一种螺栓弯矩与拉力解耦测试传感器及其测试方法与流程

技术特征：

1.一种螺栓弯矩与拉力解耦测试传感器，其特征在于：包括有环形保护外壳和置于该环形保护外壳内腔中的多个压电单元，以及配置的一个通讯电缆接头；其中，该多个压电单元沿环形保护外壳的周向均匀分布，所述通讯电缆接头插装在环形保护外壳的外侧面上。

2.根据权利要求1所述的一种螺栓弯矩与拉力解耦测试传感器，其特征在于：所述环形保护外壳由彼此配对并能结合在一起组装为环形结构的外侧保护面、内侧保护面、上端盖、下端盖组成。

3.一种权利要求1或2所述的螺栓弯矩与拉力解耦测试传感器的测试方法，其特征在于：所述传感器模拟螺栓垫片形式，能够直接根据螺栓杆径进行专门定制，像垫片一样安装在螺母和紧固件之间，当紧固件发生拉弯载荷变化时，便会直接传递到上、下端盖，从而传递至均布的多个压电单元上，使得压电单元受到不同程度的挤压作用，之后通过监测每个压电单元的电荷变化量，经解耦便能够将拉力和弯矩以及方向计算出来；其中，压电单元的电荷变化量与受到的拉压力成正比，弯矩载荷方向跟上、下端盖受载方向有关，不同方向将导致该多个压电单元在不同的方位上出现最大或最小的电荷量变化，通过对该多个压电单元电荷量变化的正弦插值拟合，能够快速的找到拟合正弦波的最大、最小值的位置，通过最大、最小位置便能够定位载荷在传感器的受力方向，而传感器的零位在安装时是通过安装工艺进行定位的，这样当获得载荷在传感器上的作用方向及安装定位零位时，便能够准确的定位弯矩载荷在测试部件的受力方向，而通过实时监控相位的变化，便能够准确展现弯矩载荷方向的波动；

当传感器仅受到拉压载荷时，均布的多个压电单元的电荷量变化理论上是相同的，也就是该多个压电单元的电荷变化量的平均值能看做拉压载荷的变化，即：式中，PullForce为拉力载荷，Kp为拉力外力载荷与压电单元电荷变化量的比例系数，Vout_i为第i个压电单元的电荷输出量，n为压电单元个数；

当传感器仅受到弯矩载荷时，将环形保护外壳看做刚体，均布的多个压电单元的电荷变化会呈现正弦趋势，弯矩载荷能够根据正弦插值的方式求出最大值和最小值的差，即正弦趋势的赋值进行等效，弯矩载荷和电荷量之间的关系为：BendingForce＝Kb×(Vout_Max-Vout_Min)，式中，BendingForce为弯矩载荷，Kb为弯矩外力载荷与压电单元电荷变化量正弦插值的幅值的比例系数，Vout_Max为压电单元的电荷变化量最大值，Vout_Min为压电单元的电荷变化量最小值；此外，弯矩载荷也能够用正弦趋势的有效值进行等效，即BendingForce＝Kb2×Vout_rms，Kb2为弯矩外力载荷与压电单元的电荷变量正弦拟合的有效值的比例系数，Vout_rms为压电单元的电荷变化量正弦拟合的有效值。

4.根据权利要求3所述的一种螺栓弯矩与拉力解耦测试传感器的测试方法，其特征在于：所述传感器的信号输出采用串口通讯方式发送，实现方式是在传感器内部或者通讯电缆接头处增加采集、处理及信号转换的下位机，该下位机负责采集压电电荷信号，并在内部计算拉力、弯矩和弯矩方向信号，然后将计算结果及原始信号通过串口通讯发送到上位机进行数据收集保存；此外，传感器的采样频率、信号测量范围、放大系数、拉压系数、弯矩系数这些采集配置，均通过上位机与下位机的串口通讯进行设置。