本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測緊固裝置失效的檢測模組、一種緊固系統(tǒng)和一種用于對緊固裝置失效的監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

1、緊固裝置廣泛應(yīng)用于工程、如建筑工程、管道工程、機械工程、電氣工程等等。通常，緊固裝置用于將不同部件緊固連接在一起或者將部件錨固在建筑結(jié)構(gòu)、如混凝土上，從而實現(xiàn)固定目的。緊固裝置的穩(wěn)定性與工程安全密切相關(guān)。一旦緊固裝置斷裂脫落，則可能帶來巨大的人身和財產(chǎn)損失。因此，對于緊固裝置的失效進行監(jiān)測意義重大。

2、對緊固裝置的監(jiān)測傳統(tǒng)上大多采用人工巡檢的方式進行。在人工巡檢中通常使用扭矩扳手逐一測試緊固裝置的松緊程度或?qū)︻A(yù)設(shè)涂料標(biāo)記進行目視檢查，這使得檢測效率低下、對緊固裝置的安裝位置有要求并且無法及時覺察到失效跡象。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中還存在利用傳感器直接監(jiān)測緊固裝置中的應(yīng)力或應(yīng)變的方案。在這些方案中需要傳感器直接置入于緊固裝置中并且承載緊固裝置的緊固力，這對傳感器提出高的要求并且易于由于緊固力過大而失靈。

4、因此亟需一種能夠可靠地監(jiān)測緊固裝置失效的方案，其中使用的傳感器不必承載緊固裝置的緊固力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于監(jiān)測緊固裝置失效的檢測模組、一種緊固系統(tǒng)和一種用于對緊固裝置失效的監(jiān)測方法，其中使用的傳感器不必承載緊固裝置的緊固力，并且所述檢測模組和所述緊固系統(tǒng)整體上能夠簡單實現(xiàn)、可靠性高、廣泛適用緊固裝置的各種應(yīng)用場景，不受施工條件、安裝環(huán)境等的限制和影響。

2、在本發(fā)明的范疇中，緊固裝置涉及將不同部件連接在一起或者將部件緊固在安裝面上的各種緊固裝置。緊固裝置應(yīng)包括緊固桿以及套設(shè)在緊固桿上的緊固件和緊固頭。在此，緊固桿用于插入被連接的部件或安裝面中的孔內(nèi)，并且緊固頭用于鎖緊緊固桿。示例性地，緊固桿可以包括螺栓、螺柱、螺釘、自攻螺釘、木螺釘、銷、鉚釘、焊釘，其中，螺栓特別是包括普通螺栓、高強螺栓、地腳錨栓、膨脹螺栓、化學(xué)錨栓、栓釘?shù)龋痪o固頭例如可以是螺母或螺帽。此外，安裝面可以涉及建筑結(jié)構(gòu)表面、如隧道、橋梁、建筑物等的墻、柱、梁等的表面；機械設(shè)備構(gòu)件的表面；管道法蘭的緊固面等等。

3、本發(fā)明的第一方面涉及一種用于監(jiān)測緊固裝置失效的檢測模組，其中，所述緊固裝置包括緊固桿以及套設(shè)在緊固桿上的緊固件和緊固頭，所述檢測模組包括：

4、可彈性壓縮的腔室，所述腔室設(shè)置為用于圍繞緊固件的軸向區(qū)段地壓靠到緊固件的徑向平面上，在所述腔室中填充有流體；以及

5、壓力傳感器，所述壓力傳感器與腔室中的流體連通，以用于檢測流體壓力。

6、按照本發(fā)明的檢測模組提出，使用可彈性壓縮的腔室來布置到緊固裝置中，通過腔室中的流體來監(jiān)測緊固裝置失效與否，并且借由流體的連通性能夠使得用于檢測流體壓力的壓力傳感器不必承載緊固裝置中的緊固力。具體而言，在檢測模組中，填充有流體的可彈性壓縮的腔室圍繞緊固件的軸向區(qū)段地設(shè)置并且能被壓靠到緊固件的徑向平面上。這意味著，腔室環(huán)形地圍繞著緊固桿和緊固件，并且在緊固裝置鎖緊的情況下，腔室被壓緊在緊固裝置中、如在緊固件所提供的徑向平面與另一部件或安裝面之間，并且腔室基于其彈性而相對于其初始形狀發(fā)生壓縮形變。腔室的該壓縮形變將致使腔室的容積減小，這導(dǎo)致其中的流體的壓力的上升。一旦緊固裝置失效，緊固件得以與相鄰的部件或安裝面相遠(yuǎn)離，這造成腔室能夠基于其彈性朝向其初始形狀恢復(fù)，這致使腔室的容積變大，從而導(dǎo)致其中的流體的壓力的降低。由此，通過檢測流體的壓力可以監(jiān)測到緊固裝置失效與否。在本發(fā)明中，為了檢測流體的壓力，壓力傳感器僅須與腔室中的流體相連通。由此，借由流體的連通性能夠使得檢測流體壓力的壓力傳感器無需處于緊固裝置的力流中，不必承載緊固裝置中的緊固力，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)檢測模組的電氣部分與機械部分功能上的解耦，保證了易于受損的壓力傳感器的安全。而且，借助于腔室所圍繞的軸向區(qū)段為腔室提供軸向方向上的止擋，因而本發(fā)明的檢測模組整體上無需承載緊固裝置的緊固力，也保證在緊固裝置鎖緊時腔室不會因緊固裝置的緊固力而過載。而且，由于流體的流動性，即使在緊固裝置僅一側(cè)松脫而導(dǎo)致單側(cè)形變的情況下，檢測模組也可以基于此時因腔室的形變而檢測到的壓力變化而判斷緊固裝置是否失效。

7、本發(fā)明開創(chuàng)性地放棄對于緊固裝置中的應(yīng)力或應(yīng)變的直接檢測，轉(zhuǎn)而采用相對而言間接的檢測手段來進行對緊固裝置失效的可靠監(jiān)測。本發(fā)明通過簡單的器件來判定緊固裝置的失效，無需利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的傳感器來檢測緊固裝置的應(yīng)力或應(yīng)變，也無需檢測模組承載緊固裝置的緊固力，也沒有對于機械加工精度的高要求。而且，由用于檢測流體壓力的壓力傳感器實現(xiàn)的檢測模組具備高的可靠性和良好的響應(yīng)性，并且能夠廣泛適用于緊固裝置的各種應(yīng)用場景而不受施工條件、安裝環(huán)境等的限制和影響。

8、特別需要說明的是，本發(fā)明中所使用的可彈性壓縮的腔室可以具有多種可能的形狀。為了使所述腔室可以圍繞緊固件的軸向區(qū)段并且能被壓靠到緊固件的徑向平面上，一方面需要所述腔室在其中央處留空，以便套裝到緊固件的軸向區(qū)段的外周；另一方面需要所述腔室能沿著緊固件的徑向平面延伸，以便可以在受壓時抵靠于緊固件的徑向平面。在此，“圍繞緊固件的軸向區(qū)段”應(yīng)理解為至少部分地、特別是大部分地、特別優(yōu)選全周地包圍或者說環(huán)繞緊固件的軸向區(qū)段。示例性地，所述腔室在俯視圖中可以構(gòu)成為環(huán)形、扇環(huán)形、橢圓環(huán)形、中央帶孔的四邊形等等。

9、還需要說明的是，本發(fā)明中所使用的可彈性壓縮的腔室意味著，腔室可以在外力作用下壓縮，并且在外力作用減小或消失時相應(yīng)部分地或全部地恢復(fù)其形狀。在此，腔室的彈性可壓縮性可以由腔室材料的部分或全部來提供。這意味著，腔室要么可以部分地由彈性材料制成，要么可以全部由彈性材料制成。

10、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述流體可以為氣體或液體。特別是，所述氣體可以為空氣，而所述液體可以為油。在此，由于氣體或液體具有不同的可壓縮性，可以根據(jù)緊固裝置的安裝環(huán)境、腔室的尺寸或額定形變量、壓力傳感器的種類等因素來選擇所填充的流體。

11、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述腔室的容積在緊固裝置鎖緊時相對于初始容積縮小，而在緊固裝置失效時至少部分地恢復(fù)。在此，腔室的初始容積可以理解為可彈性壓縮的腔室在自由狀態(tài)下的容積。

12、按照本發(fā)明的一種實施方式，在緊固裝置鎖緊時，所述腔室整體上形變、在部分方向上形變或者在至少一個壁上形變。在緊固裝置的作用下，所述腔室的容積縮小可以具有多種形式。示例性地，腔室可以整體上形變、例如從圓環(huán)形的徑向截面壓扁為橢圓環(huán)形的徑向截面；腔室可以僅在部分方向上形變、例如在徑向面積不變的情況下僅縮短軸向長度；或者腔室可以在至少一個面上形變、例如腔室的一個面或多個面向腔室內(nèi)部凹進。對于這些形變方式而言，可以不要求腔室完全由彈性材料制成，而是也可以部分地由剛性材料制成。

13、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述腔室的徑向截面可以大致為圓環(huán)形、橢圓環(huán)形或方框形。優(yōu)選地，所述腔室的軸向側(cè)壁可以構(gòu)成為帶有一個或多個波紋或折皺。在此，通過在腔室的軸向側(cè)壁上構(gòu)造出一個或多個波紋或折皺，一方面可以促進腔室在軸向方向的彈性可壓縮性，另一方面可以限定腔室的形變方向并由此減少其在徑向方向上的擴增，有助于增進在緊固裝置失效時流體的壓力變化量。

14、按照本發(fā)明的一種實施方式，徑向截面為方框形的腔室的徑向頂面和/或徑向底面可以構(gòu)成為彈性面。在該實施方式中，彈性面意味著可以在受到壓力時向腔室內(nèi)部凹進，使得腔室的容積縮小。為了使所述彈性面形變可以在緊固裝置的緊固件和/或墊片上構(gòu)造有對應(yīng)的突出部。在此特別是，徑向截面為方框形的腔室的其余部分可以構(gòu)成為剛性的。該剛性構(gòu)造使得腔室僅可在部分方向上形變或者使腔室僅可在一個面或兩個面上形變、如向腔室內(nèi)部凹進。還有利地，所述其余部分可以與緊固件相集成。這樣可以降低檢測模組及緊固系統(tǒng)的零部件數(shù)量并且可以有效簡化裝配。

15、按照本發(fā)明的一種實施方式，在所述腔室中可以設(shè)置有沿軸向方向壓縮的彈簧。通過該實施方式可以特別有利地在緊固裝置失效的情況下輔助腔室恢復(fù)其初始形狀，使得所述檢測模組能夠特別可靠地監(jiān)測由于緊固裝置本身的旋松、滑絲脫扣、蠕變伸長以及緊固裝置所緊固的安裝面的材料變性而導(dǎo)致的失效。

16、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述腔室可以由金屬、橡膠和/或塑料制成，其中，金屬、橡膠和塑料中的不同材料優(yōu)選通過壓合、焊接、雙色注射成型或嵌件注射成型來連接?？紤]到制造上的簡單性，腔室優(yōu)選可以由塑料制成并且通過吹塑或注塑工藝來成形。在使用兩種或更多種材料制造腔室時，為了使不同材料之間形成流體密封的連接可以使用壓合、焊接、特別是超聲波焊接或熔焊、雙色注射成型或嵌件注射成型實現(xiàn)。例如，可以使用雙色注射成型或超聲波焊接將一種塑料與另一種塑料或者將塑料與橡膠相連接；或者可以使用嵌件注射成型將金屬與塑料或?qū)⒔饘倥c橡膠相連接。

17、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述壓力傳感器設(shè)置在電路板上。

18、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述電路板可以與腔室彼此分離，并且所述腔室經(jīng)由連接管與壓力傳感器相連通。在此，利用連接管可以任意地布置電路板連同壓力傳感器，特別是使電路板連同壓力傳感器遠(yuǎn)離緊固裝置的操作區(qū)域。

19、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述電路板連同其壓力傳感器可以與所述腔室集成為一體。通過該實施方式可以實現(xiàn)檢測模組的一體化的構(gòu)造，簡化檢測模組在緊固裝置上的裝配操作。

20、按照本發(fā)明的一種實施方式，借助于所述電路板上的灌膠部來密閉與所述腔室連通的隔間。在該實施方式中能夠利用電路板的常規(guī)加工方式來實現(xiàn)檢測模組的流體密封，而無需定制特殊的密封件。

21、按照本發(fā)明的一種實施方式，在所述電路板上還可以設(shè)有下述中的一項或多項：

22、信號處理單元，所述信號處理單元與壓力傳感器信號連接，以用于分析處理壓力傳感器的壓力信號并且在確定出流體壓力變化時判定緊固裝置的失效；

23、警報單元、特別是聲音和/或燈光警報單元；

24、通信單元、優(yōu)選無線通信單元；

25、供電單元，所述供電單元優(yōu)選通過干電池或蓄電池供電；

26、能量采集單元，所述能量采集單元優(yōu)選是太陽能采集單元、風(fēng)能采集單元、熱能采集單元、流體動能采集單元或電磁能量采集單元；

27、喚醒單元，所述喚醒單元優(yōu)選間歇性地或響應(yīng)于外部的射頻信號激活檢測模組。

28、其中，信號處理單元可以實施當(dāng)前壓力與在緊固裝置鎖緊時的初始壓力的比較，以便在壓力降低、特別是降低超過預(yù)定的閾值時確定出緊固裝置的失效。為此，信號處理單元例如可以包括存儲器、ad轉(zhuǎn)換器、比較器、放大器、積分器和/或微分器等，以便對所檢測的壓力信號進行分析處理、如存儲、模數(shù)轉(zhuǎn)換、比較、放大、積分或微分等，并且還可以附加地提供關(guān)于失效程度、失效進展速度等信息。

29、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述壓力傳感器可以為mems壓力傳感器；和/或所述壓力傳感器可以配設(shè)有溫度補償器件。為了檢測模組的小型化，有利地可以使用mems壓力傳感器。而為了使檢測模組適用于溫度變化劇烈的安裝環(huán)境，優(yōu)選為壓力傳感器配設(shè)有溫度補償器件，以降低或避免因溫度變化造成的壓力波動給檢測模組帶來的影響。

30、本發(fā)明的第二方面涉及一種用于利用按照本發(fā)明的檢測模組監(jiān)測緊固裝置失效的方法。

31、本發(fā)明的第三方面涉及一種緊固系統(tǒng)，所述緊固系統(tǒng)包括緊固裝置和按照本發(fā)明的前一方面的檢測模組，其中，所述緊固裝置包括緊固桿以及套設(shè)在緊固桿上的緊固件和緊固頭。

32、按照本發(fā)明的檢測模組與緊固裝置共同提供在按照本發(fā)明的緊固系統(tǒng)中，以提供對于緊固裝置失效的簡單實現(xiàn)、可靠性高且適用廣泛的監(jiān)測手段。在此，緊固桿可以包括螺栓、螺柱、螺釘、自攻螺釘、木螺釘、銷、鉚釘、焊釘，其中，螺栓特別是包括普通螺栓、高強螺栓、地腳錨栓、膨脹螺栓、化學(xué)錨栓、栓釘?shù)?；緊固頭例如可以是螺母或螺帽。

33、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述緊固件的徑向截面構(gòu)成為l型；或者所述緊固件由直套筒和墊片組成。在此，為檢測模組的腔室提供支承的緊固件可以一體地或分體地構(gòu)造。一體式的緊固件可以具有類似于法蘭套筒或者說帶有凸緣的套筒的形狀，其包括一個直徑較小的軸向區(qū)段和一個直徑較大的徑向平面，以用于分別為腔室提供軸向止擋和徑向支承。分體式的緊固件可以包括一個直套筒和一個可以與該直套筒的一端相抵靠的墊片，由此該分體式的緊固件也能夠提供l型的徑向截面，同樣能夠為腔室提供軸向止擋和徑向支承。

34、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述檢測模組組裝在緊固裝置所緊固的安裝面與緊固件之間；或者所述檢測模組組裝在緊固件與另一墊片之間。在此，安裝面可以涉及建筑結(jié)構(gòu)表面、如隧道、橋梁、建筑物等的墻、柱、梁等的表面；機械設(shè)備構(gòu)件的表面；管道法蘭的緊固面等等

35、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述緊固件與所述安裝面或所述另一墊片之間支撐有彈性墊圈或波形墊片。通過彈性墊圈或波形墊片能夠特別有利地確保在緊固裝置失效時緊固件與所述安裝面或所述另一墊片相遠(yuǎn)離，為檢測模組的腔室恢復(fù)初始形狀創(chuàng)造空間，使得所述檢測模組能夠特別可靠地監(jiān)測由于緊固裝置本身的旋松、滑絲脫扣、蠕變伸長以及緊固裝置所緊固的安裝面的材料變性而導(dǎo)致的失效。

36、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述緊固件和/或所述另一墊片可以構(gòu)造有突出部。在此，突出部特別是可以對應(yīng)于檢測模組的腔室的彈性面設(shè)置，以便在緊固裝置鎖緊時作用到彈性面上使該彈性面向腔室內(nèi)部凹進。

37、按照本發(fā)明的一種實施方式，所述檢測模組能夠與所述緊固件和/或所述另一墊片相連接。通過這樣的連接可以進一步簡化檢測模組的裝配，并且避免檢測模組在交付、運輸或裝配中受損。

38、需要說明的是，按照本發(fā)明的一個方面的特征、功能、效果和優(yōu)勢等同樣可以參照本發(fā)明的其他方面的上述描述。此外，在本發(fā)明中所描述的各個方面可以按照多樣的方式彼此組合。