一種基于壓電時(shí)間反演的螺栓預(yù)緊力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及應(yīng)用于螺栓聯(lián)接狀態(tài)健康監(jiān)測(cè)的一種基于壓電時(shí)間反演的螺栓預(yù)緊力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]螺栓聯(lián)接廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、交通、電力、航空、土木等行業(yè)的各類設(shè)備和結(jié)構(gòu)中，一方面用于聯(lián)接可拆卸部件，另一方面在很多情況下也用于傳遞零部件間的載荷，其聯(lián)接狀態(tài)(表現(xiàn)為軸向預(yù)緊力)直接關(guān)系到整個(gè)設(shè)備或結(jié)構(gòu)工作的可靠性和安全性，工程中常采用扭矩扳手法控制螺栓緊固力大小，電阻應(yīng)變片電測(cè)法測(cè)量螺栓軸向力，扭矩扳手法由于螺母和結(jié)構(gòu)之間以及螺紋間摩擦力的存在、摩擦力的不確定性，很難精確測(cè)量、控制螺栓的軸向作用力，電阻應(yīng)變片電測(cè)法采用標(biāo)準(zhǔn)電阻應(yīng)變片，將其安裝在螺栓螺桿上，通過測(cè)量螺栓應(yīng)變進(jìn)而獲得螺栓的軸向力，具有較高的測(cè)量精度，但受到螺栓安裝形式及使用工況條件的限制，很多場(chǎng)合難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電時(shí)間反演的螺栓預(yù)緊力傳感器，它通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命延長、低成本的用于螺栓聯(lián)接狀態(tài)監(jiān)測(cè)的螺栓預(yù)緊力傳感器。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種基于壓電時(shí)間反演的螺栓預(yù)緊力傳感器，包括上墊片、下墊片、第一壓電材料、第一上電極、第一下電極、第二下電極、第二上電極、側(cè)面定位銷；所述螺栓預(yù)緊力傳感器由上墊片和下墊片組成；所述在上墊片與下墊片相接觸的一面沿圓周方向根據(jù)需要加工多個(gè)凸臺(tái)體，凸臺(tái)體頂面為圓弧面，在下墊片與上墊片相接觸的一面沿圓周方向相應(yīng)的加工多個(gè)曲面凹槽，安裝時(shí)上墊片的凸臺(tái)體圓弧頂面與下墊片的凹槽曲面相配合；所述在上墊片正面加工一個(gè)槽，將銅箔制作的第一上電極和第一下電極通過導(dǎo)電膠緊密粘貼在第一壓電材料兩側(cè)，第一上電極包住整個(gè)第一壓電材料，同時(shí)作為屏蔽層；所述在上墊片槽底刷一層絕緣膠，將粘接有第一上電極與第一下電極的第一壓電材料粘貼在上墊片槽底第二絕緣膠層上，并用第一絕緣膠層和第二絕緣膠層作為第一壓電材料的保護(hù)層，第一下電極通過第一絕緣膠層與第一上電極做絕緣處理；所述銅箔第一上電極和第一下電極引出形成接線口 ；所述下墊片中第二壓電材料的安裝結(jié)構(gòu)與上墊片結(jié)構(gòu)相同；所述通過側(cè)面定位銷與凸臺(tái)、凹槽結(jié)構(gòu)將上墊片與下墊片組合，形成一個(gè)組合墊片。
[0005]進(jìn)一步，所述將上墊片中與下墊片相接觸的面沿圓周方向加工出多個(gè)頂面為圓弧面的凸臺(tái)體，將下墊片中與上墊片相接觸的面沿圓周方向相應(yīng)的加工出多個(gè)凹槽曲面，曲面凹槽曲率半徑大于上墊片凸臺(tái)體頂面圓弧曲面的曲率半徑。
[0006]進(jìn)一步，所述上墊片中的第一壓電材料作為激發(fā)器，下墊片中的第二壓電材料作為傳感器；也可將下墊片中的第二壓電材料作為激發(fā)器，上墊片中的第一壓電材料作為傳感器；上墊片、下墊片可以互換使用。
[0007]進(jìn)一步，所述上墊片、下墊片的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)所用螺栓尺寸，內(nèi)徑根據(jù)所選用螺栓與GB/T 95-2002中平墊圈內(nèi)徑相同，外徑為國家GB/T 95-2002中響應(yīng)平墊圈外徑的2倍，上墊片、下墊片的厚度及上墊片、下墊片中凸臺(tái)體、凸臺(tái)體頂面圓弧曲面曲率半徑、凹槽曲面曲率半徑由螺栓的最大額定軸向載荷確定，保證在相應(yīng)的螺栓的整個(gè)額定載荷范圍內(nèi)，上墊片、下墊片中凸臺(tái)體曲面與凹槽曲面的接觸面積隨螺栓軸向載荷持續(xù)變化；所述螺栓預(yù)緊力傳感器使用過程中安裝在被聯(lián)接件與螺母墊圈之間。
[0008]進(jìn)一步，所述將上墊片中的第一壓電材料作為激發(fā)器，通過對(duì)其供給50~150KHz高斯調(diào)制脈沖電壓信號(hào)產(chǎn)生超聲波脈沖；第一壓電材料產(chǎn)生的超聲波通過上墊片與下墊片之間的接觸界面后，傳遞給下墊片中的第二壓電材料，下墊片中的第二壓電材料作為傳感器接收超聲響應(yīng)信號(hào)并存儲(chǔ)；對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域上的反演后，再輸送給上墊片中的第一壓電材料激發(fā)產(chǎn)生反演后的超聲波信號(hào)，該信號(hào)通過上墊片與下墊片之間的接觸界面后，再次由下墊片中的第二壓電材料接收該時(shí)間反演聚焦信號(hào)。
[0009]進(jìn)一步，所述對(duì)作為激發(fā)器的第一壓電材料作用50~150KHz高斯調(diào)制脈沖信號(hào)，通過分析作為傳感器的第二壓電材料的響應(yīng)信號(hào)能量或聚焦信號(hào)幅值，建立接收信號(hào)幅值、能量等信號(hào)特征量與作用在組合墊片上螺栓預(yù)緊力之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力及聯(lián)接健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:一種基于壓電時(shí)間反演的螺栓預(yù)緊力傳感器，它通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命延長、低成本的用于螺栓聯(lián)接狀態(tài)監(jiān)測(cè)的螺栓預(yù)緊力傳感器。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1、上墊片，2、第一壓電材料，3、第一上電極，4、第一下電極，5、第一絕緣膠層，6、第二絕緣膠層，7、第三絕緣膠層，8、第四絕緣膠層，9、第二下電極，10、第二上電極，11、第二壓電材料，12、下墊片，13、側(cè)面定位銷。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0014]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案:一種基于壓電時(shí)間反演的螺栓預(yù)緊力傳感器，包括上墊片1、下墊片12、第一壓電材料2、第一上電極3、第一下電極4、第二下電極
9、第二上電極10、側(cè)面定位銷13 ;所述螺栓預(yù)緊力傳感器由上墊片I和下墊片12組成；所述在上墊片I與下墊片12相接觸的一面沿圓周方向根據(jù)需要加工多個(gè)凸臺(tái)體，凸臺(tái)體頂面為圓弧面，在下墊片12與上墊片I相接觸的一面沿圓周方向相應(yīng)的加工多個(gè)曲面凹槽，安裝時(shí)上墊片I的凸臺(tái)體圓弧頂面與下墊片12的凹槽曲面相配合；所述在上墊片I正面加工一個(gè)槽，將銅箔制作的第一上電極3和第一下電極4通過導(dǎo)電膠緊密粘貼在第一壓電材料兩側(cè)，第一上電極3包住整個(gè)第一壓電材料2，同時(shí)作為屏蔽層；所述在上墊片I槽底刷一層絕緣膠，將粘接有第一上電極3與第一下電極4的第一壓電材料2粘貼在上墊片I槽底第二絕緣膠層6上，并用第一絕緣膠層2和第二絕緣膠層6作為第一壓電材料2的保護(hù)層，第一下電極4通過第一絕緣膠層2與第一上電極3做絕緣處理；所述銅箔第一上電極3和第一下電極4引出形成接線口 ；所述下墊片12中第二壓電材料11的安裝結(jié)構(gòu)與上墊片I結(jié)構(gòu)相同；所述通過側(cè)面定位銷13與凸臺(tái)、凹槽結(jié)構(gòu)將上墊片I與下墊片12組合，形成一個(gè)組合墊片。所述螺栓預(yù)緊力傳感器使用過程中安裝在被聯(lián)接件與螺母墊圈之間
進(jìn)一步，所述將上墊片I中與下墊片12相接觸的面沿圓周方向加工出多個(gè)頂面為圓弧面的凸臺(tái)體，將下墊片12中與上墊片I相接觸的面沿圓周方向相應(yīng)的加工出多個(gè)凹槽曲面，曲面凹槽曲率半徑大于上墊片I凸臺(tái)體頂面圓弧曲面的曲率半徑。
[0015]進(jìn)一步，所述上墊片I中的第一壓電材料2作為激發(fā)器，下墊片12中的第二壓電材料11作為傳感器；也可將下墊片12中的第二壓電材料11作為激發(fā)器，上墊片I中的第一壓電材料2作為傳感器；上墊片1