一种力检测用弹性元器件的制作方法

1.本技术属于预紧力检测的技术领域，尤其是涉及一种力检测用弹性元器件。


背景技术：

2.螺栓作为紧固件的代表，在工程结构应用中十分广泛，其渺小且貌似普通，但在重要设备和构件中，特别处于长期震动的工况下，例如应用于钢结构桥梁、悬索桥索夹、运行铁轨、船舶、钢结构厂房和铁塔等，螺栓一旦出现松脱或损坏，将会造成严重甚至灾难性后果；除开不断改善螺纹、垫圈结构、改进增加附件或安装工艺，严格操作工艺监督外以调高螺栓紧固结构外，实测关键螺栓预紧力状态，排除材质应力松弛及突然事故导致的失效已成为现代许多工业部门的一种需求。
3.现有技术中，螺栓预紧力检测主要有，采用人工目测螺母划线位置来确定螺栓松动与否，这种方法效率低，而且准确性和可靠性难有保障；在检测桥梁或铁路轨道的螺栓预紧力情况时，采用定制检测辅助设备，检测人员需要在高空中作业，效率低、工作量大且工作难度高；还有采用无人机等设备进行巡检，这种方法效率和精度均比较低，成本高昂。
4.因此，针对上述相关技术，现有的预紧力测量方法存在效率低的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供一种力检测用弹性元器件，用于提高预紧力检测的效率。
6.本技术需要解决的技术问题采取如下技术方案实现：
7.一种力检测用弹性元器件，包括弹性垫环和若干应变片，若干所述应变片固定连接于所述弹性垫环的外环壁，若干所述应变片环绕弹性垫环外环等距设置，所述弹性垫环的一侧设置有凸环，所述弹性垫环的内环壁固定连接有防滑垫层。
8.通过上述技术方案，弹性垫环用于穿设螺杆或其他待测预紧力的零件；应变片固定连接于弹性垫环的外环壁，使应变片能够在弹性垫环发生形变时，应变片根据弹性垫环的形变程度输出对应的预紧力检测信号；若干应变片环绕弹性垫环外环等距设置，若干应变片分别测量垫环外环各位置的形变量，使输出的检测信号更为准确；凸环用于抵接待测零件的结构面，降低零件（螺杆）偏载的可能性；防滑垫层用于填充弹性垫环与待测零件之间的间隙，降低弹性垫环相对于待测零件滑移的可能性；当待测零件的预紧力发生变化时，弹性垫环发生形变，若干应变片根据弹性垫环形变程度，发出预紧力检测信号，以此来测量待测零件的预紧力，相对于现有技术，本技术的元器件成本低、结构简单并且无需采用人工或无人机方式测量待测零件的预紧力，提高了预紧力检测的效率。
9.可选的，所述弹性垫环包括第一半环和第二半环，所述第一半环的一端转动连接于所述第二半环的一端，所述第一半环的另一端抵接所述第二半环远离转动连接端的一端。
10.通过上述技术方案，第一半环可以相对于第二半环转动，当施工人员需要在待测零件安装本技术元器件时，可以转动第一半环或第二半环使弹性垫环张开，当弹性垫环的
内环抵接待测零件时，转动第一半环使弹性垫环闭合，减少了本技术元器件的安装耗时，进而提高了预紧力检测的效率。
11.可选的，还包括加固外箍，所述弹性垫环的外环壁开设有环形槽，各所述应变片位于所述环形槽内，所述加固外箍环绕且固定连接于所述弹性垫环的外环壁，所述加固外箍封住所述环形槽的槽口。
12.通过上述技术方案，加固外箍用于加固本技术元器件的结构强度；各应变片均位于环形槽内，并且加固外箍封住环形槽的槽口，使应变片和外界环境相隔绝，降低了因外界因素干扰应变片而导致测量结果不准确的可能性。
13.可选的，还包括密封层，所述密封层填充所述加固外箍和所述弹性垫环的间隙。
14.通过上述技术方案，密封层封住加固外箍和弹性垫环的间隙，进一步降低了因外界因素干扰应变片而导致测量结果不准确的可能性。
15.可选的，还包括预紧力检测电路，所述应变片固定连接有弹性电阻器r1、弹性电阻器r2、弹性电阻器r3和弹性电阻器r4，所述预紧力检测电路电连接于所述弹性电阻器r1、所述弹性电阻器r2、所述弹性电阻器r3和所述弹性电阻器r4，所述弹性电阻器r1的一端连接有电源输入端in1，所述弹性电阻器r1的另一端依次串联所述弹性电阻器r2、所述弹性电阻器r3和所述弹性电阻器r4后连接所述电源输入端in1，所述弹性电阻器r1和所述弹性电阻器r2的连接端连接有信号输出端out1，所述弹性电阻器r2和所述弹性电阻器r3的连接端连接有电源输入端in2，所述弹性电阻器r3和所述弹性电阻器r4连接有信号输出端out2。
16.通过上述技术方案，应变片固定连接有弹性电阻器r1、弹性电阻器r2、弹性电阻器r3和弹性电阻器r4，当弹性垫环发生形变时，位于应变片内的各弹性电阻器也会发生形变，基于压阻效应，各弹性电阻器会根据实际形变的情况变化为对应的电阻值；在电源输入端in1和电源输入电in2接入电源的前提下，弹性电阻器r1、弹性电阻器r2、弹性电阻器r3和弹性电阻器r4共同构成惠斯通电桥，基于惠斯通电桥原理，当弹性垫环发生形变时，信号输出端out1和信号输出端out2输出预紧力检测信号。
17.可选的，所述预紧力检测电路的供电回路串联有自恢复电阻器r5。
18.通过上述技术方案，当预紧力检测电路的供电回路电流突增而导致内部线路发热时，自恢复电阻器r5会断开，以降低预紧力检测电路内部的电子元件烧毁的可能性。
19.可选的，所述预紧力检测电路的输出回路串联有调零电阻器r6。
20.通过上述技术方案，当本技术的元器件固定连接于待检测零件时，受待检测零件初始预紧力影响，本技术的元器件会输出初始测量值，调零电阻器r6可以将预紧力检测电路输出的检测信号值置零，以降低初始检测值影响后续实际预紧力值的测量。
21.可选的，所述预紧力检测电路还包括瞬态二极管tvs1，所述瞬态二极管tvs1的正极接地，所述弹性电阻器r1和所述弹性电阻器r2的连接端连接所述瞬态二极管tvs1的负极。
22.通过上述技术方案，当本技术元器件的内部电路突然接入大电流或者遭受雷击时，瞬态二极管tvs1导通，将大电流导入地面，从而降低大电流或者雷击烧毁本技术元器件的可能性。
23.综上，本技术包括以下至少一种有益的技术效果：
24.1. 当待测零件的预紧力发生变化时，弹性垫环发生形变，若干应变片根据弹性垫
环形变程度，发出预紧力检测信号，以此来测量待测零件的预紧力，相对于现有技术，本技术的元器件成本低、结构简单并且无需采用人工或无人机方式测量待测零件的预紧力，提高了预紧力检测的效率。
25.2. 各应变片均位于环形槽内，并且加固外箍封住环形槽的槽口，使应变片和外界环境相隔绝，降低了因外界因素干扰应变片而导致测量结果不准确的可能性。
26.3. 当本技术元器件的内部电路突然接入大电流或者遭受雷击时，瞬态二极管tvs1导通，将大电流导入地面，从而降低大电流或者雷击烧毁本技术元器件的可能性。
附图说明
27.图1是本技术实施例一中力检测用弹性元器件的结构示意图；
28.图2是本技术实施例一中力检测用弹性元器件和待测零件的连接示意图；
29.图3是本技术实施例二中力检测用弹性元器件的截面图；
30.图4是本技术实施例三中检测用弹性元器件的结构示意图；
31.图5是本技术实施例三中检测用弹性元器件的展开图；
32.图6是本技术实施例四中预紧力检测电路的电路图；
33.图7是本技术实施例五中预紧力检测电路的电路图。
34.附图标记说明：
35.100、螺栓；200、结构面；300、可调电源；400、信号处理装置；1、弹性垫环；11、凸环；12、环形槽；13、固定孔；14、第一半环；141、第一铰接件；15、第二半环；151、第二铰接件；2、应变片；3、防滑垫层；4、加固外箍；41、销钉；5、密封层；6、预紧力检测电路。
具体实施方式
36.以下结合附图1-7对本技术做进一步详细说明。
37.本技术实施例公开一种力检测用弹性元器件，用于提高预紧力检测的效率。
38.实施例一
39.参照图1和图2，力检测用弹性元器件包括弹性垫环1和若干应变片2，在本实施例中，弹性垫环1用于承受螺栓100的预紧力，弹性垫环1受到的预紧力作用而发生形变；在本实施例中，弹性垫环1由铍青铜制成，具有较好的弹性且机械强度较高；弹性垫环1的外环壁开设有环形槽12，若干应变片2均位于环形槽12内，各应变片2均固定连接于弹性垫环1，当弹性垫环1发生形变时，各应变片2也会发生对应形变，基于应变效应，应变片2会输出对应的预紧力检测信号；相对于现有技术，本技术的元器件结构简单、成本较低，并且无需采用人工或无人机测量螺栓100的预紧力，能够自动输出预紧力检测信号，提高了预紧力检测的效率。
40.参照图1和图2，弹性垫环1的一侧设置有凸环11，用于抵接螺栓100的螺帽，减少了弹性垫环1和螺帽直接接触的面积，增大了螺帽对弹性垫环1的压强，从而提高了螺帽对弹性垫环1的摩擦力，以降低螺杆偏载的可能性；弹性垫环1的内环壁固定连接有防滑垫层3，优选的，防滑垫层3由橡胶材料制成，具有较好的弹性，能够填充弹性垫环1和螺栓100连接的间隙，降低弹性垫环1相对于螺栓100侧滑的可能性。
41.参照图1和图2，各应变片2环绕环形槽12等距设置，优选的，应变片2设置有四个，
使若干应变片2能够根据弹性垫环1各个方向形变量的测得预紧力检测信号，从而使预紧力检测信号包含的信息更为全面，从而提高了预紧力检测信号的准确性。
42.本实施例的实现原理如下：
43.施工人员将螺杆依次穿设过弹性垫环1和结构面200后，为螺杆装设螺母，拧紧螺母，使螺帽和结构面200共同为弹性垫环1提供力的作用，使弹性垫环1发生形变，基于应变效应，若干应变片2根据弹性垫环1形变程度，发出预紧力检测信号。
44.实施例二
45.参照图3，在实施例一的基础上，本技术元器件还包括加固外箍4、密封层5和若干销钉41，弹性垫环1的外环壁开设有若干固定孔13，若干销钉41通过若干固定孔13，将加固外箍4环绕且固定连接于弹性垫环1的外环壁，从而加固本技术元器件的结构强度；加固外箍4封住环形槽12的槽口，使外界的雨水、灰尘或杂质难以进入环形槽12内，从而降低了因外界因素干扰应变片2而导致测量结果不准确的可能性；在本实施例中，密封层5由石棉材料制成，具有良好的耐火性、电绝缘性和绝热性；密封层5填充加固外箍4和弹性垫环1的间隙，进一步限制了外界的雨水、灰尘或杂质更加难以进入环形槽12内，从而进一步降低了因外界因素干扰应变片2而导致测量结果不准确的可能性。
46.实施例三
47.参照图4和图5，在实施例一的基础上，弹性垫环1包括第一半环14和第二半环15，第一半环14的一端固定连接有第一铰接件141，第二半环15的一端固定连接有第二铰接件151，第一铰接件141铰接于第二铰接件151，使第一半环14能够相对于第二半环15转动；第一铰接件141呈“l”形，以降低第一半环14相对于第二半环15转动时相互干涉的可能性；当第一半环14远离第一铰接件141的一端抵接第二半环15远离第二铰接件151的一端时，此时弹性垫环1处于闭合状态；为了提高施工效率，施工人员一般会先将螺栓100组件预固定在结构面200上，后续再进行加固；施工人员需要在待测零件安装本技术元器件时，可以转动第一半环14或第二半环15使弹性垫环1张开，观测到第一半环14的内环抵接到螺杆时，转动第二半环15使弹性垫环1闭合，再拧动螺母进行最后加固；这种方法省去了已经预固定好的螺栓100整个从结构面200拆卸下来的过程，节约了安装本技术元器件的时间，从而提高了预紧力检测的效率。
48.实施例四
49.参照图6，在实施例一的基础上，本技术的元器件还包括预紧力检测电路6，应变片2内固定连接有弹性电阻器r1、弹性电阻器r2、弹性电阻器r3和弹性电阻器r4，当弹性垫环1发生形变时，位于应变片2内的各弹性电阻器也会发生形变，基于压阻效应，各弹性电阻器会根据实际形变的情况变化为对应的电阻值；预紧力检测电路6电连接于弹性电阻器r1、弹性电阻器r2、弹性电阻器r3和弹性电阻器r4，弹性电阻器r1的一端连接有电源输入端in1，弹性电阻器r1的另一端依次串联弹性电阻器r2、弹性电阻器r3和弹性电阻器r4后连接电源输入端in1，弹性电阻器r1和弹性电阻器r2的连接端连接有信号输出端out1，弹性电阻器r2和弹性电阻器r3的连接端连接有电源输入端in2，弹性电阻器r3和弹性电阻器r4连接有信号输出端out2，弹性电阻器r2、弹性电阻器r3和弹性电阻器r4共同构成惠斯通电桥；其中，电源输入端in1和电源输入端in2电连接有可调电源300，信号输出端out1和信号输出端out2电连接有信号处理装置400，在可调电源300通过电源输入端in1和电源输入端in2为预
紧力检测电路6供电的前提下，基于惠斯通电桥原理，根据弹性垫环1发生形变实际情况，从信号输出端out1和信号输出端out2输出预紧力检测信号。
50.实施例五
51.参照图7，在实施例四的基础上，预紧力检测电路6包括自恢复电阻器r5、调零电阻器r6和瞬态二极管tvs1，在本实施例中，自恢复电阻器r5为ptc热敏电阻，具有较好的过热和过流保护效果，自恢复电阻器r5串联预紧力检测电路6的供电回路，以在预紧力检测电路6的供电回路电流突增而导致内部线路发热时，及时断开自恢复电阻器r5，将预紧力检测电路6断路，降低预紧力检测电路6内部的电子元件烧毁的可能性，从而达到保护电路的效果；调零电阻器r6串联预紧力检测电路6的输出回路，当本技术的元器件用于测量螺栓100和结构面200的预紧力时，螺栓100和结构面200会为弹性垫环1共同施加力的作用作为初始预紧力，为了降低初始预紧力对后续实际预紧力值的影响，施工人员能够通过调零电阻器r6将输出的初始预紧力值置零；瞬态二极管tvs1的正极接地，弹性电阻器r1和弹性电阻器r2的连接端连接瞬态二极管tvs1的负极，当本技术元器件的内部电路突然接入大电流或者遭受雷击时，瞬态二极管tvs1导通，将大电流导入地面，从而降低突发的瞬态电流或雷击电流击穿应变片2的可能性。
52.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种力检测用弹性元器件，其特征在于：包括弹性垫环(1)和若干应变片(2)，若干所述应变片(2)固定连接于所述弹性垫环(1)的外环壁，若干所述应变片(2)环绕弹性垫环(1)外环等距设置，所述弹性垫环(1)的一侧设置有凸环(11)，所述弹性垫环(1)的内环壁固定连接有防滑垫层(3)。2.根据权利要求1所述的一种力检测用弹性元器件，其特征在于：所述弹性垫环(1)包括第一半环(14)和第二半环(15)，所述第一半环(14)的一端转动连接于所述第二半环(15)的一端，所述第一半环(14)的另一端抵接所述第二半环(15)远离转动连接端的一端。3.根据权利要求1所述的一种力检测用弹性元器件，其特征在于：还包括加固外箍(4)，所述弹性垫环(1)的外环壁开设有环形槽(12)，各所述应变片(2)位于所述环形槽(12)内，所述加固外箍(4)环绕且固定连接于所述弹性垫环(1)的外环壁，所述加固外箍(4)封住所述环形槽(12)的槽口。4.根据权利要求3所述的一种力检测用弹性元器件，其特征在于：还包括密封层(5)，所述密封层(5)填充所述加固外箍(4)和所述弹性垫环(1)的间隙。5.根据权利要求1所述的一种力检测用弹性元器件，其特征在于：还包括预紧力检测电路(6)，所述应变片(2)固定连接有弹性电阻器r1、弹性电阻器r2、弹性电阻器r3和弹性电阻器r4，所述预紧力检测电路(6)电连接于所述弹性电阻器r1、所述弹性电阻器r2、所述弹性电阻器r3和所述弹性电阻器r4，所述弹性电阻器r1的一端连接有电源输入端in1，所述弹性电阻器r1的另一端依次串联所述弹性电阻器r2、所述弹性电阻器r3和所述弹性电阻器r4后连接所述电源输入端in1，所述弹性电阻器r1和所述弹性电阻器r2的连接端连接有信号输出端out1，所述弹性电阻器r2和所述弹性电阻器r3的连接端连接有电源输入端in2，所述弹性电阻器r3和所述弹性电阻器r4连接有信号输出端out2。6.根据权利要求5所述的一种力检测用弹性元器件，其特征在于：所述预紧力检测电路(6)的供电回路串联有自恢复电阻器r5。7.根据权利要求5所述的一种力检测用弹性元器件，其特征在于：所述预紧力检测电路(6)的输出回路串联有调零电阻器r6。8.根据权利要求5所述的一种力检测用弹性元器件，其特征在于：所述预紧力检测电路(6)还包括瞬态二极管tvs1，所述瞬态二极管tvs1的正极接地，所述弹性电阻器r1和所述弹性电阻器r2的连接端连接所述瞬态二极管tvs1的负极。

技术总结
本申请涉及预紧力检测的技术领域，公开了一种力检测用弹性元器件，包括弹性垫环和若干应变片，若干应变片固定连接于弹性垫环的外环壁，若干应变片环绕弹性垫环外环等距设置，弹性垫环的一侧设置有凸环，弹性垫环的内环壁固定连接有防滑垫层；相对于现有技术，本申请的元器件结构简单、成本低，并且无需采用人工或无人机方式测量待测零件的预紧力，提高了预紧力检测的效率。力检测的效率。力检测的效率。


技术研发人员：叶东昌 余佳琳 孙晓立 邵继喜 胡良军 李能
受保护的技术使用者：广州市市政工程试验检测有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/9/26