CN205670357U - 一种电子螺丝装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子螺丝装置及系统，所述装置包括螺丝、螺母以及依次连接的压力感测垫圈、采集与控制模块以及报警模块，其中压力感测垫圈设置于螺丝和螺母之间，在与螺丝上的螺帽直接接触时，感测螺帽对垫圈的压力，或者在与螺母直接接触时，感测螺母对垫圈的压力，压力感测垫圈包括设置于内部的压力传感器，以及与压力传感器和采集与控制模块连接的输出接口，采集与控制模块用于采集压力感测垫圈感测的压力，依据采集的压力与预设压力范围之间的关系以及压力的变化情况控制报警模块发送相应预警信号。本实用新型的电子螺丝装置和系统能够定时检测螺丝装置的状态发送相应预警信号，提高了装置的安全性和稳定性，节约人力成本，智能方便。

Description

一种电子螺丝装置及系统

技术领域

本实用新型涉及一种电子螺丝装置及系统，属于自动化控制技术领域。

背景技术

现有螺丝多为机械式螺丝，通过螺丝结构、材质或工艺的改进来提高螺丝使用的便捷性、安全性，例如：常用的防盗螺丝通过螺丝头槽型的特殊花纹或螺母的特殊外形花纹来实现防盗，这种螺丝需要专用的工具(特殊花纹的螺丝刀或特殊花纹的套筒)才能松动或紧固，这种防盗螺丝成本低廉，适合大批量生产，但是防盗效果不好，因为用于这种防盗螺丝的配套紧固工具通常随防盗螺丝一起出售，所以在市面上比较容易购买到专用紧固工具，任何人都可以轻易的松动螺丝。另外，对于一些安全性和稳定性要求较高的设备或装置，由于螺丝在长时间的使用过程中振动等因素造成螺丝的松动，极有可能对设备或装置的运行产生较大的不利影响，需要维修人员不定时的检修，以此带来维修工作量的增加，而且不能完全避免人为检修遗漏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电子螺丝装置及系统，该电子螺丝装置能够定时检测螺丝装置的状态发送相应预警信号，实现实时监测，及时预警，提高了装置的安全性和稳定性，更加智能方便。

本实用新型提供技术方案如下：

一方面，本实用新型提供了一种电子螺丝装置，包括螺丝和螺母，还包括依次连接的压力感测垫圈、采集与控制模块以及报警模块，所述压力感测垫圈设置于螺丝和螺母之间，在与螺丝上的螺帽直接接触时，感测螺帽对垫圈的压力，或者在与螺母直接接触时，感测螺母对垫圈的压力，所述压力感测垫圈包括设置于内部的压力传感器，以及与压力传感器和采集与控制模块连接的输出接口，所述采集与控制模块用于采集所述压力感测垫圈感测的压力，依据采集的压力与预设压力范围之间的关系以及所述压力的变化情况控制报警模块发送相应预警信号，所述预设压力范围为螺丝与螺母拧紧固定的压力范围。

根据本实用新型的一实施方式，所述采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力处于预设压力范围时，控制报警模块发送第一预警信号，提示螺丝与螺母已拧紧固定。

根据本实用新型的另一实施方式，所述采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力小于预设压力范围的下限且所述压力变化的速度大于第一预设变化速度时，控制报警模块发送第二预警信号，提示螺丝与螺母意外脱落或人为破坏。

根据本实用新型的另一实施方式，所述采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力小于预设压力范围的下限且所述压力变化的速度小于第二预设变化速度时，控制报警模块发送第三预警信号，提示螺丝与螺母松动。

根据本实用新型的另一实施方式，所述压力感测垫圈内部的压力传感器包括外筒圈、内筒圈和压阻式应变梁，所述内筒圈为弹性金属材质，所述压阻式应变梁包括有效应变梁和补偿应变梁，所述有效应变梁设置在内外筒圈之间，所述补偿应变梁垂直于有效应变梁的方向设置在外筒圈内。

根据本实用新型的另一实施方式，所述采集与控制模块包括数据处理单元、控制单元和配置单元，所述数据处理单元连接所述输出接口，所述控制单元分别与数据处理单元和配置单元连接；

所述数据处理单元包括信号放大和调理电路，用于对采集的压力感测垫圈的压力进行放大和调理处理；

所述控制单元用于对数据处理单元发送的处理后的压力进行模数转换以及依据所述转换后的压力与预设压力范围之间的关系以及压力的变化情况发送控制信号给报警模块；

所述配置单元为拨码开关，用于预先设置预设压力范围。

根据本实用新型的另一实施方式，还包括电源模块，用于给装置供电，所述电源模块包括一与压力感测垫圈连接的恒流源固定激励电源，用于给压力感测垫圈供电。

根据本实用新型的另一实施方式，所述报警模块包括报警器和指示灯。

本实用新型的电子螺丝装置包括螺丝和螺母以及依次连接的压力感测垫圈、采集与控制模块以及报警模块，通过压力感测垫圈感测螺丝或螺母对垫圈的压力即螺丝与螺母的拧紧程度，采集控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力并根据压力与预设压力范围之间的关系以及压力的变化情况产生不同的预警信号，提示用户螺丝的各种状态，实现了实时监测，及时预警，提高了螺丝装置的安全性和稳定性，节约了人力成本，且使用简单，通过在螺丝和螺母之间增加一个压力感测垫圈感测压力，未改变螺丝或螺母的结构，与传统螺丝装置使用方法一致。

另一方面，本实用新型提供了一种电子螺丝系统，包括依次连接的电子螺丝装置、数据传输接口和网络服务器，所述电子螺丝装置为上述装置，所述数据传输接口用于将电子螺丝装置采集的压力和发出的预警信号上传至网络服务器。

本实用新型的电子螺丝系统，通过数据传输接口将电子螺丝装置采集的压力数据及发出的预警信号实时上传到网络服务器，实现远程监控。

附图说明

图1为本实用新型的电子螺丝装置的一个实施例的组成框图；

图2为本实用新型的压力感测垫圈的一个实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的电子螺丝装置的一个实施例的组装示意图；

图4为本实用新型的电子螺丝系统的一个实施例的组成框图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本实用新型实施例提供了一种电子螺丝装置1，如图1所示，包括螺丝20和螺母10，还包括依次连接的压力感测垫圈30、采集与控制模块40以及报警模块50，其中压力感测垫圈30设置于螺丝20和螺母10之间，在与螺丝上的螺帽直接接触时，感测螺帽对垫圈的压力，或者在与螺母直接接触时，感测螺母对垫圈的压力，压力感测垫圈30包括设置于内部的压力传感器31，以及与压力传感器31和采集与控制模块40连接的输出接口32，采集与控制模块40用于采集压力感测垫圈感测的压力，依据采集的压力与预设压力范围之间的关系以及压力的变化情况控制报警模块发送相应预警信号，其中预设压力范围为螺丝与螺母拧紧固定的压力范围。

本实用新型实施例的电子螺丝装置通过压力感测垫圈感测螺丝或螺母对垫圈的压力即螺丝与螺母的拧紧程度，采集控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力并依据采集的压力与预设压力范围之间的关系以及压力的变化情况控制报警模块发送相应预警信号，实现了实时监测，及时预警，提高了螺丝装置的安全性和稳定性，节约了人力成本，更加智能方便。

本实用新型实施例的电子螺丝装置使用简单，通过在螺丝和螺母之间增加一个压力感测垫圈感测压力，未改变螺丝或螺母的结构，与传统螺丝装置使用方法一致。例如图3所示组装示意图，将螺丝20’穿过需要预紧加固件70’，将压力感测垫圈30’穿过螺丝20’，放置于预紧加固件70’与螺母10’间，拧紧螺母10’。

作为一个举例说明，本实用新型实施例的电子螺丝装置的采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力处于预设压力范围时，控制报警模块发送第一预警信号，提示螺丝与螺母已拧紧固定。本实施例通过判断螺丝与螺母拧紧过程中压力感测垫圈感测的压力与预设压力范围的关系，发送螺丝与螺母是否拧紧的预警信号，防止螺丝与螺母拧紧过度或过松，实现螺丝装置安装过程中的实时监测，及时预警，提高了螺丝装置的安全性和稳定性。另外，预设压力范围根据不同螺丝和螺母的直径大小和扭力性能等级要求确定。

作为另一个举例说明，本实用新型实施例的电子螺丝装置的采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力小于预设压力范围的下限且压力变化的速度大于第一预设变化速度时，控制报警模块发送第二预警信号，提示螺丝与螺母意外脱落或人为破坏。本实施例通过判断电子螺丝装置工作过程中压力感测垫圈定时感测的压力与预设压力范围的下限以及压力变化的速度与第一预设变化速度的关系，发送螺丝与螺母是否意外脱落或人为破坏的预警信号，实现螺丝装置工作过程中的实时防盗或人为破坏监测，及时预警，提高了螺丝装置的安全性和稳定性。另外，第一预设变化速度根据具体实际情况确定，例如：10牛/秒。

作为另一个举例说明，本实用新型实施例的电子螺丝装置的采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力小于预设压力范围的下限且压力变化的速度小于第二预设变化速度时，控制报警模块发送第三预警信号，提示螺丝与螺母松动。本实施例通过判断电子螺丝装置工作过程中压力感测垫圈定时感测的压力与预设压力范围的下限以及压力变化的速度与第二预设变化速度的关系，发送螺丝与螺母是否松动的预警信号，实现螺丝装置工作过程中的实时监测螺丝状态，及时预警，提高了螺丝装置的安全性和稳定性，减轻维修检查的工作量，节约人力成本。另外，第二预设变化速度根据具体实际情况确定，例如：5牛/月。

进一步的，如图2所示，本实用新型实施例的压力感测垫圈内部的压力传感器包括外筒圈34、内筒圈33和压阻式应变梁，其中内筒圈33为弹性金属材质，压阻式应变梁包括有效应变梁311和补偿应变梁312，有效应变梁设置在内外筒圈之间，补偿应变梁垂直于有效应变梁的方向设置在外筒圈内。其中内筒圈为具有弹性性质的金属材质，例如：金属不锈钢材料，压阻式应变梁为半导体材料。优选的，有效应变梁布置在内筒圈金属结构容易发生弹性形变的竖直位置，补偿应变梁横向设置，布置在内筒圈金属结构不容易发生形变的水平位置。压力感测垫圈的工作原理是当压力感测垫圈与螺丝上的螺帽直接接触时或者在与螺母直接接触时受到螺丝上螺帽或螺母的挤压压力(图2所示竖直方向的压力)，压力传感器的内筒圈产生弹性形变，形变导致内筒圈产生垂直于有效应变梁设置方向的压力(图2所示水平方向的压力)，有效应变梁产生微小形变，使得有效应变梁的电阻发生微小变化；而补偿应变梁布放方位与有效应变梁垂直，压力导致补偿应变梁发生弹性形变的作用非常小，因此有效应变梁和补偿应变梁的电阻比值发生变化，但是温度的变化对补偿应变梁和有效应变梁的影响是相同的，它们的电阻比值不会改变。另外，压力传感器采用惠斯通电桥结构，当有效应变梁和补偿应变梁受压力影响其电阻比值发生变化时造成惠斯通电桥的输出模拟电压发生变化，而有效应变梁和补偿应变梁受温度影响其电阻比值不发生变化，不会影响惠斯通电桥输出的模拟电压，且因为压力传感器采用惠斯通电桥结构，其桥臂电阻的温度系数为正，灵敏度温度系数为负，输出电压信号的温度系数是两者的代数和，所以可以有效地抵消温度变化对压力传感器的影响。实际中压力感测垫圈输出的为代表螺丝或螺母对垫圈的压力大小的模拟电压值。

优选的，如图2所示，输出接口32位于压力感测垫圈侧面，可为4芯接口，2芯为电源输入，另外2芯为电压输出。

再进一步的，如图4所示，本实用新型实施例的采集与控制模块40包括数据处理单元41、控制单元42和配置单元43，数据处理单元41连接输出接口32，控制单元42分别与数据处理单元41和配置单元42连接；其中：数据处理单元41包括信号放大和调理电路(图4中未示出)，用于对采集的压力感测垫圈的压力进行放大和调理处理；控制单元42用于对数据处理单元发送的处理后的压力进行模数转换以及依据转换后的压力与预设压力范围之间的关系以及压力的变化情况发送控制信号给报警模块；配置单元43为拨码开关，用于预先设置预设压力范围。优选的，拨码开关可为8位拨码开关，预设置螺母或螺丝需要拧紧的力矩即预设压力范围，可以设置为255级扭力。

由于从压力感测垫圈输出的模拟电压信号在十-百毫伏级，信号非常微弱，因此需要经数据处理单元的信号放大和调理电路进行一定程度的放大，其信号放大和调理电路采用电压驱动信号输出方式。由于压力感测垫圈的压力传感器的输出电阻很大，就要求信号放大和调理电路有更高的输入电阻，从而不吸收压力传感器的输出电流，同时从压力传感器输出的电压信号很微小，所包含的非理想信号在高增益放大后会使输出的电压精度降低，因此信号放大和调理电路应为低漂移、低噪声、中等增益的电路。

经过信号放大和调理后的模拟电压信号首先经控制单元进行模数转换，转换后的电压值再与8位拨码开关预制的扭力值进行比较，优选的控制单元为单片机，其包括模数转换电路ADC，可采用8位超低功耗、超小封装的STM 8位单片机，压力的采集、数据的转换、与预设范围的比较、触发报警以及驱动指示灯等均由其实现。

又进一步的，本实用新型实施例的电子螺丝装置还包括电源模块60，用于给装置供电，其中电源模块包括一与压力感测垫圈30连接的恒流源固定激励电源61，用于给压力感测垫圈供电。压力感测垫圈采用的恒流源固定激励电源内部有一个参考电压，压力感测垫圈的惠斯通电桥是由参考电压供电激励，参考电压是恒定的，与电源无关，不会由于电源的波动而造成压力感测垫圈的灵敏度和零点的漂移，因此采用恒流源固定激励电源供电有利于热灵敏度漂移的补偿。

进一步的，本实用新型实施例的报警模块包括报警器和指示灯。本实施例报警模块采用报警器和指示灯，通过语音和灯光提示不同的报警信号，使得报警方式更加多样化。

另一方面，本实用新型实施例提供了一种电子螺丝系统，如图4所示，包括依次连接的电子螺丝装置1、数据传输接口2和网络服务器3，其中电子螺丝装置1为上述实施例的电子螺丝装置，数据传输接口2用于将电子螺丝装置1采集的压力和发出的预警信号上传至网络服务器3。

本实用新型的电子螺丝系统，通过数据传输接口将电子螺丝装置采集的压力数据及发出的预警信号实时上传到网络服务器，实现远程监控。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种电子螺丝装置，包括螺丝和螺母，其特征在于，还包括依次连接的压力感测垫圈、采集与控制模块以及报警模块，所述压力感测垫圈设置于螺丝和螺母之间，在与螺丝上的螺帽直接接触时，感测螺帽对垫圈的压力，或者在与螺母直接接触时，感测螺母对垫圈的压力，所述压力感测垫圈包括设置于内部的压力传感器，以及与压力传感器和采集与控制模块连接的输出接口，所述采集与控制模块用于采集所述压力感测垫圈感测的压力，依据采集的压力与预设压力范围之间的关系以及所述压力的变化情况控制报警模块发送相应预警信号，所述预设压力范围为螺丝与螺母拧紧固定的压力范围。

2.根据权利要求1所述的一种电子螺丝装置，其特征在于，所述采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力处于预设压力范围时，控制报警模块发送第一预警信号，提示螺丝与螺母已拧紧固定。

3.根据权利要求1所述的一种电子螺丝装置，其特征在于，所述采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力小于预设压力范围的下限且所述压力变化的速度大于第一预设变化速度时，控制报警模块发送第二预警信号，提示螺丝与螺母意外脱落或人为破坏。

4.根据权利要求1所述的一种电子螺丝装置，其特征在于，所述采集与控制模块定时采集压力感测垫圈感测的压力，当采集的压力小于预设压力范围的下限且所述压力变化的速度小于第二预设变化速度时，控制报警模块发送第三预警信号，提示螺丝与螺母松动。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种电子螺丝装置，其特征在于，所述压力感测垫圈内部的压力传感器包括外筒圈、内筒圈和压阻式应变梁，所述内筒圈为弹性金属材质，所述压阻式应变梁包括有效应变梁和补偿应变梁，所述有效应变梁设置在内外筒圈之间，所述补偿应变梁垂直于有效应变梁的方向设置在外筒圈内。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种电子螺丝装置，其特征在于，所述采集与控制模块包括数据处理单元、控制单元和配置单元，所述数据处理单元连接所述输出接口，所述控制单元分别与数据处理单元和配置单元连接；

所述数据处理单元包括信号放大和调理电路，用于对采集的压力感测垫圈的压力进行放大和调理处理；

所述控制单元用于对数据处理单元发送的处理后的压力进行模数转换以及依据所述转换后的压力与预设压力范围之间的关系以及压力的变化情况发送控制信号给报警模块；

所述配置单元为拨码开关，用于预先设置预设压力范围。

7.根据权利要求1-4任一所述的一种电子螺丝装置，其特征在于，还包括电源模块，用于给装置供电，所述电源模块包括一与压力感测垫圈连接的恒流源固定激励电源，用于给压力感测垫圈供电。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种电子螺丝装置，其特征在于，所述报警模块包括报警器和指示灯。

9.一种电子螺丝系统，其特征在于，包括依次连接的电子螺丝装置、数据传输接口和网络服务器，所述电子螺丝装置为如权利要求1-8任一所述的装置，所述数据传输接口用于将电子螺丝装置采集的压力和发出的预警信号上传至网络服务器。