[實用新型]一種用于監測螺栓連接界面的智能墊片裝置

有效

• 申請號: 201620194842.X
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN205383171U
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 霍林生;陳冬冬;宋鋼兵
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F16B43/00
• 分類號: F16B43/00;G01D21/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;李寶元

技術領域

本實用新型屬于土木工程以及機械工程的螺栓連接領域，具體的說，是當螺栓連接界面發生松動時，超聲波的傳播路徑會被影響，智能墊片發射和接收信號就會發生變化，而利用接收到的信號能量的變化可以反過來推測螺栓連接界面所處的狀態，這種基于壓電陶瓷的智能墊片為工程上螺栓連接界面監測提供一種簡便可行的方法。

背景技術

現代大型土木結構，例如大跨度鋼橋，超高層建筑以及大型輸電塔等結構中，螺栓連接作為一種重要的連接方式，其可靠性是保證工程質量及結構正常服役的基礎。因此，其連接界面損傷監測研究越來越受到人們的重視。

壓電陶瓷作為一種新型的智能材料運用在很多方面。它具有的壓電效應是任何壓電材料都具有的一項重要特性。在滿足一定的溫度條件下，當對壓電元件施加機械變形時，就會引起內部正負電荷中心發生相對移動而產生點的極化，從而導致元件兩個表面上出現符號相反的束縛電荷，且電荷密度與外力成比例，這種現象稱為正壓電效應。反之，在壓電元件兩個表面上施加電壓，由于電場的作用，造成壓電元件內部正負電荷中心產生相對位移，導致壓電元件的變形，即逆壓電效應。本實用新型正是利用壓電陶瓷所特有的這種正壓電與逆壓電效應。

對具有眾多螺栓連接的界面而言,傳統監測要依靠人工一個一個的去監測螺栓松動情況，這種監測不僅費時費力而且對于一些特殊結構的檢測還具有一定危險性。

實用新型內容

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種用于監測螺栓連接界面的智能墊片裝置，智能墊片裝置的實物模型(如圖1)，主要由兩部分構成，一部分是開槽的墊片，另一部分是安裝在內部的壓電陶瓷。

需要說明的是智能墊片是成對工作的，一個發射信號，另一個接收信號。當螺栓松動時，連接的界面發生改變，智能墊片發射的超聲波信號所經過的路徑也會改變，導致接收的超聲波信號改變，根據接收的信號改變信息可以判斷出螺栓連接界面所處的狀態。

本實用新型的技術方案：

一種用于監測螺栓連接界面的智能墊片裝置，包括上墊片1、下墊片2、上槽口3、下槽口4、壓電陶瓷片5、屏蔽殼6和環氧樹脂填充保護層7；結構相同的環形上墊片1和環形下墊片2對稱粘貼，上墊片1和下墊片2上分別開有上槽口3和下槽口4，上槽口3和下槽口4相對形成一個整體的槽口；槽口內填充壓電陶瓷片，導線焊接在壓電陶瓷片的正負極，在焊接好導線的壓電陶瓷片上外設置一層環氧樹脂填充保護層，環氧樹脂填充保護層外表面設有金屬屏蔽殼。

本實用新型的有益效果：

1、此裝置依靠壓電陶瓷具有的壓電效應，最終利用電信號檢測界面以及螺栓狀態，不需要人工現場檢測，省時省力。而且對于螺栓的安裝以及整體結構的性能沒有影響。

2、此裝置屬利用主動監測方法可以實時對結構進行檢測。

3、本實用新型構造簡單，零件較少，制作和安裝過程簡單，適用性強，成本低且維護方便，能有效監測出螺栓連接界面安全狀態，具有廣闊的推廣市場和應用前景。

附圖說明

圖1是本實用新型整體實物輪廓示意圖。

圖2是本實用新型的前視圖。

圖中：1上墊片；2下墊片；3上槽口；4下槽口；5壓電陶瓷片；6屏蔽殼；7環氧樹脂填充保護層。

具體實施方式

本實用新型提供了一種用于監測螺栓連接界面的智能墊片裝置，具體實施方式如下：

智能墊片的上墊片1和下墊片2采用Q235鋼材料制成，具有較強的強度和以及一定的韌性。將上墊片1和下墊片2各開一個相同尺寸的上槽口3和下槽口4，將兩片開了槽的上墊片1和下墊片2用502膠水對稱放置粘接且兩槽口相鄰，上槽口3和下槽口4用來放置壓電陶瓷片5。壓電陶瓷片5事先要進行以下處理：選用厚度較薄、尺寸略小于兩個粘接后的槽口的壓電陶瓷片，在壓電陶瓷表面正負極焊接導線。在焊接完導線的壓電陶瓷片表面涂敷一次環氧樹脂涂層，涂敷環氧樹脂是為了保證焊接完導線的壓電陶瓷的絕緣性，待環氧樹脂完全風干后再在外表面用銅做層屏蔽殼6，這是為了屏蔽外界噪聲信號的干擾。對粘接后的上墊片1和下墊片2之間的槽口環氧樹脂填充保護層7，在保證環氧樹脂還是液體狀態時將包有涂覆層的壓電陶瓷嵌入安裝其中，待環氧樹脂風干之后用萬用表檢測絕緣即可使用。

需要注意的是智能墊片是成對使用的，一對智能墊片做工材料是完全相同的，兩個智能墊片中任意一個作為信號發射端，另一個作為信號接收端都可以。考慮到墊片在使用過程中會隨著螺栓的轉動而發生轉動，這樣就增加了測得的信號影響因素，因此使用中可以將墊片粘貼在螺栓連接點被監測界面外表面，消除不確定性因素的影響。

此外此智能墊片裝置可以視具體情況做一些優化，其可改變之處主要包括墊片的幾何外形尺寸、開槽的尺寸，壓電陶瓷型號等一些主要參數的選擇應用，還有就是智能墊片的安裝位置和數量等。