，以保证安装在上面的压力传感和温度传感器达到使用精度要求。

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实时监测预紧力的无线智能螺栓，设计巧妙，零部件少，易于实现，稳定可靠，方便集成，并具备实时监测能力，大大提高智能螺栓了应用范围，丰富了应用场景。

附图说明

图1为一种实时监测预紧力的无线智能螺栓内部结构示意图；

图2为一种实时监测预紧力的无线智能螺栓传感器安装示意图；

图3为一种实时监测预紧力的无线智能螺栓传感器装配示意图；

图4为一种实时监测预紧力的无线智能螺栓外形示意图；

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，一种实时监测预紧力的无线智能螺栓，包括螺栓主体(1)，杆件(2)，压力传感器(3)，温度传感器(4)，压板(5)，压板锁紧螺母(6)，集成电路板(7)，供电装置(8)，密封罩(9)。其特征在于：所述螺栓主体(1)的端部加工有一定高度的凸台，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，压力传感器(3)和温度传感器(4)安置于螺栓主体(1)的端部的凸台平面上，杆件(2)的两端加工有螺纹，杆件(2)的一端通过螺纹连接固定于螺栓主体中心孔的底部，杆件(2)的另一端穿过压板(5)，压板锁紧螺母(5)与杆件(2)的螺纹配合并将压板(5)压在压力传感器(3)上，集成电路板(7)中集成有无线通信模块、信号处理及控制模块，集成电路板(7)与压力传感器(3)和温度传感器(4)有电路连接并由供电装置(8)对集成电路板(7)进行供电。

请参见图2，螺栓主体(1)的端部的凸台平面进行过抛光处理，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。

请参见图3，所述压板(5)受到安装在杆件(2)伸出端上的压板锁紧螺母(5)的作用紧紧贴在压力传感器(3)上。杆件(2)与螺栓主体(1)中心孔底面的螺纹在连接时，杆件(2)的螺纹上沾有厌氧胶，以保证螺纹连接在使用中稳定可靠，压板锁紧螺母(5)与杆件(2)伸出端的螺纹也配有固定胶防止连接松动。

请参见图1～图3，螺栓主体(1)在受力时产生的伸长缩短变形将直接导致杆件(2)的长度变化，并且杆件(2)的长度变化量与螺栓主体(1)的变形量成正比，杆件(2)的变形将直接传递给压板(5)，压板(5)与压力传感器(3)的接触力将产生变化，并最终导致压力传感器输出信号改变，通过适当的信号处理、计算和标定可以得到当前螺栓连接的预紧力。

请参见图1～图3，温度传感器(4)安置于螺栓端部可检测当前螺栓主体温度，该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(7)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接收终端，以到达对螺栓预紧力实时无线监测的目的。

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 (2)

1.一种实时监测预紧力的无线智能螺栓，包括螺栓主体(1)，杆件(2)，压力传感器(3)，温度传感器(4)，压板(5)，压板锁紧螺母(6)，集成电路板(7)，供电装置(8)，密封罩(9)。其特征在于：所述螺栓主体(1)的端部加工有一定高度的凸台，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，压力传感器(3)和温度传感器(4)安置于螺栓主体(1)的端部的凸台平面上，杆件(2)的两端加工有螺纹，杆件(2)的一端通过螺纹连接固定于螺栓主体中心孔的底部，杆件(2)的另一端穿过压板(5)，压板锁紧螺母(5)与杆件(2)的螺纹配合并将压板(5)压在压力传感器(3)上，集成电路板(7)中集成有无线通信模块、信号处理及控制模块，集成电路板(7)与压力传感器(3)和温度传感器(4)有电路连接，并由供电装置(8)对集成电路板(7)进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种实时监测预紧力的无线智能螺栓，其特征在于：杆件(2)与螺栓主体中心孔螺纹连接以及杆件(2)与压板锁紧螺母(5)的螺纹连接配有固定胶防止在安装后螺纹连接产生松动。