CN113007202B - 一种射频垫片、螺丝紧固件及其定位与松紧侦测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种射频垫片、螺丝紧固件及其定位与松紧侦测方法，该射频垫片包括垫片部分及无源射频应答器部分，垫片部分上设有通孔，无源射频应答器部分包括RFID芯片及与其电连接的射频天线电路和开关侦测电路，开关侦测电路延伸至垫片部分并断开形成两个接触端子，垫片部分被压紧时，两个接触端子导通以使开关侦测电路形成导通回路；该螺丝紧固件包括螺栓、螺母及射频垫片；该侦测方法包括使用阅读器读取到螺丝紧固件位置信号和开关侦测电路通断信号，以判定其紧固或松开。优点为，同时获得位置信号和开关侦测电路导通或断开的信号，侦测方便且提高了维保效率；采用无源无线射频技术，使用时长不受电量限制；射频垫片可反复多次使用。
Description
技术领域
本发明涉及无线射频(RFID)识别技术领域，具体涉及一种射频垫片、螺丝紧固件及其定位与松紧侦测方法。
背景技术
工业活动中，许多震动环境中应用的螺丝紧固件，长时间使用会出现松动甚至脱落而酿成事故，因此需要维保人员经常维护检查。然而这种经常性的维护检查，一方面劳动量大、人力成本高、效率低下，另一方面工作环境通常较恶劣(比如电力铁塔塔顶处的高空紧固件的维保)，维护检查过程中偶尔会发生高空坠落、触电、机械挤压等意外事故。同时，由于是人工维保，容易出现漏检的情况，不能完全杜绝紧固件松动甚至脱落的情况发生。
无线射频(RFID)识别技术，即无源射频标签采用跳频工作模式，具有抗干扰能力，用户可自定义读写标准数据，在专门的应用***效率更加快捷，识读距离可达10米以上。无源射频应答器(被动标签)没有内装电池，在阅读器的读出范围之外时，无源射频应答器处于无源状态，在阅读器的读出范围之内时，无源射频应答器从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。无源射频应答器一般均采用反射调制方式完成电子标签信息向阅读器的传送。
若将射频应答器(RFID)作为垫片，即无源射频垫片，应用于螺丝紧固件中，则可以很方便的对螺丝紧固件的松紧情况进行侦测。螺丝紧固时，无线射频垫片内的侦测电路导通可向阅读器发射代表“正常”“1”的信号；螺丝松动时，无线射频垫片内的侦测电路断路，则阅读器接收到代表“异常”“0”的信号。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频垫片、螺丝紧固件及其定位与松紧侦测方法，旨在克服现有技术中螺丝紧固件的松紧通常需要人工维保存在的诸多不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种射频垫片，其包括垫片部分及与其连接的无源射频应答器部分(RFID)，所述垫片部分上开设有上下贯穿以供螺栓穿过的通孔，所述无源射频应答器部分包括RFID芯片及与所述RFID芯片电连接的无线射频天线电路和开关侦测电路，所述开关侦测电路延伸至所述垫片部分并断开形成两个接触端子，当且仅当所述垫片部分被螺栓的螺帽或螺母压紧时，两个所述接触端子导通以使所述开关侦测电路形成导通回路。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述垫片部分为由绝缘硬质材料制成环片状，所述无源射频应答器部分连接于所述垫片部分的一侧且位于所述垫片部分与所述螺栓的螺帽或螺母接触区域以外。
采用上述进一步结构改进的好处为，绝缘硬质材料一方面受压时变形小，可避免内部的开关侦测电路因垫片部分受压发生较大变形而受损，另一方面绝缘材料本身起到了封装开关侦测电路延伸进入垫片部分内的部分电路的作用，达到使两个接触端子分开断路的目的。
进一步，两个所述接触端子位于所述垫片部分同侧表面且在周向上间隔开。
采用上述进一步结构改进的好处为，两个接触端子位于垫片部分表面，便于与作用导体的螺栓的螺帽或螺母的端面贴紧而使两个接触端子实现导电连通，实现垫片被压紧时开关侦测电路闭合导通的目的。
进一步，所述螺栓的螺帽或螺母与所述垫片部分接触的端面上固定设有用于与两个所述接触端子分别接触的铜环片或铜镀层。
采用上述进一步结构改进的好处为，普通螺栓的螺帽或螺母由不锈钢制成，电阻相对较大，设置铜环片或铜镀层后可大大减小电阻，保证开关侦测电路的侦测灵敏性。
进一步，两个所述接触端子上下对应且至少有一个所述接触端子固定于一伸缩柱的端面上，所述垫片部分被螺栓或螺母压紧时所述伸缩柱上的所述接触端子靠近并接触另一个所述接触端子，所述螺栓或螺母旋松后，所述伸缩柱回位而使两个所述接触端子脱开。
采用上述进一步结构改进的好处为，可将两个接触端子均设于垫片部分内部，而不需要与螺母或螺栓直接接触，故接触端子不会因螺栓或螺母旋动时产生磨损，耐用性更好且灵敏度高。
进一步，所述垫片部分上开设有供所述伸缩柱***的滑槽，所述伸缩柱一端位于所述滑槽内，另一端伸出至所述滑槽外，所述滑槽内设有复位弹簧，所述复位弹簧一端与所述伸缩柱抵接，另一端与所述滑槽槽底抵接，一个所述接触端子固定于所述伸缩柱位于所述滑槽内的一端，另一个所述接触端子固定于所述滑槽槽底。
采用上述进一步结构改进的好处为，结构简单且可保证开关侦测电路较高的灵敏度。
进一步，所述垫片部分和无源射频应答器部分部外均涂覆有耐候防腐的塑料涂层。
采用上述进一步结构改进的好处为，涂覆耐候防腐塑料涂层后可有效增强射频垫片对露天环境的耐受性，保证其足够长的使用寿命。
进一步，所述无源射频应答器部分部与和其匹配的阅读器间的有效识别距离在10m以上。
采用上述进一步结构改进的好处为，有效识别距离远，方便远程对侦测位的侦测，提高安全性(比如不用登高、不用靠近运转中的设备等)。
本发明还提供了一种螺丝紧固件，其包括螺栓、螺母及如上所述的射频垫片，所述螺栓固定于工件上或***工件的安装孔内，所述螺母螺纹连接于所述螺栓上，所述射频垫片夹设于所述螺母与所述工件之间。
本发明还提供了一种螺丝紧固件的定位与松紧侦测方法，其包括如下步骤：在每个侦测位的螺栓上均套设一个上述的射频垫片，然后逐个旋紧螺栓或螺栓上的螺母使所述垫片部分被压紧，此时射频天线电路和开关侦测电路均为导通回路，若垫片部分保持被螺栓或螺母压紧而未松动则通过阅读器可以远程接收到射频垫片发射来的螺丝位置信号和代表开关侦测电路导通而螺丝未松动的信号，此时不需采用维保措施；若垫片部分未能被压紧，则开关侦测电路会断路，通过阅读器能远程接收到射频垫片发射来的螺丝位置信号和代表开关侦测电路断路而螺丝松动的信号，此时需要采用维保措施，根据螺丝位置信息找准对应的螺母或螺栓进行旋紧操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)该射频垫片的无源射频应答器部分同时具有无线射频天线电路和开关侦测电路，且开关侦测电路是否构成连通回路由射频垫片的垫片部分是否被压紧决定，因此可根据阅读器接收到开关侦测电路导通与否的返回信号来方便准确的判断螺母或螺栓是旋紧状态还是松开状态；另外射频天线电路始终是导通的，故无论开关侦测电路是否导通，阅读器都能准确读取相应螺母或螺栓的位置信号，一方面当众多的受侦测螺母或螺栓中有某个松开时，可准确定位，以便人工精准快捷进行相应的旋紧操作，另一方面可一定程度上避免因射频垫片本身损坏或故障而导致的误报问题(比如芯片损坏，此时无法读取信息，可判定为射频垫片本身出现问题而非螺母或螺栓松开)；
2)使用无源无线射频识别(RFID)技术，不需要安装配置电源，故可长期使用而不会出现因电源电量耗尽导致无法实现其相应功能的问题；
3)结构简单，设计合理，垫片部分与普通垫片的结构相近，仅仅是多了开关侦测电路的两个接触端子，故安装方便，无源射频应答器连接于垫片部分一侧，可有效避免螺栓或螺母挤压导致芯片及射频天线电路变形损坏，保证射频垫片具有较好的使用寿命且可重复使用。
附图说明
图1为本发明提供的一种射频垫片及其内电路的示意图；
图2为图1所示射频垫片的主视图；
图3为当两个接触端子上下相对设置时的射频垫片的结构示意图；
图4为图1所示的射频垫片夹紧于六角螺栓及工件间时的示意图；
图5为图4中六角螺栓的仰视图(与射频垫片接触的端面上设铜镀层)；
图6为图1所示的射频垫片用于螺丝定位与紧固侦测时的示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、垫片部分；2、无源射频应答器部分；3、通孔；4、芯片；5、无线射频天线电路；6、开关侦测电路；7、接触端子；8、铜镀层；9、伸缩柱；10、滑槽；11、复位弹簧；12、阅读器；13、螺母；14.螺栓。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，若用到“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位的术语，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至6所示，本发明提供一种射频垫片，其包括垫片部分1及与其连接的无源射频应答器部分2，所述垫片部分1上开设有上下贯穿以供螺栓穿过的通孔3，所述无源射频应答器部分2包括RFID芯片4及与所述RFID芯片4电连接的无线射频天线电路5和开关侦测电路6，所述开关侦测电路6延伸至所述垫片部分1并断开形成两个接触端子7，当且仅当所述垫片部分1被螺栓的螺帽或螺母压紧时，两个所述接触端子7导通以使所述述开关侦测电路6形成导通回路。
需要说明的是，当工件或设备上有供螺栓旋入的螺孔时，如图4所示，此时不需要设置与螺栓匹配的螺母，这种情况下也可使用本发明提供的射频垫片，此时射频垫片夹设于螺栓一端固定螺帽与工件之间，即本发明中的螺帽特指螺栓一端与其一体成型的帽状体；当螺栓上有与其匹配的螺母时，此时射频垫片通常夹设于工件与螺母之间，具体如图6所示。
在本发明的一个实施例中，所述垫片部分1为由绝缘硬质材料制成的环片状，所述无源射频应答器部分2连接于所述垫片部分1的一侧且位于所述垫片部分1与所述螺栓或螺母接触区域以外。
可以理解的是，垫片部分由绝缘硬质材料制成仅是优选方案，并非是必然的，若需要也可用变形系数小的硬质金属制作垫片部分，此时延伸至垫片部分内的开关侦测电路则应设置绝缘皮套，两接触端子也与垫片部分的金属材料隔开。
在本发明的一个实施例中，两个所述接触端子7位于所述垫片部分1同侧表面且在周向上间隔开，具体如图1和2所示。
需要说明的是，为了保证压紧时，接触端子能与螺栓或螺母的相应端面密切接触，优选的，接触端子至少应当与垫片部分相应侧的表面平齐或略微凸出。
在上述实施例的基础上，所述螺栓的螺帽或螺母与所述垫片部分1接触的端面上固定设有用于与两个所述接触端子7分别接触的铜环片或铜镀层8，具体如图5所示，当六角螺栓旋紧于工件上时，其六角帽体的下端面上环状铜镀层8与射频垫片的两个接触端子均紧密接触导通。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，两个所述接触端子7上下对应且至少有一个所述接触端子7固定于一伸缩柱9的端面上，所述垫片部分1被螺栓或螺母压紧时所述伸缩柱9上的所述接触端子7靠近并接触另一个所述接触端子7，所述螺栓或螺母旋松后，所述伸缩柱9回位而使两个所述接触端子7脱开。
在上述实施例的基础上，所述垫片部分1上开设有供所述伸缩柱9***的滑槽10，所述伸缩柱9一端位于所述滑槽10内，另一端伸出至所述滑槽10外，所述滑槽10内设有复位弹簧11，所述复位弹簧11一端与所述伸缩柱9抵接，另一端与所述滑槽10槽底抵接，一个所述接触端子7固定于所述伸缩柱9位于所述滑槽10内的一端，另一个所述接触端子7固定于所述滑槽10槽底。
需要说明的是，在使用伸缩柱及滑槽配合的情况下，并不局限于上述实施例中两个接触端子要上下对应的情形，也可以是两个接触端子在垫片部分的周向上间隔开，此时两个接触端子可均位于垫片部分内部并固定于相应滑槽的槽底，每个接触端子对应一个伸缩柱，此时伸缩柱本身为导体，螺母或螺栓的螺帽压紧垫片部分的一面设有铜环片或铜镀层，如此在压紧状态时，也能很好的保证开关侦测电路导通。
在本发明的一个实施例中，所述垫片部分1和无源射频应答器部分2外均涂覆有耐候防腐的塑料涂层。
在本发明的一个实施例中，所述无源射频标签部分2与和其匹配的阅读器12间的有效识别距离在10m以上。
本发明还提供了一种螺丝紧固件，其包括螺栓14、螺母13及如上所述的射频垫片，所述螺栓14固定于工件上(一体成型或焊接)或***工件的安装孔(光孔)内，所述螺母13螺纹连接于所述螺栓14上，所述射频垫片夹设于所述螺母与所述工件之间。
本发明还提供了一种螺丝紧固件的定位与松紧侦测方法，其包括如下步骤：在每个侦测位的螺栓上均套设一个上述的射频垫片，然后逐个旋紧螺栓或螺栓上的螺母使所述垫片部分1被压紧，此时无线射频天线电路5和开关侦测电路6均为导通回路，若垫片部分1保持被螺栓或螺母压紧而未松动则通过阅读器12可以远程接收到射频垫片发射来的螺丝位置信号和代表开关侦测电路6导通而螺丝未松动的信号，此时不需采用维保措施；若垫片部分1未能被压紧，则开关侦测电路6会断路，通过阅读器12能远程接收到射频垫片发射来的螺丝位置信息和代表开关侦测电路断路而螺丝松动的信号，此时需要采用维保措施，根据螺丝位置信息找准对应的螺母或螺栓进行旋紧操作。如图6所示，两个侦测位中左侧的射频垫片被压紧，开关侦测电路形成导通回路，右侧的射频垫片由于螺母松动而未被压紧，开关侦测电路断开。
需要说明的是，当一个设备有众多的螺母或螺栓需要进行松紧侦测时，可对众多的侦测位置进行编号，编号信息记载于设备说明书或电脑中存档(便于维保时根据编号信息确定位置)，使用本发明的射频垫片进行螺丝紧固件定位及松紧侦测时，每个射频垫片的RFID芯片中存储有相应侦测位的编号信息，阅读器可读出每个侦测位的编号信息及相应侦测位处开关侦测电路的导通与否的信息，比如压紧导通时阅读器接收到的编号信息后紧跟代表“正常”的数字“1”,否则则紧跟代表“异常”的数字“0”，若阅读器不能读到某个侦测位的编号信息，则代表射频垫片损坏(此时螺栓或螺母可能仍是紧固状态)，需要更换垫片。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种射频垫片，其特征在于，包括垫片部分（1）及与其连接的无源射频应答器部分（2），所述垫片部分（1）上开设有上下贯穿以供螺栓穿过的通孔（3），所述无源射频应答器部分（2）包括RFID芯片（4）及与其电连接的无线射频天线电路（5）和开关侦测电路（6），所述开关侦测电路（6）延伸至所述垫片部分（1）并断开形成两个接触端子（7），当且仅当所述垫片部分（1）被螺栓的螺帽或螺母压紧时，两个所述接触端子（7）导通以使所述开关侦测电路（6）形成导通回路，所述垫片部分（1）为由绝缘硬质材料制成的环片状，所述无源射频应答器部分（2）连接于所述垫片部分（1）的一侧且位于所述垫片部分（1）与所述螺栓的螺帽或螺母接触区域以外，两个所述接触端子（7）上下对应且至少有一个所述接触端子（7）固定于一伸缩柱（9）的端面上，所述垫片部分（1）被螺栓的螺帽或螺母压紧时所述伸缩柱（9）上的所述接触端子（7）靠近并接触另一个所述接触端子（7），所述螺栓或螺母旋松后，所述伸缩柱（9）回位而使两个所述接触端子（7）脱开。
2.根据权利要求1所述的一种射频垫片，其特征在于，所述垫片部分（1）上开设有供所述伸缩柱（9）***的滑槽（10），所述伸缩柱（9）一端位于所述滑槽（10）内，另一端伸出至所述滑槽（10）外，所述滑槽（10）内设有复位弹簧（11），所述复位弹簧（11）一端与所述伸缩柱（9）抵接，另一端与所述滑槽（10）槽底抵接，一个所述接触端子（7）固定于所述伸缩柱（9）位于所述滑槽（10）内的一端，另一个所述接触端子（7）固定于所述滑槽（10）槽底。
3.根据权利要求1或2所述的一种射频垫片，其特征在于，所述垫片部分（1）和无源射频应答器部分（2）外均涂覆有耐候防腐的塑料涂层。
4.根据权利要求1或2所述的一种射频垫片，其特征在于，所述无源射频应答器部分（2）与和其匹配的阅读器（12）间的有效识别距离在10m以上。
5.一种螺丝紧固件，其特征在于，包括螺栓、螺母及如权利要求1至4任一项所述的射频垫片，所述螺栓固定于工件上或***工件的安装孔内，所述螺母螺纹连接于所述螺栓上，所述射频垫片夹设于所述螺母与所述工件之间。
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