CN116412948A - 超薄测力传感器、制备方法、监控系统、监控方法及应用 - Google Patents

超薄测力传感器、制备方法、监控系统、监控方法及应用 Download PDF

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CN116412948A CN202310095306.9A CN202310095306A CN116412948A CN 116412948 A CN116412948 A CN 116412948A CN 202310095306 A CN202310095306 A CN 202310095306A CN 116412948 A CN116412948 A CN 116412948A
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周治国
杨军
周伍阳
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吴建良
袁晓华
张玉珠
李皓
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Abstract

本申请涉及预紧力监测的技术领域，公开了超薄测力传感器、制备方法、监控系统、监控方法及应用，超薄测力传感器包括测力垫圈、若干应变片和保护壳，所述测力垫圈开设有供待测零件穿设的结构孔，所述测力垫圈的外周壁开设有应变槽，若干所述应变片周向固定连接于应变槽的底部，所述应变片电连接有用于检测应变片形变量的形变监测电路，所述保护壳套设并固定连接于测力垫圈的外周壁，所述应变槽内填充有灌封体；本申请具有提高预紧力监测的可靠性的效果。

Description

超薄测力传感器、制备方法、监控系统、监控方法及应用
技术领域
本申请涉及预紧力监测的技术领域，尤其是涉及一种超薄测力传感器、制备方法、监控系统、监控方法及应用。
背景技术
预应力锚固结构、缆索体系桥梁结构、螺栓紧固结构被广泛应用于土木、交通和机械工程等领域，由于该类结构长期承受复杂恶劣自然环境或日益繁重交通荷载作用，其长期服役安全性能备受工程界关注。国内外已出现不少因索杆索力或螺栓预紧力不足引发的工程事故，例如建筑工地塔吊螺栓松动造成人员伤亡事故、公路边坡因预应力锚固系统失效且未能及时预警造成的山体滑坡和人员伤亡等事故。工程界通常采用振弦式传感器、超声波法和振动加速度法测试索杆索力或螺栓预紧力，但以上方法在实际应用中存在许多不足之处。振弦式测力传感器体积较大，难以适用于斜拉桥拉索、装配式管廊接头、悬索桥索夹螺杆等锚固位置空间狭小的情况(如悬索桥索夹螺杆测力传感器预留厚度为15mm左右，管廊预应力锚索锚固端测力传感器预留厚度仅为7mm)，而且该传感器存在钢弦初张后蠕变、输出信号难识别微小力变化、数据采集传输功耗大等问题，难以满足类似缆索桥梁结构大批量螺杆紧固力监测要求。振动加速度法和超声波法都是间接推算紧固力的检测方法，振动加速度法多用于斜拉桥索力监测，现场测试虽方便快捷，但测试位置通常靠近桥面，容易受减振阻尼装置影响，且拉索垂度等对低阶频率影响大，测试索力值与实际值往往相差较大。超声波法是通过建立声波在螺杆中的传递时间与轴力关系，推算螺杆当前紧固力值，该方法难以克服金属螺杆材料蠕变产生的测量误差及超声换能器耐久性不足等问题，有效监测时间通常小于1年，之后数据偏离实际值较大，并且超声波法监测需采用专用螺杆，加工精度要求高，传感器成本高，迄今为止超声波法主要用于科研试验，难以在实际工程中广泛推广应用。现阶段缺乏科学且有效的螺栓紧固力测试技术，给我国工程行业带来不少难题，例如：根据我国公路缆索结构体系桥梁养护技术规范和国内外大跨径悬索桥管养经验，悬索桥通车2～3年后，索夹螺杆紧固力均有不同程度下降，要求进行索夹紧固。悬索桥索夹螺杆要求每隔3年或更短年限完成一次循环抽检，单个悬索桥有数量庞大(通常超过数千个)的索夹螺杆，采用人工检查工作量大，高空作业和恶劣气候环境对养护人员的职业健康非常不利，并且由于悬索桥定期检测无法实时掌控索夹螺杆紧固力不足等安全风险，一旦出现螺杆紧固力下降并造成索夹滑移病害，这种不利后果将对桥梁结构安全和耐久性产生不可逆的影响，需桥梁管养单位投入大量经费进行桥梁养护维修。因此，开发一种低成本、高质量的超薄智能感知测力传感器及监控系统对提升国有大型固定资产的使用寿命和保障人民生命财产安全是非常必要的。
发明内容
为了提高预紧力监测的可靠性，本申请提供一种超薄测力传感器、制备方法、监控系统、监控方法及应用。
本申请的发明目的一采用如下技术方案实现：
超薄测力传感器，包括测力垫圈、若干应变片和保护壳，所述测力垫圈开设有供待测零件穿设的结构孔，所述测力垫圈的外周壁开设有应变槽，若干所述应变片周向固定连接于应变槽的底部，所述应变片电连接有用于检测应变片形变量的形变监测电路，所述保护壳套设并固定连接于测力垫圈的外周壁，所述应变槽内填充有灌封体。
通过采用上述技术方案，超薄测力传感器包括测力垫圈、应变片和保护壳，其中测力垫圈开设有结构孔，可供需进行预紧力监测的零件穿设，使测力垫圈能够充当紧固件的垫片；测力垫圈的外周壁开设有应变槽，且若干应变片周向分布并固定连接于应变槽的底部，便于通过应变片监测测力垫圈的形变量，应变片电连接有用于检测应变片形变量的形变监测电路，便于将形变量转化为电信号，通过测量电信号的数值和变化以计算待测零件的预紧力的数值和变化；保护壳套设并固定连接于测力垫圈的外周壁，且应变槽内填充有灌封体，用于将应变片与外界环境隔离，以保护应变片，并降低保护壳对测力垫圈弹性形变所造成的影响。
本申请在一较佳示例中：所述测力垫圈背离构件接触面的一面设置有环状凸台。
通过采用上述技术方案，测力垫圈用于接触构件的一面为构件接触面，测力垫圈背离构件接触面的一面设置有环状凸台，以便降低待测零件与测力垫圈背离构件接触面的一面之间出现偏载问题的可能性，提高测力垫圈受待测零件紧固力作用的均匀性。
本申请在一较佳示例中：所述测力垫圈的轴向尺寸大于保护壳的轴向尺寸。
通过采用上述技术方案，测力垫圈的轴向尺寸大于保护壳的轴向尺寸，便于降低保护壳对测力垫圈轴向形变的影响。
本申请在一较佳示例中：所述形变监测电路包括：
输入电压控制模块，包括可调电源，用于向形变监测电路输入特定数值的输入电压；
电阻桥路模块，电连接于输入电压控制模块，用于根据测力垫圈的形变量调整电阻桥路模块输出电压与输入电压的比值；包括由应变电阻器R1构成的惠斯通电桥，所述应变电阻器R1固定连接于应变片；
输出电压检测模块，电连接于电阻桥路模块，用于检测电阻桥路模块输出电压的数值。
通过采用上述技术方案，输入电压控制模块包括可调电源，用于向形变监测电路的电阻桥路模块输入特定数值的输入电压；电阻桥路模块包括由应变电阻器R1构成的惠斯通电桥，其中应变电阻器R1为待测电阻器，且应变电阻器R1固定连接于应变片，以便根据测力垫圈的形变量调整应变电阻器R1的电阻值；输出电压检测模块电连接于电阻桥路模块，用于检测电阻桥路模块输出电压的数值，以计算应变电阻器R1的实际电阻值，从而实现对测力垫圈形变量这一非电量的电测量。
本申请的发明目的二采用如下技术方案实现：
超薄测力传感器的制备方法，包括：
根据传感器型号信息，确定测力垫圈和保护壳的材料和尺寸，切割坯料；
对坯料进行退火处理；
对坯料进行机加工，得到测力垫圈和保护壳；
对测力垫圈进行淬火处理、回火处理；
将应变片、形变监测电路的元器件和保护壳进行装配，向应变槽内填充灌封体，得到超薄测力传感器成品；
对超薄测力传感器进行测试。
通过采用上述技术方案，获取传感器型号信息，根据传感器型号信息确定测力垫圈、保护壳所使用的材料以及对应的尺寸，以切割出相应材质和尺寸的坯料；对坯料进行退火处理，以改善坯料的切削加工性；对坯料进行机加工，从而加工出测力垫圈和保护壳的零件；对测力垫圈进行淬火和回火处理，以提高测力垫圈的力学性能；将应变片、形变监测电路的元器件保护壳进行组装，并在组装完成后向应变槽内填充灌封体，以完成超薄测力传感器的成品组装，对超薄测力传感器成品进行检测，从而提高超薄测力传感器的品质，降低使用时出现故障的可能性。
本申请的发明目的三采用如下技术方案实现：
应用超薄测力传感器的监控系统，包括若干超薄测力传感器、可调电源、测电传感器、数据分析模块和系统控制模块，所述可调电源、测电传感器、数据分析模块和系统控制模块均电连接有无线传输单元，系统控制模块通过无线传输单元向可调电源发送监测控制信号，可调电源向各超薄测力传感器的电阻桥路模块提供输入电压，测电传感器根据电阻桥路模块的输出电压生成应力监测数据，测电传感器通过无线传输单元向数据分析模块发送应力监测数据，数据分析模块分析应力监测数据，生成反馈控制信息并通过无线传输单元发送至系统控制模块。
通过采用上述技术方案，应用超薄测力传感器的监控系统中的可调电源、测电传感器、数据分析模块和系统控制模块均电连接有无线传输单元，以便在监控系统的各个设备之间无线传递信息；其中系统控制模块用于向可调电源发送监测控制信号，以控制可调电源向各超薄测力传感器提供输入电压，输入电压经超薄测力传感器中的电阻桥路模块处理后，测电传感器通过检测电阻桥路模块的输出电压生成应力监测数据；测电传感器将应力监测数据发送至数据分析模块后，数据分析模块对应力监测数据进行分析，以确定各超薄测力传感器所在位置的待测零件预紧力是否正常，从而确定所需调整的应力监测方案，生成反馈控制信息并发送至系统控制模块，以调整监测控制信号。
本申请在一较佳示例中：还包括LoRa通信中继器，所述无线传输单元设置有LoRa通信芯片。
通过采用上述技术方案，应用超薄测力传感器的监控系统还包括LoRa通信中继器，且无线传输单元设置有LoRa通信芯片，因而可调电源、测电传感器、数据分析模块和系统控制模块是通过LoRa广域网技术实现无线通信的，具有功耗低、信号传输距离远的优点。
本申请在一较佳示例中：还包括警示模块，所述警示模块包括安装于超薄测力传感器所在位置的现场报警器，所述警示模块还包括用于发送远程报警信号的远程报警器。
通过采用上述技术方案，应用超薄测力传感器的监控系统还包括警示模块，且警示模块包括现场报警器和远程报警器，便于在监测到部分超薄测力传感器所在位置的待测零件预紧力异常时，通过现场报警和发送远程报警信号的方式实现报警功能，从而便于警示附近人员疏散，并及时通知工作人员前来消除安全隐患。
本申请的发明目的四采用如下技术方案实现：
应用超薄测力传感器的监控方法，包括：
获取各超薄测力传感器对应的应力监测数据，基于应力监测数据评估各紧固件的警示等级，基于警示等级信息生成警示信息；
获取待监控设施的设计图纸，基于设计图纸确定各构件和紧固件的性能参数，创建力学信息模型；
将应力监测数据标记至力学信息模型，基于力学信息模型判断各紧固点的危险程度信息；基于各紧固点的危险程度信息，确定对应的监测频率，基于监测频率生成反馈控制信息。
通过采用上述技术方案，获取各超薄测力传感器所监测到的紧固件的预紧力，生成应力监测数据，基于应力监测数据评估各紧固件的警示等级，根据警示等级信息判断是否需要报警以及发出何种报警信号，以生成警示信息，以便在紧固件的预紧力异常时发出报警信号；获取待监控设施的设计图纸，以便基于设计图纸确定各构件和紧固件的性能参数，从而创建力学信息模型，便于后续根据力学信息模型判断待监控设施在各区域的力学性能；将获取到的应力监测数据标记至力学信息模型中，以便根据当前各紧固件的预紧力和各构件的性能参数，判断各紧固点的危险程度，生成危险程度信息；根据不同紧固点当前的危险程度信息，确定针对各紧固点进行监测的频率，生成反馈控制信息以便后续调整针对待监控设施的应力监测计划，从而提高预紧力监测的可靠性。
本申请在一较佳示例中：获取各超薄测力传感器对应的应力监测数据，基于应力监测数据评估各紧固件的警示等级，基于警示等级信息生成警示信息的步骤中，包括：
获取紧固件的型号信息，基于型号信息确定各警示等级的警示阈值区间，生成阈值区间组；获取各应力监测数据，将各应力监测数据与对应的阈值区间组进行对比，确定对应的警示等级；
基于各紧固件的警示等级匹配对应的警示信号，基于各紧固件的警示信号生成警示信息。
通过采用上述技术方案，获取各紧固件的型号信息，以便确定各紧固件的性能参数，基于各紧固件的性能参数确定对应不同危险程度的警示阈值区间，每一警示阈值区间对应一个警示等级，根据同一紧固件的多个警示阈值区间生成阈值区间组；获取各紧固件对应的应力监测数据，将应力监测数据与该紧固件的阈值区间组进行对比，从而确定对应的警示等级；根据各紧固件的警示等级确定所需发出的警示信号类型，根据各紧固件的警示信号生成警示信息，以便后续根据警示信息控制警示模块报警。
本申请在一较佳示例中：获取各应力监测数据的步骤中，包括：
通过传感器信号处理电路对超薄测力传感器进行过采样，在每一采样周期内获取一个采样数据组，所述采样数据组包括第一数值个监测数据；
对采样数据组中的各监测数据进行平均计算，生成数组平均值，将采样数据组中的各监测数据减去数组平均值，得到降波数据，基于各降波数据生成降波数据组；
对降波数据组进行数据统计，统计各数值段内的降波数据的数量，将各数值段的降波数据数量与除杂阈值进行比较；
计算降波数据数量大于除杂阈值的所有数值段的监测数据的平均值为该采样周期的应力监测数据。
通过采用上述技术方案，通过传感器的信号处理电路对超薄测力传感器进行过采样，以便提高采集到的数据的真实性，根据预设的采样周期和采样频率，在每一采样周期内获取一个采样数据组，其中每一采样数据组内的监测数据数量为第一数值个；对采样数据组中的各监测数据进行平均计算，从而生成对应的数组平均值，将采样数据组中的各监测数据减去数组平均值后生成降波数据组，便于减小数据组内各数据数值的范围，提高对数据波动分析的准确性；由于在数据采样过程中，信号处理电路的各元件和监控系统中的其他模块可能因为受到干扰而出现杂波，从而影响检测精度，因此，对降波数据组中的各数据进行统计，计算处于各数值段内的降波数据的数量，若数量小于预设的除杂阈值，则认为该数值段内的数据为杂波，不参与平均计算；若数量大于预设的除杂阈值，则进行保留，对被保留数值段内的降波数据所对应的监测数据计算平均值作为该采样周期的应力监测数据。
本申请在一较佳示例中：通过传感器信号处理电路对超薄测力传感器进行过采样的步骤之前，还包括：
向待测零件分级加载预紧力，并读取对应的标定测量数据；
基于各级预紧力对应的标定测量数据与上级预紧力对应的标定测量数据，计算本级预紧力区间对应的弹性系数；
将各弹性系数输入至数据分析模块中，执行超薄测力传感器的自动标定。
通过采用上述技术方案，由于本申请中的超薄测力传感器是通过应变片检测测力垫圈的形变量来计算应力的，具体是利用了材料弹性形变的性质，然而，材料在弹性区间内应力与应变的关系并非绝对线性，且测力垫圈的形变也可能受到其他因素的干扰，因此，需要对超薄测力传感器进行标定，以提高对待测零件预紧力的检测精度；向待测零件分级加载预紧力，并读取加载各级预紧力后超薄测力传感器检测到的电压数值为标定测量数据，基于各级预紧力对应的标定测量数据与上级预紧力对应的标定测量数据，以及当前加载的预紧力数值与上级加载的预紧力数值，计算本级预紧力区间所对应的弹性系数，将各等级预紧力对应的弹性系数输入至数据分析模块中，对超薄测力传感器进行自动标定，便于后续根据超薄测力传感器在不同应力区间内的弹性系数计算测得的应力监测数据，从而达到提高超薄测力传感器检测精度的效果。
本申请在一较佳示例中：将各弹性系数输入至数据分析模块中，执行超薄测力传感器的自动标定的步骤之后，还包括：
向待测零件加载测试预紧力，读取对应的测试测量数据，基于测试测量数据判断是否符合预设精度要求；
当测试测量数据不符合预设精度要求时，在精度不合格的预紧力区间设置插入点，基于插入点确定对应的预紧力子区间；
计算各预紧力子区间的对应的子弹性系数，计算相邻预紧力子区间对应子弹性系数的差值以生成弹性差值；
若各弹性差值均小于对应的弹差阈值，则完成修正标定，若任一弹性差值大于弹差阈值，则在对应的预紧力子区间中设置新的插入点，继续修正标定。
通过采用上述技术方案，在对超薄测力传感器进行自动标定后，可进一步对自动标定后的测力传感器进行检验和修正；向待测零件加载测试预紧力，并读取超薄测力传感器检测到的电压数值为测试测量数据，判断测试测量数据是否满足预设的精度要求，若测试测量数据不满足预设的精度要求时，确定精度不合格的预紧力区间，在精度不合格的预紧力区间内设置插入点，根据设置的插入点进一步确定新的预紧力子区间；计算各预紧力子区间对应的子弹性系数，并计算各相邻预紧力子区间的子弹性系数之间的差值为弹性差值；将各弹性差值与预设的弹差阈值进行对比，若所有弹性差值均小于弹差阈值，则认为相邻的预紧力子区间之间的弹性系数接近，则完成修正标定，若任一弹性差值大于预设的弹差阈值，则需要进一步在对应的预紧力子区间中设置新的插入点，并继续执行修正标定工作。
本申请在一较佳示例中：将应力监测数据标记至力学信息模型，基于力学信息模型判断各紧固点的危险程度信息的步骤中，包括：
将应力监测数据标记至力学信息模型中，根据待监控设施中各构件的受力数据，判断各紧固点的负荷数据；
基于各紧固点的负荷数据和应力监测数据，计算各紧固点的负荷率，以生成危险程度信息。
通过采用上述技术方案，将应力监测数据标记至力学信息模型中，以便判断待检测设施中各紧固点当前的紧固力，根据待监控设施中各构件的受力数据，判断各紧固点当前的负荷情况，从而生成负荷数据；基于各紧固点的负荷数据和对应的应力监测数据，计算各紧固点当前的负荷率，评估各紧固点的危险程度以生成危险程度信息，便于后续根据各紧固点不同的危险程度信息设置监测频率，从而提高针对各紧固点进行应力监测的科学性。
本申请的发明目的五采用如下技术方案实现：
上述任一种超薄测力传感器在检测紧固件预紧力的应用。
通过采用上述技术方案，通过超薄测力传感器检测紧固件的预紧力，便于判断紧固件的连接是否稳固，并可根据预紧力随时间的变化趋势判断紧固件老化情况。
本申请在一较佳示例中：所述紧固件包括螺纹连接件、销钉、铆钉。
通过采用上述技术方案，超薄测力传感器可用于对由各类螺纹连接件、销钉、铆钉的连接结构进行预紧力的实时检测，适用范围广。
本申请在一较佳示例中：所述紧固件的应用场景包括钢结构建筑、交通运输设备和机械设备。
通过采用上述技术方案，紧固件的应用场景包括缆索体系桥梁、岩土锚固结构、大跨钢结构建筑、交通运输设备和机械设备，因而超薄测力传感器可应用于缆索体系桥梁、岩土锚固结构、大跨钢结构建筑、交通运输设备和机械设备的紧固件的预紧力监测，以便提高缆索体系桥梁、岩土锚固结构、大跨钢结构建筑、交通运输设备和机械设备等设施的安全性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.超薄测力传感器包括测力垫圈、应变片和保护壳，其中测力垫圈开设有结构孔，可供需进行预紧力监测的零件穿设，使测力垫圈能够充当紧固件的垫片；测力垫圈的外周壁开设有应变槽，且若干应变片周向分布并固定连接于应变槽的底部，便于通过应变片监测测力垫圈的形变量，应变片电连接有用于检测应变片形变量的形变监测电路，便于将形变量转化为电信号，通过测量电信号的数值和变化以计算待测零件的预紧力的数值和变化；保护壳套设并固定连接于测力垫圈的外周壁，且应变槽内填充有灌封体，用于将应变片与外界环境隔离，以保护应变片，并降低保护壳对测力垫圈弹性形变所造成的影响。
2.输入电压控制模块包括可调电源，用于向形变监测电路的电阻桥路模块输入特定数值的输入电压；电阻桥路模块包括由应变电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4构成的惠斯通电桥，其中应变电阻器R1为待测电阻器，且应变电阻器R1固定连接于应变片，以便根据测力垫圈的形变量调整应变电阻器R1的电阻值；输出电压检测模块电连接于电阻桥路模块，用于检测电阻桥路模块输出电压的数值，以计算应变电阻器R1的实际电阻值，从而实现对测力垫圈形变量这一非电量的电测量。
3.应用超薄测力传感器的监控系统中的可调电源、测电传感器、数据分析模块和系统控制模块均电连接有无线传输单元，以便在监控系统的各个设备之间无线传递信息；其中系统控制模块用于向可调电源发送监测控制信号，以控制可调电源向各超薄测力传感器提供输入电压，输入电压经超薄测力传感器中的电阻桥路模块处理后，测电传感器通过检测电阻桥路模块的输出电压生成应力监测数据；测电传感器将应力监测数据发送至数据分析模块后，数据分析模块对应力监测数据进行分析，以确定各超薄测力传感器所在位置的待测零件预紧力是否正常，从而确定所需调整的应力监测方案，生成反馈控制信息并发送至系统控制模块，以调整监测控制信号。
附图说明
图1是本申请实施例一中超薄测力传感器的结构示意图。
图2是本申请实施例一中形变监测电路的电路图。
图3是本申请实施例二中超薄测力传感器的结构示意图。
图4是本申请实施例四中应用超薄测力传感器的监控系统的示意图。
图5是本申请实施例五中应用超薄测力传感器的监控方法的流程图。
图6是本申请应用超薄测力传感器的监控方法中步骤S10的流程图。
图7是本申请应用超薄测力传感器的监控方法中步骤S12的流程图。
图8是本申请应用超薄测力传感器的监控方法的另一流程图。
图9是本申请应用超薄测力传感器的监控方法的另一流程图。
图10是本申请应用超薄测力传感器的监控方法中步骤S30的流程图。
图11是本申请实施例六中形变监测电路的电路图。
图12是本申请应用超薄测力传感器的监控方法的另一流程图。
图13是本申请实施例七中的设备示意图。
附图标记说明：
100、超薄测力传感器；1、测力垫圈；11、结构孔；12、应变槽；13、环状凸台；14、形变槽；15、第一连接孔；2、保护壳；21、第二连接孔；22、穿线孔；3、应变片；4、灌封体；5、输入电压控制模块；6、电阻桥路模块；7、输出电压检测模块；8、系统控制模块；9、数据分析模块。
具体实施方式
本申请公开了一种超薄测力传感器、制备方法、监控系统、监控方法及应用。
以下结合附图1至13对本申请作进一步详细说明。
实施例一
如图1所示，本申请公开了一种超薄测力传感器100，包括测力垫圈1、若干应变片3和保护壳2，测力垫圈1用于安装应变片3，并可作为待测紧固件的垫片；应变片3固定连接于测力垫圈1且电连接有形变监测电路，用于检测测力垫圈1的形变量，以计算测力垫圈1所受力的大小，保护壳2用于保护测力垫圈1上安装的电子元器件。
测力垫圈1呈圆盘状，测力垫圈1沿轴线方向开设有结构孔11，以供待测紧固件穿设，结构孔11的内径具体是根据待测紧固件的直径而确定的；测力垫圈1的一面为构件接触面，测力垫圈1的构件接触面平整设置，用于接触需要通过紧固件连接的构件，测力垫圈1背离构件接触面的一面设置有环状凸台13，以便降低待测紧固件与测力垫圈1之间出现偏载问题的可能性，提高测力垫圈1受待测紧固件紧固力作用的均匀性。
测力垫圈1的外周壁开设有应变槽12，应变槽12的底面环绕测力垫圈1的轴线设置形成柱面，若干应变片3沿测力垫圈1周向均匀固定连接于应变槽12底部，以便后续检测测力垫圈1的轴向形变量；由于测力垫圈1受到紧固件的预紧力时，会发生轴向形变，而测力垫圈1发生的弹性形变时，测力垫圈1的形变量与所受的预紧力近似呈线性关系，而应变片3可用于检测测力垫圈1的形变量，因此可以间接测得测力垫圈1所受来自紧固件的预紧力。
保护壳2呈圆环状，测力垫圈1周向均匀开设有若干第一连接孔15，在本实施例中，第一连接孔15为螺纹孔，且第一连接孔15的数量为四个；保护壳2套设于测力垫圈1，保护壳2上开设有若干第二连接孔21，第二连接孔21的数量与第一连接孔15的数量相同，且第二连接孔21正对第一连接孔15设置，保护壳2通过螺纹连接件可拆卸式连接于测力垫圈1，且测力垫圈1的轴向尺寸大于保护壳2的轴向尺寸，以便使测力垫圈1单独承受紧固件的轴向预紧力，降低因保护壳2承受轴向预紧力对测力垫圈1形变量造成的影响，从而提高针对预紧力大小检测的准确性。
保护壳2还开设有穿线孔22，以供应变片3所连接的形变检测电路的线缆穿出；应变槽12内填充有灌封体4，在本实施例中，灌封体4由灌封胶凝固形成，便于使应变片3与外界环境隔离，以保护应变片3，提高应变片3的使用寿命。
如图2所示，形变检测电路包括输入电压控制模块5、电阻桥路模块6和输出电压检测模块7。
输入电压控制模块5用于向形变监测电路输入特定数值的输入电压；输入电压控制模块5包括可调电源，可调电源的两个输出电极分别连接于电阻桥路模块6的两个输入电极。
电阻桥路模块6电连接于输入电压控制模块5，电阻桥路模块6用于根据测力垫圈1的形变量调整电阻桥路模块6输出电压与输入电压的比值；电阻桥路模块6包括应变电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4，所述应变电阻器R1的一端连接于第二电阻器R2，所述第二电阻器R2远离应变电阻器R1的一端连接于第三电阻器R3，所述第三电阻器R3远离第二电阻器R2的一端连接于第四电阻器R4，所述第四电阻器R4远离第三电阻器R3的一端连接于应变电阻器R1远离第二电阻器R2的一端，以构成惠斯通电桥，其中应变电阻器R1为待测电阻器，应变电阻器R1固定连接于应变片3；电阻桥路模块6的两个输入电极分别为：应变电阻器R1与第四电阻器R4的连接节点、第二电阻器R2与第三电阻器R3的连接节点；通过惠斯通电桥法测电阻为现有技术，因此本实施例对如何通过电阻桥路模块6测得应变电阻器R1电阻值、以及将应变电阻器R1电阻值转化为电压量进行测量的原理不再进行赘述；其中，第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4可通过长导线与超薄测力传感器100中的应变电阻器R1并联，便于将第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4安装于便于人员进行维护、调试的位置。
输出电压检测模块7电连接于电阻桥路模块6，用于检测电阻桥路模块6输出电压的数值；输出电压检测模块7包括测电传感器，测电传感器的两个输入电极分别连接于电阻桥路模块6的两个输出电极；电阻桥路模块6的两个输出电极为：应变电阻器R1与第二电阻器R2的连接节点、第三电阻器R3与第四电阻器R4的连接节点。
实施例二
如图3所示，本申请公开了一种超薄测力传感器100，在实施例一的基础上，测力垫圈1的结构孔11内壁还开设有形变槽14，形变槽14沿测力垫圈1的轴线周向开设，以便提高测力垫圈1在受轴向紧固力作用下的形变程度，进而便于提高对轴向紧固力的检测精度。
实施例三
本申请公开了一种超薄测力传感器的制备方法，用于制备实施例一或实施例二中的超薄测力传感器。
在本实施例中，测力垫圈的技术要求为：
1、应变槽底部喷砂处理；
2、表面无划伤、擦伤、无缺陷；
3、去毛刺，锐角倒角R＝0.5；
4、线性公差应符合GB1804-2000 m级，形状公差应符合GB1184-80的要求；
5、热处理HRC38-42，表面镀层处理。
保护壳的技术要求为：
1、表面无划伤、擦伤、无缺陷；
2、去毛刺，锐角倒角R＝0.5；
3、线性公差应符合GB1804-2000 m级，形状公差应符合GB1184-80的要求；
4、表面镀层处理。
超薄测力传感器的制备方法的步骤包括：
S1：根据传感器型号信息，确定测力垫圈和保护壳的材料和尺寸，切割坯料。
在本实施例中，传感器型号信息是指需要制备的超薄测力传感器的型号信息，具体可根据预设的企业标准进行命名，传感器型号信息包括测力垫圈和保护壳的材质信息、尺寸信息，其中，尺寸信息是根据所适配的紧固件的型号所确定的。
具体地，根据传感器的型号信息，确定测力垫圈和保护壳两个零件的材质信息，以便选择合适的材料，在本实施例中，测力垫圈的材料为40CrNiMoA，具有高强度、高韧性、塑性好的特点；保护壳的材料为6061合金，在热处理后可强化具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，强度中等，在退火后仍能维持较好的操作性；基于测力垫圈和保护壳的尺寸信息，切割出合适大小的坯料。
S2：对坯料进行退火处理。
具体地，对测力垫圈和保护壳坯料进行退火处理，以消除坯料的内应力，降低材料硬度，为后续的机加工改善切削性能。
S3：对坯料进行机加工，得到测力垫圈和保护壳。
具体地，通过车床分别对测力垫圈和保护壳的坯料进行机加工，得到测力垫圈和保护壳零件的半成品。
S4：对测力垫圈进行淬火处理、回火处理。
具体地，对测力垫圈进行淬火处理，以便提高测力垫圈的硬度；对淬火处理后的测力垫圈进行回火处理，以消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂，调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求，稳定组织与尺寸，改善和提高后续加工性能；经淬火和回火处理后的测力垫圈，硬度应达到洛氏硬度38-42。
进一步地，在对测力垫圈进行淬火处理、回火处理后，对测力垫圈和保护壳进行精加工；要求精加工后的测力垫圈表面无划伤、擦伤、无缺陷，去除毛刺，锐角倒角R＝0.5，线性公差应符合GB1804-2000 m级，形状公差应符合GB1184-80的要求；要求精加工后的保护壳表面无划伤、擦伤、无缺陷，去除毛刺，锐角倒角R＝0.5，线性公差应符合GB1804-2000m级，形状公差应符合GB1184-80的要求。
进一步地，对测力垫圈的应变槽底部进行喷砂处理，以提高应变槽表面的抗疲劳性。
进一步地，对测力垫圈和保护壳进行表面镀层处理，便于降低测力垫圈和保护壳零件表面腐蚀的可能性，从而提高超薄测力传感器的使用寿命。
S5：将应变片、形变监测电路的元器件和保护壳进行装配，向应变槽内填充灌封体，得到超薄测力传感器成品。
具体地，将应变片装配于应变槽底部，将应变片与形变检测电路的元器件电连接，将保护壳套设并固定连接于测力垫圈，装配完成后，向应变槽内注入灌封胶，以形成灌封体，从而得到超薄测力传感器的成品。
S6：对超薄测力传感器进行测试。
具体地，对超薄测力传感器进行测试，以便判断各超薄测力传感器的质量是否合格，将测试合格的产品进行包装、入库存储。
实施例四
如图4所示，本申请公开了一种应用超薄测力传感器100的监控系统，包括若干超薄测力传感器100、可调电源、测电传感器、数据分析模块9和系统控制模块8，其中，可调电源、测电传感器、数据分析模块9和系统控制模块8均电连接有无线传输单元，在本实施例中，无线传输单元设置有LoRa通信芯片，应用超薄测力传感器100的监控系统还包括LoRa通信中继器，使得可调电源、测电传感器、数据分析模块9和系统控制模块8之间可通过LoRa无线广域网技术实现无线通信连接，具有功耗低、信号传输距离远的优点。
系统控制模块8通过无线传输单元向可调电源发送监测控制信号，使可调电源向各超薄测力传感器100的电阻桥路模块6提供输入电压，进而使测电传感器能够根据电阻桥路模块6的输出电压生成应力监测数据；其中，监测控制信号是指用于控制可调电源提供输入电压的时间节点、电压参数的信号。
测电传感器检测输出电压，并生成应力监测数据后，测电传感器通过无线传输单元向数据分析模块9发送应力监测数据，以便使数据分析模块9能够对应力监测数据进行分析，对应力监测数据进行分析后，生成反馈控制信息，将反馈控制信息通过无线传输单元发送至系统控制模块8，以便对超薄测力传感器100所执行的监测工作进行闭环控制。
应用超薄测力传感器100的监控系统还包括警示模块，警示模块包括现场报警器和远程报警器，其中，现场报警器安装于超薄测力传感器100所在位置，具体可以包括蜂鸣器、扬声器、警示灯中的一种或多种，以便在超薄测力传感器100监测到紧固件异常时，通过声信号和/或光信号的方式提示附近人员疏散，或者是提示维护人员异常紧固件的位置；远程报警器用于在监测到紧固件异常时，向维护人员发送远程报警信号，以通知维护人员当前出现异常的紧固件所在位置。
实施例五
本申请公开了一种应用超薄测力传感器的监控方法，可用于对紧固件的应力进行监测，以提高被待测紧固件连接或加固的桥梁、建筑、管廊、风机、锚固结构、轨道和机械设备等的安全性，在本实施例中，应用超薄测力传感器的监控方法存储于数据分析模块中，并由数据分析模块执行。
如图5所示，应用超薄测力传感器的监控方法具体包括如下步骤：
S10：获取各超薄测力传感器对应的应力监测数据，基于应力监测数据评估各紧固件的警示等级，基于警示等级信息生成警示信息。
在本实施例中，应力监测数据是指通过超薄测力传感器检测到的对应紧固件的应力数据。
具体地，通过超薄测力传感器内置的形变监测电路检测测力垫圈的形变量，进而计算该超薄测力传感器对应紧固件的应力数据；根据各紧固件对应的应力监测数据和对应紧固件的性能参数，评估各紧固件当前的应力数据相对于设计图纸中对应的应力数据的偏离程度，从而确定各紧固件的警示等级，根据各紧固件的警示等级匹配所需发出的报警信号类型的信息，进而生成警示信息，便于通过警示信息控制警示模块发出相应的报警信号。
进一步地，由于一些电阻器在不同温度下会出现电阻值的变化，因此，数据分析模块中存储有温度补偿算法，用于对形变检测电路中的各电阻器的电阻值数据进行温度补偿，各电阻器在不同温度下具体的补偿值可根据实验或相关技术手册获取。
其中，参照图6，在步骤S10中，包括：
S11：获取紧固件的型号信息，基于型号信息确定各警示等级的警示阈值区间，生成阈值区间组。
具体地，获取紧固件的型号信息，根据紧固件的型号信息从技术文件库中匹配对应性能参数，以确定各紧固件在正常情况下的紧固力数值的范围，基于各紧固件的性能参数，为每一紧固件设置多个警示阈值区间，每一警示阈值区间对应一个警示等级，便于后续根据紧固件的紧固力数值所处的警示阈值区间确定紧固件的警示等级；根据每一紧固件的多个警示阈值区间生成阈值区间组。
S12：获取各应力监测数据，将各应力监测数据与对应的阈值区间组进行对比，确定对应的警示等级。
具体地，获取各紧固件当前的应力监测数据后，将各紧固件的应力监测数据与对应的阈值区间组进行对比，从而确定各紧固件当前的警示等级，便于获知各紧固件当前的危险程度。
S13：基于各紧固件的警示等级匹配对应的警示信号，基于各紧固件的警示信号生成警示信息。
在本实施例中，警示信号是指用于触发警示模块执行特定一种报警工作的信号，一个警示信号对应触发警示模块的一项报警工作，例如鸣警笛、闪警灯、发送远程报警信号；警示信息是指基于应用超薄测力传感器的监控系统中所有紧固件的警示信号生成的信息。
具体地，基于各紧固件的警示等级匹配对应的警示信号，基于各紧固件的警示信号生成警示信息，以便后续根据各紧固件当前的危险程度信息汇总后统一触发警示模块执行相应的报警工作。
其中，参照图7，在步骤S12中，包括：
S121：通过传感器信号处理电路对超薄测力传感器进行过采样，在每一采样周期内获取一个采样数据组，所述采样数据组包括第一数值个监测数据。
在本实施例中，监测数据是指超薄测力传感器测得的应力数据；采样周期是指执行一次应力监测工作，进行通过超薄测力传感器采集监测数据的周期，优选的，采样周期为1S；采样数据组是指在一个采样周期内采集的所有监测数据构成的数据组；一个采集数据组包括第一数值个监测数据，优选的，第一数值为200。
具体地，通过传感器信号处理电路对超薄测力传感器进行过采样，以获取超薄测力传感器测得的足量应力数据，便于提高后续针对应力监测数据检测的准确性；在每一采样周期内获取第一数值个监测数据，以构成对应的一个采样数据组。
S122：对采样数据组中的各监测数据进行平均计算，生成数组平均值，将采样数据组中的各监测数据减去数组平均值，得到降波数据，基于各降波数据生成降波数据组。
具体地，对采样数据组中的各监测数据进行平均计算具体方式为：将各采样数据组中的监测数据按数值大小进行排序，设第一数值为A，设置去除比例值B，优选的，去除比例值为0.05，将采样数据组内监测数据的A*B个最大值和A*B个最小值去除后，计算剩余监测数据的平均值为数组平均值。
具体地，将采样数据组内的各监测数据减去数组平均值后，得到降波数据，基于计算得到的各降波生成降波数据组，通过降波数据组取代采样数据组进行后续的数据分析，便于减小数据组内的数据波动范围；在实际使用中，采样数据组的平均值约为20μV，而降波数据组的平均值约为1μV，降低了数据组内数据的波动范围。
S123：对降波数据组进行数据统计，统计各数值段内的降波数据的数量，将各数值段的降波数据数量与除杂阈值进行比较。
在本实施例中，数值段是指针对连续的数值所划分出的数值区间，以便将数据离散化。
具体地，由于在数据采样过程中，信号处理电路的各元件和监控系统中的其他模块可能因为受到干扰而出现杂波，从而影响检测精度，因此，需要对数据进行除杂处理；根据数据统计需求设置各数值段所对应的数值区间，设置除杂阈值，优选的，除杂阈值的数值为10；对降波数据组进行数据统计，统计处于各数值段内的降波数据的数量，其中，处于同一数值段内的降波数据可以认为近似相同；统计各数值段内的降波数据的数量，并将各数值段的降波数据数量与除杂阈值进行比较，若一个数值段内的降波数据数量小于除杂阈值，则认为该数据段内的数据为杂波，需要进行去除而不参与平均计算。
S124：计算降波数据数量大于除杂阈值的所有数值段的监测数据的平均值为该采样周期的应力监测数据。
具体地，将降波数据数量小于除杂阈值的数值段内的降波数据去除，计算剩余降波数据数量大于除杂阈值的所有数值段的监测数据的平均值，从而得到该采样周期的应力监测数据。
由于本申请中的超薄测力传感器是通过应变片检测测力垫圈的形变量来计算应力的，具体是利用了材料弹性形变的性质，然而，材料在弹性区间内应力与应变的关系并非绝对线性，且测力垫圈的形变也可能受到其他因素的干扰，因此，需要对超薄测力传感器进行标定，以提高对待测零件预紧力的检测精度。
其中，在通过传感器信号处理电路对超薄测力传感器进行过采样之前，需要对超薄测力传感器进行标定；参照图8，在步骤S121之前，包括：
S101：向待测零件分级加载预紧力，并读取对应的标定测量数据。
在本实施例中，加载预紧力的等级分为10级，各级预紧力分别为本申请中超薄测力传感器额定最大应力测量值的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％；标定测量数据是指在对超薄测力传感器进行标定时，施加了预紧力后对应读取到的应力数据。
具体地，依次向待测零件加载各级预紧力，每加载一级预紧力后，读取对应的应力数据作为标定测量数据。
S102：基于各级预紧力对应的标定测量数据与上级预紧力对应的标定测量数据，计算本级预紧力区间对应的弹性系数。
在本实施例中，本级预紧力区间是指当前加载的预紧力数值与上一级加载的预紧力数值构成的区间；弹性系数是指应力与应变之间的比值。
具体地，将各等级加载的预紧力数值设为Y，将对应的标定测量数据设为X，根据公式Yn-Yn-1＝(Xn-Xn-1)×Kn，计算Kn为该等级预紧力区间对应的弹性系数，n的取值为非零自然数，n的最大取值为加载预紧力的最大等级，X0为0，Y0为未施加预紧力时对应的标定预紧力数据。
S103：将各弹性系数输入至数据分析模块中，执行超薄测力传感器的自动标定。
在本实施例中，数据分析模块是指用于根据计算得到的弹性系数自动对超薄测力传感器进行标定的模型。
具体地，将计算得到的各弹性系数输入至数据分析模块中，以对超薄测力传感器进行自动标定，在本实施例中，当超薄测力传感器所受应力在最大应力测量值的0％到10％之间时，弹性系数为K1，当超薄测力传感器所受应力在最大应力测量值的10％到20％之间时，弹性系数为K2，以此类推；为超薄测力传感器的不同应力区间内设置不同的弹性系数，便于提高计算预紧力数值的测量精度。
在对超薄测力传感器进行自动标定后，可进一步对自动标定后的测力传感器进行检验和修正。
其中，参照图9，在步骤S103之后，包括：
S104：向待测零件加载测试预紧力，读取对应的测试测量数据，基于测试测量数据判断是否符合预设精度要求。
在本实施例中，测试预紧力是指在执行对自动标定完成后的超薄测力传感器测试工作时加载的力；测试测量数据是指在对自动标定完成后的超薄测力传感器进行测试时，施加了测试预紧力后对应读取到的应力数据。
具体地，向待测零件加载测试预紧力，并读取对应的测试测量数据，将读取到的测试测量数据与预设的精度要求进行对比，判断测试测量数据是否符合预设的精度要求，若符合，则说明自动标定合格，超薄测力传感器可投入使用。
具体地，测试预紧力采取分级加载的方式进行加载，不同等级之间测试预紧力的差值小于自动标定过程中预紧力等级之间的差值，例如，各等级的测试预紧力可以是超薄测力传感器额定最大应力测量值的5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％。
S105：当测试测量数据不符合预设精度要求时，在精度不合格的预紧力区间设置插入点，基于插入点确定对应的预紧力子区间。
具体地，在执行超薄测力传感器测试工作时，若测试测量数据不符合预设精度要求，则在精度不合格的预紧力区间设置插入点；例如，在超薄测力传感器额定最大应力测量值的5％到10％区间内的精度不符合预设精度要求，则设置额定最大应力测量值的7.5％为插入点，基于插入点确定两个预紧力子区间：额定最大应力测量值的5％到7.5％区间、额定最大应力测量值的7.5％到10％区间。
S106：计算各预紧力子区间的对应的子弹性系数，计算相邻预紧力子区间对应子弹性系数的差值以生成弹性差值。
在本实施例中，子弹性系数为各预紧力子区间对应的弹性系数。
具体地，计算各预紧力子区间对应的子弹性系数，并计算各相邻预紧力子区间的子弹性系数之间的差值为弹性差值，便于后续通过弹性差值判断两个预紧力子区间之间的子弹性系数的差异性大小。
S107：若各弹性差值均小于对应的弹差阈值，则完成修正标定，若任一弹性差值大于弹差阈值，则在对应的预紧力子区间中设置新的插入点，继续修正标定。
在本实施例中，弹差阈值是指用于与弹性差值进行对比，以判断相邻预紧力子区间内的子弹性系数差值大小的阈值。
具体地，将各弹性差值与预设的弹差阈值进行对比，若所有弹性差值均小于弹差阈值，则认为相邻的预紧力子区间之间的弹性系数接近，则完成修正标定，若任一弹性差值大于预设的弹差阈值，则需要进一步在对应的预紧力子区间中设置新的插入点，并继续执行修正标定工作。
S20：获取待监控设施的设计图纸，基于设计图纸确定各构件和紧固件的性能参数，创建力学信息模型。
在本实施例中，力学信息模型是指针对待监控设施所构建的模型，用于展示待监控设施中各构件的力学性能、受力情况等信息，以便判断待监控设施的安全性。
具体地，获取当前待监控设施的设计图纸，以便确定待监控设施中各构件、各紧固件的性能参数，基于设计图纸和各构件、各紧固件的性能参数创建待监控设施的力学信息模型，其中力学信息模型可以采用现有的BIM软件构建。
S30：将应力监测数据标记至力学信息模型，基于力学信息模型判断各紧固点的危险程度信息。
在本实施例中，危险程度信息是指根据各紧固点的负载情况评估各紧固点发生故障事件可能性以及故障事件严重程度的信息。
具体地，将获取到的应力监测数据标记至力学信息模型中，以便根据当前各紧固件的预紧力和各构件的性能参数，判断各紧固点的危险程度，生成危险程度信息。其中，参照图10，S30的步骤具体包括：
S31：将应力监测数据标记至力学信息模型中，根据待监控设施中各构件的受力数据，判断各紧固点的负荷数据。
具体地，将应力监测数据标记至力学信息模型中，通过待监控设施中设置的传感器获取待监控设施中各构件的受力数据并输入至力学信息模型中，根据待监控设施中各构件的受力数据和应力监测数据，计算各紧固点的负荷数据，以便获知各紧固点的负荷情况。
S32：基于各紧固点的负荷数据和应力监测数据，计算各紧固点的负荷率，以生成危险程度信息。
具体地，从力学信息模型中确定各紧固点的力学性能参数，再根据各紧固点当前的负荷数据和对应的应力监测数据，计算各紧固点当前的负荷率，评估各紧固点的危险程度以生成危险程度信息，便于后续根据各紧固点不同的危险程度信息设置监测频率，从而提高针对各紧固点进行应力监测的科学性。
S40：基于各紧固点的危险程度信息，确定对应的监测频率，基于监测频率生成反馈控制信息。
在本实施例中，监测频率是指针对某一紧固点执行应力监测工作的频率。
具体地，根据不同紧固点当前的危险程度信息，确定针对各紧固点进行监测的频率，生成反馈控制信息，以便后续调整针对待监控设施的应力监测计划，其中，紧固点的危险程度越高，则器监测频率越高，所生成的反馈控制信息用于控制对该紧固点执行应力监测工作的频率增大，从而提高预紧力监测的可靠性。
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
实施例六
由于在部分场景中，例如将超薄测力传感器(100)用于检测高塔、大桥等建筑中所使用的螺栓的紧固力时，超薄测力传感器(100)一旦安装完成后，将在未来数十年里持续执行监测任务，难以对超薄测力传感器进行定期维护；然而，应变片(3)、应变电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4在长期使用中可能因氧化、腐蚀而出现测得的电阻值准确度下降的问题，进而影响通过电阻桥路模块测得数据计算得到的应力监测数据的准确度。
在实施例二与实施例五技术方案之和的基础上，参照图11，电阻桥路模块(6)还设置有标定电阻器R5和调试开关S1，标定电阻器R5与调试开关S1串联，且标定电阻器R5与调试开关S1串联并联于应变电阻器R1所在的桥臂，且标定电阻器R5为可调电阻，调试开关S1用于控制标定电阻器R5是否接入应变电阻器R1所在的桥臂，以便在后续需要对电阻桥路模块(6)进行调试、重新标定时将标定电阻器R5接入应变电阻器R1所在桥臂，当标定电阻器R5接入应变电阻器R1所在桥臂，应变电阻器R1所在桥臂的总电阻R6＝R1×R5÷(R1+R5)，其中，标定电阻器R5和调试开关S1可通过长导线与超薄测力传感器(100)中的应变电阻器R1并联，便于将标定电阻器R5和调试开关S1安装于便于人员进行维护、调试的位置。
参照图12，应用超薄测力传感器的监控方法还包括：
S50：根据预设的应变标定周期，生成应变标定指令并发送至电阻桥路模块。
在本实施例中，应变标定周期是指对应变片中的应变电阻器R1进行定期标定的周期；应变标定指令是指用于控制调试开关S1闭合以将标定电阻器R5接入应变电阻器R1所在桥臂，以执行应变标定工作的指令。
具体地，根据预设的应变标定周期，定期生成应变标定指令，并将应变标定指令发送至电阻桥路模块，以开始执行应变标定工作，具体包括：控制调试开关S1闭合，使标定电阻器R5接入应变电阻器R1所在桥臂，同时控制测电传感器暂停接收应力监测数据，以防因应变标定工作引起误报警。
S60：基于预设的标定电阻数据组控制标定电阻器R5，获取标定监测数据组。
在本实施例中，标定电阻数据组包括若干电阻值，至少为两个，用于调节标定电阻器R5的电阻值；标定监测数据组是指对接入了标定电阻器R5后应变电阻器R1所在桥臂总电阻测得的若干数据，标定监测数据组的数据个数与标定电阻数据组相对应。
具体地，基于预设的标定电阻数据组调节标定电阻器R5的电阻值，并通过测电传感器检测接入了标定电阻器R5后应变电阻器R1所在桥臂的总电阻。
S70：基于标定电阻数据组和对应的标定监测数据组，计算应变电阻值，基于应变电阻值对应变电阻器R1进行标定。
在本实施例中，应变电阻值是指应变电阻器R1在应变标定工作中计算得到的应变电阻器R1的实际值。
具体地，以应变电阻器R1的电阻值为未知数，由于标定电阻器R5的电阻值已知，且接入了标定电阻器R5后应变电阻器R1所在桥臂的总电阻能够测出，因此，只需两组标定电阻数据和标定监测数据即可计算应变电阻器R1的实际电阻值作为应变电阻值，通过比较应变电阻值和应变标定工作前测得应变电阻器R1的电阻值，判断两个数据的偏差情况，若偏差较大，则认为第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4可能因氧化、腐蚀、老化而影响对应变电阻器R1电阻值的检测准确度，需要进行维护；若偏差较小，则可基于测得的应变电阻值对应变电阻器R1进行标定。
在本实施例中，电阻桥路模块设置有可以进行定期标定电路元件，以便在超薄测力传感器在投入使用之后定期或者是根据实际需求进行电阻桥路模块的重新标定，以便提高超薄测力传感器的监测精度；降低超薄测力传感器或内部的各电阻器在户外环境中因长期受力蠕变、热胀冷缩形变、氧化、腐蚀等情况导致测量精度变差的可能性；其中，针对重要测点的电阻桥路模块进行重新标定可按照用户的实际需求提供由后方平台控制的定期或随时进行传感器灵敏度自检功能；经在野外环境中使用超过五年的实践数据证实，垫片传感器标定精度可达±0.1％Fs，安装使用精度优于±1％；长期可靠性、稳定性好。
实施例七
一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储应力监测数据、警示等级信息、警示信息、待监控设施的设计图纸、性能参数、力学信息模型、危险程度信息、监测频率和反馈控制信息等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现应用超薄测力传感器的监控方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
S10：获取各超薄测力传感器对应的应力监测数据，基于应力监测数据评估各紧固件的警示等级，基于警示等级信息生成警示信息；
S20：获取待监控设施的设计图纸，基于设计图纸确定各构件和紧固件的性能参数，创建力学信息模型；
S30：将应力监测数据标记至力学信息模型，基于力学信息模型判断各紧固点的危险程度信息；
S40：基于各紧固点的危险程度信息，确定对应的监测频率，基于监测频率生成反馈控制信息。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
S10：获取各超薄测力传感器对应的应力监测数据，基于应力监测数据评估各紧固件的警示等级，基于警示等级信息生成警示信息；
S20：获取待监控设施的设计图纸，基于设计图纸确定各构件和紧固件的性能参数，创建力学信息模型；
S30：将应力监测数据标记至力学信息模型，基于力学信息模型判断各紧固点的危险程度信息；
S40：基于各紧固点的危险程度信息，确定对应的监测频率，基于监测频率生成反馈控制信息。
上述任一实施例中，超薄测力传感器可应用于检测紧固件预紧力，其中紧固件包括螺纹连接件、销钉、铆钉等；且紧固件的应用场景包括钢结构建筑、交通运输设备和机械设备。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)、DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.超薄测力传感器，包括测力垫圈(1)、若干应变片(3)和保护壳(2)，所述测力垫圈(1)开设有供待测零件穿设的结构孔(11)，所述测力垫圈(1)的外周壁开设有应变槽(12)，若干所述应变片(3)周向固定连接于应变槽(12)的底部，所述应变片(3)电连接有用于检测应变片(3)形变量的形变监测电路，所述保护壳(2)套设并固定连接于测力垫圈(1)的外周壁，所述应变槽(12)内填充有灌封体(4)。
2.根据权利要求1所述的超薄测力传感器，其特征在于：所述测力垫圈(1)背离构件接触面的一面设置有环状凸台(13)。
3.根据权利要求1所述的超薄测力传感器，其特征在于：所述测力垫圈(1)的轴向尺寸大于保护壳(2)的轴向尺寸。
4.根据权利要求1所述的超薄测力传感器，其特征在于：所述形变监测电路包括：
输入电压控制模块(5)，包括可调电源，用于向形变监测电路输入特定数值的输入电压；
电阻桥路模块(6)，电连接于输入电压控制模块(5)，用于根据测力垫圈(1)的形变量调整电阻桥路模块(6)输出电压与输入电压的比值；包括由应变电阻器R1构成的惠斯通电桥，所述应变电阻器R1固定连接于应变片(3)；
输出电压检测模块(7)，电连接于电阻桥路模块(6)，用于检测电阻桥路模块(6)输出电压的数值。
5.超薄测力传感器的制备方法，其特征在于，包括：
根据传感器型号信息，确定测力垫圈和保护壳的材料和尺寸，切割坯料；
对坯料进行退火处理；
对坯料进行机加工，得到测力垫圈和保护壳；
对测力垫圈和保护壳进行淬火处理、回火处理；
将应变片、形变监测电路的元器件和保护壳进行装配，向应变槽内填充灌封体，得到超薄测力传感器成品；
对超薄测力传感器进行测试。
6.应用超薄测力传感器的监控系统，其特征在于，包括若干超薄测力传感器(100)、可调电源、测电传感器、数据分析模块(9)和系统控制模块(8)，所述可调电源、测电传感器、数据分析模块(9)和系统控制模块(8)均电连接有无线传输单元，系统控制模块(8)通过无线传输单元向可调电源发送监测控制信号，可调电源向各超薄测力传感器(100)的电阻桥路模块(6)提供输入电压，测电传感器根据电阻桥路模块(6)的输出电压生成应力监测数据，测电传感器通过无线传输单元向数据分析模块(9)发送应力监测数据，数据分析模块(9)分析应力监测数据，生成反馈控制信息并通过无线传输单元发送至系统控制模块(8)。
7.根据权利要求6所述的应用超薄测力传感器的监控系统，其特征在于：还包括LoRa通信中继器，所述无线传输单元设置有LoRa通信芯片。
8.根据权利要求6所述的应用超薄测力传感器的监控系统，其特征在于：还包括警示模块，所述警示模块包括安装于超薄测力传感器(100)所在位置的现场报警器，所述警示模块还包括用于发送远程报警信号的远程报警器。
9.应用超薄测力传感器的监控方法，其特征在于：
获取各超薄测力传感器对应的应力监测数据，基于应力监测数据评估各紧固件的警示等级，基于警示等级信息生成警示信息；
获取待监控设施的设计图纸，基于设计图纸确定各构件和紧固件的性能参数，创建力学信息模型；
将应力监测数据标记至力学信息模型，基于力学信息模型判断各紧固点的危险程度信息；
基于各紧固点的危险程度信息，确定对应的监测频率，基于监测频率生成反馈控制信息。
10.根据权利要求9所述的应用超薄测力传感器的监控方法，其特征在于：获取各超薄测力传感器对应的应力监测数据，基于应力监测数据评估各紧固件的警示等级，基于警示等级信息生成警示信息的步骤中，包括：
获取紧固件的型号信息，基于型号信息确定各警示等级的警示阈值区间，生成阈值区间组；
获取各应力监测数据，将各应力监测数据与对应的阈值区间组进行对比，确定对应的警示等级；
基于各紧固件的警示等级匹配对应的警示信号，基于各紧固件的警示信号生成警示信息。
11.根据权利要求10所述的应用超薄测力传感器的监控方法，其特征在于：获取各应力监测数据的步骤中，包括：
通过传感器信号处理电路对超薄测力传感器进行过采样，在每一采样周期内获取一个采样数据组，所述采样数据组包括第一数值个监测数据；
对采样数据组中的各监测数据进行平均计算，生成数组平均值，将采样数据组中的各监测数据减去数组平均值，得到降波数据，基于各降波数据生成降波数据组；
对降波数据组进行数据统计，统计各数值段内的降波数据的数量，将各数值段的降波数据数量与除杂阈值进行比较；
计算降波数据数量大于除杂阈值的所有数值段的监测数据的平均值为该采样周期的应力监测数据。
12.根据权利要求11所述的应用超薄测力传感器的监控方法，其特征在于：通过传感器信号处理电路对超薄测力传感器进行过采样的步骤之前，还包括：
向待测零件分级加载预紧力，并读取对应的标定测量数据；
基于各级预紧力对应的标定测量数据与上级预紧力对应的标定测量数据，计算本级预紧力区间对应的弹性系数；
将各弹性系数输入至数据分析模块中，执行超薄测力传感器的自动标定。
13.根据权利要求12所述的应用超薄测力传感器的监控方法，其特征在于：将各弹性系数输入至数据分析模块中，执行超薄测力传感器的自动标定的步骤之后，还包括：
向待测零件加载测试预紧力，读取对应的测试测量数据，基于测试测量数据判断是否符合预设精度要求；
当测试测量数据不符合预设精度要求时，在精度不合格的预紧力区间设置插入点，基于插入点确定对应的预紧力子区间；
计算各预紧力子区间的对应的子弹性系数，计算相邻预紧力子区间对应子弹性系数的差值以生成弹性差值；
若各弹性差值均小于对应的弹差阈值，则完成修正标定，若任一弹性差值大于弹差阈值，则在对应的预紧力子区间中设置新的插入点，继续修正标定。
14.根据权利要求9所述的应用超薄测力传感器的监控方法，其特征在于：将应力监测数据标记至力学信息模型，基于力学信息模型判断各紧固点的危险程度信息的步骤中，包括：
将应力监测数据标记至力学信息模型中，根据待监控设施中各构件的受力数据，判断各紧固点的负荷数据；
基于各紧固点的负荷数据和应力监测数据，计算各紧固点的负荷率，以生成危险程度信息。
15.根据权利要求9所述的应用超薄测力传感器的监控方法，其特征在于，还包括：
根据预设的应变标定周期，生成应变标定指令并发送至电阻桥路模块；
基于预设的标定电阻数据组控制标定电阻器R5，获取标定监测数据组；
基于标定电阻数据组和对应的标定监测数据组，计算应变电阻值，基于应变电阻值对应变电阻器R1进行标定。
16.根据权利要求1-4任一项所述的超薄测力传感器在检测紧固件预紧力的应用。
17.根据权利要求16所述的超薄测力传感器在检测紧固件预紧力的应用，其特征在于，所述紧固件包括螺纹连接件、销钉、铆钉。
18.根据权利要求16所述的超薄测力传感器在检测紧固件预紧力的应用，其特征在于，所述紧固件的应用场景包括钢结构建筑、交通运输设备和机械设备。
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