[实用新型]一种机械应力感知装置

说明书

本实用新型给出一种机械应力感知装置，包含导力片（1），形变片（2）和应变电阻（3）；其特征在于：导力片（1）包含导力凸台（11）;形变片（2）包含受力凹槽（21），形变梁（24），以及内支撑凸台（22）和外支撑凸台（23）；其中，导力凸台（11）至少部分地置入受力凹槽（21）并与受力凹槽（21）间存在导力接触，通过受力凹槽（21）向形变梁（24）传导挤压力；形变梁（24）包含受力凹槽（21），形变梁（24）与内支撑凸台（22）和外支撑凸台（23）相连接并由其提供支撑力；设置在形变梁（24）上的应变电阻（3）在所述形变的作用下产生与所述挤压力对应的电阻值变化。装置尺寸小，量程大，承载能力强。

技术领域

本实用新型涉及机械应力检测领域，尤其涉及一种机械应力感知装置。

背景技术

机械压力检测和称重都涉及对机械应力的测量，目前对一吨以内的机械压力或重量进行检测的技术已经比较成熟，可以用可接受的设备体积、成本地得到满足要求的测量精度，但是，对数吨至数十吨范围的机械压力或重量进行检测还难以满足具体应用对设备体积、测量精度及测量范围的要求。

在一些关键工业设施上，比如桥梁结构和输电塔结构中，关键部位的螺栓压力检测是保障结构安全的一项措施，在实际应用中需要以简单的方式和较高的精度对其测量。螺栓压力需要控制在一个科学的范围内，轴向应力过小，会造成连接不可靠，导致工作时松弛、振动；螺栓轴向应力过大，会导致疲劳甚至发生断裂，造成严重事故。

目前已有很多方法和技术来测量螺栓预紧力，如CN105372003（螺栓预紧力测量方法）、CN204085765U（螺栓预紧力测量装置）和CN209148193U（螺栓预紧力测量装置）等，然而螺栓在长期服役过程中应力状态会逐渐产生缓慢变化，依靠对螺栓预紧力的测量不能确保螺栓在整个服役期间内的使用安全。因此，需要对螺栓应力进行实时监测，才能保证螺栓的正常服役与结构安全。

现有的螺栓应力检测技术中，常采用超声波和电磁信号等原理进行测量。CN209745449U（一种超声波螺栓应力测量仪）、CN204043835U（螺栓应力检测装置）、CN206670855（螺栓应力智能检测装置）、CN210464753U（一种用于螺栓应力监测的应变式垫片力传感器）和CN106500882（一种螺栓应力检测装置）都是通过设计一个检测装置测量超声波信号或电磁信号的变化来实现对螺栓应力的测量。上述方法需要一个尺寸较螺栓本身很大的检测装置，或者测量范围及量程不够大，或者无法对螺栓进行长期实时监测。

因此，有必要设计一种尺寸与螺栓本身接近的检测装置，能够安装在在螺栓间距所限制的空间尺寸内，能够承载数吨或数十吨范围内的机械应力并对其进行满足精度要求的测量，从而实现长期实时地对螺栓进行大量程的应力监测；此外，该装置也能够用于重量测量。

在螺栓配合的垫片作为一种应用场景的情况下，作为垫片形态的机械应力感知装置通过测量螺母所施加的轴向挤压力来测量螺栓应力。机械应力感知装置尺寸和安装位置与垫片类似，套装在螺栓上并且位于被紧固件和螺母之间，依靠螺母紧固。现有的机械应力感知装置通常是基于压电或光学原理，如CN206889459U（一种用于监测螺栓松动的堆栈式压电陶瓷智能垫片）等，但这两种方法成本较高，因此采用电阻应变式的原理以实现成本较低的机械应力感知装置。由于安装位置和测量方式的独特性，电阻应变式机械应力感知装置需要具有高承载能力，要求能够承载同型号螺栓保证载荷大小的挤压力而保持结构仍处于弹性变形阶段。

现有技术中，使用应变梁结构辅以应变电阻是获取机械压力和称重的常用方法，具有成本相对低廉和技术成熟的特点，但是，该项技术在应用于数吨至数十吨范围的机械压力或重量进行检测时存在体积大、难以承载大的机械应力并且难以在大机械应力范围内保持所需要的线性形变这样的缺点。

发明内容

本实用新型给出一种机械应力感知装置，用于克服现有技术存在的体积大、难以承载大的机械应力并且难以在大机械应力范围内保持所需要的线性形变这些缺点中的至少一种。