為了準確測量螺栓連接系統(tǒng)的預緊力,設計制作了一種螺栓預緊力測量的簡易傳感器,通過對其標定及不斷改進后,此傳感器能夠穩(wěn)定、準確地測量螺栓連接系統(tǒng)的預緊力,從而幫助設計人員對高強螺栓連接的連接強度進行有效評估保證螺栓連接結構安全、可靠。

1：螺紋預緊力傳感器概念

螺紋預緊力傳感器是接收測量到的信息，按照一定的規(guī)則將接收到的信息轉換為電信號或其他必要形式的信息并輸出，滿足信息的傳輸、處理、保存、顯示、記錄、控制等要求的檢測裝置，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的主要環(huán)節(jié)。

2：螺紋預緊力傳感器工作原理

螺紋預緊力傳感器工作原理的分類物理傳感器應用了物理效應，如壓電效應、磁致伸縮現(xiàn)象、離化、極化、熱電、光電、磁電等效應，被測信號量的微小變化都被轉換為電信號，從通過信號環(huán)變壓器T2旋轉的初級線圈傳遞到靜止次級線圈，進而整形得到與彈性軸承受到的轉矩成比例的頻率信號，該信號為TTL電平，也可以提供給專用的二次儀表，該旋轉變壓器可動部——的靜電環(huán)之間不僅有0.幾mm的間隙，而且傳感器軸的上部被密閉在金屬殼體內(nèi)有些傳感器既不能分為物理系，也不能分為化學系，大多數(shù)傳感器都是基于物理原理工作的。 化學傳感器技術的問題很多，如可靠性問題、規(guī)模生產(chǎn)的可能性、價格問題等，解決了這些課題，化學傳感器的應用將大幅增加。

3：螺紋預緊力傳感器特性介紹

3.1：靜態(tài)特性：是指相對于靜態(tài)輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間存在相互關系。 此時，由于輸入量和輸出量不依賴于時間，所以這些關系即傳感器的靜態(tài)特性可以用不包含時間變量的代數(shù)方程式、或者取輸入量為橫軸、取與其對應的輸出量為縱軸的特性曲線來記述。 表示傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有線性度、靈敏度、分辨率、滯后等。

3.2：動態(tài)特性：指傳感器在輸入發(fā)生變化時，其輸出的特性。 在實際操作中，傳感器的動態(tài)特性經(jīng)常用對特定標準輸入信號的響應來表示。 這是因為已知，傳感器對標準輸入信號的響應容易通過實驗獲得，并且在對標準輸入信號的響應和對任意輸入信號的響應之間存在一定關系，因此前者能夠估計后者，因為常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也用階躍響應和頻率響應來表示。

3.3：線性度：傳感器的實際靜態(tài)特性輸出通常是曲線而不是直線。 在實際工作中，為了使儀表具有均勻的刻度讀數(shù)，擬合直線經(jīng)常近似地表示實際的特性曲線、線性(非線性誤差)是這種近似程度的性能指標。 擬合直線的選擇有多種方法。 將連接零輸入和滿刻度輸出點的理論直線作為擬合直線的情況，或者將與特性曲線上的各點的偏差的平方和小的理論直線作為擬合直線，將該擬合直線稱為小二乘法擬合直線。

3.4：遲滯特性：傳感器正向(輸入量變大)和反向(輸入量減少)行程間輸出-輸入特性曲線不一致的程度，通常表示這兩條曲線之間的大差MAX和滿量程輸出的百分比表示，滯后是由于傳感器內(nèi)部元件中存在的能量的吸收導致的。

3.5：靈敏度：靈敏度是指傳感器正常工作時輸出量變化y與輸入量變化x之比，這是輸出-輸入特性曲線的斜率。 傳感器的輸出和輸入之間有直線關系時，靈敏度s為常數(shù)，否則，會根據(jù)輸入量而變化。

4：螺紋預緊力傳感器設計要點

4.1：一般測量的物理量非常小，通常帶有作為傳感器物理轉換元件固有的轉換噪聲， 例如，傳感器的1倍倍率下的信號強度為0.1~1uV，此時的背景噪聲信號也以這種大小消失。 盡量提取有用的信號，降低噪聲是傳感器設計的首要解決問題。

4.2：螺紋預緊力傳感器電路要簡單精煉。 假設具有3級放大電路、具有2級有源濾波器的放大電路，則在放大信號的同時噪聲也放大，只要噪聲沒有大幅偏離有用的信號頻譜，無論怎么濾波還是同時放大兩者，其結果信噪比因此，傳感器電路要被精簡和簡化。 如果能節(jié)約1根電阻和電容器，請務必去除，這是很多設計傳感器的工程師們?nèi)菀缀雎缘膯栴}，眾所周知，傳感器電路受噪聲問題的困擾，電路越修正越復雜，形成奇怪的圈。

4.3：用電問題。 傳感器通常位于后續(xù)電路的前端，可能需要較長的導線連接。 傳感器功耗較大時，導線的連接會引入會議中的無用噪聲和電源噪聲，后續(xù)電路的設計越來越困難，如果沒有充分的情況，如何降低耗電量也是一個大考驗。

4.4：零部件選型及電源電路，零件的選擇一定要充分使用比較好。 只要零件的指標在必要的范圍內(nèi)就可以，剩下的是電路設計的問題，電源是傳感器電路設計過程中要面對的難題，選擇共模降低比好的運算放大器，使用差分放大電路設計常見的開關電源和器件，而不是追求無法達到的電源指標，也許就能滿足你的要求。