无线式螺栓预紧力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种无线式螺栓预紧力传感器，包括轮辐式弹性体和内腔，所述的轮辐式弹性体的一端与螺栓的垫片紧密接触、另一端与联接部件紧密接触；所述的轮辐式弹性体上沿轴心均匀对称的加工有8个圆孔，每两个圆孔之间的剪切梁两侧皆贴有金属箔式应变片，并组成惠斯通电桥结构；传感器的内腔设置有与金属箔式应变片连接的信号处理电路，所述的信号处理电路与无线发射电路连接。无需信号传输线缆，避免联接部件带着螺栓和传感器连续旋转时，传感器线缆发生缠绕和绷断。

Wireless bolt preload sensor

【技术实现步骤摘要】
无线式螺栓预紧力传感器
本专利技术属于螺栓预紧力测量领域，特别涉及一种无线式螺栓预紧力传感器。
技术介绍
螺栓预紧力是螺栓在拧紧过程中，螺栓与联接部件之间的沿螺栓轴心线方向的作用力。工业设备在运行过程中，设备的振动等原因可能会使螺栓松动，继而引起连接部件脱落并引发安全事故，因此螺栓的预紧力测量对于工业设备的安全可靠运行非常重要。目前螺栓的预紧力测量主要采用扭矩扳手和环形传感器，扭矩扳手采用人工方式把螺栓预紧到固定力值，但是不能实时检测某个螺栓是否松动，只能采用定期逐个排查的方式，检测效率和实时性较低；环形传感器安装在螺栓和联接部件之间，可以实时检测螺栓预紧力，检测效率和实时性比较高，但是由于环形传感器和显示仪表之间采用有线连接方式，因此被测螺栓所在的部件不能自由连续旋转，因为线缆在连续旋转时会发生缠绕甚至拉断，因此在风力发电机的叶片等需要连续旋转的联接部件上使用就有很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以在连续旋转的联接部件上使用的无线式螺栓预紧力传感器，传感器和显示仪表之间不需要信号传输线缆，可以远距离传输预紧力信号，可用于诸如风力发电机的叶片这类螺栓数量多、螺栓易松动且会连续旋转的联接部件。为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种无线式螺栓预紧力传感器，包括轮辐式弹性体和内腔，所述的内腔位于弹性体的下方，内部安装有信号处理电路和无线通信装置。传感器安装在螺栓的垫片和联接部件之间；螺栓、垫片、传感器和联接部件上的螺纹孔同轴心，传感器的顶部与垫片的底部接触，传感器的底部与联接部件的顶部接触；所述的轮辐式弹性体上有8个对称的圆孔，每两个相邻圆孔之间的区域构成1个应变梁，一共构成了8个所述应变梁，每个应变梁的两侧各粘贴有1片金属箔式应变片，共同构成对称的惠更斯电桥结构。所述内腔位于轮辐式弹性体的后部，内部安装有无线通信装置，包括：信号处理电路板、无线通信模块和可充电式锂电池；所述的信号处理电路板形状为环形，与所述轮辐式弹性体同轴心，利用环氧树脂固定；所述无线通信模块通过单排插针固定在所述信号处理电路板上，通信天线通过传感器外壳上的天线孔引出，天线引出后，天线孔内外两侧均用防水胶做防水密封处理；可充电式锂电池安装在所述内腔中，位于所述信号处理电路板后部，锂电池的充电接口与传感器外壳上的防水型充电接口连接。所述的信号处理电路板上包括惠更斯电桥信号输出电路、单片机电路、无线通信电路和电源电路；所述的惠更斯电桥信号输出电路包括与所述金属箔式应变片连接的接线端子JP1，所述的接线端子JP1的引脚2、1分别与电源VCC和GND连接，所述的接线端子JP1的引脚4、3分别经电阻R1、R2输出S+信号、S-信号，所述的电阻R1、R2的输出端还分别连接有电容C1、C2，所述的电容C1、C2共同与地线连接；所述的单片机电路包括单片机U2，所述的单片机U2的引脚1、2与上述惠斯通电桥的输出信号S+和S-连接；电压源VCC经电阻R3分别与电容C4、C5、电阻R4连接，所述的电容C4、C5共同与地线连接，所述的电阻R3与单片机U2的引脚12连接；所述的单片机U2的引脚15、16之间并联有电阻R5、晶体振荡器Y1，所述的晶体振荡器Y1的引脚1、2分别连接有电容C6、C7，所述的电容C6、C7共同与地线连接；JTAG接口JP3的引脚3、4分别与单片机U2的引脚11、12连接。所述的无线通信电路包括无线通信模块U1，所述无线通信模块U1的引脚3、4、8、9分别与的所述单片机U2的引脚19、20、25、14连接，所述无线通信模块U1的引脚2接电源VCC，所述无线通信模块U1的引脚2、5共同与GND连接。所述的信号处理电路板上还设置有电源电路，所述的电源电路包括可充电式锂电池和与锂电池正负极连接的接线端子JP2，所述的接线端子JP2的引脚2经开关S1、二极管VD1接入线性稳压器U1的引脚2，所述的线性稳压器U1的引脚2与钽电容E1的正极连接，所述的线性稳压器的引脚3分别与钽电容E2的正极、无极性电容C1连接，所述的钽电容E1的负极、钽电容E2的负极、无极性电容C1、线性稳压器U1的引脚1与接线端子JP1的引脚1共同连接再接入电源负极GND。上述技术方案中，本专利技术可以有效的实现对螺栓预紧力的实时精确检测，由于在传感器的内部增加了锂电池供电、信号处理和无线发射电路，传感器和显示仪表之间不再需要供电线缆和信号传输线缆，解决了传感器随安装部件连续旋转时，线缆的缠绕和绷断问题，因此可以安装在诸如风力发电机的叶片这类螺栓数量多、螺栓易松动且会连续旋转的部件上使用；同时，无线通信方式可以根据实际工况，选择不同的通信频率和通信协议，显示仪表和传感器之间的距离可以比较远，也可以自由调节，降低了现场布线难度和施工成本。附图说明图1为螺栓预紧力传感器的外形结构图；图2为螺栓预紧力传感器的剖视图；图3为本专利技术的安装主视图；图4为本专利技术的工作原理框图；图5为本专利技术中锂电池供电电路原理图；图6为本专利技术中惠斯通电桥信号输出电路原理图；图7为本专利技术中无线通信电路原理图；图8为本专利技术中单片机电路原理图。具体实施方式结合附图1～8对本专利技术做出进一步的说明：一种无线式螺栓预紧力传感器，其外形如图1所示，采用圆柱形结构，所述轮辐式弹性体1的顶部沿轴心对称均匀分布有8个圆形孔2，每两个圆形孔之间构成剪切梁3，所述剪切梁3的数量也是8个，并且沿弹性体轴心对称均匀分布，传感器外壳4的外壁上有锂电池充电孔5和天线引出孔6。无线式螺栓预紧力传感器的内部结构如图2所示，所述剪切梁3的两个侧面上都粘贴有金属箔式应变片7，剪切梁3一共有8个，因此所述金属箔式应变片一共有16片，共同组成惠更斯电桥结构；传感器的下部有内腔8，用于安装信号处理电路板9和锂电池10；所述内腔8的内壁上有锂电池充电孔5和天线引出孔6，与所述传感器外壳4的外壁相通。在本专利技术的一个较佳实施例中，传感器的安装方式如图3所示：传感器13安装在螺栓11的垫片12和联接部件14之间；螺栓11、垫片12、传感器13和联接部件14上的螺纹孔同轴心，传感器13的顶部与垫片12的底部接触，传感器13的底部与联接部件14的顶部接触；天线15位于传感器13的外壁上。螺栓11在预紧时，由于螺栓11、垫片12、传感器13和联接部件14之间为紧密连接，所以传感器13的弹性体1会受到来自垫片12和联接部件14之间的挤压，因此弹性体1发生微形变，粘贴在剪切梁3上的金属箔式应变片7组成的惠斯通电桥的输出电压也相应发生变化，此电压的变化与垫片12和联接部件14之间的挤压力即螺栓的预紧力大小成近似线性关系，通过检测此电压的变化，就可以检测出螺栓预紧力的大小。无线式螺栓预紧力传感器的工作原理如图4所示，金属箔式应变片7组成的惠斯通电桥输出的信号为mV级电压信号，比较微弱，所以先通过电路调理去除干扰信号以后，再送入单片机C8051F350内部的24位AD转换器进行AD转换；单片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线式螺栓预紧力传感器，其特征在于：包括轮辐式弹性体(1)和内部空腔(8)，所述的弹性体(1)的一端与螺栓(11)的垫片(12)紧密接触、另一端与联接部件(14)紧密接触；所述的轮辐式弹性体(1)上有8个对称的圆孔(2)，每两个相邻圆孔之间的区域构成应变梁(3)，一共构成了8个所述应变梁，每个应变梁的两侧各粘贴有1片金属箔式应变片(7)，并组成惠更斯电桥结构；内腔(8)设置有与金属箔式应变片(7)连接的信号处理电路，所述的信号处理电路与无线发射电路连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线式螺栓预紧力传感器，其特征在于：包括轮辐式弹性体(1)和内部空腔(8)，所述的弹性体(1)的一端与螺栓(11)的垫片(12)紧密接触、另一端与联接部件(14)紧密接触；所述的轮辐式弹性体(1)上有8个对称的圆孔(2)，每两个相邻圆孔之间的区域构成应变梁(3)，一共构成了8个所述应变梁，每个应变梁的两侧各粘贴有1片金属箔式应变片(7)，并组成惠更斯电桥结构；内腔(8)设置有与金属箔式应变片(7)连接的信号处理电路，所述的信号处理电路与无线发射电路连接。


2.根据权利要求1所述的无线式螺栓预紧力传感器，其特征在于：所述内腔(8)位于轮辐式弹性体(1)的后部，内部安装有信号处理和无线通信装置，包括：信号处理电路板(9)和可充电式锂电池(10)；所述的信号处理电路板(9)形状为环形，与所述轮辐式弹性体(1)同轴心，利用环氧树脂固定；通信天线(15)通过传感器外壳(4)上的天线孔(5)引出，天线(15)引出后，天线孔(5)内外两侧均用防水胶做防水密封处理；可充电式锂电池(10)安装在所述内腔(8)中，位于所述信号处理电路板(9)后部，锂电池的充电接口与传感器外壳上的防水型充电接口(6)连接。


3.根据权利要求2所述的无线式螺栓预紧力传感器，其特征在于：所述的惠更斯电桥信号输出电路包括与所述金属箔式应变片连接的接线端子JP1，所述的接线端子JP1的引脚2、1分别与电源VCC和GND连接，所述的接线端子JP1的引脚4、3分别经电阻R1、R2输出S+信号、S-信号，所述的电阻R1、R2...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗少轩，乔爱民，汤庆国，
申请(专利权)人：蚌埠学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34