CN105605078A - 一种用于监测螺栓连接界面的智能垫片装置 - Google Patents

一种用于监测螺栓连接界面的智能垫片装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于土木工程以及机械工程的螺栓连接领域，提供了一种用于监测螺栓连接界面的智能垫片装置，适用于螺栓连接的各种界面监测问题。本发明主要由两部分组成，一部分是两片开口大小一致、尺寸相同的薄垫片粘贴而成，另一部分是装有屏蔽壳的焊接导线的压电陶瓷片，两部分组合而成。具体的说，是当螺栓连接界面发生松动时，超声波的传播路径会被影响，智能垫片发射和接收信号就会发生变化，而利用接收到的信号能量的变化可以反过来推测螺栓连接界面所处的状态，本发明适用于各种螺栓连接界面情况，且装置本身构造简单，适用性强，为工程上螺栓连接界面监测提供一种简便可行的方法。

Description

一种用于监测螺栓连接界面的智能垫片装置
技术领域
本发明属于土木工程以及机械工程的螺栓连接领域，具体的说，是当螺栓连接界面发生松动时，超声波的传播路径会被影响，智能垫片发射和接收信号就会发生变化，而利用接收到的信号能量的变化可以反过来推测螺栓连接界面所处的状态，这种基于压电陶瓷的智能垫片为工程上螺栓连接界面监测提供一种简便可行的方法。
背景技术
现代大型土木结构，例如大跨度钢桥，超高层建筑以及大型输电塔等结构中，螺栓连接作为一种重要的连接方式，其可靠性是保证工程质量及结构正常服役的基础。因此，其连接界面损伤监测研究越来越受到人们的重视。
压电陶瓷作为一种新型的智能材料运用在很多方面。它具有的压电效应是任何压电材料都具有的一项重要特性。在满足一定的温度条件下，当对压电元件施加机械变形时，就会引起内部正负电荷中心发生相对移动而产生点的极化，从而导致元件两个表面上出现符号相反的束缚电荷，且电荷密度与外力成比例，这种现象称为正压电效应。反之，在压电元件两个表面上施加电压，由于电场的作用，造成压电元件内部正负电荷中心产生相对位移，导致压电元件的变形，即逆压电效应。本发明正是利用压电陶瓷所特有的这种正压电与逆压电效应。
对具有众多螺栓连接的界面而言,传统监测要依靠人工一个一个的去监测螺栓松动情况，这种监测不仅费时费力而且对于一些特殊结构的检测还具有一定危险性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于监测螺栓连接界面的智能垫片装置，智能垫片装置的实物模型(如图1)，主要由两部分构成，一部分是开槽的垫片，另一部分是安装在内部的压电陶瓷。
需要说明的是智能垫片是成对工作的，一个发射信号，另一个接收信号。当螺栓松动时，连接的界面发生改变，智能垫片发射的超声波信号所经过的路径也会改变，导致接收的超声波信号改变，根据接收的信号改变信息可以判断出螺栓连接界面所处的状态。
本发明的技术方案：
一种用于监测螺栓连接界面的智能垫片装置，包括上垫片1、下垫片2、上槽口3、下槽口4、压电陶瓷片5、屏蔽壳6和环氧树脂填充保护层7；结构相同的环形上垫片1和环形下垫片2对称粘贴，上垫片1和下垫片2上分别开有上槽口3和下槽口4，上槽口3和下槽口4相对形成一个整体的槽口；槽口内填充压电陶瓷片，导线焊接在压电陶瓷片的正负极，在焊接好导线的压电陶瓷片上外设置一层环氧树脂填充保护层，环氧树脂填充保护层外表面设有金属屏蔽壳。
本发明的有益效果：
1、此装置依靠压电陶瓷具有的压电效应，最终利用电信号检测界面以及螺栓状态，不需要人工现场检测，省时省力。而且对于螺栓的安装以及整体结构的性能没有影响。
2、此装置属利用主动监测方法可以实时对结构进行检测。
3、本发明构造简单，零件较少，制作和安装过程简单，适用性强，成本低且维护方便，能有效监测出螺栓连接界面安全状态，具有广阔的推广市场和应用前景。
附图说明
图1是本发明整体实物轮廓示意图。
图2是本发明的前视图。
图中：1上垫片；2下垫片；3上槽口；4下槽口；5压电陶瓷片；6屏蔽壳；7环氧树脂填充保护层。
具体实施方式
本发明提供了一种用于监测螺栓连接界面的智能垫片装置，具体实施方式如下：
智能垫片的上垫片1和下垫片2采用Q235钢材料制成，具有较强的强度和以及一定的韧性。将上垫片1和下垫片2各开一个相同尺寸的上槽口3和下槽口4，将两片开了槽的上垫片1和下垫片2用502胶水对称放置粘接且两槽口相邻，上槽口3和下槽口4用来放置压电陶瓷片5。压电陶瓷片5事先要进行以下处理：选用厚度较薄、尺寸略小于两个粘接后的槽口的压电陶瓷片，在压电陶瓷表面正负极焊接导线。在焊接完导线的压电陶瓷片表面涂敷一次环氧树脂涂层，涂敷环氧树脂是为了保证焊接完导线的压电陶瓷的绝缘性，待环氧树脂完全风干后再在外表面用铜做层屏蔽壳6，这是为了屏蔽外界噪声信号的干扰。对粘接后的上垫片1和下垫片2之间的槽口环氧树脂填充保护层7，在保证环氧树脂还是液体状态时将包有涂覆层的压电陶瓷嵌入安装其中，待环氧树脂风干之后用万用表检测绝缘即可使用。
需要注意的是智能垫片是成对使用的，一对智能垫片做工材料是完全相同的，两个智能垫片中任意一个作为信号发射端，另一个作为信号接收端都可以。考虑到垫片在使用过程中会随着螺栓的转动而发生转动，这样就增加了测得的信号影响因素，因此使用中可以将垫片粘贴在螺栓连接点被监测界面外表面，消除不确定性因素的影响。
此外此智能垫片装置可以视具体情况做一些优化，其可改变之处主要包括垫片的几何外形尺寸、开槽的尺寸，压电陶瓷型号等一些主要参数的选择应用，还有就是智能垫片的安装位置和数量等。

Claims (1)

1.一种用于监测螺栓连接界面的智能垫片装置，其特征在于，该智能垫片装置包括上垫片、下垫片、上槽口、下槽口、压电陶瓷片、屏蔽壳和环氧树脂填充保护层；结构相同的环形上垫片和环形下垫片对称粘贴，上垫片和下垫片上分别开有上槽口和下槽口，上槽口和下槽口相对形成一个整体的槽口；槽口内填充压电陶瓷片，导线焊接在压电陶瓷片的正负极，在焊接好导线的压电陶瓷片上外设置一层环氧树脂填充保护层，环氧树脂填充保护层外表面设有金属屏蔽壳。
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