一種電子螺絲裝置及系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電子螺絲裝置及系統，所述裝置包括螺絲、螺母以及依次連接的壓力感測墊圈、采集與控制模塊以及報警模塊，其中壓力感測墊圈設置于螺絲和螺母之間，在與螺絲上的螺帽直接接觸時，感測螺帽對墊圈的壓力，或者在與螺母直接接觸時，感測螺母對墊圈的壓力，壓力感測墊圈包括設置于內部的壓力傳感器，以及與壓力傳感器和采集與控制模塊連接的輸出接口，采集與控制模塊用于采集壓力感測墊圈感測的壓力，依據采集的壓力與預設壓力范圍之間的關系以及壓力的變化情況控制報警模塊發送相應預警信號。本實用新型的電子螺絲裝置和系統能夠定時檢測螺絲裝置的狀態發送相應預警信號，提高了裝置的安全性和穩定性，節約人力成本，智能方便。
【專利說明】
一種電子螺絲裝置及系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種電子螺絲裝置及系統，屬于自動化控制技術領域。【背景技術】
[0002]現有螺絲多為機械式螺絲，通過螺絲結構、材質或工藝的改進來提高螺絲使用的便捷性、安全性，例如:常用的防盜螺絲通過螺絲頭槽型的特殊花紋或螺母的特殊外形花紋來實現防盜，這種螺絲需要專用的工具(特殊花紋的螺絲刀或特殊花紋的套筒)才能松動或緊固，這種防盜螺絲成本低廉，適合大批量生產，但是防盜效果不好，因為用于這種防盜螺絲的配套緊固工具通常隨防盜螺絲一起出售，所以在市面上比較容易購買到專用緊固工具，任何人都可以輕易的松動螺絲。另外，對于一些安全性和穩定性要求較高的設備或裝置，由于螺絲在長時間的使用過程中振動等因素造成螺絲的松動，極有可能對設備或裝置的運行產生較大的不利影響，需要維修人員不定時的檢修，以此帶來維修工作量的增加，而且不能完全避免人為檢修遺漏。【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種電子螺絲裝置及系統，該電子螺絲裝置能夠定時檢測螺絲裝置的狀態發送相應預警信號，實現實時監測，及時預警，提高了裝置的安全性和穩定性，更加智能方便。
[0004]本實用新型提供技術方案如下:
[0005]—方面，本實用新型提供了一種電子螺絲裝置，包括螺絲和螺母，還包括依次連接的壓力感測墊圈、采集與控制模塊以及報警模塊，所述壓力感測墊圈設置于螺絲和螺母之間，在與螺絲上的螺帽直接接觸時，感測螺帽對墊圈的壓力，或者在與螺母直接接觸時，感測螺母對墊圈的壓力，所述壓力感測墊圈包括設置于內部的壓力傳感器，以及與壓力傳感器和采集與控制模塊連接的輸出接口，所述采集與控制模塊用于采集所述壓力感測墊圈感測的壓力，依據采集的壓力與預設壓力范圍之間的關系以及所述壓力的變化情況控制報警模塊發送相應預警信號，所述預設壓力范圍為螺絲與螺母擰緊固定的壓力范圍。
[0006]根據本實用新型的一實施方式，所述采集與控制模塊定時采集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力處于預設壓力范圍時，控制報警模塊發送第一預警信號，提示螺絲與螺母已擰緊固定。
[0007]根據本實用新型的另一實施方式，所述采集與控制模塊定時采集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力小于預設壓力范圍的下限且所述壓力變化的速度大于第一預設變化速度時，控制報警模塊發送第二預警信號，提示螺絲與螺母意外脫落或人為破壞。
[0008]根據本實用新型的另一實施方式，所述采集與控制模塊定時采集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力小于預設壓力范圍的下限且所述壓力變化的速度小于第二預設變化速度時，控制報警模塊發送第三預警信號，提示螺絲與螺母松動。
[0009]根據本實用新型的另一實施方式，所述壓力感測墊圈內部的壓力傳感器包括外筒圈、內筒圈和壓阻式應變梁，所述內筒圈為彈性金屬材質，所述壓阻式應變梁包括有效應變梁和補償應變梁，所述有效應變梁設置在內外筒圈之間，所述補償應變梁垂直于有效應變梁的方向設置在外筒圈內。
[0010]根據本實用新型的另一實施方式，所述采集與控制模塊包括數據處理單元、控制單元和配置單元，所述數據處理單元連接所述輸出接口，所述控制單元分別與數據處理單元和配置單元連接；[〇〇11]所述數據處理單元包括信號放大和調理電路，用于對采集的壓力感測墊圈的壓力進行放大和調理處理；
[0012]所述控制單元用于對數據處理單元發送的處理后的壓力進行模數轉換以及依據所述轉換后的壓力與預設壓力范圍之間的關系以及壓力的變化情況發送控制信號給報警豐旲塊；
[0013]所述配置單元為撥碼開關，用于預先設置預設壓力范圍。
[0014]根據本實用新型的另一實施方式，還包括電源模塊，用于給裝置供電，所述電源模塊包括一與壓力感測墊圈連接的恒流源固定激勵電源，用于給壓力感測墊圈供電。
[0015]根據本實用新型的另一實施方式，所述報警模塊包括報警器和指示燈。
[0016]本實用新型的電子螺絲裝置包括螺絲和螺母以及依次連接的壓力感測墊圈、采集與控制模塊以及報警模塊，通過壓力感測墊圈感測螺絲或螺母對墊圈的壓力即螺絲與螺母的擰緊程度，采集控制模塊定時采集壓力感測墊圈感測的壓力并根據壓力與預設壓力范圍之間的關系以及壓力的變化情況產生不同的預警信號，提示用戶螺絲的各種狀態，實現了實時監測，及時預警，提高了螺絲裝置的安全性和穩定性，節約了人力成本，且使用簡單，通過在螺絲和螺母之間增加一個壓力感測墊圈感測壓力，未改變螺絲或螺母的結構，與傳統螺絲裝置使用方法一致。
[0017]另一方面，本實用新型提供了一種電子螺絲系統，包括依次連接的電子螺絲裝置、 數據傳輸接口和網絡服務器，所述電子螺絲裝置為上述裝置，所述數據傳輸接口用于將電子螺絲裝置采集的壓力和發出的預警信號上傳至網絡服務器。
[0018]本實用新型的電子螺絲系統，通過數據傳輸接口將電子螺絲裝置采集的壓力數據及發出的預警信號實時上傳到網絡服務器，實現遠程監控。【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的電子螺絲裝置的一個實施例的組成框圖；
[0020]圖2為本實用新型的壓力感測墊圈的一個實施例的結構示意圖；
[0021]圖3為本實用新型的電子螺絲裝置的一個實施例的組裝示意圖；
[0022]圖4為本實用新型的電子螺絲系統的一個實施例的組成框圖。【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。[〇〇24] 一方面，本實用新型實施例提供了一種電子螺絲裝置1，如圖1所示，包括螺絲20和螺母10,還包括依次連接的壓力感測墊圈30、采集與控制模塊40以及報警模塊50,其中壓力感測墊圈30設置于螺絲20和螺母10之間，在與螺絲上的螺帽直接接觸時，感測螺帽對墊圈的壓力，或者在與螺母直接接觸時，感測螺母對墊圈的壓力，壓力感測墊圈30包括設置于內部的壓力傳感器31，以及與壓力傳感器31和采集與控制模塊40連接的輸出接口 32,采集與控制模塊40用于采集壓力感測墊圈感測的壓力，依據采集的壓力與預設壓力范圍之間的關系以及壓力的變化情況控制報警模塊發送相應預警信號，其中預設壓力范圍為螺絲與螺母擰緊固定的壓力范圍。
[0025]本實用新型實施例的電子螺絲裝置通過壓力感測墊圈感測螺絲或螺母對墊圈的壓力即螺絲與螺母的擰緊程度，采集控制模塊定時采集壓力感測墊圈感測的壓力并依據采集的壓力與預設壓力范圍之間的關系以及壓力的變化情況控制報警模塊發送相應預警信號，實現了實時監測，及時預警，提高了螺絲裝置的安全性和穩定性，節約了人力成本，更加智能方便。
[0026]本實用新型實施例的電子螺絲裝置使用簡單，通過在螺絲和螺母之間增加一個壓力感測墊圈感測壓力，未改變螺絲或螺母的結構，與傳統螺絲裝置使用方法一致。例如圖3 所示組裝示意圖，將螺絲20’穿過需要預緊加固件70’，將壓力感測墊圈30’穿過螺絲20’，放置于預緊加固件70’與螺母10’間，擰緊螺母10’。
[0027]作為一個舉例說明，本實用新型實施例的電子螺絲裝置的采集與控制模塊定時采集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力處于預設壓力范圍時，控制報警模塊發送第一預警信號，提示螺絲與螺母已擰緊固定。本實施例通過判斷螺絲與螺母擰緊過程中壓力感測墊圈感測的壓力與預設壓力范圍的關系，發送螺絲與螺母是否擰緊的預警信號，防止螺絲與螺母擰緊過度或過松，實現螺絲裝置安裝過程中的實時監測，及時預警，提高了螺絲裝置的安全性和穩定性。另外，預設壓力范圍根據不同螺絲和螺母的直徑大小和扭力性能等級要求確定。
[0028]作為另一個舉例說明，本實用新型實施例的電子螺絲裝置的采集與控制模塊定時采集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力小于預設壓力范圍的下限且壓力變化的速度大于第一預設變化速度時，控制報警模塊發送第二預警信號，提示螺絲與螺母意外脫落或人為破壞。本實施例通過判斷電子螺絲裝置工作過程中壓力感測墊圈定時感測的壓力與預設壓力范圍的下限以及壓力變化的速度與第一預設變化速度的關系，發送螺絲與螺母是否意外脫落或人為破壞的預警信號，實現螺絲裝置工作過程中的實時防盜或人為破壞監測， 及時預警，提高了螺絲裝置的安全性和穩定性。另外，第一預設變化速度根據具體實際情況確定，例如:10牛/秒。
[0029]作為另一個舉例說明，本實用新型實施例的電子螺絲裝置的采集與控制模塊定時采集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力小于預設壓力范圍的下限且壓力變化的速度小于第二預設變化速度時，控制報警模塊發送第三預警信號，提示螺絲與螺母松動。本實施例通過判斷電子螺絲裝置工作過程中壓力感測墊圈定時感測的壓力與預設壓力范圍的下限以及壓力變化的速度與第二預設變化速度的關系，發送螺絲與螺母是否松動的預警信號，實現螺絲裝置工作過程中的實時監測螺絲狀態，及時預警，提高了螺絲裝置的安全性和穩定性，減輕維修檢查的工作量，節約人力成本。另外，第二預設變化速度根據具體實際情況確定，例如:5牛/月。
[0030]進一步的，如圖2所示，本實用新型實施例的壓力感測墊圈內部的壓力傳感器包括外筒圈34、內筒圈33和壓阻式應變梁，其中內筒圈33為彈性金屬材質，壓阻式應變梁包括有效應變梁311和補償應變梁312，有效應變梁設置在內外筒圈之間，補償應變梁垂直于有效應變梁的方向設置在外筒圈內。其中內筒圈為具有彈性性質的金屬材質，例如:金屬不銹鋼材料，壓阻式應變梁為半導體材料。優選的，有效應變梁布置在內筒圈金屬結構容易發生彈性形變的豎直位置，補償應變梁橫向設置，布置在內筒圈金屬結構不容易發生形變的水平位置。壓力感測墊圈的工作原理是當壓力感測墊圈與螺絲上的螺帽直接接觸時或者在與螺母直接接觸時受到螺絲上螺帽或螺母的擠壓壓力(圖2所示豎直方向的壓力)，壓力傳感器的內筒圈產生彈性形變，形變導致內筒圈產生垂直于有效應變梁設置方向的壓力(圖2所示水平方向的壓力)，有效應變梁產生微小形變，使得有效應變梁的電阻發生微小變化;而補償應變梁布放方位與有效應變梁垂直，壓力導致補償應變梁發生彈性形變的作用非常小， 因此有效應變梁和補償應變梁的電阻比值發生變化，但是溫度的變化對補償應變梁和有效應變梁的影響是相同的，它們的電阻比值不會改變。另外，壓力傳感器采用惠斯通電橋結構，當有效應變梁和補償應變梁受壓力影響其電阻比值發生變化時造成惠斯通電橋的輸出模擬電壓發生變化，而有效應變梁和補償應變梁受溫度影響其電阻比值不發生變化，不會影響惠斯通電橋輸出的模擬電壓，且因為壓力傳感器采用惠斯通電橋結構，其橋臂電阻的溫度系數為正，靈敏度溫度系數為負，輸出電壓信號的溫度系數是兩者的代數和，所以可以有效地抵消溫度變化對壓力傳感器的影響。實際中壓力感測墊圈輸出的為代表螺絲或螺母對墊圈的壓力大小的模擬電壓值。[0031 ]優選的，如圖2所示，輸出接口 32位于壓力感測墊圈側面，可為4芯接口，2芯為電源輸入，另外2芯為電壓輸出。[〇〇32]再進一步的，如圖4所示，本實用新型實施例的采集與控制模塊40包括數據處理單元41、控制單元42和配置單元43,數據處理單元41連接輸出接口 32,控制單元42分別與數據處理單元41和配置單元42連接;其中:數據處理單元41包括信號放大和調理電路(圖4中未示出)，用于對采集的壓力感測墊圈的壓力進行放大和調理處理;控制單元42用于對數據處理單元發送的處理后的壓力進行模數轉換以及依據轉換后的壓力與預設壓力范圍之間的關系以及壓力的變化情況發送控制信號給報警模塊;配置單元43為撥碼開關，用于預先設置預設壓力范圍。優選的，撥碼開關可為8位撥碼開關，預設置螺母或螺絲需要擰緊的力矩即預設壓力范圍，可以設置為255級扭力。
[0033]由于從壓力感測墊圈輸出的模擬電壓信號在十-百毫伏級，信號非常微弱，因此需要經數據處理單元的信號放大和調理電路進行一定程度的放大，其信號放大和調理電路采用電壓驅動信號輸出方式。由于壓力感測墊圈的壓力傳感器的輸出電阻很大，就要求信號放大和調理電路有更高的輸入電阻，從而不吸收壓力傳感器的輸出電流，同時從壓力傳感器輸出的電壓信號很微小，所包含的非理想信號在高增益放大后會使輸出的電壓精度降低，因此信號放大和調理電路應為低漂移、低噪聲、中等增益的電路。
[0034]經過信號放大和調理后的模擬電壓信號首先經控制單元進行模數轉換，轉換后的電壓值再與8位撥碼開關預制的扭力值進行比較，優選的控制單元為單片機，其包括模數轉換電路ADC，可采用8位超低功耗、超小封裝的STM 8位單片機，壓力的采集、數據的轉換、與預設范圍的比較、觸發報警以及驅動指示燈等均由其實現。[〇〇35]又進一步的，本實用新型實施例的電子螺絲裝置還包括電源模塊60,用于給裝置供電，其中電源模塊包括一與壓力感測墊圈30連接的恒流源固定激勵電源61，用于給壓力感測墊圈供電。壓力感測墊圈采用的恒流源固定激勵電源內部有一個參考電壓，壓力感測墊圈的惠斯通電橋是由參考電壓供電激勵，參考電壓是恒定的，與電源無關，不會由于電源的波動而造成壓力感測墊圈的靈敏度和零點的漂移，因此采用恒流源固定激勵電源供電有利于熱靈敏度漂移的補償。
[0036]進一步的，本實用新型實施例的報警模塊包括報警器和指示燈。本實施例報警模塊采用報警器和指示燈，通過語音和燈光提示不同的報警信號，使得報警方式更加多樣化。
[0037]另一方面，本實用新型實施例提供了一種電子螺絲系統，如圖4所示，包括依次連接的電子螺絲裝置1、數據傳輸接口 2和網絡服務器3,其中電子螺絲裝置1為上述實施例的電子螺絲裝置，數據傳輸接口 2用于將電子螺絲裝置1采集的壓力和發出的預警信號上傳至網絡服務器3。
[0038]本實用新型的電子螺絲系統，通過數據傳輸接口將電子螺絲裝置采集的壓力數據及發出的預警信號實時上傳到網絡服務器，實現遠程監控。
[0039]以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種電子螺絲裝置，包括螺絲和螺母，其特征在于，還包括依次連接的壓力感測墊 圈、采集與控制模塊以及報警模塊，所述壓力感測墊圈設置于螺絲和螺母之間，在與螺絲上 的螺帽直接接觸時，感測螺帽對墊圈的壓力，或者在與螺母直接接觸時，感測螺母對墊圈的 壓力，所述壓力感測墊圈包括設置于內部的壓力傳感器，以及與壓力傳感器和采集與控制 模塊連接的輸出接口，所述采集與控制模塊用于采集所述壓力感測墊圈感測的壓力，依據 采集的壓力與預設壓力范圍之間的關系以及所述壓力的變化情況控制報警模塊發送相應 預警信號，所述預設壓力范圍為螺絲與螺母擰緊固定的壓力范圍。2.根據權利要求1所述的一種電子螺絲裝置，其特征在于，所述采集與控制模塊定時采 集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力處于預設壓力范圍時，控制報警模塊發送第一 預警信號，提示螺絲與螺母已擰緊固定。3.根據權利要求1所述的一種電子螺絲裝置，其特征在于，所述采集與控制模塊定時采 集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力小于預設壓力范圍的下限且所述壓力變化的速 度大于第一預設變化速度時，控制報警模塊發送第二預警信號，提示螺絲與螺母意外脫落 或人為破壞。4.根據權利要求1所述的一種電子螺絲裝置，其特征在于，所述采集與控制模塊定時采 集壓力感測墊圈感測的壓力，當采集的壓力小于預設壓力范圍的下限且所述壓力變化的速 度小于第二預設變化速度時，控制報警模塊發送第三預警信號，提示螺絲與螺母松動。5.根據權利要求1-4任一所述的一種電子螺絲裝置，其特征在于，所述壓力感測墊圈內 部的壓力傳感器包括外筒圈、內筒圈和壓阻式應變梁，所述內筒圈為彈性金屬材質，所述壓 阻式應變梁包括有效應變梁和補償應變梁，所述有效應變梁設置在內外筒圈之間，所述補 償應變梁垂直于有效應變梁的方向設置在外筒圈內。6.根據權利要求1-4任一所述的一種電子螺絲裝置，其特征在于，所述采集與控制模塊 包括數據處理單元、控制單元和配置單元，所述數據處理單元連接所述輸出接口，所述控制 單元分別與數據處理單元和配置單元連接；所述數據處理單元包括信號放大和調理電路，用于對采集的壓力感測墊圈的壓力進行 放大和調理處理；所述控制單元用于對數據處理單元發送的處理后的壓力進行模數轉換以及依據所述 轉換后的壓力與預設壓力范圍之間的關系以及壓力的變化情況發送控制信號給報警模塊；所述配置單元為撥碼開關，用于預先設置預設壓力范圍。7.根據權利要求1-4任一所述的一種電子螺絲裝置，其特征在于，還包括電源模塊，用 于給裝置供電，所述電源模塊包括一與壓力感測墊圈連接的恒流源固定激勵電源，用于給 壓力感測墊圈供電。8.根據權利要求1-4任一所述的一種電子螺絲裝置，其特征在于，所述報警模塊包括報 警器和指示燈。9.一種電子螺絲系統，其特征在于，包括依次連接的電子螺絲裝置、數據傳輸接口和網 絡服務器，所述電子螺絲裝置為如權利要求1-8任一所述的裝置，所述數據傳輸接口用于將 電子螺絲裝置采集的壓力和發出的預警信號上傳至網絡服務器。
【文檔編號】G08B21/18GK205670357SQ201620508312
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】張春勃
【申請人】北京天誠盛業科技有限公司