CN111456994A - 一种螺栓式传感器组件及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种螺栓式传感器组件及其应用，该传感器组件包括螺栓头部和螺栓杆部，螺栓杆包括具有螺纹的第一杆部以及用于连接第一杆部和螺栓头部的第二杆部，螺栓头部贯穿有一形变腔，且形变腔延伸至第二杆部内，形变腔内壁上设有应变计，且应变计位于第二杆部内。当第二杆部受到轴向载荷力时，形变腔内的应变计可以准确的识别到第二杆部在轴向产生的形变并转化为数值输出，第二杆部受到轴向载荷拉力相比于螺栓头部受力，其形变更加明显，从而应变计能够更加准确的识别到形变的量，测量更加准确。并且将该种螺栓式传感器组件应用在风力发电机上，配合无线发射器可以将轴向载荷力进行输出而进行实时监控，保证风力发电机持续工作，同时减少维护的工作量。

Description

一种螺栓式传感器组件及其应用
技术领域
本发明涉及衡器领域，具体是一种螺栓式传感器组件。
背景技术
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其它所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
螺栓式传感器是传感器中使用较为独特的一类，螺栓式传感器中螺栓部分主要包括头部和杆部，杆部的主要作用是将主体进行螺纹连接，然后通过螺栓的头部进行锁紧，现有的螺栓式传感器大都将应变计设置在头部内，如申请号为“201910005407.6”的名称为“一种螺栓轴向力传感器”的发明专利，其将应变计设置在螺栓头部的上端面，通过轴向预紧力使得头部在径向方向产生形变，最后将产生的形变量进行处理后输出，该种螺栓式传感器可以将螺栓产生的预紧力转化为确切的数值而体现出来，故可以应用在机械加工领域，比如在加工产品时，为了保证产品的高精度要求，必须对产品的压装进行非常准确的控制，而通过该螺栓式传感器后，可以对产品的各个面进行固定并且体现出紧固各个面时的预紧力，从而实现对产品进行准确压装。同时该螺栓式传感器还可以应用在机械、化工、土木、航天等行业的各类高精度、高密封性的设备和结构内，在使用时，通过各个设备和结构的螺栓式传感器反映出预紧力，而当预紧力反应出的数值小于特定值时，各个设备和结构的某固定连接处即可能出现螺栓松弛而导致的固定不牢靠的现象，故通过该螺栓式传感器可以对各个设备和结构的密封以及稳固性进行监测。
但由于现有的应变计都是设置在螺杆头部，而螺杆头部相对较厚，故通过轴向预紧力使得头部径向方向发生的形变较弱，进而导致测量数据不准确的现象。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种新型的螺栓式传感器组件结构。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种螺栓式传感器组件，包括螺栓头部和螺栓杆部，所述的螺栓杆包括具有螺纹的第一杆部以及用于连接第一杆部和螺栓头部的第二杆部，其特征在于：所述螺栓头部贯穿有一形变腔，且所述的形变腔延伸至所述的第二杆部内，所述形变腔的内壁上设有若干应变计，且所述的应变计位于所述的第二杆部内。
作为优选，所述的形变腔呈圆柱状且位于所述螺栓头部底平面与螺栓杆部的中心位置。
作为优选，所述第一杆部的直径大于所述第二杆部的直径。
作为优选，所述螺栓头部的上端设有用于连接外部缆线接头的连接片，且该连接片盖合在所述形变腔上端的开口处。
作为优选，所述的应变计为四片。
作为优选，所述螺栓杆部的外圈与形变腔的内圈的同轴度保持在≤0.02内。
作为优选，所述螺栓头部和螺栓杆部进行热处理，且热处理保持在HRC43～45之间。
一种上述的螺栓式传感器组件的应用，该螺栓式传感器组件应用在风力发电机上。
作为优选，该螺栓式传感器组件还包括一个无线信息发射模块，该无线信息发射模块固定在风力发电机的叶片上并与所述的应变计通过缆线相连，且所述的无线信息发射模块与外部主机通信连接。
作为优选，所述的无线信息发射模块上设有太阳能光伏板。
本发明的有益效果在于：1.将应变计设置在第二杆部内，当第二杆部受到轴向载荷力时，形变腔内的应变计可以非常准确的识别到第二杆部在轴向产生的形变并转化为具体的数值输出，第二杆部受到轴向载荷拉力相比于螺栓头部受力，其形变更加明显，从而应变计能够更加准确的识别到形变的量，测量更加准确。2.将该种螺栓式传感器组件应用在风力发电机上，配合无线发射器可以将轴向载荷力进行输出而进行实时监控，保证风力发电机有效持续的工作，同时减少了维护的工作量。
附图说明
图1是本发明的内部剖视图。
图2是本发明的整体模型图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参照图1～图2，一种螺栓式传感器组件，包括螺栓头部1和螺栓杆部2，所述的螺栓杆部2包括具有螺纹3的第一杆部4以及用于连接第一杆部4和螺栓头部1的第二杆部5，所述螺栓头部1贯穿有一形变腔6，且所述的形变腔6延伸至所述的螺栓杆部2内，所述形变腔6的内壁上设有若干应变计7。将应变计设置在第二杆部5内，当第二杆部5受到轴向载荷力时，形变腔内的应变计可以非常准确的识别到第二杆部5在轴向产生的形变并转化为具体的数值输出，第二杆部受到轴向载荷拉力相比于螺栓头部受力，其形变更加明显，从而应变计能够更加准确的识别到形变的量，测量更加准确。
在本实施例中，所述的应变计7为四片。为了保证第二杆部5在形变时应变计7能够准确的读出形变量，故通过在形变腔6内设置四个相对方位的应变计7，然后将各个应变计7的估值进行比较整合，然后将准确的形变量转化为电压信号输出。
在本实施例中，由于使用时是通过螺栓头部1底平面接触受力，故在设计时考虑将形变腔6位于螺栓头部1底平面与螺栓杆部2的中心位置，并且将形变腔6设置为圆柱状，从而通过保证在形变腔6内的各个区域的受力均匀以及形变量的一致性，从而保证测量的精确度，同时也防止了壁厚不均匀导致螺栓强度下降而影响使用寿命的问题。
在本实施例中，所述第一杆部4的直径大于所述第二杆部5的直径。使用螺栓时，是将第一杆部4上的螺纹与外部的螺孔进行螺纹配合，如果第二杆部5的外径大于第一杆部4的外径，势必会导致第二杆部5的外圈与螺孔发生干涉，从而影响测量的准确性。
在本实施例中，所述螺栓头部1的上端设有用于连接外部缆线接头的连接片8，且该连接片8盖合在所述形变腔6上端的开口处。通过该连接片8不仅能够保证内部形变腔4的密封性，防止外部灰尘杂质进入而影响应变计7的测量，还能够通过该连接片8与外部缆线接头进行螺纹连接，从而实现对缆线的无缝连接。
在本实施例中，所述螺栓杆部2的外圈与形变腔6的内圈的同轴度保持在≤0.02内。当该螺栓杆部2外圈的螺纹与其它结构或是设备进行螺纹连接后，通过上述设置保证螺栓杆部2的壁厚均匀性，保证了形变量测量的准确度。
在本实施例中，所述螺栓头部1和螺栓杆部2进行热处理，且热处理保持在HRC43～45之间。为了保证螺栓的强度，以便于应用在更高精度和强度的连接结构和设备上，将其进行了上述处理，从而提高了螺栓的整体强度。
将上述螺栓式传感器组件应用在风力发电机上，而该螺栓式传感器组件还包括一个无线信息发射模块9，该无线信息发射模块9固定在风力发电机的叶片上并与所述的应变计5通过缆线相连，且所述的无线信息发射模块9与外部主机通信连接。由于一般的风力发电机主要是依靠其叶片转动而将机械能转化为电能，故在使用时将上述螺栓式传感器组件也固定在叶片的各个连接结构上（使每一个螺栓传感器组件与无线信息发射模块9配套），然后通过各个螺栓式传感器组件将力值传输给无线信息发射模块9，再而由无线信息发射模块9发送给外部主机，通过主机可以实时监控叶片上的力值从而得出叶片各个连接结构的固定情况，以至于无须每隔一段时间都需要人工爬上非常高的风力发电机上进行维护，不仅保证了叶片的稳定工作，同时减少了维护的工作量，并且也减少了人工维护时的安全问题。并且由于风力发电机的叶片一直处于转动状态，而应变计7必须将信息传递给外部主机，故不能通过线缆直接连接，传统的螺栓式传感器组件无法解决该问题。而该螺栓式传感器组件通过无线信息发射模块9可以无需使用线缆而完成无线发射信息的功能，从而解决了风力发电机上不能使用应变计7使用线缆与主机连接的问题。
优选的，所述的无线信息发射模块9上设有太阳能光伏板。为了保证无线信息发射模块9持久稳定的工作，从而设置了太阳能光伏板，通过太阳能光伏板将太阳能转化为电能而供该无线信息发射模块9的持续工作。
通过该螺栓式传感器组件在风力发电机上的应用，同样的可以将该螺栓式传感器组件扩展应用到相类似的转动结构或是设备中，在不便持续维护的情况下，通过该螺栓式传感器组件以用于监视各个结构或是设备的固定情况，保证了结构或是设备的稳定性。
本实施例只是本专利较为优选的方案之一，任何不脱离本技术方案范围内做出的改变，均在本专利的范畴内。

Claims (10)

1.一种螺栓式传感器组件，包括螺栓头部和螺栓杆部，所述的螺栓杆包括具有螺纹的第一杆部以及用于连接第一杆部和螺栓头部的第二杆部，其特征在于：所述螺栓头部贯穿有一形变腔，且所述的形变腔延伸至所述的第二杆部内，所述形变腔的内壁上设有若干应变计，且所述的应变计位于所述的第二杆部内。
2.根据权利要求1所述的螺栓式传感器组件，其特征在于：所述的形变腔呈圆柱状且位于所述螺栓头部底平面与螺栓杆部的中心位置。
3.根据权利要求1所述的螺栓式传感器组件，其特征在于：所述第一杆部的直径大于所述第二杆部的直径。
4.根据权利要求1所述的螺栓式传感器组件，其特征在于：所述螺栓头部的上端设有用于连接外部缆线接头的连接片，且该连接片盖合在所述形变腔上端的开口处。
5.根据权利要求1-4任一所述的螺栓式传感器组件，其特征在于：所述的应变计为四片。
6.根据权利要求2所述的螺栓式传感器组件，其特征在于：所述螺栓杆部的外圈与形变腔的内圈的同轴度保持在≤0.02内。
7.根据权利要求1-4任一所述的螺栓式传感器组件，其特征在于：所述螺栓头部和螺栓杆部进行热处理，且热处理保持在HRC43～45之间。
8.一种根据权利要求1-7任一所述的螺栓式传感器组件的应用，其特征在于：该螺栓式传感器组件应用在风力发电机上。
9.根据权利要求8所述的螺栓式传感器组件的应用，其特征在于：该螺栓式传感器组件还包括一个无线信息发射模块，该无线信息发射模块固定在风力发电机的叶片上并与所述的应变计通过缆线相连，且所述的无线信息发射模块与外部主机通信连接。
10.根据权利要求9所述的螺栓式传感器组件的应用，其特征在于：所述的无线信息发射模块上设有太阳能光伏板。
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