本发明涉及一种智能垫片及使用该智能垫片的智能螺栓以及无线监控系统。
背景技术：
螺栓是一种经典且常用的联接零件，具有拆装方便的特点，广泛应用于机械领域中，如当前高铁接触网大多数联接采用螺栓实现。由于螺栓联接是一种可拆联接，相对于不可拆联接，其松动的概率较大，而螺栓的松动脱落会增加事故发生率，故高铁的接触网螺栓常常需要进行松动检测。目前的检测方式为两种，其中一种为定期检查，一般为一年一次，检测员需要爬上接触网，近距离确认；另一种是随机检测，即在高铁通过时，用红外摄像仪拍摄螺栓，观察是否存在异常温差。第一种检查方式较为主观，容易发生漏检，且爬上接触网的方式，大大降低了检测员的安全性，第二种随机检测的方式，漏检概率大，可靠性低。
又如风力发电领域，风力发电机是由多节塔筒、机舱和叶片等大型部件组成，每个部件的装配均使用大量的螺栓相互连接。现有的风力发电机螺栓连接通常会使用传统的普通螺纹螺母进行锁紧，通过扭矩或拉伸等传统的拧紧方法来紧固风力发电机的法兰、轴承圈，轴承座等需要连接部件的螺母。通过扭矩或拉伸等传统拧紧方法将普通螺纹的螺母锁紧，由于位于同一部位不同位置的螺母与风力发电机的部件(法兰、轴承圈或其他需要连接部件)接触面的摩擦力是不均匀的，扭矩转换成螺栓预紧力后会造成很大的误差；而这种误差的存在，会使风力发电机等大型机械设备部件连接容易产生松动，螺栓预紧力无法始终保持原先没备工业设计时的要求，因此可能会发生风力发电机倒塌的安全隐患。由于目前风力发电机的连接螺栓容易松动并且没有实现实时监控，其风力发电机的连接螺栓完全处于失控的状态下。风力发电企业为了提高风力发电机的运行安全性，通常采取的方法是每3个月、半年或一年派专业的机械工程师带上专业的螺栓拧紧设备(扭矩或拉伸的螺栓拧紧设备)，爬到每台风力发电机上面对相关螺栓螺母进行逐个检查，行业内称为风力发电机螺栓定维。在风力发电机螺栓定维工作中，检查每台风力发电机螺栓是否松动，需要花费3个工程师1天的时间。为了确保工程师作业时的安全，在风力发电机螺栓定维工作时，风力发电机必需停止发电，这将减少风力发电机机的发电量，造成损失。风力发电机企业每年需要在螺栓预紧力定期维护工作上，在人工，购买或租赁检查螺栓是否松动的设备，因停机造成的风电量减少等方面花费巨大。
风力发电及螺栓连接的精确紧固并防松及监测的问题，已经成为我国新能源、重型装备业发展的一个瓶颈，并严重影响我们风机智能化水平向更高台阶发展的能力。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种智能垫片及使用该智能垫片的智能螺栓以及无线监控系统。
按照本发明提供的智能垫片采用的主要技术方案为：包括传感垫片、与所述传感垫片连接的数据处理电路、与所述数据处理电路连接的无线通讯模块，还包括为所述传感垫片、所述数据处理电路以及所述无线通讯模块供电的无源自供电模块。
本发明提供的智能垫片还采用如下附属技术方案：
所述传感垫片为压力传感垫片、温度传感垫片、压力温度组合传感垫片中的至少一个。
还包括基座，所述基座与所述传感垫片电连接，所述数据处理电路、所述无线通讯模块、所述无源自供电模块中至少两个设在所述基座上。
还包括基座，所述基座与所述传感垫片电连接，所述数据处理电路、所述无线通讯模块、所述无源自供电模块均设在所述基座上。
所述基座与所述传感垫片通过柔性电路电连接。
还包括端帽，所述端帽与所述基座连接并覆盖所述基座的一侧，所述基座与所述端帽之间形成有安装腔，所述基座中部设有安装孔。
所述安装孔内壁设有内螺纹。
所述无线通讯模块和所述无源自供电模块设在所述基座上，所述数据处理电路的一端与所述传感垫片连接，所述数据处理电路的另一端与所述基座插接配合；或者所述数据处理电路的一端与所述传感垫片插接配合，所述数据处理电路的另一端与所述基座插接配合。
所述柔性电路的一端与所述传感垫片连接，所述柔性电路的另一端与所述基座插接配合；或者所述柔性电路的一端与所述传感垫片插接配合，所述柔性电路的另一端与所述基座插接配合。
所述无源自供电模块包括线圈电路、能量收集及转换电路。
所述无源自供电模块还包括能量存储电路，所述能量存储电路与所述能量收集及转换电路连接。
所述压力传感垫片包括第一压力传感本体和包覆所述第一压力传感本体的第一保护膜，所述第一压力传感本体包括第一力敏电阻膜、设在所述第一力敏电阻膜一侧的第一电极以及设在所述第一力敏电阻膜另一侧的第二电极，所述第一电极和所述第二电极均与所述数据处理电路连接。
所述第一电极包括第一环体和第一导条，所述第一环体与所述第一导条连接；所述第二电极包括第二环体和第二导条，所述第二环体与所述第二导条连接，所述第一导条和所述第二导条均与所述数据处理电路连接。
所述温度传感垫片包括第一温度传感本体和包覆所述第一温度传感本体的第二保护膜，所述第一温度传感本体包括第一热敏电阻膜、与所述第一热敏电阻膜一端连接的第三电极以及与所述第一热敏电阻膜另一端连接的第四电极，所述第三电极和所述第四电极均与所述数据处理电路连接。
所述第一热敏电阻膜为弧形结构。
所述压力温度组合传感垫片包括组合传感本体和包覆所述组合传感本体的第三保护膜，所述组合传感本体包括阻隔膜、设在所述阻隔膜一侧的第二压力传感本体以及设在所述阻隔膜另一侧的第二温度传感本体；所述第二压力传感本体包括第二力敏电阻膜、设在所述第二力敏电阻膜一侧的第五电极以及设在所述第二力敏电阻膜另一侧的第六电极；所述第二温度传感本体包括第二热敏电阻膜、与所述第二热敏电阻膜一端连接的第七电极以及与所述第二热敏电阻膜另一端连接的第八电极，所述第五电极、第六电极、第七电极和所述第八电极均与所述数据处理电路连接。
按照本发明提供的智能螺栓采用的主要技术方案为：包括螺栓、与所述螺栓配合的螺母、套装在所述螺栓上的第一夹持垫片、智能垫片和第二夹持垫片，所述智能垫片位于所述第一夹持垫片和第二夹持垫片之间，所述智能垫片包括传感垫片、与所述传感垫片连接的数据处理电路、与所述数据处理电路连接的无线通讯模块，还包括为所述传感垫片、所述数据处理电路以及所述无线通讯模块供电的无源自供电模块。
按照本发明提供的无线监控系统采用的主要技术方案为：：包括智能垫片、接收器、数据储存系统、数据处理系统和智能监控系统，所述接收器接收所述无线通讯模块发出的无线信号，所述接收器将无线信号进行解码、整理后的数据推入至所述数据储存系统，所述数据处理系统和所述智能监控系统对所述数据存储系统中的数据进行处理、分析、鉴别，并提出恰当的处理意见，所述智能垫片包括传感垫片、与所述传感垫片连接的数据处理电路、与所述数据处理电路连接的无线通讯模块，还包括为所述传感垫片、所述数据处理电路以及所述无线通讯模块供电的无源自供电模块。
按照本发明提供的智能垫片与现有技术相比具有如下优点：本发明结构简单、部件少、装配方便、生产成本低；具体用在螺栓使用时，传感垫片位于螺栓中，螺母拧紧后对其施加压力，传感垫片作为本发明的感知部件感知螺母拧紧后对其施加的压力和/或温度，无源自供电模块，能够将其附近的电波或接收器接收信号时，产生的的电波，吸收，并为本发明中的传感垫片、数据处理电路以及无线通讯模块供电，最终实现对智能垫片所处位置压力和/或温度的检测，上述无源自供电模块无需电池供电、亦无需线路连接供电，通过其附近的电波的微量电荷即可完成对传感垫片、数据处理电路以及无线通讯模块的供电，使用过程非常方便、装配效率高、维护成本低，压力和/或温度检测性能稳定，用在螺栓时，大大缩短了工人的维护、检测时间，提高了工作效率。
按照本发明提供的智能螺栓与现有技术相比具有如下优点：智能垫片位于螺栓中，螺母拧紧后对其施加压力，智能垫片作为本发明的感知部件感知螺母拧紧后对其施加的压力和/或温度，无源自供电模块，能够将其附近的电波或接收器接收信号时，产生的的电波，吸收，并为本发明中的传感垫片、数据处理电路以及无线通讯模块供电，最终实现对智能垫片所处位置压力和/或温度的检测，上述无源自供电模块无需电池供电、亦无需线路连接供电，通过其附近的电波的微量电荷即可完成对传感垫片、数据处理电路以及无线通讯模块的供电，使用过程非常方便、装配效率高、维护成本低，压力和/或温度检测性能稳定，大大缩短了工人的维护、检测时间，提高了工作效率。
按照本发明提供的无线监控系统与现有技术相比具有如下优点：本发明可以实现对紧固件的工作状态进行非接触式自动检测，从而避免了人工检测过程中的耗费时间长，工人劳动强度高，易受季节天气影响，易出现人为错误等种种弊端，为用户提高监控效率，降低监控人工和设备成本，因而适于需要对大规模广泛使用紧固件进行监控的工业系统。
附图说明
图1是本发明实施例一中智能垫片的结构图。
图2是本发明实施例一中智能垫片的结构分解图。
图3是本发明实施例一中智能垫片的剖视图。
图4是本发明实施例一中压力传感垫片的结构图。
图5是图4中a-a的截面图。
图6是本发明实施例一中压力传感垫片的剖视图。
图7是本发明实施例一中温度传感垫片的结构图。
图8是图7中b-b的截面图。
图9是本发明实施例一中压力温度组合传感垫片的剖视图。
图10是本发明实施例一中温度传感垫片的结构图。
图11是图10中c-c的截面图。
图12是本发明中实施例一压力温度组合传感垫片的剖视图。
图13是本发明实施例一中无源自供电模块的结构框图。
图14是本发明实施例一中智能螺栓的使用状态结构图一。
图15是本发明实施例一中智能螺栓的使用状态结构图二。
图16是本发明实施例一中无线监控系统的工作原理图。
图17是本发明实施例二中智能垫片的结构图。
具体实施方式
实施例一
参见图1至图16，按照本发明提供的智能垫片实施例，包括传感垫片11、与所述传感垫片11连接的数据处理电路12、与所述数据处理电路12连接的无线通讯模块13，还包括为所述传感垫片11、所述数据处理电路12以及所述无线通讯模块13供电的无源自供电模块14。本发明结构简单、部件少、装配方便、生产成本低；具体用在螺栓31使用时，传感垫片11位于螺栓31中，螺母32拧紧后对其施加压力，传感垫片11作为本发明的感知部件感知螺母32拧紧后对其施加的压力和/或温度，无源自供电模块14，能够将其附近的电波或接收器接收信号时，产生的的电波，吸收，并为本发明中的传感垫片11、数据处理电路12以及无线通讯模块13供电，最终实现对智能垫片所处位置压力和/或温度的检测，上述无源自供电模块14无需电池供电、亦无需线路连接供电，通过其附近的电波的微量电荷即可完成对传感垫片11、数据处理电路12以及无线通讯模块13的供电，使用过程非常方便、装配效率高、维护成本低，压力和/或温度检测性能稳定，用在螺栓31时，大大缩短了工人的维护、检测时间，提高了工作效率。
参见图1至图13，根据本发明上述的实施例，所述传感垫片11为压力传感垫片15、温度传感垫片16、压力温度组合传感垫片17中的至少一个。本实施例优选采用压力传感垫片15。
参见图1至图3，根据本发明上述的实施例，还包括基座21，所述基座21与所述传感垫片11电连接，所述数据处理电路12、所述无线通讯模块13、所述无源自供电模块14中至少两个设在所述基座21上。本实施里优选地将所述无线通讯模块13和所述无源自供电模块14设在所述基座21上，所述数据处理电路12用于连接所述传感垫片11和所述基座21。将无线通讯模块13和无源自供电模块14安置在基座21上，使得智能垫片中的感知部位体积缩小，安装更加方便，并且在使用过程中不会因受力而导致数据处理电路12、所述无线通讯模块13、所述无源自供电模块14的损坏，延长了本发明的使用寿命，降低了维护成本。
参见图1至图3，根据本发明上述的实施例，还包括端帽22，所述端帽22与所述基座21连接并覆盖所述基座21的一侧，所述基座21与所述端帽22之间形成有安装腔24，所述基座21中部设有安装孔25。安装腔24的设置使得安装在基座21上的数据处理电路12、无线通讯模块13、无源自供电模块14能够得到更好的保护，使得本发明能够更加可靠地在恶劣环境下工作。当本发明用于智能螺栓31时，安装孔25与螺栓31配合，不仅实现了基座21的固定，而且使安装腔24得到的封闭。
参见图2至图3，根据本发明上述的实施例，所述安装孔25内壁设有内螺纹26。内螺纹26的设在使得安装孔25与螺栓31的配合更加牢靠。
参见图17，根据本发明上述的实施例，所述无线通讯模块13和所述无源自供电模块14设在所述基座21上，所述数据处理电路12的一端与所述传感垫片11连接，所述数据处理电路12的另一端与所述基座21插接配合；或者所述数据处理电路12的一端与所述传感垫片11插接配合，所述数据处理电路12的另一端与所述基座21插接配合。本实施例中的数据处理电路12的一端与传感垫片11连接，数据处理电路12的另一端设有插头121，所述基座21上设有插孔211，所述插头121与所述插孔211插接配合。该种分体结构有助于提高本发明的生产效率、装配效率，同时该种分体当一部分零部件损坏时，另一部分无需随之更换，降低了产品的维护成本。
参见图13，根据本发明上述的实施例，所述无源自供电模块14包括线圈电路141、能量收集及转换电路142。本发明中的无源自供电模块14结构简单、生产成本低。它是由线圈电路141、能量收集电路、能量转换电路和能量存储电路143组成。功能主要是为全系统提供能量。线圈电路141作为天线，收集无线识别读取器的能量，也可以收集来自智能垫片外部的电磁波能量，或接收其它外部能量，并为数据处理模块和无线通讯模块13提供所需能量。
参见图13，根据本发明上述的实施例，所述无源自供电模块14还包括能量存储电路143，所述能量存储电路143与所述能量收集及转换电路142连接。能量存储电路143的设在能够将线圈电路141收集到能量，先储存于能量存储电路143中，以便提供足够的功率，当能量转换充足时可直接向数据处理模块和无线通讯模块13提供所需能量。
参见图4至图6，根据本发明上述的实施例，所述压力传感垫片15包括第一压力传感本体和包覆所述第一压力传感本体的第一保护膜154，所述第一压力传感本体包括第一力敏电阻膜151、设在所述第一力敏电阻膜151一侧的第一电极152以及设在所述第一力敏电阻膜151另一侧的第二电极153，所述第一电极152和所述第二电极153均与所述数据处理电路12连接。所述第一电极152包括第一环体和第一导条，所述第一环体与所述第一导条连接；所述第二电极153包括第二环体和第二导条，所述第二环体与所述第二导条连接，所述第一导条和所述第二导条均与所述数据处理电路12连接。本发明中的压力传感垫片15结构简单、生产方便、生产成本低。
参见图7至图9，根据本发明上述的实施例，所述温度传感垫片16包括第一温度传感本体和包覆所述第一温度传感本体的第二保护膜164，所述第一温度传感本体包括第一热敏电阻膜161、与所述第一热敏电阻膜161一端连接的第三电极162以及与所述第一热敏电阻膜161另一端连接的第四电极163，所述第三电极162和所述第四电极163均与所述数据处理电路12连接。所述第一热敏电阻膜161为弧形结构。本发明中的温度传感垫片16结构简单、生产方便、生产成本低。
参见图10至图12，根据本发明上述的实施例，所述压力温度组合传感垫片17包括组合传感本体和包覆所述组合传感本体的第三保护膜178，所述组合传感本体包括阻隔膜177、设在所述阻隔膜177一侧的第二压力传感本体以及设在所述阻隔膜177另一侧的第二温度传感本体；所述第二压力传感本体包括第二力敏电阻膜171、设在所述第二力敏电阻膜171一侧的第五电极172以及设在所述第二力敏电阻膜171另一侧的第六电极173；所述第二温度传感本体包括第二热敏电阻膜174、与所述第二热敏电阻膜174一端连接的第七电极175以及与所述第二热敏电阻膜174另一端连接的第八电极176，所述第五电极172、第六电极173、第七电极175和所述第八电极176均与所述数据处理电路12连接。本发明中的压力温度组合传感垫片17结构简单、生产方便、生产成本低。
参见图14至图15，按照本发明提供的智能螺栓31实施例，包括螺栓31、与所述螺栓31配合的螺母32、套装在所述螺栓31上的第一夹持垫片33、智能垫片和第二夹持垫片34，所述智能垫片位于所述第一夹持垫片33和第二夹持垫片34之间，上述螺栓31、螺母32、第一夹持垫片33和第二夹持垫片34均为现有技术中较为成熟的技术，此处不再详细赘述，本实施例中的智能垫片位于上述实施例中所述的智能垫片。智能垫片位于螺栓31中，螺母32拧紧后对其施加压力，智能垫片作为本发明的感知部件感知螺母32拧紧后对其施加的压力和/或温度，无源自供电模块，能够将其附近的电波或接收器接收信号时，产生的的电波，吸收，并为本发明中的传感垫片、数据处理电路以及无线通讯模块供电，最终实现对智能垫片所处位置压力和/或温度的检测，上述无源自供电模块无需电池供电、亦无需线路连接供电，通过其附近的电波的微量电荷即可完成对传感垫片、数据处理电路以及无线通讯模块的供电，使用过程非常方便、装配效率高、维护成本低，压力和/或温度检测性能稳定，大大缩短了工人的维护、检测时间，提高了工作效率。
参见图16，按照本发明提供的无线监控系统实施例，包括智能垫片1、接收器4、数据储存系统5、数据处理系统6和智能监控系统7，所述接收器4接收所述无线通讯模块13发出的无线信号，所述接收器4将无线信号进行解码、整理后的数据推入至所述数据储存系统5，所述数据处理系统6和所述智能监控系统7对所述数据存储系统5中的数据进行处理、分析、鉴别，并提出恰当的处理意见。上述接收器4、数据储存系统5、数据处理系统6和智能监控系统7均为现有技术中较为成熟的技术，此处不再详细赘述，本实施例中的智能垫片1为上述实施例中所述的智能垫片。所述智能垫片1与接收器4、数据储存系统5、数据处理系统6和智能监控系统7组成一个对紧固件(例如螺栓)工作状态进行智能监控的完整系统。所述智能垫片整合了传感器和无线传输电路，并由无源自供电模块14驱动。其结构紧凑，无需额外的供电设备，提高了其可靠性和耐用性，降低了电源成本，免去了特殊的复杂检测设备的必要性；所述智能垫片和接收器4依靠无线信号系统进行数据交换和传输，使得对紧固件的测量模式成为方便数据提取的非接触式，使得对紧固件的状态测量简单、可靠、方便，从而便于其大规模使用；该系统的后端将负责对由接收器4从智能垫片1提取的传感数据进行存储、处理、分析，并提供处理意见；这种以计算机为核心的数据系统能够对大规模使用紧固件的系统进行自动智能监控，从而可以提高监控的效率，反应速度和可靠性。综上所述，本发明可以实现对紧固件的工作状态进行非接触式自动检测，从而避免了人工检测过程中的耗费时间长，工人劳动强度高，易受季节天气影响，易出现人为错误等种种弊端，为用户提高监控效率，降低监控人工和设备成本，因而适于需要对大规模广泛使用紧固件进行监控的工业系统。
实施例二
参见图17，本实施例与上述实施例一结构大致相同，唯有数据处理电路12的位置不同，所述基座21与所述传感垫片11电连接，所述数据处理电路12、所述无线通讯模块13、所述无源自供电模块14均设在所述基座21上。所述基座21与所述传感垫片11通过柔性电路23电连接。所述柔性电路23的一端与所述传感垫片11连接，所述柔性电路23的另一端与所述基座21插接配合；或者所述柔性电路23的一端与所述传感垫片11插接配合，所述柔性电路23的另一端与所述基座21插接配合。本实施例中的柔性电路23的一端与传感垫片11连接，柔性电路23的另一端与基座21插接配合。该种分体结构有助于提高本发明的生产效率、装配效率，同时该种分体当一部分零部件损坏时，另一部分无需随之更换，降低了产品的维护成本。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。