一种智能紧固件、智能紧固件监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术提供一种智能紧固件、智能紧固件监测系统及监测方法。其中，监测方法，包括：获取待监测智能紧固件的复合层薄膜传感器的固有频率；根据复合层薄膜传感器的固有频率生成对应的控制命令，以使第一脉冲电信号的频率与复合层薄膜传感器的固有频率相匹配；接收预紧力信息；根据预紧力信息计算紧固件的预紧力。通过本发明专利技术的提供的监测方法，实现了振动条件下紧固件预紧力的精准测量。紧固件预紧力的精准测量。紧固件预紧力的精准测量。

【技术实现步骤摘要】
一种智能紧固件、智能紧固件监测系统及监测方法


[0001]本专利技术属于紧固件领域，尤其涉及一种智能紧固件、智能紧固件监测系统及监测方法。

技术介绍

[0002]紧固件连接是工程中应用最为广泛的机械连接方式，工业上常用扭矩扳手进行紧固连接，通过扭矩间接控制紧固件的预紧力。但由于各个紧固件的螺纹面或接触面摩擦系数的离散性，测量和控制精度有限。实际应用中，即使在确保加工精度和良好润滑的情况下，对实施同一扭矩下紧固件的预紧力也会有10％
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30％的偏差。
[0003]对于传统扭矩法测量预紧力具有较大偏差的问题，近年来出现了电磁超声法、激光超声法、脉冲回波反射法、相位法等基于超声波技术的紧固件轴向应力无损检测技术也能获取紧固件的预紧力值大小，但针对振动条件下的紧固件实时预紧力测量则不能实现。
[0004]振动条件下，紧固件会随着工件一起振动，其受力不均匀，预紧力会瞬间增大或减小，应用上述方法时信号激发和接收探头不能伴随紧固件一起振动，且振动情况下激励信号困难、测量结果误差较大，对紧固件的动态实时预紧力不能测量。
[0005]有鉴于此特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种智能紧固件、智能紧固件监测系统及监测方法，通过控制紧固件的薄膜传感器的固有频率和超声波功率，使其区别于振动条件下的紧固件的振幅和频率，实现了振动条件下紧固件预紧力的精准测量。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提供了一种智能紧固件，包括紧固件，其顶部形成有一超声波薄膜传感器，超声波薄膜传感器的固有频率与紧固件的固有频率不同。
[0008]进一步可选地，超声波薄膜传感器从上到下依次为电极层、保护层、压电层、隔离层。
[0009]本专利技术第二方面提供了一种智能紧固件监测系统，包括如第一方面提供的智能紧固件；
[0010]预紧力测量仪，预紧力测量仪与智能紧固件连接，预紧力测量仪响应于控制命令发射与超声波薄膜传感器的固有频率相匹配的第一脉冲电信号；
[0011]在振动条件下，当智能紧固件接收到第一脉冲电信号后，将第一脉冲电信号转换为超声波信号，并使超声波信号沿紧固件的纵向传播，在超声波信号经紧固件底部反射回后，将超声波信号转换为与第一脉冲电信号对应的第二脉冲电信号；
[0012]预紧力测量仪，还用于接收与第一脉冲电信号对应的第二脉冲电信号，根据第一脉冲电信号和第二脉冲电信号确定预紧力信息，并发送至控制终端；
[0013]控制终端，与预紧力测量仪相连接，控制终端用于发送控制命令，并接收预紧力信
息，以及根据预紧力信息计算智能紧固件的预紧力。
[0014]进一步可选地，控制终端包括：
[0015]工控机，工控机用于发送控制命令，接收预紧力信息，并将预紧力信息发送给数据处理终端；
[0016]数据处理终端，用于根据预紧力信息计算智能紧固件的预紧力。
[0017]进一步可选地，数据处理终端设置有不同智能紧固件的安全阈值，当接收到预紧力时，将预紧力与对应的安全阈值进行比较，在预紧力超过对应的安全阈值时，生成报警信息。
[0018]进一步可选地，预紧力信息包括第一脉冲电信号和第二脉冲电信号之间的时间差。
[0019]进一步可选地，数据处理终端存储有不同脉冲电信号的频率、脉冲次数；
[0020]数据处理终端还存储有不同智能紧固件的参数及对应的超声波薄膜传感器的固有频率，其中，参数包括超声波在紧固件内的传播速度，紧固件的载荷F、弹性模量E、规格尺寸及装夹长度L，以及紧固件的温度补偿参数、应力补偿参数。
[0021]进一步可选地，数据处理终端根据预紧力信息计算智能紧固件的预紧力，包括：
[0022]采用如下公式(1)和(2)计算预紧力：
[0023][0024][0025]其中，T0为紧固件在自由状态下，发射和接收电信号之间的时间差，T1为第一脉冲电信号与第二脉冲电信号之间的时间差，v为超声波信号在紧固件内的传播速度。
[0026]进一步可选地，数据处理终端设置有多通道实时测量管理模块，多通道实时测量管理模块可同时对多个智能紧固件的预紧力进行检测。
[0027]进一步可选地，预紧力测量仪包括检测探头，预紧力测量仪通过检测探头与智能紧固件连接，以发送或接收脉冲电信号，当检测探头为多个时，多个检测探头采集的预紧力信息对应输入至多通道实时测量管理模块的各个模块。
[0028]进一步可选地，
[0029]工控机还用于将预紧力信息及对应的智能紧固件信息上传至云服务端；
[0030]数据处理终端还用于将智能紧固件的预紧力的异常信息上报至云服务端。
[0031]本专利技术第三方面提供了一种用于第二方面提供的智能紧固件监测系统的监测方法，包括：
[0032]获取待监测智能紧固件的复合层薄膜传感器的固有频率；
[0033]根据复合层薄膜传感器的固有频率生成对应的控制命令，以使第一脉冲电信号的频率与复合层薄膜传感器的固有频率相匹配；
[0034]接收预紧力信息；
[0035]根据预紧力信息计算紧固件的预紧力。
[0036]进一步可选地，该监测方法还包括：
[0037]将预紧力与对应待监测智能紧固件的预紧力阈值进行比较；
[0038]根据比较结果判断待监测智能紧固件的预紧力是否正常。
[0039]采用上述技术方案后，本专利技术具有以下有益效果：
[0040]振动条件下，紧固件会随着工件发生振动，其受力不均匀，载荷会随着振动瞬间增大或缩小，应用该项技术通过控制智能紧固件薄膜传感器的固有频率和超声波功率，使其与振动条件下紧固件的振幅和频率相匹配，可避免超声探头伴随紧固件一起振动产生激励信号困难、测量结果误差较大的问题发生，实现了振动条件下紧固件载荷的精确测量。进一步地，通过工控机Wifi控制器与云存储设备将测试数据传输到手持终端或电脑终端上，实现振动条件下紧固件载荷的实时监测。
[0041]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
[0042]附图作为本专利技术的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
[0043]图1是根据本专利技术一种实施例的智能紧固件的结构示意图。
[0044]图2是根据本专利技术一种实施例的紧固件预紧力监测系统的监测示意图。
[0045]图3是根据本专利技术一种实施例的用于紧固件预紧力监测系统的方法的流程示意图。
[0046]其中：1
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智能紧固件，10
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紧固件，12
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超声波薄膜传感器，14
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预紧力测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能紧固件，其特征在于，包括：紧固件，其顶部形成有一超声波薄膜传感器，所述超声波薄膜传感器的固有频率与所述紧固件的固有频率不同。2.根据权利要求1所述的智能紧固件，其特征在于，所述超声波薄膜传感器从上到下依次为电极层、保护层、压电层、隔离层。3.一种智能紧固件监测系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的智能紧固件；预紧力测量仪，所述预紧力测量仪与所述智能紧固件连接，所述预紧力测量仪响应于控制命令发射与所述超声波薄膜传感器的固有频率相匹配的第一脉冲电信号；在振动条件下，当所述智能紧固件接收到第一脉冲电信号后，将所述第一脉冲电信号转换为超声波信号，并使所述超声波信号沿所述紧固件的纵向传播，在所述超声波信号经所述紧固件底部反射回后，将所述超声波信号转换为与所述第一脉冲电信号对应的第二脉冲电信号；所述预紧力测量仪，还用于接收与所述第一脉冲电信号对应的第二脉冲电信号，根据所述第一脉冲电信号和所述第二脉冲电信号确定预紧力信息，并发送至控制终端；所述控制终端，与所述预紧力测量仪相连接，所述控制终端用于发送所述控制命令，并接收所述预紧力信息，以及根据所述预紧力信息计算所述智能紧固件的预紧力。4.根据权利要求3所述的智能紧固件监测系统，其特征在于，所述控制终端包括：工控机，所述工控机用于发送所述控制命令，接收所述预紧力信息，并将所述预紧力信息发送给数据处理终端；所述数据处理终端，用于根据所述预紧力信息计算所述智能紧固件的预紧力。5.根据权利要求4所述的智能紧固件监测系统，其特征在于，所述数据处理终端设置有不同智能紧固件的安全阈值，当接收到所述预紧力时，将所述预紧力与对应的安全阈值进行比较，在所述预紧力超过对应的安全阈值时，生成报警信息。6.根据权利要求3
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5任意一项所述的智能紧固件监测系统，其特征在于，所述预紧力信息包括所述第一脉冲电信号和所述第二脉冲电信号之间的时间差。7.根据权利要求6所述的智能紧固件监测系统，其特征在于，数据处理终端存储有不同脉冲电信号的频率、脉冲次数；所述数据处理终端还存储有...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗坤，廖成，冉小龙，何绪林，叶勤燕，郑兴平，
申请(专利权)人：中物院成都科学技术发展中心，
类型：发明
国别省市：