СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2012 года по МПК G01L1/00 

Предлагаемое устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при стопорении резьбовых соединений (болтов, шпилек), а также для измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций, от состояния которых в значительной степени зависит вероятность аварийной ситуации на строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение.

Известны силоизмерительные устройства (авт.свид. СССР №№627.557, 720.215, 860.281, 1.062.512, 1.159.153, 1.164.562, 1.193.454, 1.261.692, 1.415.048, 1.456.765, 1.481.589, 1.649.314, 1.682.264, 1.840.602; патенты РФ №№2.008.534, 2.014.579, 2.036.446, 2.119.648, 2.123.672, 2.130.593, 2.247.954, 2.410.655; патенты США №№2.866.059, 3.216.475, 3.827.514, 4.107.985; патент ФРГ №2.900.614; патенты ЕР №№0.401.133, 0.927.869 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Силоизмерительное устройство» (патент РФ №2.410.655, G01L 1/00, 2010), которое и выбрано в качестве базового объекта.

Известное устройство содержит навинченную на резьбу стержня гайку, расположенную под гайкой подкладную шайбу, а также стопорный элемент из эластичного материала и шайбу с буртом, размещенную на стержне со стороны соединяемой детали и обращенную буртом в сторону гайки, при этом стопорный элемент выполнен в виде шайбы и расположен между шайбами с охватом резьбового стержня, подкладная шайба выполнена плоской диаметром, меньшим диаметра стопорного элемента, а наружный диаметр подкладной шайбы больше максимального торцевого размера гайки. Причем устройство снабжено плоской силоизмерительной шайбой диаметром, равным диаметру подкладной шайбы, с двумя резонаторами на поверхностных акустических волнах и считывателем, при этом силоизмерительная шайба выполнена из нержавеющей стали и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, первый из которых чувствительный к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя, а второй - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея.

Однако, в ряде случаев, центрирование резьбового стержня может нарушаться, и снижается надежность его фиксации, что может привести к аварийным ситуациям в строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение.

Технической задачей изобретения является снижение вероятности аварийных ситуаций в строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение, путем дистанционного контроля центрирования резьбового стержня и надежности его фиксации.

Поставленная задача решается тем, что силоизмерительное устройство, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, навинченную на резьбу стержня гайку, расположенную под гайкой подкладную шайбу, силоизмерительную шайбу и считыватель, а также стопорный элемент из эластичного материала и шайбу с буртом, размещенную на стержне со стороны соединяемой детали и обращенную буртом в сторону гайки, при этом стопорный элемент выполнен в виде шайбы и расположен между шайбами с охватом резьбового стержня, подкладная шайба выполнена плоской диаметром, меньшим диаметра стопорного элемента, а наружный диаметр подкладной шайбы больше максимального торцевого размера гайки, силоизмерительная шайба выполнена плоской диаметром, равным диаметру подкладной шайбы, из нержавеющей стали с двумя резонаторами на поверхностных акустических волнах, и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, первый из которых чувствительный к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя, а второй - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея, резонаторы на поверхностных акустических волнах через сквозные отверстия высокочастотными кабелями связаны соответственно с приемопередающими антеннами, каждый резонатор на поверхностных акустических волнах выполнен на пьезокристалле с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые, в свою очередь, соединены высокочастотным кабелем с приемопередающей антенной, во втором резонаторе на поверхностных акустических волнах между встречно-штыревым преобразователем и набором отражателей размещена мембрана, считыватель выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя высокой частоты, первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, второго узкополосного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, последовательно подключенных к выходу дуплексера второго усилителя высокой частоты, второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, третьего узкополосного фильтра и второго фазометра, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход подключен к третьему входу блока регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом второго фазового детектора, последовательно подключенных к выходу задающего генератора первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и первого узкополосного фильтра, при этом второй вход дуплексера соединен с выходом второго усилителя мощности, отличается от ближайшего аналога тем, что силоизмерительная шайба снабжена третьим и четвертым резонаторами на поверхностных акустических волнах, чувствительными к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя и установленными в ее шпоночной выточке так, чтобы между резонаторами, чувствительными к сжатию силоизмерительной шайбы, были образованы углы в 120°, причем третий и четвертый резонаторы на поверхностных волнах также через сквозные отверстия высокочастотными кабелями связаны соответственно с приемопередающими антеннами, считыватель снабжен третьим и четвертым усилителями высокой частоты, третьим и четвертым фазовыми детекторами, четвертым, пятым, шестым и седьмым перемножителями, четвертым, пятым, шестым и седьмым узкополосными фильтрами, сумматором, третьим и четвертым фазометрами, причем к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены шестой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, шестой узкополосный фильтр, седьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра, седьмой узкополосный фильтр и сумматор, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и шестого узкополосных фильтров соответственно, а выход подключен к входу второго усилителя мощности, к выходу дуплексера последовательно подключены третий усилитель высокой частоты, третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя высокой частоты, четвертый узкополосный фильтр и третий фазометр, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра, а выход подключен к пятому входу блока регистрации, шестой вход которого соединен с выходом третьего фазового детектора, к выходу дуплексера последовательно подключены четвертый усилитель высокой частоты, четвертый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом седьмого узкополосного фильтра, пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилителя высокой частоты, пятый узкополосный фильтр и четвертый фазометр, второй вход которого соединен с выходом седьмого узкополосного фильтра, а выход подключен к седьмому входу блока регистрации, восьмой вход которого соединен с выходом четвертого фазового детектора.

На фиг.1 изображено устройство для фиксации резьбового стержня до затяжки соединения, продольный разрез. На фиг.2 - то же, после затяжки соединения. На фиг.3 - шайба с буртом, вид со стороны бурта. На фиг.4 изображена силоизмерительная шайба, продольный разрез. На фиг.5 изображены функциональные схемы четырех резонаторов на поверхностных акустических волнах. На фиг.6 представлена структурная схема считывателя. На фиг.7 и 8 показаны взаимные расположения резонаторов на поверхностных акустических волнах, чувствительных к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя и установленных в ее шпоночной выточке и с внешней стороны на скосах.

Устройство для фиксации резьбового стержня содержит гайку 1, резьбовой стержень 2, охватывающий его стопорный элемент в виде шайбы 3 из эластичного материала, плоскую шайбу 4, шайбу с буртом 5 и силоизмерительную шайбу 9. При этом плоская шайба 4 и силоизмерительная шайба 9 установлены между гайкой 1 и стопорным элементом 3, шайба с буртом 5 - между стопорным элементом 3 и соединяемой деталью 6, а диаметр плоской шайбы 4 равен диаметру силоизмерительной шайбы 9 и меньше диаметра стопорного элемента 3.

В вариантах устройства для фиксации резьбового стержня высота бурта 5 больше толщины стопорного элемента 3 или больше толщины стопорного элемента 3, плоской шайбы 4 и силоизмерительной шайбы 9. Наружный диаметр шайбы 4 и 9 больше наружного диаметра гайки 1. Диаметр отверстия шайбы с буртом 5 больше диаметра отверстия стопорного элемента 3. Отверстие шайбы с буртом 5 выполнено коническим в сторону соединяемой детали 6. Отверстие в шайбе с буртом 5 выполнено фигурным, например, в виде лепестков 7, секторов, сегментов. В фигурном отверстии шайбы с буртом 5 боковые стенки 8 выполнены наклонными в сторону соединяемой детали 6.

Каждый резонатор 20.1 (21, 20.2, 20.3) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) выполнен в виде пьезокристалла 24.1 (25, 24.2, 24.3) с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ) и набором отражателей 32.1 (33, 32.2, 32.3). ВПШ состоит из двух гребенчатых систем электродов 26.1 (27, 26.2, 26.3), нанесенных на поверхность пьезокристалла 24.1 (25, 24.2, 24.3). Электроды 26.1 (27, 26.2,26.3) каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 28.1 (29, 28.2, 28.3) и 30.1 (31, 30.2, 30.3), которые, в свою очередь, связаны высокочастотным кабелем 16.1 (17, 16.2, 16.3) с приемопередающей антенной 10.1 (11, 10.2, 10.3). Во втором резонаторе 21 между ВПШ и набором 33 отражателей установлена мембрана 34 (фиг.5).

Силоизмерительная шайба 9 содержит приемопередающие антенны 10.1, 10.2, 10.3 и 11, разъемы 12.1, 12.2, 12.3 и 13, сквозные отверстия 14.1, 14.2, 14.3 и 15 для высокочастотных кабелей 16.1, 16.2, 16.3 и 17, шпоночную выточку 18, резонаторы 20.1, 20.2, 20.3 и 21 на ПАВ, изолирующий защитный материал 19 (силикон, компаунд и т.д.), соединительный слой 22 (клей, припой), мягкий эластичный клей 23 с хорошей термопередачей, скосы 9.1, 9.2, 9.3 и 9.4 (фиг.4, 7).

Считыватель содержит последовательно включенные задающий генератор 35, первый усилитель 36 мощности, дуплексер 37, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 38, первый усилитель 42.1 высокой частоты, первый фазовый детектор 44.1, второй выход которого соединен с выходом задающего генератора 35, второй перемножитель 46.1, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 42.1 высокой частоты, второй узкополосый фильтр 48.1, первый фазометр 50.1, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 35, и блок 52 регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора 44.1, последовательно подключенные к выходу дуплексера 37 второй усилитель 43 высокой частоты, второй фазовый детектор 45, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 40, третий перемножитель 47, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 43 высокой частоты, третий узкополосый фильтр 49 и второй фазометр 51, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 40, а выход подключен к третьему входу блока 52 регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом второго фазового детектора 45, последовательно подключенные к выходу задающего генератора 35 первый перемножитель 39, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 35, первый узкополосый фильтр 40, шестой перемножитель 53, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 40, шестой узкополосный фильтр 54, седьмой перемножитель 55, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра 54, седьмой узкополосный фильтр 56, сумматор 57, второй и третий входы которого соединены с выходами первого 40 и шестого 54 узкополосных фильтров соответственно, и второй усилитель 41 мощности, выход которого соединен с вторым входом дуплексера 37. К выходу дуплексера 37 последовательно подключены третий усилитель 42.2 высокой частоты, третий фазовый детектор 44.2, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра 54, четвертый перемножитель 46.2, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя 42.2 высокой частоты, четвертый узкополосный фильтр 48.2 и третий фазометр 50.2, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра 54, а выход подключен к пятому входу блока 52 регистрации, шестой вход которого соединен с выходом третьего фазового детектора 44.2. К выходу дуплексера 37 последовательно подключены четвертый усилитель 42.3 высокой частоты, четвертый фазовый детектор 44.3, второй вход которого соединен с выходом седьмого узкополосного фильтра 56, пятый перемножитель 46.3, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилителя 42.3 высокой частоты, пятый узкополосный фильтр 48.3 и четвертый фазометр 50.3, второй вход которого соединен с выходом седьмого узкополосного фильтра 56, а выход подключен к седьмому входу блока 52 регистрации, восьмой вход которого соединен с выходом четвертого фазового детектора 44.3.

Силоизмерительное устройство работает следующим образом.

Ввинчивают резьбовой стержень 2 в отверстие соединяемой детали 6. На резьбовой стержень 2 последовательно устанавливают шайбу с буртом 5, стопорный элемент 3, силоизмерительную шайбу 9, подкладную шайбу 4 и гайку 1. Затем затягивают гайку 1, при этом стопорный элемент 3, деформируясь, фиксирует резьбовой стержень 2 от самопроизвольного отвинчивания.

Силу затягивания гайки 1 контролируют с помощью частот резонаторов 20.1, 20.2 и 20.3 на ПАВ, чувствительных к сжатию силоизмерительной шайбы 9 и установленных в шпоночной выточке 18 посредством жесткого соединительного слоя 22 так, чтобы между ними были образованы углы в 120° (фиг.7). В шпоночной выточке 18 устанавливается на мягкий эластичный клей 23 резонатор 21 на ПАВ, который не реагирует на деформацию сжатия шайбы 9, но чувствует температуру окружающей среды.

Частота резонаторов 20.1, 20.2, 20.3 и 21 на ПАВ определяется расстоянием между электродами 26.1, 26.2, 26.3 и 27. Резонансная частота первого резонатора 20.1 на ПАВ выбирается равной w₁, второго резонатора 21 на ПАВ - равной w₂, w₂=2w₁, третьего резонатора 20.2 на ПАВ - равной w₃, w₃=2w₂, четвертого резонатора 20.3 на ПАВ - равной w₄, w₄=2w₃.

При сжатии силоизмерительной шайбы 9 резонаторы 20.1, 20.2 и 20.3 на ПАВ изменяют свои резонансные частоты за счет деформации пьезокристаллов 24.1, 24.2, 24.3 и изменения расстояния между электродами 26.1, 26.2 и 26.3. В свободном (ненапряженном состоянии) резонаторы 20.1, 20.2 и 20.3 на ПАВ имеют резонансные частоты w₁, w₃ и w₄. При штатном затягивании силоизмерительной шайбы 9 резонансные частоты незначительно увеличиваются на Δw₁, Δw₃ и Δw₄.

Если происходит самопроизвольное откручивание гайки 1, то резонансные частоты резонаторов 20.1, 20.2 и 20.3 на ПАВ начинают возвращаться к своим исходным частотам w₁, w₃ и w₄, а если возникает слишком большое давление, которое ведет к увеличению силы сжатия силоизмерительной шайбы 9, то частоты резонаторов 20.1, 20.2 и 20.3 на ПАВ увеличиваются до значения w₁+Δw₅, w₃+Δw₆ и w₄+Δw₇.

Так как между частотой и фазой существует интегрально-дифференциальная связь, то любые изменения частоты приводят к изменению фазы. Поэтому целесообразно использовать фазовые набеги, связанные с изменением силы сжатия силоизмерительной шайбы 9. Любые изменения фазовых сдвигов Δφ₁, Δφ₃ и Δφ₄ могут быть зафиксированы дистанционно с помощью считывателя.

Во втором резонаторе 21 на ПАВ изменение температуры окружающей среды воздействует на мембрану 34, вызывая ее деформацию. Скорость ПАВ в области мембраны 34 изменяется, и фаза отраженной от решетки 33 акустической волны также изменится в соответствии с деформацией мембраны 34. Изменение фазы соответствует изменению температуры окружающей среды, которое также можно дистанционно зафиксировать с помощью считывателя.

При включении считывателя генератором 35 формируется высокочастотное колебание

u₁(t)=U₁·Cos(w₁t+φ₁), 0≤t≤Т₁,

где U₁, w₁, φ₁, T₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое после усиления в усилителе 36 мощности через дуплексер 37 поступает в приемопередающую антенну 38 и излучается в эфир.

Высокочастотное колебание u₁(t) с выхода задающего генератора 35 одновременно поступает на два входа первого перемножителя 39, на выходе которого образуется высокочастотное колебание

u₂(t)=U₂·Cos(w₂t+φ₂), 0≤t≤Т₁,

где ;

w₂=2w₁, φ₂=2φ₁,

которое выделяется первым узкополосным фильтром 40 и поступает на два входа шестого перемножителя 53, на выходе которого образуется высокочастотное колебание

u₃(t)=U₃·Cos(w₃t+φ₃), 0≤t≤Т₁,

где

w₃=2w₂; φ₃=2φ₂,

которое выделяется шестым узкополосным фильтром 54 и поступает на два входа седьмого перемножителя 55, на выходе которого образуется высокочастотное колебание

u₄(t)=U₄·Cos(w₄t+φ₄), 0≤t≤Т₁,

где

w₄=2w₃; φ₄=2φ₃,

которое выделяется седьмым узкополосным фильтром 56 и поступает на первый вход сумматора 57, на второй и третий входы которого подаются высокочастотные колебания u₂(t) и u₃(t) с выходов узкополосных фильтров 40 и 54 соответственно. На выходе сумматора 57 образуется суммарное напряжение

u_Σ(t)=u₂(t)+u₃(t)+u₄(t),

которое после усиления в усилителе 41 мощности через дуплексер 37 поступает в приемопередающую антенну 38 и излучается в эфир.

Гармонические колебания u₁(t)÷u₄(t) улавливаются приемопередающими антеннами 10.1, 11, 10.2, 10.3 и через высокочастотные кабели 16.1, 17, 16.2, 16.3 соответственно поступают на входы резонаторов 20.1, 21, 20.2, 20.3 на ПАВ, первый из которых настроен на частоту w₁, второй - на частоту w₂, третий - на частоту w₃, четвертый - на частоту w₄. С помощью ВПШ электрические сигналы преобразуются в акустические волны, которые распространяются по поверхности пьезокристаллов 24.1, 25, 24.2, 24.3 соответственно. Затем отраженные акустические волны претерпевают обратное преобразование в электрические сигналы с фазовой манипуляцией (ФМн):

u₅(t)=U₅·Cos[w₁t+φ_к(t)+φ₁+Δφ₁],

u₆(t)=U₆·Cos[w₂t+φ_к(t)+φ₂+Δφ₂],

u₇(t)=U₇·Cos[w₃t+φ_к(t)+φ₃+Δφ₃],

u₈(t)=U₈·Cos[w₄t+φ_к(t)+φ₄+Δφ₄], 0≤t≤T₂,

где φ_к(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ_к(t)=const при Кτ_э<t<(к+1)τ_э и может изменяться скачками при t=Кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …, N);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен ФМн-сигнал длительностью Т₁(Т₁=τ_э·N);

Δφ₁, Δφ₃, Δφ₄ - фазовые сдвиги, обусловленные величиной силы сжатия силоизмерительной шайбы 9;

Δφ₂ - фазовый сдвиг, обусловленный величиной изменения температуры окружающей среды.

Модулирующий код M(t) определяется внутренней структурой ВШП, носит индивидуальный характер и является идентификационным номером силоизмерительной шайбы 9, отображающим ее порядковый номер и место установки в строительном сооружении, имеющим важное стратегическое значение.

Сложные ФМн-сигналы u₅(t)÷u₈(t) излучаются приемопередающими антеннами 10.1, 11, 10.2 и 10.3 в эфир, улавливаются приемопередающей антенной 38 считывателя и через дуплексер 37 и усилители 42.1, 43, 42.2 и 42.3 высокой частоты поступают соответственно на первые входы фазовых детекторов 44.1, 45, 44.2, 44.3.

Усилители 42.1, 43, 42.2 и 42.3 высокой частоты настроены на частоты w₁, w₂, w₃ и w₄ соответственно.

На вторые (опорные) входы фазовых детекторов 44.1, 45, 44.2 и 44.3 подаются гармонические колебания u₁(t), u₂(t), u₃(t) и u₄(t), с выходов задающего генератора 35 и узкополосных фильтров 40, 54 и 56 соответственно в качестве опорных напряжений. На выходе фазовых детекторов 44.1, 45, 44.2 и 44.3 образуются низкочастотные напряжения:

u_н1(t)=U_н1·Cosφ_к(t);

u_н2(t)=U_н2·Cosφ_к(t);

u_н3(t)=U_н3·Cosφ_к(t);

u_н4(t)=U_н4·Cosφ_к(t), 0≤t≤T₂,

где ; ;

;

пропорционально модулирующему коду M(t).

Низкочастотные напряжения u_н1(t)÷u_н4(t) фиксируются блоком 52 регистрации и одновременно поступают на первые входы перемножителей 46.1, 47, 46.2 и 46.3 соответственно. На вторые входы перемножителей поступают сложные ФМн-сигналы u₅(t)÷u₈(t) с выходов усилителей 42.1, 43, 42.2 и 42.3 высокой частоты соответственно. На выходах перемножителей 46.1, 47, 46.2 и 46.3 образуются следующие гармонические колебания:

u₉(t)=U₉·Cos(w₁t+φ₁+Δφ₁),

u₁₀(t)=U₁₀·Cos(w₂t+φ₂+Δφ₂),

u₁₁(t)=U₁₁·Cos(w₃t+φ₃+Δφ₃),

u₁₂(t)=U₁₂·Cos(w₄t+φ₄+Δφ₄), 0≤t≤T₂,

где ; ;

;

которые выделяются узкополосными фильтрами 48.1, 49, 48.2, 48.3 и поступают на первые входы фазометров 50.1, 51, 50.2, 50.3 соответственно, на вторые входы которых подаются гармонические колебания u₁(t), u₂(t), u₃(t), u₄(t) с выходов задающего генератора 35 и узкополосных фильтров 40, 54 и 56 соответственно. Фазовые сдвиги Δφ₁, Δφ₂, Δφ₃ и Δφ₄, пропорциональные превышению силы сжатия и температуры силоизмерительной шайбы, фиксируются блоком 52 регистрации.

Разборку резьбового соединения производят в обратном порядке.

За счет деформации эластичного элемента 3 и охватывания шайб 4 и 5 с разных сторон резьбового стержня 2 повышается надежность стопорения резьбовых соединений (болтов, шпилек). Применение фигурного отверстия 7 с наклонными стенками 8 обеспечивает возможность центрирования стержня 2 и повышение надежности его фиксации.

Устройство может быть использовано не только для болтов, но и для шпилек.

Таким образом, предлагаемое силоизмерительное устройство по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают дистанционный контроль центрирования резьбового стержня и надежности его фиксации, от которых в значительной степени зависит вероятность аварийных ситуаций в строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение. Это достигается использованием трех резонаторов на ПАВ, размещенных в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы так, чтобы между ними были образованы углы в 120°, и измерением фазовых сдвигов Δφ₁, Δφ₃ и Δφ₄ на разных частотах, которые пропорциональны сжатию силоизмерительной шайбы. По соотношению фазовых сдвигов Δφ₁, Δφ₃ и Δφ₄ дистанционно принимают решение о центрировании резьбового стержня и надежности его фиксации. Причем установление резонаторов на поверхностных акустических волнах с внешней стороны силоизмерительной шайбы на ее скосах значительно упрощает конструктивное выполнение силоизмерительной шайбы.

Тем самым обеспечивается снижение вероятности аварийных ситуаций в строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение.

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при стопорении резьбовых соединений (болтов, шпилек), а также для измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций. Техническим результатом изобретения является снижение вероятности аварийных ситуаций в строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение, путем дистанционного контроля центрирования резьбового стержня и надежности его фиксации. Силоизмерительное устройство содержит устройство для фиксации резьбового стержня, четыре резонатора на поверхностных акустических волнах и считыватель. Устройство для фиксации резьбового стержня содержит гайку, резьбовой стержень, стопорный элемент в виде шайбы из эластичного материала, плоскую шайбу, шайбу с буртом, соединяемую деталь, отверстие в виде лепестков, боковые стенки и силоизмерительную шайбу. Каждый резонатор содержит пьезокристалл, электроды, шины, набор отражателей. Второй резонатор содержит мембрану. Силоизмерительная шайба содержит приемопередающие антенны, разъемы, сквозные отверстия, высокочастотные кабели, шпоночную выточку, резонаторы на ПАВ, изолирующий защитный материал, соединительный слой, мягкий эластичный клей. Считыватель содержит задающий генератор, усилители мощности, дуплексер, приемопередающую антенну, перемножители, узкополосные фильтры, усилители высокой частоты, фазовые детекторы, фазометры, блок регистрации и сумматор. 8 ил.

Силоизмерительное устройство, содержащее навинченную на резьбу стержня гайку, расположенную под гайкой подкладную шайбу, силоизмерительную шайбу и считыватель, а также стопорный элемент из эластичного материала и шайбу с буртом, размещенную на стержне со стороны соединяемой детали и обращенную буртом в сторону гайки, при этом стопорный элемент выполнен в виде шайбы и расположен между шайбами с охватом резьбового стержня, подкладная шайба выполнена плоской диаметром, меньшим диаметра стопорного элемента, а наружный диаметр подкладной шайбы больше максимального торцевого размера гайки, силоизмерительная шайба выполнена плоской диаметром, равным диаметру подкладной шайбы, из нержавеющей стали с двумя резонаторами на поверхностных акустических волнах, и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, первый из которых чувствительный к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя, а второй - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея, резонаторы на поверхностных акустических волнах через сквозные отверстия высокочастотными кабелями связаны соответственно с приемопередающими антеннами, каждый резонатор на поверхностных акустических волнах выполнен на пьезокристалле с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые, в свою очередь, соединены высокочастотным кабелем с приемопередающей антенной, во втором резонаторе на поверхностных акустических волнах между встречно-штыревым преобразователем и набором отражателей размещена мембрана, считыватель выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя высокой частоты, первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, второго узкополосного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, последовательно подключенных к выходу дуплексера второго усилителя высокой частоты, второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, третьего узкополосного фильтра и второго фазометра, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход подключен к третьему входу блока регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом второго фазового детектора, последовательно подключенных к выходу задающего генератора первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и первого узкополосного фильтра, при этом второй вход дуплексера соединен с выходом второго усилителя мощности, отличающееся тем, что силоизмерительная шайба снабжена третьим и четвертым резонаторами на поверхностных акустических волнах, чувствительными к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя и установленными в ее шпоночной выточке так, чтобы между резонаторами, чувствительными к сжатию силоизмерительной шайбы, были образованы углы в 120°, причем третий и четвертый резонаторы на поверхностных волнах также через сквозные отверстия высокочастотными кабелями связаны соответственно с приемопередающими антеннами, считыватель снабжен третьим и четвертым усилителями высокой частоты, третьим и четвертым фазовыми детекторами, четвертым, пятым, шестым и седьмым перемножителями, четвертым, пятым, шестым и седьмым узкополосными фильтрами, сумматором, третьим и четвертым фазометрами, причем к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены шестой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, шестой узкополосный фильтр, седьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра, седьмой узкополосный фильтр и сумматор, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и шестого узкополосных фильтров соответственно, а выход подключен к входу второго усилителя мощности, к выходу дуплексера последовательно подключены третий усилитель высокой частоты, третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя высокой частоты, четвертый узкополосный фильтр и третий фазометр, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра, а выход подключен к пятому входу блока регистрации, шестой вход которого соединен с выходом третьего фазового детектора, к выходу дуплексера последовательно подключены четвертый усилитель высокой частоты, четвертый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом седьмого узкополосного фильтра, пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилителя высокой частоты, пятый узкополосный фильтр и четвертый фазометр, второй вход которого соединен с выходом седьмого узкополосного фильтра, а выход подключен к седьмому входу блока регистрации, восьмой вход которого соединен с выходом четвертого фазового детектора.