一种可实时监控是否松动的螺栓及其方法

摘要

本发明涉及一种可实时监控是否松动的螺栓及其方法。一种可实时监控是否松动的螺栓，包括：螺杆，位于螺杆上的螺纹，螺栓头；还包括：位于螺栓头端面上的盲孔，所述盲孔的轴线与螺栓的中心线平行或重合，位于盲孔底部的感应圆盘，粘贴在感应圆盘盘面上的应力传感器；所述感应圆盘与盲孔孔壁为过盈配合。本发明相对于现有技术的优点在于：本发明巧妙的设计，将螺栓轴线方向的压力大小转化为盲孔径向的位移变化，通过应力传感器将这种变化采集下来，实现了对螺栓是否松动的监控。

说明书

技术领域：

本发明涉及特种螺栓，具体涉及一种可实时监控是否松动的螺栓及其方法。

背景技术：

作为紧固件的螺栓已广泛应用于铁路桥梁、水电水利、风电核电、交通运输、航空航天等领域,科学地控制螺栓轴向预紧力的大小以及及早发现螺栓内部缺陷对设备的安全运行,提高设备寿命等都有重要的意义。由于栓体结构的特殊性以及轴向加载后螺纹部分的形变，给螺栓轴向应力测量带来了非常大的不确定性以及测量难度，近几十年来国内外都在积极地探索解决这一问题的办法。

目前，工业现场常用扭力扳手来简易确定螺栓轴向应力值大小，用扭矩推算螺栓轴向力的关键是使螺纹之间及螺母与构件间的摩擦系数恒定。这在实际工作中是不可能的,因为控制力矩是达不到控制螺栓轴向力的。

除此以外，采用脉冲回波反射法、渡越时间法、相位法等技术的超声纵波螺栓轴向应力的无损检测技术也能够有效的获取螺栓轴向应力值大小，但针对已安装螺栓或埋深地脚螺栓等原长度未知的栓体轴向应力测量则无能为力。

发明内容：

本发明旨在设计一种可实时监控是否松动的螺栓及其方法。具体技术方案如下：

一种可实时监控是否松动的螺栓，包括：螺杆，位于螺杆上的螺纹，螺栓头；还包括：位于螺栓头端面上的盲孔，所述盲孔的轴线与螺栓的中心线平行或重合，位于盲孔底部的感应圆盘，粘贴在感应圆盘盘面上的应力传感器；所述感应圆盘与盲孔孔壁为过盈配合。在上述螺栓上实现的螺栓松动监测方法，包括如下过程：

步骤S001：感应圆盘与盲孔实现过盈配合，此时应力传感器所测得的应力状态为自由状态下的数据Y

步骤S002：螺栓进入工作环境，随着螺母的旋紧，开始在其轴向形成拉力，进而转化为径向的收缩，感应圆盘上的应力传感器可以感应到径向压力的增加，当旋紧到位后，记录传感器的径向压力数据Y

步骤S003：实时记录传感器的径向压力数据Y

步骤S004：当Y

优选方案一，还包括：温度补偿片，消除应力传感器受温度变化的影响。

优选方案二，还包括：电源、应力传感器数据转换电路、数据传输电路、功率放大电路；所述应力传感器的输出的模拟信号经过应力传感器数据转换电路转换为数字信号；所述功率放大电路实现对蓝牙信号功率的放大。进一步，还包括：位于螺栓头端面上的密封空腔，密封空腔内放置应力传感器数据转换电路、数据传输电路、功率放大电路以及电池。更进一步，还包括：温度补偿片，消除应力传感器受温度变化的影响。

本发明相对于现有技术的优点在于：本发明巧妙的设计，将螺栓轴线方向的压力大小转化为盲孔径向的位移变化，通过应力传感器将这种变化采集下来，实现了对螺栓是否松动的监控。

附图说明：

图1是本发明实施例中螺栓结构示意图；图中，1代表螺栓头，2代表螺杆，3代表盲孔，4代表感应圆盘，5代表PCB电路板，6代表电池，7代表温度补偿片。

图2是本发明实施例中PCB电路板连接示意图；图中，11代表电池，12代表蓝牙数据处理及数据传输电路，13代表功率放大电路，14代表天线，15代表应力传感器数据转换电路，16代表应力传感器。

图3是实施例中应力传感器数据转换电路结构示意图；基于HX71124位模数转换芯片，实现应力采集信号由模拟信号转换为数字信号。

图4是实施例中数据传输电路结构示意图；采用CC2541F256RHAR系列蓝牙芯片，对由应力数据转换部分得来的数字信号，进行数据处理并通过无线方式，发送数据。

图5是实施例中功率放大电路结构示意图；采用CC2590RGVR芯片，实现对蓝牙信号的功率发大，从而实现更大功率，更远距离传输。

具体实施方式：

实施例1：

如图1-5所示，一种可实时监控是否松动的螺栓，包括：螺杆，位于螺杆上的螺纹，螺栓头；还包括：位于螺栓头端面上的盲孔，所述盲孔的轴线与螺栓的中心线重合，位于盲孔底部的感应圆盘，粘贴在感应圆盘盘面上的应力传感器；所述感应圆盘与盲孔孔壁为过盈配合；温度补偿片，消除应力传感器受温度变化的影响；电源、应力传感器数据转换电路、数据传输电路、功率放大电路，本实施例中数据传输电路采用蓝牙数据传输；所述应力传感器的输出的模拟信号经过应力传感器数据转换电路转换为数字信号；所述功率放大电路实现对蓝牙信号功率的放大；位于螺栓头端面上的密封空腔，密封空腔内放置应力传感器数据转换电路、蓝牙数据处理及数据传输电路、功率放大电路以及电池。

在上述螺栓上实现的螺栓松动监测方法，包括如下过程：

步骤S001：感应圆盘与盲孔实现过盈配合，此时应力传感器所测得的应力状态为自由状态下的数据Y

步骤S002：螺栓进入工作环境，随着螺母的旋紧，开始在其轴向形成拉力，进而转化为径向的收缩，感应圆盘上的应力传感器可以感应到径向压力的增加，当旋紧到位后，记录传感器的径向压力数据Y

步骤S003：实时记录传感器的径向压力数据Y

步骤S004：当Y

实施例2：

如图1-5所示，一种可实时监控是否松动的螺栓，包括：螺杆，位于螺杆上的螺纹，螺栓头；还包括：位于螺栓头端面上的盲孔，所述盲孔的轴线与螺栓的中心线重合，位于盲孔底部的感应圆盘，粘贴在感应圆盘盘面上的应力传感器；所述感应圆盘与盲孔孔壁为过盈配合；温度补偿片，消除应力传感器受温度变化的影响；电源、应力传感器数据转换电路、数据传输电路、功率放大电路，本实施例中数据传输电路采用蓝牙数据传输；所述应力传感器的输出的模拟信号经过应力传感器数据转换电路转换为数字信号；所述功率放大电路实现对蓝牙信号功率的放大；位于螺栓头端面上的密封空腔，密封空腔内放置应力传感器数据转换电路、蓝牙数据处理及数据传输电路、功率放大电路以及电池。

在上述螺栓上实现的螺栓轴向受力监测方法，包括如下过程：

步骤S110：感应圆盘与盲孔实现过盈配合，此时应力传感器所测得的应力状态为自由状态下的数据Y

步骤S111：将螺栓置于标定环境，使用拉力测试仪实时记录给螺栓施加轴向的拉力L

步骤S112：测得L

步骤S120：螺栓进入工作环境，随着螺母的旋紧，开始在其轴向形成拉力，进而转化为径向的收缩，感应圆盘上的应力传感器可以感应到径向压力的增加，当旋紧到位后，记录传感器的径向压力数据Y

步骤S130：实时记录传感器的径向压力数据Y

步骤S140：将Y