[发明专利]一种新型螺栓轴向力传感器

说明书

本发明公开了一种新型螺栓轴向力传感器，包括螺栓和阻抗检测装置；所述阻抗检测装置设置在螺栓头部的端面上，所述阻抗检测装置用于检测因螺栓受到轴向预紧力导致螺栓头部的端面压缩变形时所引起的阻抗输出峰值频率变化。该新型螺栓轴向力传感器不但通用性广泛，而且结构简单、成本低廉。

技术领域

本发明涉及螺栓联接状态、螺栓预紧力监测方法的结构健康监测技术领域，具体涉及一种新型螺栓轴向力传感器。

背景技术

螺栓是应用在工业上一种广泛的联接件，起着联接可拆卸部件及传递载荷的关键作用，其联接状态(具体表现为轴向预紧力是否足够)直接关系到整个设备或结构的安全工作。工程中在安装螺栓时，常用扭矩扳手控制螺栓额定扭矩，但是该方法无法实现对工作中螺栓联接状态的监测。电阻应变片电测法是测量螺栓轴向预紧力的一种广泛的方法，如张小良,王根全,侯晔星等人于2012年在杂志《车用发动机》上发表的文章《柴油机机体高强度螺栓预紧力的有限元计算方法》是通过在螺杆上安装应变计，通过应变片测量螺栓螺杆在轴向力作用下的应变，确定螺栓预紧力(即螺栓轴向力)的大小，测量了柴油机机体高强度螺栓预紧力。而张红星于2007年在杂志《舰船科学技术》上发表的文章《水下环境中螺栓轴向拉力测试技术研究》将应变计埋在螺栓内在水下测量了螺栓轴向拉力。但是，上述方法均受到安装条件的限制，不具备广泛的适用性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种具有广泛的通用性、结构简单、成本低廉的新型螺栓轴向力传感器。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种新型螺栓轴向力传感器，包括螺栓和阻抗检测装置；所述阻抗检测装置设置在螺栓头部的端面上，所述阻抗检测装置用于检测因螺栓受到轴向预紧力导致螺栓头部的端面压缩变形时所引起的阻抗输出峰值频率变化。

进一步地，本发明的新型螺栓轴向力传感器还包括阻抗输出装置，所述阻抗检测装置电性连接所述阻抗输出装置。

优选地，所述阻抗输出装置包括阻抗分析仪和计算机；所述阻抗检测装置通过所述阻抗分析仪连接所述计算机。

进一步地，所述阻抗检测装置为压电阻抗检测装置。

优选地，所述压电阻抗检测装置包括环形压电材料层，所述环形压电材料层设置在所述螺栓头部的端面上，并且所述环形压电材料层的外径与所述螺栓头部的端面直径相当。

更优选地，所述环形压电材料层粘贴在所述螺栓头部的端面上。

更优选地，所述环形压电材料层与所述螺栓头部的端面之间还设有绝缘层。

进一步地。所述阻抗检测装置的外部还覆盖有保护层。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的新型螺栓轴向力传感器在其螺栓头部的端面设置阻抗检测装置以检测当前螺栓受到轴向预紧力而在端面发生压缩变形时所引起的阻抗输出峰值频率变化。所述传感器检测到的阻抗信号峰值频率数据通过后续的阻抗输出装置进行量化。由于阻抗信号峰值频率所代表的是阻抗检测装置与螺栓头部局部机电耦合系统的某阶谐振频率，利用阻抗信号中峰值频率与轴向预紧力成正比的关系，通过测量机电耦合系统谐振频率变化而确定轴向预紧力的大小，从而掌握螺栓的联接状态，不但结构简单可靠，而且不受螺栓安装条件的限制，具有广泛的适用性及简单易行性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的新型螺栓轴向力传感器较优选实施例的结构构示意图；