[发明专利]具有传感器的超声波负载指示件

说明书

本发明涉及负载指示件，特别是涉及例如用于紧固件上具有超声波传感器的负载指示件。

在许多操作过程中，需要通过轴向受力件来测定轴向所受到的负载值。当轴向受力件为紧固件时。这一数据具有特殊的用途。因为轴向应力的测定值可对现存的连接状态提供检验的依据。

许多已有工艺技术已发展到通过提供紧固件本身的负载指示特性来指示紧固件受到的轴向应力的数值。通常的做法是这样，将伸长件(例如销)的一端内连到紧固件的一部分上。虽然已有技术中的每一种类的销型负载指示件和负载检测装置都具有各自的特点：精确、容易制作、容易阅读。由于它们当中的每一个需进行大的改装和增加中心负载销件，因此造价很高。由于这一原因，这样的负载指示件只能选择实际使用在需立刻作出判定的特殊需要或安全有重大危害的场合。这些件的日常安装使用的确花费很大，这种监视只能偶尔使用。

另一种检测件或紧固件伸长的手段是使用一超声波检测装置。典型的是这样做，通过将超声波传感器与需检测的紧固件的一端(一般为螺栓头)进行可拆卸的内连。为了获得可靠的读数。必须将螺栓头研磨的非常平滑，将可靠的超声波传送介质施加在螺栓的头部。当获取检测数据时，传感器必须在螺栓上严格定位并保持这一位置。在已有技术中，有许多使用这种方法的技术和设备的例子。进一步的，已有技术提出一种观点，将检测装置和紧固工具组合，这样，测量螺栓伸长所得到的数据可用于确定何时卸开工具。另外，可用于监视紧固过程。确定是否形成了合适的连接。

虽然上述的产品和装置可对紧固件和连接提供可靠的数据，但它们的使用范围很小。这主要是因为螺栓必须经精细的机加工，并必须适合非常检测装置。因此，对于校准、实验应用和临界的(critcal)连接，超声波张力检测被认为是高精度的实验室紧固方法。在多个校准和临界质量控制应用中，它替换应力测量螺栓。但是，进行超声波检测的特殊困难妨碍它作为整体装置紧固措施的应用。这些特殊困难包括：在紧固过程中，保持可靠的声耦合的困难，设备费用和设备复杂的困难，对于每个连接实验测量参数的困难。

一些通过将一压电或其它超声波传感器组合进件本体的以克服上述困难的尝试已被制作。例如：发明人Daugherty，1978，11，28，发布的美国专利号U.S.No.4,127,788和发明人cou chman，1981，10.13发布的美国专利号U.S.No.4,294,122。它们每一个公开的内容，均提供一经改装，组合进应力指示特性的设备仪表的负载支承紧固件。但是，同上述的销型紧固件一样，为了容纳大的和复杂的超声波传感装置，这些装备仪表的测量紧固件的改装很大，对于广泛的使用范围它们需花费高的价格。

发明人Kibblewhit的美国专利号U.S.No.4,846,001给出了夹在两薄电极之间的薄的压电聚合膜的使用。它永久地、机械地、可传声地与件上的上表面耦合，通过超声波技术，被用来检测长度、拉伸负载，应力或件的其他拉伸负载从属特性。虽然，这一发明在使用范围上与已有技术相比有重大进步，易于制造和降低了制造成本。但是，这种结构的传感器具有缺点，这些缺点涉及使用环境，特别是聚合材料的最高温度限制了它的使用，用粘接剂固定在紧固件上的传感器，可能出现松动，对这一邻接的组合产生干扰或妨碍。

大多数的受力件，例如紧固件，适于受到沿件长度方向大的应力。因此，需要经常确定件上特定部位的应力。使用一组合了人工反射器的负载指示件，在件的特定位置上，提供一检测负载所属特性的装置。发明人dc Halleux的美国专利号U.S.No.4,569,229揭示一制造组合人工超声波反射器的件和检测应力的方法。发明人Steblay的美国专利号U.S.No.4,601,207揭示一矿山护顶螺栓和检测组合有人工反射器的矿山护顶螺栓变形的装置，在那里，反射器是一从螺栓的头部以一预定长度沿径向穿过螺栓的钻孔。

为确定件上的绝对负载值。上述所有的在负载指示件中确定应力的超声波的方法，除了需获得在所需负载条件下的检测值之外，还需获得一零负载检测值。进一步的，全部使用轴向超声波发出和返回时间的直接和间接检测值。发明人Holt的美国专利号U.S.No.4,602,511给出了不需取得零负载检测值，只使用轴向和横向两个方向波的发出和返回时间而确定件中的应力。例如，它对于预先安装好的紧固件进行拉伸负载测量是理想的。