CN114112163B - 低功耗压力监测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺栓压力监测技术领域，是一种低功耗压力监测传感器，其包括基座，基座右部设有压力感应机构，基座左部设有压力监测装置，所述压力感应机构包括承压垫片，对应承压垫片下方位置的基座上设有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈，所述压力监测装置包括保护壳体，保护壳体内部设有电源模块、无线发送模块及与感应线圈电联接的压力监测处理模块，压力监测处理模块与无线发送模块电联接，压力监测处理模块和无线发送模块均与电源模块电联接。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过感应线圈电感量变化计算转换得到承压垫片受到的压力，从而得出螺母所受轴向压力，再由无线发送模块将数据发送至接收装置。

Description

低功耗压力监测传感器

技术领域

本发明涉及螺栓压力监测技术领域，是一种低功耗压力监测传感器。

背景技术

目前螺栓联接广泛应用于机械、化工、交通、电力、航空和土木等行业的各类设备和结构中，一方面用于联接可拆卸部件，另一方面用于传递零部件间的载荷，联接状态表现为轴向预紧，其预紧力的大小直接关系到整个设备或结构工作的可靠性和安全性。

工程中常采用扭矩扳手法控制螺栓或螺母紧固力的大小，用电阻应变片电测法测量螺栓轴向压力。扭矩扳手法由于螺母与部件以及螺纹间存在的摩擦力的不确定性，很难精确测量和控制螺栓或螺母的轴向压力；电阻应变片电测法采用标准电阻应变片，将电阻应变片粘贴在螺栓或螺母上，通过测量螺栓或螺母轴向应变片获得螺栓或螺母的轴向压力，该方法虽具有较高的测量精度，但受到螺栓或螺母安装形式及使用工况的限制，在很多使用场所难以得到应用。

发明内容

本发明提供了一种低功耗压力监测传感器，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有螺栓或螺母轴向压力测量方式存在的测量不准确及测量受螺栓或螺母安装形式或使用工况的限制的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种低功耗压力监测传感器，包括基座，基座右部设有压力感应机构，基座左部设有压力监测装置，所述压力感应机构包括安装于基座右部的用于承受螺栓或螺母轴向压力的承压垫片，对应承压垫片下方位置的基座上设有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈，所述压力监测装置包括固定安装于基座右部的保护壳体，保护壳体内部设有电源模块、无线发送模块及与感应线圈电联接的压力监测处理模块，压力监测处理模块与无线发送模块电联接，压力监测处理模块和无线发送模块均与电源模块电联接。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述承压垫片可包括环形承压板，承压板下方固定连接有支撑环，对应支撑环位置的基座右部设有与支撑环相配合的圆形沉槽，支撑环安装于沉槽内且承压板距沉槽底面一定距离，对应承压板下方的沉槽底面上沿其圆周方向均布有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈，对应承压板位置的基座上设有与承压板中心轴线共线且上下贯通的通孔。

上述承压垫片可包括环形承压板，承压板下方设有环形支撑座，对应支撑座位置的的基座右部设有与支撑环相配合的圆形沉槽，支撑座安装于沉槽内，支撑座顶面中部设有支撑环台，承压板座于支撑环台上，支撑座地面中部设有环形槽，对应环形槽位置的沉槽底面沿其圆周方向均布有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈，对应承压板位置的基座上设有与承压板中心轴线共线且上下贯通的通孔。

上述压力监测处理模块可包括信号处理电路、LDC电感转换器和主控制器，所述感应线圈与信号处理电路电联接，信号处理电路与LDC电感转换器电联接，LDC电感转换器电联接和无线发送模块均与主控制器电联接。

上述电源模块可包括固定安装于保护壳体顶部的太阳能电池板和设置于保护壳体内部的蓄电池，太阳能电池板与蓄电池电联接，信号处理电路、LDC电感转换器、主控制器和无线发送模块均与蓄电池电联接。

上述保护壳体内部还可设有用于监测螺栓周围温度的温度传感器。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过将螺栓或螺母的轴向压力作用在承压垫片，承压垫片发生边行使感应线圈电感量发生变化后，通过压力监测处理模块监测到并计算转换得到承压垫片受到的压力，从而得出螺母所受轴向压力，再由无线发送模块将数据发送至接收装置，本发明具有高效、准确、方便的优点。

附图说明

附图1为本发明实施例一的俯视结构示意图。

附图2为本发明实施例一的主视剖视结构示意图。

附图3为本发明实施例二的主视剖视结构示意图。

附图4为本发明实施例一和实施例二的控制原理图。

附图中的编码分别为：1为基座，2为承压板，3为感应线圈，4为保护壳体，5为无线发送模块，6为支撑环，7为信号处理电路，8为LDC电感转换器，9为主控制器，10为支撑座，11为太阳能电池板，12为蓄电池。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例一：如附图1、2、4所示，该低功耗压力监测传感器包括基座1，基座1右部设有压力感应机构，基座1左部设有压力监测装置，所述压力感应机构包括安装于基座右部的用于承受螺栓或螺母轴向压力的承压垫片，对应承压垫片下方位置的基座1上设有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈3，所述压力监测装置包括固定安装于基座1右部的保护壳体4，保护壳体4内部设有电源模块、无线发送模块5及与感应线圈3电联接的压力监测处理模块，压力监测处理模块与无线发送模块5电联接，压力监测处理模块和无线发送模块5均与电源模块电联接。

使用时，将本发明安装于螺栓或螺母所承受的轴向压力方向位置处，并使螺栓或螺母坐于承压垫片上使承压垫片承受螺栓或螺母所受的轴向压力，在轴向压力的作用下承压垫片发生形变，进而承压垫片距其下方的感应线圈3的距离发生变化，从而感应线圈3的电感值发生变化，通过压力监测处理模块监测到变化值后转换计算即可得出作用在承压垫片上的轴向压力，再通过无线传输模块将轴向压力的数值发送至使用终端，所述无线传输模块为现有公知技术，可采用LoRa低功耗局域网无线技术。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过将螺栓或螺母的轴向压力作用在承压垫片，承压垫片发生形变使感应线圈3电感量发生变化后，通过压力监测处理模块监测到并计算转换得到承压垫片受到的压力，从而得出螺母所受轴向压力，再由无线发送模块5将数据发送至接收装置，具有高效、准确、方便的优点。

可根据实际需要，对上述低功耗压力监测传感器作进一步优化或/和改进：

如附图1、2、4所示，承压垫片包括环形承压板2，承压板2下方固定连接有支撑环6，对应支撑环6位置的基座1右部设有与支撑环6相配合的圆形沉槽，支撑环6安装于沉槽内且承压板2距沉槽底面一定距离，对应承压板2下方的沉槽底面上沿其圆周方向均布有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈3，对应承压板2位置的基座1上设有与承压板2中心轴线共线且上下贯通的通孔。使用时，将螺栓穿设于承压板2和基座1的通孔中，并使螺母或螺栓头作于承压板2上，进而使承压板2承受螺母或螺栓的轴向压力，通过设置支撑环6支撑承压板2以适用小直径的螺栓或螺母。

如附图1、2、4所示，压力监测处理模块包括信号处理电路7、LDC电感转换器8和主控制器9，所述感应线圈3与信号处理电路7电联接，信号处理电路7与LDC电感转换器8电联接，LDC电感转换器8电联接和无线发送模块5均与主控制器9电联接。根据需要，所述主控制器9为STM32L4系列单片机，通过在实验室中使用相关实验设备测得在不同压力作用下感应线圈3产生的不同电感值，再传送到信号处理电路7上会产生不同的谐振频率，进而可制作压力-电感-谐振频率对照表，将表中数值导入至STM32L4系列单片机，所述信号处理电路7为现有公知技术，包括滤波整流电路和信号放大电路等，使用时感应线圈3的发生变化的电感值通过信号处理电路7传送至LDC电感转换器8上，LDC电感转换器8将其电感值转换为数字信号再传送至主控制器9中进行对比计算即可得出相应的压力值，即螺母或螺栓所受轴向压力的数值。

如附图1、2、4所示，电源模块包括固定安装于保护壳体4顶部的太阳能电池板11和设置于保护壳体4内部的蓄电池12，太阳能电池板11与蓄电池12电联接，信号处理电路7、LDC电感转换器8、主控制器9和无线发送模块5均与蓄电池12电联接。通过设置太阳能电池板11和蓄电池12，便于持久为本发明提供电力。

根据需要，保护壳体4内部还设有用于监测螺栓周围温度的温度传感器。通过设置温度传感器，便于监测螺栓周围及本发明内部温度，同时也便于进行温度补偿使本发明所得压力值更为准确。

实施例二：如附图3所示，实施例二的其余结构与实施例一相同，不同点在于实施例二中的承压垫片包括环形承压板2，承压板2下方设有环形支撑座10，对应支撑座10位置的的基座1右部设有与支撑环6相配合的圆形沉槽，支撑座10安装于沉槽内，支撑座10顶面中部设有支撑环6台，承压板2座于支撑环6台上，支撑座10地面中部设有环形槽，对应环形槽位置的沉槽底面沿其圆周方向均布有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈3，对应承压板2位置的基座1上设有与承压板2中心轴线共线且上下贯通的通孔。通过设置支撑座10支撑承压板2，进而可以使承压板2承受更大的轴向压力以适用大直径的螺栓或螺母。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (5)

1.一种低功耗压力监测传感器，其特征在于包括基座，基座右部设有压力感应机构，基座左部设有压力监测装置，所述压力感应机构包括安装于基座右部的用于承受螺栓或螺母轴向压力的承压垫片，对应承压垫片下方位置的基座上设有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈，所述压力监测装置包括固定安装于基座右部的保护壳体，保护壳体内部设有电源模块、无线发送模块及与感应线圈电联接的压力监测处理模块，压力监测处理模块与无线发送模块电联接，压力监测处理模块和无线发送模块均与电源模块电联接，所述承压垫片包括环形承压板，承压板下方固定连接有支撑环，对应支撑环位置的基座右部设有与支撑环相配合的圆形沉槽，支撑环安装于沉槽内且承压板距沉槽底面一定距离，对应承压板下方的沉槽底面上沿其圆周方向均布有若干个安装槽，每个安装槽内均设有一感应线圈，对应承压板位置的基座上设有与承压板中心轴线共线且上下贯通的通孔。

2.根据权利要求1所述的低功耗压力监测传感器，其特征在于所述压力监测处理模块包括信号处理电路、LDC电感转换器和主控制器，所述感应线圈与信号处理电路电联接，信号处理电路与LDC电感转换器电联接，LDC电感转换器电联接和无线发送模块均与主控制器电联接。

3.根据权利要求1或2所述的低功耗压力监测传感器，其特征在于所述电源模块包括固定安装于保护壳体顶部的太阳能电池板和设置于保护壳体内部的蓄电池，太阳能电池板与蓄电池电联接，信号处理电路、LDC电感转换器、主控制器和无线发送模块均与蓄电池电联接。

4.根据权利要求1或2所述的低功耗压力监测传感器，其特征在于所述保护壳体内部还设有用于监测螺栓周围温度的温度传感器。

5.根据权利要求3所述的低功耗压力监测传感器，其特征在于所述保护壳体内部还设有用于监测螺栓周围温度的温度传感器。