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一種基于壓電智能材料的螺栓預(yù)緊力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于壓電智能材料的螺栓預(yù)緊力傳感器，其技術(shù)方案是：螺栓預(yù)緊力傳感器的上墊片(1)和下墊片(7)通過(guò)左定位銷(13)和右定位銷(14)背對(duì)背地固定在一起。上墊片(1)的正面同中心地開(kāi)有第一環(huán)形槽，上墊片(1)的圓周面和第一環(huán)形槽間加工有一個(gè)引線孔；第一環(huán)形槽的底部刷有第一絕緣層(2)，在第一環(huán)形壓電陶瓷(4)的上平面和下平面對(duì)應(yīng)地粘貼有第一上電極(5)和第一下電極(6)，制成第一環(huán)形壓電陶瓷組件，粘貼在第一環(huán)形槽底部的第一絕緣層(2)上，第一環(huán)形壓電陶瓷組件與第一環(huán)形槽間填有第一絕緣密封膠(3)，在第一環(huán)形壓電陶瓷組件的上平面涂覆有第一絕緣密封膠(3)。本【具體實(shí)施方式】具有通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)和成本低的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種基于壓電智能材料的螺栓預(yù)緊力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于螺栓預(yù)緊力傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種基于壓電智能材料的螺栓預(yù)緊力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]螺栓聯(lián)接廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、交通、電力、航空和土木等行業(yè)的各類設(shè)備和結(jié)構(gòu)中，一方面用于聯(lián)接可拆卸部件，另一方面用于傳遞零部件間的載荷，聯(lián)接狀態(tài)表現(xiàn)為軸向預(yù)緊，其預(yù)緊力的大小直接關(guān)系到整個(gè)設(shè)備或結(jié)構(gòu)工作的可靠性和安全性。
[0003]工程中常采用扭矩扳手法控制螺栓緊固力的大小，用電阻應(yīng)變片電測(cè)法測(cè)量螺栓軸向力。扭矩扳手法由于螺母與部件以及螺紋間存在的摩擦力的不確定性，很難精確測(cè)量和控制螺栓的軸向力；電阻應(yīng)變片電測(cè)法采用標(biāo)準(zhǔn)電阻應(yīng)變片，將電阻應(yīng)變片粘貼在螺栓上，通過(guò)測(cè)量螺栓軸向應(yīng)變獲得螺栓的軸向力，該方法雖具有較高的測(cè)量精度，但受到螺栓安裝形式及使用工況的限制，在很多螺栓使用場(chǎng)所難以得到應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服已有技術(shù)缺陷，目的是提供一種通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)和成本低的基于壓電智能材料的螺栓預(yù)緊力傳感器。
[0005]為了完成上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:所述螺栓預(yù)緊力傳感器由上墊片和下墊片組成，上墊片和下墊片通過(guò)左定位銷和右定位銷背對(duì)背地固定在一起。
[0006]在上墊片的正面同中心地開(kāi)有第一環(huán)形槽，第一環(huán)形槽的截面為矩形，上墊片的圓周面和第一環(huán)形槽間加工有一個(gè)引線孔。第一環(huán)形槽的底部刷有第一絕緣層，在第一環(huán)形壓電陶瓷的上平面和下平面通過(guò)導(dǎo)電膠對(duì)應(yīng)地粘貼有第一上電極和第一下電極，制成第一環(huán)形壓電陶瓷組件。再將第一環(huán)形壓電陶瓷組件粘貼在第一環(huán)形槽底部的第一絕緣層上，第一環(huán)形壓電陶瓷組件與第一環(huán)形槽間填有第一絕緣密封膠，在第一環(huán)形壓電陶瓷組件的上平面涂覆有第一絕緣密封膠。第一上電極和第一下電極通過(guò)各自的引線從引線孔引出。
[0007]下墊片與上墊片相同。在下墊片的正面同中心地開(kāi)有第二環(huán)形槽，第二環(huán)形槽的截面為矩形，下墊片的圓周面和第二環(huán)形槽間加工有一個(gè)引線孔。第二環(huán)形槽的底部刷有第二絕緣層，在第二環(huán)形壓電陶瓷的上平面和下平面通過(guò)導(dǎo)電膠對(duì)應(yīng)地粘貼有第二上電極和第二下電極，制成第二環(huán)形壓電陶瓷組件。再將第二環(huán)形壓電陶瓷組件粘貼在第二環(huán)形槽底部的第二絕緣層上，第二環(huán)形壓電陶瓷組件與第二環(huán)形槽間填有第二絕緣密封膠，在第二環(huán)形壓電陶瓷組件的上平面涂覆有第二絕緣密封膠。第二上電極和第二下電極通過(guò)各自的引線從引線孔引出。
[0008]所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極的材質(zhì)均為銅箔。
[0009]本發(fā)明根據(jù)所監(jiān)測(cè)的螺栓規(guī)格，選擇合適尺寸的螺栓預(yù)緊力傳感器，將螺栓預(yù)緊力傳感器按通用螺栓墊片安裝在待測(cè)螺栓上。將上墊片中的第一環(huán)形壓電陶瓷作為激發(fā)器，通過(guò)對(duì)第一環(huán)形壓電陶瓷提供中心頻率為ΙΟΟΚΗζ左右的電壓脈沖信號(hào)以產(chǎn)生超聲波信號(hào)，第一環(huán)形壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲波信號(hào)通過(guò)上墊片與下墊片之間的界面?zhèn)鬟f給下墊片中的第二環(huán)形壓電陶瓷，下墊片中的第二環(huán)形壓電陶瓷作為接收器接收第一環(huán)形壓電陶瓷傳遞來(lái)的超聲波信號(hào)，并將接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)通過(guò)第二上電極、第二下電極的引線接入外部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行處理并顯示當(dāng)前預(yù)緊力。
[0010]當(dāng)螺栓的預(yù)緊力發(fā)生變化時(shí)，上墊片與下墊片聯(lián)接界面的特性將會(huì)發(fā)生變化，第二環(huán)形壓電陶瓷接收到的超聲波信號(hào)的特征參數(shù)(主要指超聲波信號(hào)的幅值和能量)也將發(fā)生變化，最終由與本發(fā)明連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)顯示的預(yù)緊力也將發(fā)生相應(yīng)變化。
[0011]本發(fā)明能根據(jù)螺栓規(guī)格制作相應(yīng)尺寸的螺栓預(yù)緊力傳感器；本發(fā)明由幾個(gè)簡(jiǎn)單部件組裝而成，且結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，便于安裝；本發(fā)明的核心部件壓電陶瓷性能穩(wěn)定，不易損壞且價(jià)格低廉。
[0012]因此，本發(fā)明具有通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)和成本低的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制:
實(shí)施例1
一種基于壓電智能材料的螺栓預(yù)緊力傳感器。所述螺栓預(yù)緊力傳感器如圖1所示，由上墊片1和下墊片7組成，上墊片1和下墊片7通過(guò)左定位銷13和右定位銷14背對(duì)背地
固定在一起。
[0015]在上墊片1的正面同中心地開(kāi)有第一環(huán)形槽，第一環(huán)形槽的截面為矩形，上墊片1的圓周面和第一環(huán)形槽間加工有一個(gè)引線孔。第一環(huán)形槽的底部刷有第一絕緣層2，在第一環(huán)形壓電陶瓷4的上平面和下平面通過(guò)導(dǎo)電膠對(duì)應(yīng)地粘貼有第一上電極5和第一下電極6，制成第一環(huán)形壓電陶瓷組件。再將第一環(huán)形壓電陶瓷組件粘貼在第一環(huán)形槽底部的第一絕緣層2上，第一環(huán)形壓電陶瓷組件與第一環(huán)形槽間填有第一絕緣密封膠3，在第一環(huán)形壓電陶瓷組件的上平面涂覆有第一絕緣密封膠3。第一上電極5和第一下電極6通過(guò)各自的引線從引線孔引出。
[0016]下墊片7與上墊片1相同。在下墊片7的正面同中心地開(kāi)有第二環(huán)形槽，第二環(huán)形槽的截面為矩形，下墊片7的圓周面和第二環(huán)形槽間加工有一個(gè)引線孔。第二環(huán)形槽的底部刷有第二絕緣層8，在第二環(huán)形壓電陶瓷11的上平面和下平面通過(guò)導(dǎo)電膠對(duì)應(yīng)地粘貼有第二上電極10和第二下電極12，制成第二環(huán)形壓電陶瓷組件。再將第二環(huán)形壓電陶瓷組件粘貼在第二環(huán)形槽底部的第二絕緣層8上，第二環(huán)形壓電陶瓷組件與第二環(huán)形槽間填有第二絕緣密封膠9，在第二環(huán)形壓電陶瓷組件的上平面涂覆有第二絕緣密封膠9。第二上電極10和第二下電極12通過(guò)各自的引線從引線孔引出。
[0017]所述第一上電極5、第一下電極6、第二上電極10和第二下電極12的材質(zhì)均為銅箔。[0018]本【具體實(shí)施方式】根據(jù)所監(jiān)測(cè)的螺栓規(guī)格，選擇合適尺寸的螺栓預(yù)緊力傳感器，將螺栓預(yù)緊力傳感器按通用螺栓墊片安裝在待測(cè)螺栓上。將上墊片1中的第一環(huán)形壓電陶瓷4作為激發(fā)器，通過(guò)對(duì)第一環(huán)形壓電陶瓷4提供中心頻率為ΙΟΟΚΗζ左右的電壓脈沖信號(hào)以產(chǎn)生超聲波信號(hào)，第一環(huán)形壓電陶瓷4產(chǎn)生的超聲波信號(hào)通過(guò)上墊片1與下墊片7之間的界面?zhèn)鬟f給下墊片7中的第二環(huán)形壓電陶瓷11，下墊片7中的第二環(huán)形壓電陶瓷11作為接收器接第一收環(huán)形壓電陶瓷4傳遞來(lái)的超聲波信號(hào)，并將接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)通過(guò)第二上電極10、第二下電極12的引線接入外部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行處理并顯示當(dāng)前預(yù)緊力。
[0019]當(dāng)螺栓的預(yù)緊力發(fā)生變化時(shí)，上墊片1與下墊片7聯(lián)接界面的特性將會(huì)發(fā)生變化，環(huán)形壓電陶瓷11接收到的超聲波信號(hào)的特征參數(shù)(主要指超聲波信號(hào)的幅值和能量)也將發(fā)生變化，最終由與本【具體實(shí)施方式】連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)顯示的預(yù)緊力也將發(fā)生相應(yīng)變化。
[0020]本【具體實(shí)施方式】能根據(jù)螺栓規(guī)格制作相應(yīng)尺寸的螺栓預(yù)緊力傳感器；本【具體實(shí)施方式】由幾個(gè)簡(jiǎn)單部件組裝而成，且結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，便于安裝；本【具體實(shí)施方式】的核心部件壓電陶瓷性能穩(wěn)定，不易損壞且價(jià)格低廉。
[0021]因此，本【具體實(shí)施方式】具有通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)和成本低的特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電智能材料的螺栓預(yù)緊力傳感器，其特征在于所述螺栓預(yù)緊力傳感器由上墊片(1)和下墊片(7)組成，上墊片(1)和下墊片(7)通過(guò)左定位銷(13)和右定位銷(14)背對(duì)背地固定在一起；在上墊片(1)的正面同中心地開(kāi)有第一環(huán)形槽，第一環(huán)形槽的截面為矩形，上墊片(1)的圓周面和第一環(huán)形槽間加工有一個(gè)引線孔；第一環(huán)形槽的底部刷有第一絕緣層(2)，在第一環(huán)形壓電陶瓷(4)的上平面和下平面通過(guò)導(dǎo)電膠對(duì)應(yīng)地粘貼有第一上電極(5)和第一下電極出)，制成第一環(huán)形壓電陶瓷組件；再將第一環(huán)形壓電陶瓷組件粘貼在第一環(huán)形槽底部的第一絕緣層(2)上，第一環(huán)形壓電陶瓷組件與第一環(huán)形槽間填有第一絕緣密封膠(3)，在第一環(huán)形壓電陶瓷組件的上平面涂覆有第一絕緣密封膠(3);第一上電極(5)和第一下電極(6)通過(guò)各自的引線從引線孔引出；下墊片(7)與上墊片(1)相同；在下墊片(7)的正面同中心地開(kāi)有第二環(huán)形槽，第二環(huán)形槽的截面為矩形，下墊片(7)的圓周面和第二環(huán)形槽間加工有一個(gè)引線孔；第二環(huán)形槽的底部刷有第二絕緣層(8);在第二環(huán)形壓電陶瓷(11)的上平面和下平面通過(guò)導(dǎo)電膠對(duì)應(yīng)地粘貼有第二上電極(10)和第二下電極(12)，制成第二環(huán)形壓電陶瓷組件；再將第二環(huán)形壓電陶瓷組件粘貼在第二環(huán)形槽底部的第二絕緣層(8)上，第二環(huán)形壓電陶瓷組件與第二環(huán)形槽間填有第二絕緣密封膠(9)，在第二環(huán)形壓電陶瓷組件的上平面涂覆有第二絕緣密封膠(9);第二上電極(10)和第二下電極(12)通過(guò)各自的引線從引線孔引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電智能材料的螺栓預(yù)緊力傳感器，其特征在于所述第一上電極(5)、第一下電極(6)、第二上電極(10)和第二下電極(12)的材質(zhì)均為銅箔。
【文檔編號(hào)】G01L1/16GK103644997SQ201310724990
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】王濤, 李友榮, 王志剛, 呂勇, 肖涵 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)