СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЯ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ МОДУЛЬНЫХ СИСТЕМ ПОЛНОСБОРНЫХ ЗДАНИЙ Российский патент 2017 года по МПК G01L1/00 G01R1/00 

Изобретение 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 системы и устройства контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций (авт. св. 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, 2.467.296; 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 №2467296, G01L 1/00, 2011), которое выбрано в качестве базового объекта.

При этом резонаторы на ПАВ устанавливаются в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы, которые связаны с приемопередающими антеннами с помощью высокочастотных кабелей, проходящих через сквозные отверстия и разъемы. Все это приводит к усложнению конструктивного выполнения силоизмерительной шайбы и снижению достоверности дистанционного измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности дистанционного измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций и упрощение конструктивного выполнения силоизмерительной шайбы путем размещения резонаторов на ПАВ с внешней стороны силоизмерительной шайбы.

Поставленная задача решается тем, что силоизмерительное устройство контроля качества соединения высокотехнологичных модульных систем полносборных зданий, 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 четырьмя резонаторами на поверхностных акустических волнах, и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, 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, в четвертом 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, 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, согласно изобретению в силоизмерительной шайбе с внешней стороны сделаны четыре скоса, на которые установлены резонаторы на поверхностных волнах, связанные высокочастотными кабелями с соответствующими приемопередающими антеннами, причем три резонатора, чувствительные к сжатию силоизмерительной шайбы, посредством жесткого соединительного слоя размещены на скосах под углом 120° друг к другу, а четвертый резонатор, чувствительный к температуре окружающей среды, посредством мягкого эластичного клея размещен на скосе под углом 60° к двум соседним резонаторам.

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 - силоизмерительная шайба, продольный разрез. На фиг. 5 - функциональные схемы четырех резонаторов на поверхностных акустических волнах. На фиг. 6 - структурная схема считывателя. На фиг. 7 - взаимное расположение резонаторов на поверхностных акустических волнах, чувствительных к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя и установленных 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). ВШП 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). В четвертом резонаторе 21 между ВПШ и набором 33 отражателей установлена мембрана 34 (фиг. 4).

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 высокой термопередачей, скосы 9.1, 9.2, 9.3 и 9.4.

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 узкополосный 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 узкополосный 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 узкополосный 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 восьмой вход которого соединен с выходом четвертого фазового детектора 44.3.

Силоизмерительное устройство контроля качества соединения высокотехнологичных модульных систем полносборных зданий 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 на скосах 9.1, 9.2, 9.3 посредством жесткого соединительного слоя 22 так, чтобы между ними были образованы углы в 120° (фиг. 6). На скосе 9.4 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 ω₁ четвертого резонатора 21 на ПАВ - равной ω₂, ω₂=2ω₁, второго резонатора 20.2 на ПАВ - равной ω₃, ω₃=2ω₂, третьего резонатора 20.3 на ПАВ - равной ω₄, ω₄=2ω₃.

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 ω₁, ω₃ и ω₄. При штатном затягивании силоизмерительной шайбы 9 резонансные частоты незначительно увеличиваются на Δω₁, Δω₃ и Δω₄.

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 ω₁, ω₃ и ω₄, 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 ω₁+Δω₅, ω₃+Δω₆, ω₄+Δω₇.

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 Δω₁, Δω₃ и Δω₄ могут быть зафиксированы дистанционно с помощью считывателя.

В четвертом 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[ω₁t+ϕ₁], 0≤t≤T_1,

где U₁, ω₁, ϕ₁, Т₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического 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[ω₂t+ϕ₂], 0≤t≤T₁

где;

ω₂=2ω₁; 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[ω₃t+ϕ₃], 0≤t≤T₁

где;

ω₃=2ω₂; 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[ω₄t+ϕ₄], 0≤t≤T₁

где;

ω₄=2ω₃; 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=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 ω₁ второй - на частоту ω₂, третий - на частоту ω₃, четвертый - на частоту ω₄. 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[ω₁t-ϕ_k(t)+ϕ₁+Δϕ₁]

u₆(t)=U₆⋅cos[ω₂t-ϕ_k(t)+ϕ₂+Δϕ₂]

u₇(t)=U₇⋅cos[ω₃t-ϕ_k(t)+ϕ₃+Δϕ₃]

u₈(t)=U₈⋅cos[ω₄t-ϕ_k(t)+ϕ₄+Δϕ₄], 0≤t≤T₂

где ϕ_k(t)={0;π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕ_k(t)=const при <t<(k+1)τ_э и может изменяться скачками при t=, 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 Τ₁ (Τ₁=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 Δω₁, Δω₂, Δω₃ и Δω₄ 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_k(t);

u_н2(t)=U_н2⋅cosϕ_k(t);

u_н3(t)=U_н3⋅cosϕ_k(t);

u_н4(t)=U_н4⋅cosϕ_k(t), 0≤t≤T₂,

где; ι;

>;

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 u_н5(t)÷ u_н8(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[ω₁t+ϕ₁+Δϕ₁],

u₁₀(t)=U₁₀⋅cos[ω₂t+ϕ₂+Δϕ₂],

u₁₁(t)=U₁₁⋅cos[ω₃t+ϕ₃+Δϕ₃],

u₁₂(t)=U₁₂⋅cos[ω₄t+ϕ₄+Δϕ₄], 0≤t≤T₂,

где;;

5;

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, Δϕ₃и 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 контроля качества соединения высокотехнологичных модульных систем по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение достоверности дистанционного измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций и упрощение конструктивного выполнения силоизмерительной шайбы. Это достигается использованием трех резонаторов на ПАВ, размещенных с внешней стороны силоизмерительной шайбы на ее скосах 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. Четвертый резонатор, чувствительный к температуре окружающей среды и размещенный на скосе под углом 60° к двум соседним резонаторам, обеспечивает измерение сдвига фаз Δϕ₂, который пропорционален температуре силоизмерительной шайбы. По значению фазового сдвига Δϕ₂ принимают решение о температуре в резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций.

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

Изобретение 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. 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. Четвертый резонатор содержит мембрану. Силоизмерительная шайба содержит приемопередающие антенны, высокочастотные кабели, резонаторы на ПАВ, 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. Технический результат заключается в повышении достоверности дистанционного измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций и упрощение конструктивного выполнения силоизмерительной шайбы. 7 ил.

Силоизмерительное устройство контроля качества соединения высокотехнологичных модульных систем полносборных зданий, 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 четырьмя резонаторами на поверхностных акустических волнах, и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, 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, в четвертом 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, 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, отличающееся тем, что в силоизмерительной шайбе с внешней стороны выполнены четыре скоса, на которые установлены резонаторы на поверхностных волнах, связанные высокочастотными кабелями с соответствующими приемопередающими антеннами, причем три резонатора, чувствительные к сжатию силоизмерительной шайбы, посредством жесткого соединительного слоя размещены на скосах силоизмерительной шайбы под углом 120° друг к другу, а четвертый резонатор, чувствительный к температуре окружающей среды, посредством мягкого эластичного клея размещен на скосе под углом 60° к двум соседним резонаторам.