一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器,包括上垫片，下垫片，第一压电材料，第一上电极，第一下电极，第二下电极，第二上电极，侧面定位销；所述螺栓预紧力传感器由上垫片和下垫片组成；所述在上垫片与下垫片相接触的一面沿圆周方向根据需要加工多个凸台体，凸台体顶面为圆弧面，在下垫片与上垫片相接触的一面沿圆周方向相应的加工多个曲面凹槽，安装时上垫片的凸台体圆弧顶面与下垫片的凹槽曲面相配合；所述在上垫片正面加工一个槽安装压电材料；本发明专利技术通用性强、结构简单、使用寿命延长、低成本的用于螺栓联接状态监测的螺栓预紧力传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器
本专利技术属于智能材料结构健康监测
具体涉及应用于螺栓联接状态健康监测的一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器。
技术介绍
螺栓联接广泛应用于机械、化工、交通、电力、航空、土木等行业的各类设备和结构中，一方面用于联接可拆卸部件，另一方面在很多情况下也用于传递零部件间的载荷，其联接状态(表现为轴向预紧力)直接关系到整个设备或结构工作的可靠性和安全性，工程中常采用扭矩扳手法控制螺栓紧固力大小，电阻应变片电测法测量螺栓轴向力，扭矩扳手法由于螺母和结构之间以及螺纹间摩擦力的存在、摩擦力的不确定性，很难精确测量、控制螺栓的轴向作用力，电阻应变片电测法采用标准电阻应变片，将其安装在螺栓螺杆上，通过测量螺栓应变进而获得螺栓的轴向力，具有较高的测量精度，但受到螺栓安装形式及使用工况条件的限制，很多场合难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器，它通用性强、结构简单、使用寿命延长、低成本的用于螺栓联接状态监测的螺栓预紧力传感器。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器,包括上垫片、下垫片、第一压电材料、第一上电极、第一下电极、第二下电极、第二上电极、侧面定位销；所述螺栓预紧力传感器由上垫片和下垫片组成；在上垫片与下垫片相接触的一面沿圆周方向根据需要加工多个凸台体，凸台体顶面为圆弧面，在下垫片与上垫片相接触的一面沿圆周方向相应的加工多个凹槽曲面，安装时上垫片的凸台体圆弧顶面与下垫片的凹槽曲面相配合；所述在上垫片正面加工一个槽，将铜箔制作的第一上电极和第一下电极通过导电胶紧密粘贴在第一压电材料两侧，第一上电极包住整个第一压电材料，同时作为屏蔽层；所述在上垫片槽底刷一层绝缘胶，将粘接有第一上电极与第一下电极的第一压电材料粘贴在上垫片槽底第二绝缘胶层上，第一绝缘胶层设置在第二绝缘胶层和第一压电材料之间，并用第一绝缘胶层和第二绝缘胶层作为第一压电材料的保护层，第一下电极通过第一绝缘胶层与第一上电极做绝缘处理；所述铜箔第一上电极和第一下电极引出形成接线口；所述下垫片中第二压电材料的安装结构与上垫片结构相同；通过侧面定位销与凸台体、凹槽结构将上垫片与下垫片组合，形成一个组合垫片。进一步，所述将上垫片中与下垫片相接触的面沿圆周方向加工出多个顶面为圆弧面的凸台体，将下垫片中与上垫片相接触的面沿圆周方向相应的加工出多个凹槽曲面，凹槽曲面曲率半径大于上垫片凸台体顶面圆弧曲面的曲率半径。进一步，所述上垫片中的第一压电材料作为激发器，下垫片中的第二压电材料作为传感器；也可将下垫片中的第二压电材料作为激发器，上垫片中的第一压电材料作为传感器；上垫片、下垫片可以互换使用。进一步，所述上垫片、下垫片的结构尺寸根据所用螺栓尺寸，内径根据所选用螺栓与GB/T95-2002中平垫圈内径相同，外径为国家GB/T95-2002中响应平垫圈外径的2倍，上垫片、下垫片的厚度及上垫片、下垫片中凸台体、凸台体顶面圆弧曲面曲率半径、凹槽曲面曲率半径由螺栓的最大额定轴向载荷确定，保证在相应的螺栓的整个额定载荷范围内，上垫片、下垫片中凸台体曲面与凹槽曲面的接触面积随螺栓轴向载荷持续变化；所述螺栓预紧力传感器使用过程中安装在被联接件与螺母垫圈之间。进一步，所述将上垫片中的第一压电材料作为激发器，通过对其供给50～150KHz高斯调制脉冲电压信号产生超声波脉冲；第一压电材料产生的超声波通过上垫片与下垫片之间的接触界面后，传递给下垫片中的第二压电材料，下垫片中的第二压电材料作为传感器接收超声响应信号并存储；对响应信号进行时域上的反演后，再输送给上垫片中的第一压电材料激发产生反演后的超声波信号，该信号通过上垫片与下垫片之间的接触界面后，再次由下垫片中的第二压电材料接收该时间反演聚焦信号。进一步，所述对作为激发器的第一压电材料作用50～150KHz高斯调制脉冲信号，通过分析作为传感器的第二压电材料的响应信号能量或聚焦信号幅值，建立接收信号幅值、能量等信号特征量与作用在组合垫片上螺栓预紧力之间的关系，实现对螺栓轴向预紧力及联接健康状态的监测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器，它通用性强、结构简单、使用寿命延长、低成本的用于螺栓联接状态监测的螺栓预紧力传感器。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图中：1、上垫片，2、第一压电材料，3、第一上电极，4、第一下电极，5、第一绝缘胶层，6、第二绝缘胶层，7、第三绝缘胶层，8、第四绝缘胶层，9、第二下电极,10、第二上电极，11、第二压电材料，12、下垫片，13、侧面定位销。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器,包括上垫片1、下垫片12、第一压电材料2、第一上电极3、第一下电极4、第二下电极9、第二上电极10、侧面定位销13；所述螺栓预紧力传感器由上垫片1和下垫片12组成；在上垫片1与下垫片12相接触的一面沿圆周方向根据需要加工多个凸台体，凸台体顶面为圆弧面，在下垫片12与上垫片1相接触的一面沿圆周方向相应的加工多个凹槽曲面，安装时上垫片1的凸台体圆弧顶面与下垫片12的凹槽曲面相配合；在上垫片1正面加工一个槽，将铜箔制作的第一上电极3和第一下电极4通过导电胶紧密粘贴在第一压电材料两侧，第一上电极3包住整个第一压电材料2，同时作为屏蔽层；在上垫片1槽底刷一层绝缘胶，将粘接有第一上电极3与第一下电极4的第一压电材料2粘贴在上垫片1槽底第二绝缘胶层6上，并用第二绝缘胶层6作为第一压电材料2的保护层，第一下电极4通过第一绝缘胶层2与第一上电极3做绝缘处理；所述铜箔第一上电极3和第一下电极4引出形成接线口；所述下垫片12中第二压电材料11的安装结构与上垫片1结构相同；通过侧面定位销13与凸台体、凹槽结构将上垫片1与下垫片12组合，形成一个组合垫片。所述螺栓预紧力传感器使用过程中安装在被联接件与螺母垫圈之间。进一步，将上垫片1中与下垫片12相接触的面沿圆周方向加工出多个顶面为圆弧面的凸台体，将下垫片12中与上垫片1相接触的面沿圆周方向相应的加工出多个凹槽曲面，凹槽曲面曲率半径大于上垫片1凸台体顶面圆弧曲面的曲率半径。进一步，所述上垫片1中的第一压电材料2作为激发器，下垫片12中的第二压电材料11作为传感器；也可将下垫片12中的第二压电材料11作为激发器，上垫片1中的第一压电材料2作为传感器；上垫片1、下垫片12可以互换使用。进一步，所述上垫片1、下垫片12的结构尺寸根据所用螺栓尺寸，内径根据所选用螺栓与GB/T95-2002中平垫圈内径相同，外径为国家GB/T95-2002中响应平垫圈外径的2倍，上垫片1、下垫片12的厚度及上垫片1、下垫片12中凸台体、凸台体顶面圆弧曲面曲率半径、凹槽曲面曲率半径由螺栓的最大额定轴向载荷确定，保证在相应的螺栓的整个额定载荷范围内，上垫片1、下垫片12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器,包括上垫片（1）、下垫片（12）、第一压电材料（2）、第一上电极（3）、第一下电极（4）、第二下电极（9）、第二上电极（10）、侧面定位销（13）；其特征在于：所述螺栓预紧力传感器由上垫片（1）和下垫片（12）组成；所述在上垫片（1）与下垫片（12）相接触的一面沿圆周方向根据需要加工多个凸台体，凸台体顶面为圆弧面，在下垫片（12）与上垫片（1）相接触的一面沿圆周方向相应的加工多个曲面凹槽，安装时上垫片（1）的凸台体圆弧顶面与下垫片（12）的凹槽曲面相配合；所述在上垫片（1）正面加工一个槽，将铜箔制作的第一上电极（3）和第一下电极（4）通过导电胶紧密粘贴在第一压电材料（2）两侧，第一上电极（3）包住整个第一压电材料（2），同时作为屏蔽层；所述在上垫片（1）槽底刷一层绝缘胶，将粘接有第一上电极（3）与第一下电极（4）的第一压电材料（2）粘贴在上垫片（1）槽底第二绝缘胶层（6）上，并用第一绝缘胶层（5）和第二绝缘胶层（6）作为第一压电材料（2）的保护层，第一下电极（4）通过第一绝缘胶层（5）与第一上电极（3）做绝缘处理；所述铜箔第一上电极（3）和第一下电极（4）引出形成接线口；所述下垫片（12）中第二压电材料（11）的安装结构与上垫片（1）结构相同；所述通过侧面定位销（13）与凸台、凹槽结构将上垫片（1）与下垫片（12）组合，形成一个组合垫片。...

【技术特征摘要】
1.一种基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器,包括上垫片(1)、下垫片(12)、第一压电材料(2)、第一上电极(3)、第一下电极(4)、第二下电极(9)、第二上电极(10)、侧面定位销(13)；其特征在于，在上垫片(1)与下垫片(12)相接触的一面沿圆周方向根据需要加工多个凸台体，凸台体顶面为圆弧面，在下垫片(12)与上垫片(1)相接触的一面沿圆周方向相应的加工多个凹槽曲面，安装时上垫片(1)的凸台体圆弧顶面与下垫片(12)的凹槽曲面相配合；所述在上垫片(1)正面加工一个槽，将铜箔制作的第一上电极(3)和第一下电极(4)通过导电胶紧密粘贴在第一压电材料(2)两侧，第一上电极(3)包住整个第一压电材料(2)，同时作为屏蔽层；所述在上垫片(1)槽底刷一层绝缘胶，将粘接有第一上电极(3)与第一下电极(4)的第一压电材料(2)粘贴在上垫片(1)槽底第二绝缘胶层(6)上，第一绝缘胶层(5)设置在第二绝缘胶层(6)和第一压电材料(2)之间，并用第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，刘绍鹏，王志刚，吕勇，鲁光涛，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42