CN215573514U - 一种测力装置 - Google Patents

Abstract

一种测力装置，包括承受待测力件之间挤压力的应力环组件和与所述应力环组件电连接的处理器组件；所述处理器组件设置于所述应力环组件上。本实用新型提供的测力装置结构简洁紧凑，安装简单，易于实现智能检测。

Description

一种测力装置

技术领域

本实用新型涉及自动检测领域，具体涉及一种测力装置。

背景技术

螺栓广泛应用于各种结构件的紧固。在铁路轨道固定、桥梁支撑、输电塔支撑及输电线连接等应用中，螺栓是提供部件间连接压力的基本部件。

为了保证铁路轨道处于正常稳固状态，目前工人必须定期检查铁轨上的每一个螺丝是否拧紧，费时费力。同时，工人每一次拧都是人工直接拧，拧完的标准就是拧紧了，但是具体的受力是多少没有测量过，如果每一个螺丝点的受力情况不一样也同样存在安全隐患。

在大跨度钢桥，超高层建筑以及大型输电塔等结构中，螺栓连接作为一种重要的连接方式，其可靠性是保证工程质量及结构正常服役的基础。因此，其连接界面压力的检测是保障结构稳固的重要手段。对具有众多螺栓连接的界面而言,传统监测要依靠人工一个一个的去监测螺栓松动情况，这种监测不仅费时费力而且对于一些特殊结构的检测还具有一定危险性。

申请号为CN201710518882，实用新型名称为“一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置”，提供了一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置。该智能垫片装置是当螺栓发生松动时，螺栓作用在垫片上的压力会减小，根据泊松原理，垫片会发生相应收缩，嵌入到垫片内的光纤光栅传感器的波长会发生变化，利用接收到的波长变化可以反过来推测螺栓连接状态，这种基于光栅光纤的智能垫片为工程上螺栓连接松动监测提供一种简便可行的方法。

现有智能垫片技术虽然可以利用应变片、压电陶瓷片以及光纤形变效应对螺栓的压力进行测量，但是现有的智能垫片采用力感知垫片与测量处理部件独立安装的结构形态存在结构不紧凑、不能现场识别压力异常的缺点。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种测力装置，结构简洁紧凑，安装简单，易于实现智能检测。

一种测力装置，包括承受待测力件之间挤压力的应力环组件和与所述应力环组件电连接的处理器组件；

所述处理器组件设置于所述应力环组件上。

优选的，所述处理器组件包括电路组件和为所述电路组件供电的电池。

优选的，所述电路组件包括依次电连接的全桥电路、模数转换器、模数存储器和信号传输器。

优选的，所述电路组件包括依次电连接的全桥电路、模数转换器、模数处理器和信号传输器。

优选的，所述模数处理器包括微处理器。

优选的，所述电路组件还包括识别号存储器；

所述识别号存储器与所述模数处理器电连接。

优选的，所述电路组件还包括天线；

所述天线与所述信号传输器电连接。

优选的，所述电路组件还包括与所述模数处理器电连接的模数存储器。

优选的，所述模数存储器包括应力标定数据存储器；

所述应力标定数据存储器与所述模数处理器电连接。

优选的，所述电池采用可充电电池。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了一种测力装置，包括承受待测力件之间挤压力的应力环组件和与所述应力环组件电连接的处理器组件；所述处理器组件设置于所述应力环组件上。本实用新型提供的测力装置结构简洁紧凑，安装简单，易于实现智能检测。

附图说明

图1为本实用新型的测力装置中以导力环、形变梁和应变片组成应力环组件的整体结构示意图；

图2为本实用新型的测力装置电路组件整体结构示意图；

图3为本实用新型的测力装置中以垫片、形变梁和应变片组成应力环组件的整体结构俯视图；

图4为图3的整体结构正视图；

图5为图3的整体结构剖视图；

其中，1、应力环组件；11、导力环；12、形变梁；13、应变片；14、密封圈；15、通孔；16、垫片；2、处理器组件；21、电路组件；211、全桥电路；212、模数转换器；213、模数处理器；214、识别号存储器；215、应力异常微处理器；216、信号传输器；217、天线；218、模数存储器；22、电池。

具体实施方式

本实用新型公开了一种测力装置，该装置结构简洁紧凑，安装简单，易于实现智能检测。

实施例1

如图1所示，一种测力装置，包括应力环组件1和处理器组件2，应力环组件1可设置于待测力件之间，用于承受并测量待测力件之间的挤压力。

处理器组件2设置于应力环组件1上，应力环组件1与处理器组件2之间存在电连接，并且处理器组件2外套设有用于放置处理器组件2的容纳箱，应力环组件1通过其与容纳箱的固定连接为处理器组件2提供安装支撑力。

应力环组件1可以为圆形、多边形或椭圆形，应力环组件1的厚度在0.5毫米至10毫米之间，应力环组件1上开设有供穿设螺栓的通孔15，通孔15为圆形、多边形或椭圆形。

螺栓包括螺栓柱和螺栓头，螺栓柱上设有螺纹，测力装置通过应力环组件1的通孔15套在螺栓柱上，螺母拧在螺栓柱上，通过螺母与螺栓头之间的挤压力实现测力装置及工件的位置固定。

在实际安装中，测力装置可以安装在被固定工件与螺母之间，也可以安装在被固定工件与螺栓头之间。应力环组件1在实际安装中的放置位置及所起的作用相当于传统的平垫片。

应力环组件1包括导力环11、形变梁12和受形变梁12作用的应变片13。导力环11和应变片13分别设置于形变梁12的沿形变梁12轴线方向的相对两侧，导力环11与形变梁12为一体设置，或者导力环11与形变梁12固定连接，且导力环11与形变梁12之间设置有密封圈14。形变梁12上设置有固接槽，应变片13固定连接于固接槽内。应变片13电特性包括电压、电流、电阻、电容和电感中的任一种。

形变梁12为内设中心圆形通孔15、整体厚度在0.1至10毫米之间的弹性梁，形变梁12的整体厚度包括导力环11的厚度和形变梁12的厚度。形变梁12开设有供螺栓柱穿过的通孔15，形变梁12用于承受由螺母与螺栓头之间的挤压而作用其上的挤压力，并对全部挤压力进行全范围测量。形变梁12承受的全部挤压力在形变梁12的弹性范围之内。

由于形变梁12用于承受由螺母与螺栓头之间的挤压而作用其上的全部挤压力，故形变梁12也被称为全部压力承力梁。

导力环11将获取到的来自紧固工件表面，或螺栓头表面，或螺母表面，或弹簧垫片16表面的压力，传导至形变梁12，使形变梁12在压力作用下发生形变，应变片13在形变梁12的形变作用下改变其电特性，通过对应变片13电特性变化的测量确定力的变化。

处理器组件2包括电路组件21和为电路组件21供电的电池22。处理器组件2为圆环形或多边形设置。

电池22为长寿命锂电池22、可充电电池22。当电池22为可充电电池22时，电池22还包括与可充电电池22连接的外部供电部件；外部供电部件可为太阳能电池22板、风力发电模块、振动发电模块。

如图2所示，电路组件21包括依次电连接的全桥电路211、模数转换器212、模数处理器213和(或)模数存储器218、应力异常微处理器215、信号传输器216、天线217。

模数处理器213和模数存储器218至少存在一种。本实施例以模数处理器213和模数存储器218都存在为例。模数处理器213包括微处理器，主要利用微处理器的逻辑处理功能。模数处理器213通过模数转换器212对全桥电路211输出的模拟量的量化结果，计算形变梁12所承受的压力。模数处理器213将其对形变梁12所承受压力的计算结果存储在模数存储器218中，模数存储器218中存储的压力计算值供应力异常微处理器215使用。

模数存储器218包括用于存储应力标定数据的应力标定数据存储器。应力标定数据包括对应力环组件1在已知受力值Fc的作用下其全桥电路211输出的受力值Fo。受力值Fc是一个具有已知斜率的直线，受力值Fo是与受力值Fc存在偏差的一段曲线。在应力标定数据存储器内存储的是与受力值Fc存在偏差的一段曲线的抽样数据，或在应力标定数据存储器内存储的是受力值Fo与受力值Fc之间的偏差数据。

应力异常微处理器215与模数处理器213和模数存储器218之间电连接，该电连接包括数据传输接口，应力异常微处理器215与模数处理器213和模数存储器218通过数据传输接口传输压力测量数据；应力异常微处理器215使用模数处理器213和模数存储器218获取的全桥电路211输出的受力值Fo、应力标定数据存储器内存储的数据以及预订的应力门限判断螺栓压力是否处在正常范围内。应力异常微处理器215具体是使用微处理器的逻辑处理功能。

信号传输器216与模数处理器213和模数存储器218之间电连接，该电连接包括数据传输接口，信号传输器216与模数处理器213和模数存储器218通过数据传输接口传输压力测量数据、压力异常指示数据和测量控制数据中的至少一种。

信号传输器216包括可使用线圈天线的通信模块、可使用片状天线的通信模块、可使用微带天线的通信模块中的至少一种。信号传输器216包括RFID通信模块、蓝牙通信模块、Zigbee通信模块或支持点对点通信的任一种低功耗无线传输模块。

天线217包括线圈天线、片状天线、微带天线中的至少一种。

识别号存储器214与信号传输器216之间有数据传输通道。识别号存储器214内存储用于标识特定测力螺栓身份的识别数据，用于标识特定测力螺栓身份的识别数据在模数处理器213和模数存储器218的控制下，通过信号传输器216发送至接收端。

处理器组件2还包括控制器，控制器用于控制和协调其他器件的工作。

应变片13固定连接于形变梁12上，从而将形变梁12的机械形变转化为电信号输出。全桥电路211是由两组参数相同的金属或半导体应变片13构成，当应变片13产生机械形变时，其电阻率会发生变化，通过电桥电路将电阻的变化转换成电信号输出。

模数转换器212将全桥电路211输出的电信号转换成数字信号输出。模数转换器212给全桥电路211提供工作电压源，该电源也作为其本身的参考电压源，两者共用同一个电压源可以降低电源纹波对模数转换精度的影响。模数转换器212只要可以实现将全桥电路211输出的电信号转换成数字信号输出的功能即可。

实施例2

如图3、图4和图5所示，本实施例与实施例1不同之处在于：应力环组件1包括垫片16、形变梁12和受形变梁12作用的应变片13。

垫片16开设有用于穿设螺栓的中心圆形通孔15，且垫片16与普通垫片16使用方式相同，垫设于被禁锢工件与螺栓头之间，垫片16上开设有用于容纳形变梁1212的凹槽或放置孔。应变片13与形变梁12固定连接。

垫片16包括紧邻中心通孔15的内环区域和远离中心通孔15的外环区域；凹槽或放置孔设置于外环区域，且凹槽不贯穿垫片16，放置孔贯穿垫片16。

形变梁12呈U形设置，或呈S形设置。在垫片16的外环区域设置有至少一个形变梁12，且形变梁12与凹槽或者放置孔的个数相同。

形变梁12为设置在垫片16外环区域内的部分压力承力梁，部分压力承力梁的至少一部分设置于垫片16上所开设的凹槽或通孔15中。

部分压力承力梁，是指承力梁与垫片16共同承载来自螺母的挤压力，在螺母与螺栓头之间的压力超过特定值之后，承力梁的受力面被压入垫片16的凹槽或通孔15内，从而使螺母与螺栓头之间的压力主要由垫片16的表面承载，承力梁由于受到垫片16的凹槽或通孔15的保护而避免在工作时进入过载状态，甚至造成断裂。

但是，由于垫片16的凹槽或通孔15的保护作用，螺母与螺栓头之间的压力主要由垫片16承载的状态下，形变梁12承受的力与螺母与螺栓头之间的实际压力并不相同，因此，形变梁12只能用于判断螺栓是否松动，并不能用于测量螺栓的实际压力。

当螺栓处于拧紧状态下时，记录形变梁12承受的力的值，并将其记录为F1，当形变梁12之后承受的力为F2且小于F1时，则可以判断螺母产生松动。

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包括在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种测力装置，其特征在于：包括承受待测力件之间挤压力的应力环组件(1)和与所述应力环组件(1)电连接的处理器组件(2)；

所述处理器组件(2)设置于所述应力环组件(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种测力装置，其特征在于：所述处理器组件(2)包括电路组件(21)和为所述电路组件(21)供电的电池(22)。

3.根据权利要求2所述的一种测力装置，其特征在于：所述电路组件(21)包括依次电连接的全桥电路(211)、模数转换器(212)、模数存储器(218)和信号传输器(216)。

4.根据权利要求2所述的一种测力装置，其特征在于：所述电路组件(21)包括依次电连接的全桥电路(211)、模数转换器(212)、模数处理器(213)和信号传输器(216)。

5.根据权利要求4所述的一种测力装置，其特征在于：所述模数处理器(213)包括微处理器。

6.根据权利要求4所述的一种测力装置，其特征在于：所述电路组件(21)还包括识别号存储器(214)；

所述识别号存储器(214)与所述模数处理器(213)电连接。

7.根据权利要求4所述的一种测力装置，其特征在于：所述电路组件(21)还包括天线(217)；

所述天线(217)与所述信号传输器(216)电连接。

8.根据权利要求4所述的一种测力装置，其特征在于：所述电路组件(21)还包括与所述模数处理器(213)电连接的模数存储器(218)。

9.根据权利要求8所述的一种测力装置，其特征在于：所述模数存储器(218)包括应力标定数据存储器；

所述应力标定数据存储器与所述模数处理器(213)电连接。

10.根据权利要求2所述的一种测力装置，其特征在于：所述电池(22)采用可充电电池。

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