[發明專利]一種基于無線傳輸的智能墊片及應用

在審

• 申請號: 202110456677.6
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN112983967A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 龍有為;熊海貝;陳琳;孔慶釗
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: F16B43/00
• 分類號: F16B43/00;F16B31/02;G01L5/24
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

本發明公開一種基于無線傳輸的智能墊片及應用，智能墊片包括：基座、保護蓋，基座內設有壓電陶瓷傳感器、信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊、供電模塊；壓電陶瓷傳感器、信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊依次連接，供電模塊分別與壓電陶瓷傳感器、信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊連接；保護蓋連接于基座上；智能墊片用于監測已安裝智能墊片的螺栓的預緊力時序損失，基于預緊力時序損失對螺栓進行松動識別；還用于監測成對安裝智能墊片的螺栓和/或構件的損傷時序演化，基于損傷時序演化對螺栓和/或構件進行損傷識別。本發明能夠對螺栓連接松動及構件損傷進行全過程監測，并將信號無線傳輸給終端進行分析與預警。

技術領域

本發明涉及結構健康監測技術領域，特別是涉及一種基于無線傳輸的智能墊片及應用。

背景技術

螺栓連接作為一種通用的連接方式，在建筑、軌道交通、風電、汽車等各工程領域中廣泛應用。其可拆裝性在施工中帶來許多便利，但同時也增加了螺栓的松動脫落概率。螺栓在循環載荷的沖擊和強迫振動的作用下會出現不同程度的松動或失效現象，螺栓的松動或失效會導致嚴重的后果和重大的財產損失。為了避免已松動或失效的螺栓帶來的安全事故，對螺栓健康狀態進行監測和維護顯得非常必要。

壓電材料具有壓電效應。壓電效應的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差，稱之為正壓電效應。反之施加電壓，則產生機械應力，稱之為逆壓電效應。壓電材料可以因機械變形產生電場，也可以因電場作用產生機械變形，這種固有的機-電耦合效應屬性使得壓電材料在結構健康監測領域得到了廣泛的應用。

現有智能墊片均無法獨立工作，需要用導線連接體積龐大的測試設備進行監測，這導致無法對結構上已安裝的螺栓進行長期的實時監測。對于不便人工監測的結構或部位，同時也為減少人工定期監測帶來的巨大費用與不確定性，提供一種能夠實時自動監測螺栓松動的可無線傳輸的裝置顯得尤為必要。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于無線傳輸的智能墊片及應用，以解決現有技術中存在的技術問題，能夠對螺栓連接松動及構件損傷進行全過程監測，并將信號無線傳輸給終端進行分析與預警。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種基于無線傳輸的智能墊片，包括：基座、保護蓋，所述基座為中空結構，所述基座內設有壓電陶瓷傳感器、信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊、供電模塊；所述壓電陶瓷傳感器、信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊依次連接，所述供電模塊分別與所述壓電陶瓷傳感器、信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊連接；所述保護蓋連接于所述基座上；

所述壓電陶瓷傳感器用于產生阻抗信號；

所述信號控制與處理模塊用于向所述壓電陶瓷傳感器發射激勵信號，還用于將所述壓電陶瓷傳感器產生的阻抗信號進行處理；

所述無線傳輸模塊用于將處理后的所述阻抗信號傳輸至終端；

所述供電模塊用于為所述信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊提供電源，還用于基于所述信號控制與處理模塊發射的激勵信號對所提供的電源進行交流變換處理，并發送至所述壓電陶瓷傳感器。

優選地，所述基座包括第一座體、第二座體，所述壓電陶瓷傳感器設于所述第一座體內，所述信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊、供電模塊設于所述第二座體內，所述第一座體、第二座體內部相貫通。

優選地，所述保護蓋嵌入所述基座內，所述保護蓋上設有開窗，所述開窗的位置與所述第二座體相對應，所述開窗上設有可自由開合的蓋層。

優選地，所述壓電陶瓷傳感器為圓環形，所述壓電陶瓷傳感器封裝在環氧樹脂保護層內。

優選地，所述無線傳輸模塊采用Zig-Bee無線傳輸模塊。

優選地，所述供電模塊包括電池、逆變器；所述逆變器分別與所述信號控制與處理模塊、所述壓電陶瓷傳感器連接；所述電池分別與所述信號控制與處理模塊、無線傳輸模塊連接。