CN108917997B - 一种适用于狭小空间的连接部件应力检测*** - Google Patents

一种适用于狭小空间的连接部件应力检测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其结构由应力测量机构；应力监测机构及连接结构组成；当机械连接部件受到应力时，其发生形变，由于形变测量部件两端固定于机械连接部件有效受力区间范围内，形变测量部件将发生与机械连接部件等比例的形变，形变测量部件的形变可转化为电信号的形式进行传输，并通过集成数据输入输出口、信号转换仪、校准记录部件的综合作用，按照相关方程计算，可获得机械连接部件的受力情况，并显示在终端处理控制器上，完成应力监测功能；本装置***设计合理，成本较低，操作方便，信号准确且易于读取。

Description

一种适用于狭小空间的连接部件应力检测***
技术领域
本发明涉及应力检测领域，具体地，涉及一种适用于狭小空间的连接部件应力检测***。
背景技术
在工程与科研项目中，连接部件的应力监测是保障***运行安全性的重要指标。在工程上，连接部件的应力监测一般是通过测量连接部件的形变进而实现的。常用的测量设备有：应变片、高精度影像仪。对于应变片而言，需要测量空间一般需大于5mm，另需要测控线，同时对于高温测量，需要另配若干测温元件及相应测控线，以修正最后计算结果。高精度影像仪是对于连接部件形变部位进行图像分析，进而确定连接部件的形变了。而在实际情况下，对于类似于设备密封螺栓、管道法兰连接螺栓等，常常存在空间狭小，连接部件外增加设备或图像分析等方法不适用对空间狭小的连接部件进行应力监测。
发明内容
本发明针对现有难以监测的现状，提供了一种适用于狭小空间的连接部件应力检测***，本发明将连接部件及传感器结合，可广泛应用于螺栓及螺纹连接等各类径向及轴向连接部件的应力监测。
关于连接部件应力监测方面有很多现有技术：
例如专利CN103335588A提供了一种高压密闭容器设备壳体形变的测量方法，尤其设计一种用于电力电容器、油浸式变压器等密闭容器类电气设备壳体形变测量应用领域的高压密闭容器设备壳体形变的测量方法：应变片电桥将电容器外壳形变转化为模拟信号电阻增量值ΔRa、ΔRb，模拟信号电阻增量值通过调理电路输出至微控制器，微控制器采样输入信号并计算形变的测量值，微控制器采集温度传感器的温度值，计算电容器外壳形变的温度补偿值，并最终计算出形变值，精确地得出高压密闭容器设备壳体形变值，并算出在标准测试环境下对形变测量工具进行线性度校准和零点校准。该方法适用于电器用设备壳体形变测量，其监测结果为形变值，与本发明监测对象为应力值有本质不同。同时，本发明采用内置式结构，而该发明采用外置式监测布局，两者在结构与检测结果上有根本不同。该发明不能适用于紧凑机械连接部件的应力检测。
又如专利CN101206148A一种能准确测量高温应力应变的方法，该专利利用标定好的高温应变片，在高温环境下对构件现场进行测量，进而获得零部件的应力情况。该方法仅对单点进行测量，不能适用于零部件既定目标的整体测量。本专利针对整体测量，采用了多点温度场的测量，解决了该专利的测量范围的弊端。同时本专利采用内置探测结构，采用棒状或块状的形变测量设备，满足了应空间狭小，不适用于布置应变片的场合下，应力检测的需求。
又如文章“A Methodology For On-Line Calculation Of Temperature AndThermal Stress For Machine Components And Structures”所述，该文章提供了一种机械设备整体应力校验的方案。整体思路是提前对机械设备及部件进行标定，然后在线测量结果进行计算。该方法对于特别重要的设备进行应力监测时，其逻辑计算十分有用，但耗费较高。本专利采用计算方案在逻辑计算方面，采用拟合函数方案，不采用该文章所述插值法进行计算，在理论上，提高了一定量的测量精度。在测量方案上，该文章所述方法需布置多个探测点，结构较为复杂，难以适用于大***的整体监测，本发明采用一体化设计，解决了该文章所述方案的后期接线信号传递等问题。
又如专利CN201410850516提供了一种应力分布监测装置及方法，其监测装置主要由压电纤维、动态信号放大器、电荷放大器、信号采用保持电路、多路模拟开关、A/D转换器和微处理器构成，其监测方法是将多根压电纤维交叉分布成网在需要检测的结构部件上，感知结构部件受力变形产生的压电信息，通过交叉纤维的信息处理，确定结构部件的应力分布。这种监测方法能够实时分析机械及其它结构部件的应力分布，对避免结构受力过大而断裂具有重要的意义。该专利主要采用多压电纤维探测的方法。该发明对于大形变量的监测有较大限定，不适用于如软密封的等机械连接情况。同时由于结构上为平面设计，不适用于狭小空间的非规则机械连接部件的应力监测。而本发明采用内置式棒状或块状结构的形变测量部件，解决了该发明的问题。
本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供了一种适用于狭小空间的连接部件应力检测***。本发明在结构上可分为：应力测量机构；应力监测机构及连接结构。通过增加应力监测部件及设备，以完成机械连接部件的应力检测。本发明可广泛应用于重要机械连接部件的应力监测。
本发明在结构上可分为：应力测量机构；应力监测机构及连接结构。其中应力测量机构包括：机械连接部件；形变测量部件；温度反馈器；绝缘部件；信号供电机械连接部件；校准记录部件。
机械连接部件完成部件之间的连接作用。形变测量部件布置与机械连接部件内，沿机械连接部件受力方向布置，形变测量部件的材质为硒碲合金，其材质特点为一旦发生轻微形变，就会使得其电阻出现较大的变化。形变测量部件包括了信号接口及数模转换接口，可通过测量形变部件的电阻值，经过温度反馈器的温度反馈结果，将测量结果换算成机械连接部件的应力值大小。绝缘部件主要完成形变测量部件、温度反馈器及机械连接部件之间的电气绝缘，隔离相关干扰信号。信号供电机械连接部件为多插口航空插头及相应引线组成，其做到将形变测量部件、温度反馈器、校准记录部件的信号线及供电线与应力监测机构相应接线接通的作用。校准记录部件记录本应力测量机构校准结果、编号、校准日期等重要信息，相应信息通过信号供电机械连接部件与应力监测机构连接，可完成上传信息及更新相应信息的功能。
应力监测机构主要包括了：显示器、供电电源、信号采集\发送板、数据记录模块、逻辑计算模块四个部分。显示器显示测量应力大小、校准值等与应力监测相关信息。供电电源提供应力测量部件及温度反馈器所需电源，并具有信号隔离功能，隔离不同用电单元的信号影响，其可根据用电单元需求，提供稳定的电压电流。信号采集\发送板收集形变部件、温度反馈器及校准记录部件反馈信息，传输至逻辑计算模块及数据记录模块。逻辑计算模块根据获得的电阻信号及部件温度，经计算获得应力值，并传输至数据记录模块。数据记录模块记录如应力值、测量时间等重要参数，并将相应结果反馈至应力测量机构的校准记录部件，以完成数据更新功能。以上数据传输方式均可采用无线传输进行。本发明基本结构简单，基于金属特性，经校准后可应用于严苛环境条件下，在线\离线状态下，完成机械连接部件应力监测。本发明应用前景广泛，可广泛应用于核电、风电、火电、化工、石油等领域有应力监测需求机械连接部件。本***设计合理，成本较低，操作方便。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明通过机械连接部件形变测量部件完成机械连接部件形变量的测量；
本发明通过校准记录部件记录本应力测量机构校准结果、编号、校准日期等重要信息，完成上传信息及更新相应信息的功能；
本发明通过逻辑计算模块根据获得的电阻信号及部件温度，经计算获得机械连接部件应力值，并传输至数据记录模块；
本发明测量结构内置于紧固件的方式，解决了外部测量部件占用空间的问题，实现了一种适用于狭小空间的连接部件应力检测***，实现了机械连接部件在线\离线应力监测功能；总之，本***可以应用于可广泛应用于核电、风电、火电、化工、石油等领域有应力监测需求机械连接部件应力监测***。本装置***设计合理，成本较低，操作方便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为适用于机械连接部件的应力监测***示意图；
图1中，1-机械连接部件连接首端，2-机械连接部件连接尾端，3-绝缘部件，4-形变测量部件连接端，5-温度反馈器，6-集成数据输入输出口，7-信号转换仪，8-机械连接件，9-形变测量部件，10-校准记录部件，11-终端处理控制器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
参见图1，9形变测量部件两头1、2布置有5-温度反馈器若干，并连接至6集成数据输入输出口，在5-温度反馈器外侧布置3绝缘部件，绝缘部件起到电气绝缘、隔离信号影响，以及连接作用，通过如螺纹等连接方式将9形变测量部件固定于8-机械连接部件上。此时9形变测量部件形变量与8机械连接部件形变量存在正比关系。6集成数据输入输出口将9形变测量部件形变量通过电信号的方式传输至7信号转换仪中，同时5-温度反馈器新号通过6-集成数据输入输出口传输至7信号转换仪中。7信号转换仪将这些信号与10-校准记录部件内校准数据转换为连接部件应力结果，并传输至11-终端控制器，终端控制器上显示应力结果，并可将校准结果传输至10校准记录部件上。连接部件应力计算方程如下：
F＝fT(T)×La/Lx×fx(δ)
其中：fT(T)是机械连接部件的应力温度影响系数(单位为1)，其仅与机械连接部件的材料有关；La是机械连接部件的有效受力长度；Lx是形变测量部件有效受力长度，fx(δ)是形变测量部件受力值关于形变信号δ的函数。
使用实例1：校准过程
机械连接部件安装完成形变测量部件后，需单独进行校准工作。校准过程为试验机依次在不同温度下，施加不同应力后，获得机械连接部件的应力温度影响系数fT(T)函数，并通过终端控制器，将函数传输至10校准记录部件中。完成校准工作。
使用实例2：监测过程
当机械连接部件受到应力时，其发生形变，由于形变测量部件两端固定于机械连接部件有效受力区间范围内，形变测量部件将发生与机械连接部件等比例的形变，形变测量部件的形变可转化为电信号的形式进行传输，并通过6、7、10部件的综合作用，按照相关方程计算，可获得机械连接部件的受力情况，并显示在终端处理控制器上，完成应力监测功能。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其特征在于，所述***包括：
应力测量机构、应力监测机构及连接结构；其中，应力测量机构包括：机械连接部件、形变测量部件、温度反馈器、绝缘部件、信号供电机械连接部件、校准记录部件；机械连接部件完成部件之间的连接，形变测量部件布置在机械连接部件内，沿机械连接部件受力方向布置；形变测量部件通过测量形变部件的电阻值，经过温度反馈器的温度反馈结果，将测量结果换算成机械连接部件的应力值大小；绝缘部件用于完成形变测量部件、温度反馈器及机械连接部件之间的电气绝缘，隔离相关干扰信号；信号供电机械连接部件用于将形变测量部件、温度反馈器、校准记录部件的信号线及供电线与应力监测机构相应接线接通；校准记录部件用于记录应力测量机构的相关信息；
应力监测机构包括：显示器、供电电源、信号采集\发送板、数据记录模块、逻辑计算模块；显示器用于显示应力监测相关信息；供电电源提供应力测量部件及温度反馈器所需电源；信号采集\发送板用于收集形变测量部件、温度反馈器及校准记录部件反馈信息，传输至逻辑计算模块及数据记录模块；逻辑计算模块根据获得的电阻信号及部件温度，经计算获得应力值，并传输至数据记录模块；数据记录模块记录相关参数，并将相应结果反馈至应力测量机构的校准记录部件，以完成数据更新功能；
F＝fT(T)×La/Lx×fx(δ)
其中：fT(T)是机械连接部件的应力温度影响系数，与机械连接部件的材料有关；La是机械连接部件的有效受力长度；Lx是形变测量部件有效受力长度，fx(δ)是形变测量部件受力值关于形变信号δ的函数。
2.根据权利要求1所述的适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其特征在于，形变测量部件的材质为硒碲合金。
3.根据权利要求1所述的适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其特征在于，形变测量部件包括信号接口及数模转换接口。
4.根据权利要求1所述的适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其特征在于，信号供电机械连接部件包括：多插口航空插头和相应引线。
5.根据权利要求1所述的适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其特征在于，校准记录部件用于记录应力测量机构的校准结果、编号、校准日期信息。
6.根据权利要求1所述的适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其特征在于，供电电源具有信号隔离功能，隔离不同用电单元的信号影响。
7.根据权利要求1所述的适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其特征在于，显示器显示测量应力大小、校准值。
8.根据权利要求1所述的适用于狭小空间的连接部件应力检测***，其特征在于，数据记录模块记录应力值、测量时间参数。
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