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JP2024111783A - Ultra-thin force sensor, monitoring system, monitoring method and application - Google Patents

Ultra-thin force sensor, monitoring system, monitoring method and application Download PDF

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JP2024111783A
JP2024111783A JP2023060967A JP2023060967A JP2024111783A JP 2024111783 A JP2024111783 A JP 2024111783A JP 2023060967 A JP2023060967 A JP 2023060967A JP 2023060967 A JP2023060967 A JP 2023060967A JP 2024111783 A JP2024111783 A JP 2024111783A
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strain
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孫暁立
Xiaoli Sun
周治国
Zhiguo Zhou
楊軍
Jun Yang
周伍陽
Wuyang Zhou
卞徳存
Decun Bian
呉建良
Jianliang Wu
袁暁華
Xiaohua Yuan
張玉珠
Yuzhu Zhang
李皓
Hao Li
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Guangzhou Municipal Engineering Testing Co
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GUANGZHOU MUNICIPAL ENGINEERING TESTING CO Ltd
Guangzhou Municipal Engineering Testing Co
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Abstract

To provide an ultrathin force sensor, a monitoring system, a monitoring method and application to improve the reliability of pre-tension monitoring.SOLUTION: The present invention discloses an ultrathin force sensor, a monitoring system, a monitoring method and application. The ultrathin force sensor comprises a force washer, a plurality of strain gauges and a protective case. The force washer is provided with a structural hole for a to-be-measured part to penetrate through. The peripheral wall of the force washer is provided with a strain groove. The strain gauges are fixedly connected to the bottom of the strain groove in the circumferential direction. The strain gauges are electrically connected with a deformation monitoring circuit used for detecting the deformation quantity of the strain gauges. The protective case is externally fitted onto the peripheral wall of the force washer for fixed connection. The strain groove is filled with a potting body.SELECTED DRAWING: None

Description

本願は、プリテンション監視の技術分野に関し、特に、超薄型力覚センサ、モニタリングシステム、モニタリング方法及び適用に関する。 This application relates to the technical field of pretension monitoring, and in particular to an ultra-thin force sensor, a monitoring system, a monitoring method, and applications.

プレストレストアンカー構造、ケーブル系橋梁構造、ボルト締結構造は、土木、交通、機械工学などの分野に広く適用され、当該種類の構造は、複雑で過酷な自然環境に長期間さらされることや、日増しに重くなる交通荷重がかかることから、長期使用における安全性に工学業界からの大きな関心が寄せられる。 Prestressed anchor structures, cable bridge structures, and bolted structures are widely used in civil engineering, transportation, mechanical engineering, and other fields. These types of structures are exposed to complex and harsh natural environments for long periods of time, and are subjected to increasingly heavy traffic loads, so the engineering community is paying close attention to their safety in long-term use.

工学業界では、通常、振動弦式センサ、超音波法、及び振動加速度法で、ケーブル張力又はボルトプリテンションを試験するが、上記の方法は、実際の適用において多くの欠点が存在する。 In the engineering industry, cable tension or bolt pretension is usually tested by vibrating string sensors, ultrasonic methods, and vibration acceleration methods, but the above methods have many shortcomings in practical application.

振動弦式力覚センサは、大型であり、斜張橋の引張ケーブル、組立式管廊の継手、吊り橋のケーブルクランプスクリューなどのアンカー位置の空間の狭い場合に適用されにくく、当該センサには、鋼弦の予め引張り後のクリープ、出力信号が微力変化を認識しにくく、データ収集伝送の消費電力が大きいなどの問題が存在し、ケーブル橋梁構造のような大量のスクリュー締結力監視の要求に応えることが困難である。 Vibrating string force sensors are large and difficult to apply to situations where the space at anchor positions is narrow, such as the tension cables of cable-stayed bridges, the joints of prefabricated pipe galleries, and the cable clamp screws of suspension bridges. These sensors also have problems such as creep after pre-tensioning the steel string, the output signal being difficult to detect slight changes in force, and high power consumption for data collection and transmission, making it difficult to meet the demand for monitoring large amounts of screw fastening force, such as in cable bridge structures.

振動加速度法と超音波法は、いずれも締結力を間接的に推定する検出方法であり、振動加速度法は、斜張橋張力監視に用いられることが多く、現場試験は、便利で素早いが、試験位置は、通常、橋梁面に近く、制振ダンパ装置の影響を受けやすく、且つ引張ケーブルの弛みによる低次周波数への影響が大きく、試験張力値と実際値との差は大きいことが多い。 Both the vibration acceleration method and the ultrasonic method are detection methods that indirectly estimate the fastening force. The vibration acceleration method is often used to monitor the tension of cable-stayed bridges. On-site testing is convenient and quick, but the test location is usually close to the bridge surface, which makes it susceptible to the influence of vibration dampers, and the influence of low-order frequencies due to slack in the tension cable is large, so the difference between the test tension value and the actual value is often large.

超音波法は、スクリュー内における音波の伝達時間と軸力との関係を確立することで、スクリューの現在の締結力値を推定することであり、当該方法は、金属スクリュー材料のクリープによる測定誤差及び超音波トランスデューサの耐久性不足などの問題を解消することが困難であり、有効な監視時間が通常1年間未満であり、その後、データが実際値から大きく外れ、超音波法による監視は、専用スクリューを採用する必要があり、加工精度が高く要求され、センサのコストが高く、超音波法は、これまで主に科学研究試験に使用され、実際の工事で広く適用されることが困難である。 The ultrasonic method estimates the current tightening force value of the screw by establishing the relationship between the propagation time of sound waves inside the screw and the axial force. This method has difficulty in eliminating problems such as measurement errors caused by creep of metal screw materials and insufficient durability of ultrasonic transducers. The effective monitoring time is usually less than one year, after which the data deviates significantly from the actual value. Monitoring using the ultrasonic method requires the use of special screws, which requires high processing accuracy and high sensor costs. Therefore, the ultrasonic method has been mainly used in scientific research tests and is difficult to widely apply in actual construction.

したがって、低コストで高品質の超薄型インテリジェントセンシング力覚センサ及びモニタリングシステムを開発することが非常に必要である。 Therefore, there is a great need to develop a low-cost, high-quality, ultra-thin intelligent sensing force sensor and monitoring system.

本願は、プリテンション監視の確実性を高めるために、超薄型力覚センサ、モニタリングシステム、モニタリング方法及び適用を提供する。 This application provides an ultra-thin force sensor, a monitoring system, a monitoring method, and applications to increase the reliability of pretension monitoring.

本願は、以下の技術的解決手段を採用して実現される。 This application is realized by adopting the following technical solutions:

力覚ワッシャと、いくつかのひずみゲージと、保護ケースとを含み、力覚ワッシャに測定対象部品を穿設させるための構造孔が開設され、力覚ワッシャの外周壁にひずみ溝が開設され、いくつかのひずみゲージはひずみ溝の底部に円周方向に固定的に接続され、ひずみゲージにひずみゲージの変形量を検出するための変形監視回路が電気的に接続され、保護ケースは力覚ワッシャの外周壁に外嵌され固定的に接続され、ひずみ溝内にポッティング体が充填される、超薄型力覚センサである。 This ultra-thin force sensor includes a force washer, several strain gauges, and a protective case, in which a structural hole is formed in the force washer for drilling a part to be measured, strain grooves are formed in the outer wall of the force washer, several strain gauges are fixedly connected to the bottom of the strain grooves in the circumferential direction, a deformation monitoring circuit is electrically connected to the strain gauges for detecting the amount of deformation of the strain gauges, the protective case is fitted onto the outer wall of the force washer and fixedly connected, and a potting material is filled in the strain grooves.

力覚ワッシャにプリテンション監視を必要とする部品を穿設させるための構造孔が開設されることで、力覚ワッシャは締結具のガスケットとして機能することが可能になり、力覚ワッシャの外周壁にひずみ溝が開設され、且ついくつかのひずみゲージがひずみ溝の底部に円周方向に分布し固定的に接続されることで、ひずみゲージにより力覚ワッシャの変形量を監視することが容易になり、ひずみゲージにひずみゲージの変形量を検出するための変形監視回路が電気的に接続されることで、変形量を電気信号に変換し、電気信号の数値及び変化を測定することにより、測定対象部品のプリテンションの数値及び変化を計算することが容易になり、保護ケースが力覚ワッシャの外周壁に外嵌され固定的に接続され、且つひずみ溝内に、ひずみゲージを外部環境から隔離して、ひずみゲージを保護し、保護ケースが力覚ワッシャの弾性変形に与える影響を低減するために、ポッティング体が充填される。 The force sense washer is provided with structural holes for drilling components that require pretension monitoring, allowing the force sense washer to function as a gasket for fasteners; strain grooves are provided on the outer wall of the force sense washer, and several strain gauges are distributed circumferentially and fixedly connected to the bottom of the strain groove, making it easy to monitor the deformation of the force sense washer using the strain gauge; a deformation monitoring circuit for detecting the deformation of the strain gauge is electrically connected to the strain gauge, converting the deformation into an electrical signal, and measuring the value and change of the electrical signal makes it easy to calculate the value and change of the pretension of the component to be measured; a protective case is fitted onto the outer wall of the force sense washer and fixedly connected, and a potting material is filled into the strain groove to isolate the strain gauge from the external environment, protect the strain gauge, and reduce the effect of the protective case on the elastic deformation of the force sense washer.

選択可能に、力覚ワッシャの部材接触面から離れる面に環状突起が設置される。力覚ワッシャの部材に接触するための面が部材接触面であり、測定対象部品と力覚ワッシャの部材接触面から離れる面との間に偏心荷重が生じる可能性を低減し、力覚ワッシャが測定対象部品の締結力を受ける均一性を高めるために、力覚ワッシャの部材接触面から離れる面に環状突起が設置される。 Optionally, an annular protrusion is provided on the surface of the force sense washer that is separated from the member contact surface. The surface of the force sense washer that comes into contact with the member is the member contact surface, and the annular protrusion is provided on the surface of the force sense washer that is separated from the member contact surface in order to reduce the possibility of eccentric load occurring between the part to be measured and the surface of the force sense washer that is separated from the member contact surface and to increase the uniformity with which the force sense washer receives the fastening force of the part to be measured.

選択可能に、保護ケースが力覚ワッシャの軸方向変形に与える影響を低減するために、力覚ワッシャの軸方向寸法は保護ケースの軸方向寸法よりも大きい。 Optionally, the axial dimension of the force sense washer is larger than the axial dimension of the protective case to reduce the effect of the protective case on the axial deformation of the force sense washer.

選択可能に、変形監視回路は、
調整可能な電源を含む入力電圧制御モジュールと、
入力電圧制御モジュールに電気的に接続され、ひずみゲージに固定的に接続されるひずみ抵抗器R1からなるホイートストンブリッジを含む抵抗ブリッジモジュールと、
抵抗ブリッジモジュールに電気的に接続される出力電圧検出モジュールと、を含む。
Optionally, the deformation monitoring circuitry
an input voltage control module including an adjustable power supply;
a resistance bridge module electrically connected to the input voltage control module and including a Wheatstone bridge consisting of a strain resistor R1 fixedly connected to a strain gauge;
an output voltage sensing module electrically connected to the resistive bridge module.

入力電圧制御モジュールは、調整可能な電源を含み、変形監視回路の抵抗ブリッジモジュールに特定の数値の入力電圧を入力するために用いられ、抵抗ブリッジモジュールは、ひずみ抵抗器R1からなるホイートストンブリッジを含み、ここで、ひずみ抵抗器R1は測定対象抵抗器であり、且つ力覚ワッシャの変形量に応じてひずみ抵抗器R1の抵抗値を調整するために、ひずみ抵抗器R1はひずみゲージに固定的に接続され、出力電圧検出モジュールは、抵抗ブリッジモジュールに電気的に接続され、ひずみ抵抗器R1の実際の抵抗値を計算するように、抵抗ブリッジモジュールの出力電圧の数値を検出するために用いられ、それにより、力覚ワッシャの変形量という非電気的量の電気的計測を実現する。 The input voltage control module includes an adjustable power supply and is used to input a specific value of input voltage to the resistance bridge module of the deformation monitoring circuit, the resistance bridge module includes a Wheatstone bridge consisting of a strain resistor R1, where the strain resistor R1 is the resistor to be measured and is fixedly connected to a strain gauge to adjust the resistance value of the strain resistor R1 according to the deformation amount of the force sense washer, the output voltage detection module is electrically connected to the resistance bridge module and is used to detect the value of the output voltage of the resistance bridge module so as to calculate the actual resistance value of the strain resistor R1, thereby realizing an electrical measurement of a non-electrical quantity, namely the deformation amount of the force sense washer.

本願は、以下の技術的解決手段を採用して実現される。 This application is realized by adopting the following technical solutions:

いくつかの超薄型力覚センサと、調整可能な電源と、検電センサと、データ分析モジュールと、システム制御モジュールとを含み、調整可能な電源、検電センサ、データ分析モジュール及びシステム制御モジュールにいずれも無線伝送ユニットが電気的に接続され、システム制御モジュールは、無線伝送ユニットにより調整可能な電源に監視制御信号を送信し、調整可能な電源は、各超薄型力覚センサの抵抗ブリッジモジュールに入力電圧を提供し、検電センサは、抵抗ブリッジモジュールの出力電圧に基づいて応力監視データを生成し、検電センサは、無線伝送ユニットによりデータ分析モジュールに応力監視データを送信し、データ分析モジュールは、応力監視データを分析し、フィードバック制御情報を生成し、無線伝送ユニットによりシステム制御モジュールに送信する、超薄型力覚センサを適用したモニタリングシステムである。 A monitoring system using ultra-thin force sensors, comprising several ultra-thin force sensors, an adjustable power supply, a voltage detector sensor, a data analysis module, and a system control module, in which a wireless transmission unit is electrically connected to the adjustable power supply, the voltage detector sensor, the data analysis module, and the system control module, the system control module transmits a monitoring control signal to the adjustable power supply via the wireless transmission unit, the adjustable power supply provides an input voltage to the resistive bridge module of each ultra-thin force sensor, the voltage detector sensor generates stress monitoring data based on the output voltage of the resistive bridge module, the voltage detector sensor transmits the stress monitoring data to the data analysis module via the wireless transmission unit, and the data analysis module analyzes the stress monitoring data, generates feedback control information, and transmits it to the system control module via the wireless transmission unit.

超薄型力覚センサを適用したモニタリングシステムにおける調整可能な電源、検電センサ、データ分析モジュール及びシステム制御モジュールに、モニタリングシステムの各機器間で情報を無線で伝達するために、いずれも無線伝送ユニットが電気的に接続され、そのうち、システム制御モジュールは、調整可能な電源に監視制御信号を送信して、調整可能な電源を各超薄型力覚センサに入力電圧を提供するように制御するために用いられ、入力電圧が超薄型力覚センサにおける抵抗ブリッジモジュールにより処理された後、検電センサは、抵抗ブリッジモジュールの出力電圧を検出することによって応力監視データを生成し、検電センサが応力監視データをデータ分析モジュールに送信した後、データ分析モジュールは応力監視データを分析して、各超薄型力覚センサが配置された箇所にある測定対象部品のプリテンションが正常であるか否かを決定することにより、調整を必要とする応力監視手段を決定し、フィードバック制御情報を生成し、システム制御モジュールに送信して、監視制御信号を調整する。 In the monitoring system using the ultra-thin force sensor, the adjustable power supply, the voltage detector sensor, the data analysis module, and the system control module are all electrically connected to a wireless transmission unit in order to wirelessly transmit information between each device in the monitoring system. Among them, the system control module is used to send a monitoring control signal to the adjustable power supply to control the adjustable power supply to provide an input voltage to each ultra-thin force sensor. After the input voltage is processed by the resistive bridge module in the ultra-thin force sensor, the voltage detector sensor generates stress monitoring data by detecting the output voltage of the resistive bridge module. After the voltage detector sensor transmits the stress monitoring data to the data analysis module, the data analysis module analyzes the stress monitoring data to determine whether the pretension of the measurement target part at the location where each ultra-thin force sensor is located is normal, thereby determining the stress monitoring means that need to be adjusted, generating feedback control information and transmitting it to the system control module to adjust the monitoring control signal.

選択可能に、超薄型力覚センサが配置された箇所に取り付けられた現場警報器を含む警告モジュールをさらに含み、警告モジュールは、遠隔警報信号を送信するための遠隔警報器をさらに含む。一部の超薄型力覚センサが配置された箇所にある測定対象部品のプリテンションが異常であることを監視すると、現場警報、及び遠隔警報信号を送信する方式で警報機能を実現し、それにより、近くの人を分散させるように警告し、隠れた危険を解消するように関係者に即時に知らせることが容易になる。 Optionally, the device further includes a warning module including an on-site alarm attached to the location where the ultra-thin force sensor is disposed, and the warning module further includes a remote alarm for transmitting a remote alarm signal. When it is monitored that the pretension of the measurement target part at the location where some of the ultra-thin force sensors are disposed is abnormal, an alarm function is realized by transmitting an on-site alarm and a remote alarm signal, thereby making it easy to warn nearby people to disperse and immediately inform relevant parties to eliminate hidden danger.

本願は、以下の技術的解決手段を採用して実現される。 This application is realized by adopting the following technical solutions:

各超薄型力覚センサに対応する応力監視データを取得し、応力監視データに基づいて各締結具の警告段階を評価し、警告段階情報に基づいて警告情報を生成するステップと、
モニタリング対象設備の設計図面を取得し、設計図面に基づいて各部材及び締結具の性能パラメータを決定し、力学的情報モデルを作成するステップと、
応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、力学的情報モデルに基づいて各締結点の危険度情報を判断するステップと、
各締結点の危険度情報に基づいて、対応する監視頻度を決定し、監視頻度に基づいてフィードバック制御情報を生成するステップと、を含む、超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法である。
obtaining stress monitoring data corresponding to each ultra-thin force sensor, evaluating a warning stage for each fastener based on the stress monitoring data, and generating warning information based on the warning stage information;
Obtaining design drawings of the equipment to be monitored, determining performance parameters of each component and fastener based on the design drawings, and creating a mechanical information model;
Marking the stress monitoring data into a mechanical information model, and judging the risk information of each fastening point based on the mechanical information model;
A monitoring method using an ultra-thin force sensor includes a step of determining a corresponding monitoring frequency based on risk information of each fastening point, and generating feedback control information based on the monitoring frequency.

各超薄型力覚センサにより監視された締結具のプリテンションを取得し、応力監視データを生成し、応力監視データに基づいて各締結具の警告段階を評価し、警告段階情報に基づいて警報する必要があるか否か、及びどのような警報信号を発するかを判断して、警告情報を生成することで、締結具のプリテンションが異常である場合に警報信号を発し、モニタリング対象設備の設計図面を取得することで、設計図面に基づいて各部材及び締結具の性能パラメータを決定し、それにより、力学的情報モデルを作成し、その後、力学的情報モデルにより各領域におけるモニタリング対象設備の力学性能を判断することを容易にし、取得した応力監視データを力学的情報モデルにマーキングすることで、現在の各締結具のプリテンション及び各部材の性能パラメータに基づいて、各締結点の危険度を判断し、危険度情報を生成し、異なる締結点の現在の危険度情報に基づいて、各締結点に対する監視頻度を決定し、フィードバック制御情報を生成することで、その後、モニタリング対象設備に対する応力監視計画を調整することが容易になり、それにより、プリテンション監視の確実性を高める。 The pretension of the fasteners monitored by each ultra-thin force sensor is obtained, stress monitoring data is generated, the warning stage of each fastener is evaluated based on the stress monitoring data, and based on the warning stage information, whether or not a warning is necessary and what kind of warning signal to issue is determined, and warning information is generated, thereby issuing a warning signal when the pretension of the fastener is abnormal; the design drawings of the monitored equipment are obtained, and performance parameters of each component and fastener are determined based on the design drawings, thereby creating a mechanical information model, and then, it is easy to determine the mechanical performance of the monitored equipment in each area by the mechanical information model; the acquired stress monitoring data is marked on the mechanical information model, and based on the current pretension of each fastener and the performance parameters of each component, the risk level of each fastening point is determined, risk level information is generated; based on the current risk level information of different fastening points, the monitoring frequency for each fastening point is determined, and feedback control information is generated, thereby making it easy to adjust the stress monitoring plan for the monitored equipment, thereby increasing the reliability of pretension monitoring.

選択可能に、各超薄型力覚センサに対応する応力監視データを取得し、応力監視データに基づいて各締結具の警告段階を評価し、警告段階情報に基づいて警告情報を生成するステップにおいて、
締結具の型番情報を取得し、型番情報に基づいて各警告段階の警告閾値区間を決定し、閾値区間セットを生成するステップと、
各応力監視データを取得し、各応力監視データを対応する閾値区間セットと比較し、対応する警告段階を決定するステップと、
各締結具の警告段階に基づいて対応する警告信号をマッチングし、各締結具の警告信号に基づいて警告情報を生成するステップと、を含む。
Optionally, acquiring stress monitoring data corresponding to each ultra-thin force sensor, evaluating a warning stage for each fastener based on the stress monitoring data, and generating warning information based on the warning stage information;
Obtaining model number information of a fastener, determining warning threshold intervals for each warning stage based on the model number information, and generating a threshold interval set;
obtaining each stress monitoring data, comparing each stress monitoring data with a corresponding set of threshold intervals, and determining a corresponding warning level;
matching a corresponding warning signal based on the warning stage of each fastener, and generating warning information based on the warning signal of each fastener.

各締結具の型番情報を取得することで、各締結具の性能パラメータを決定し、各締結具の性能パラメータに基づいて、異なる危険度に対応する警告閾値区間を決定し、各警告閾値区間は、1つの警告段階に対応し、同一の締結具の複数の警告閾値区間に基づいて閾値区間セットを生成し、各締結具に対応する応力監視データを取得し、応力監視データを当該締結具の閾値区間セットと比較することで、対応する警告段階を決定し、各締結具の警告段階に基づいて、発する必要がある警告信号のタイプを決定し、各締結具の警告信号に基づいて警告情報を生成することで、その後、警告情報に基づいて警告モジュールの警報を制御する。 By acquiring model number information of each fastener, performance parameters of each fastener are determined; based on the performance parameters of each fastener, warning threshold intervals corresponding to different danger levels are determined, each warning threshold interval corresponds to one warning stage; a threshold interval set is generated based on multiple warning threshold intervals of the same fastener; stress monitoring data corresponding to each fastener is acquired; a corresponding warning stage is determined by comparing the stress monitoring data with the threshold interval set of the fastener; based on the warning stage of each fastener, a type of warning signal that needs to be issued is determined; warning information is generated based on the warning signal of each fastener; and then an alarm of a warning module is controlled based on the warning information.

選択可能に、各応力監視データを取得するステップにおいて、
センサ信号処理回路により超薄型力覚センサをオーバーサンプリングし、各サンプリング周期内に第1の数値の個数の監視データを含む1つのサンプリングデータセットを取得するステップと、
サンプリングデータセットにおける各監視データを平均化計算し、複数セットの平均値を生成し、サンプリングデータセットにおける各監視データから複数セットの平均値を減算し、低波動データを得、各低波動データに基づいて低波動データセットを生成するステップと、
低波動データセットに対してデータ統計を行い、各数値セグメント内の低波動データの数を統計し、各数値セグメントの低波動データの数をノイズ除去閾値と比較するステップと、
低波動データの数のノイズ除去閾値よりも大きい全ての数値セグメントの監視データの平均値を計算して当該サンプリング周期の応力監視データとするステップと、を含む。
Optionally, in the step of acquiring each stress monitoring data,
oversampling the ultra-thin force sensor using a sensor signal processing circuit to obtain a sampling data set including a first numerical value number of monitoring data within each sampling period;
Averaging each of the monitoring data in the sampling data set to generate a plurality of sets of average values, subtracting the plurality of sets of average values from each of the monitoring data in the sampling data set to obtain low-wave data, and generating a low-wave data set based on each of the low-wave data;
A step of performing data statistics on the low-wave data set, calculating the number of low-wave data in each numerical segment, and comparing the number of low-wave data in each numerical segment with a noise removal threshold;
The method includes a step of calculating an average value of the monitoring data of all the numerical segments having a number of low-wave data greater than a noise removal threshold, and setting the average value as the stress monitoring data for the sampling period.

センサの信号処理回路により超薄型力覚センサをオーバーサンプリングすることで、収集したデータの真実性を高め、所定のサンプリング周期及びサンプリング頻度に基づいて、各サンプリング周期内に1つのサンプリングデータセットを取得し、ここで、各サンプリングデータセット内の監視データの数は、第1の数値の個数であり、サンプリングデータセットにおける各監視データを平均化計算することで、対応する複数セットの平均値を生成し、サンプリングデータセットにおける各監視データから複数セットの平均値を減算した後、低波動データセットを生成することで、データセットにおける各データの数値の範囲を小さくし、データ変動分析の正確性を高め、データサンプリングの過程において、信号処理回路の各素子及びモニタリングシステムにおける他のモジュールに、外乱によりノイズ波が発生することで、検出精度に影響を及ぼすため、低波動データセットにおける各データを統計し、各数値セグメント内にある低波動データの数を計算し、数が所定のノイズ除去閾値よりも小さい場合、当該数値セグメント内のデータがノイズ波であり、平均化計算に関与しないと考えられ、数が所定のノイズ除去閾値よりも大きい場合、保留し、保留された数値セグメント内の低波動データに対応する監視データを計算して当該サンプリング周期の応力監視データとする。 By oversampling the ultra-thin force sensor by the signal processing circuit of the sensor, the authenticity of the collected data is improved, and one sampling data set is obtained in each sampling period based on a predetermined sampling period and sampling frequency, where the number of monitoring data in each sampling data set is the number of first numerical values, and the average value of the corresponding multiple sets is generated by averaging each monitoring data in the sampling data set, and the average value of the multiple sets is subtracted from each monitoring data in the sampling data set to generate a low-wave data set, thereby reducing the range of the numerical values of each data in the data set and improving the accuracy of the data fluctuation analysis. During the data sampling process, noise waves are generated due to disturbances in each element of the signal processing circuit and other modules in the monitoring system, which affects the detection accuracy, so each data in the low-wave data set is statistically analyzed, and the number of low-wave data in each numerical segment is calculated, and if the number is smaller than a predetermined noise elimination threshold, the data in the numerical segment is considered to be a noise wave and is not involved in the averaging calculation, and if the number is larger than the predetermined noise elimination threshold, it is reserved, and the monitoring data corresponding to the low-wave data in the reserved numerical segment is calculated to be the stress monitoring data of the sampling period.

選択可能に、センサ信号処理回路により超薄型力覚センサをオーバーサンプリングするステップの前に、
測定対象部品に段階的にプリテンションを加え、対応する校正測定データを読み取るステップと、
各段階のプリテンションに対応する校正測定データ及び上段階のプリテンションに対応する校正測定データに基づいて、本段階のプリテンション区間に対応する弾性係数を計算するステップと、
各弾性係数をデータ分析モジュールに入力し、超薄型力覚センサの自動的な校正を実行するステップと、をさらに含む。
Optionally, prior to the step of oversampling the ultra-thin force sensor by the sensor signal processing circuit,
applying pretension to the part to be measured in stages and reading corresponding calibration measurement data;
Calculating an elastic modulus corresponding to the pretension section of this stage based on the calibration measurement data corresponding to the pretension of each stage and the calibration measurement data corresponding to the pretension of the upper stage;
The method further includes inputting each elastic modulus into a data analysis module to perform automatic calibration of the ultra-thin force sensor.

本願の超薄型力覚センサは、ひずみゲージにより力覚ワッシャの変形量を検出して応力を計算するため、具体的に、材料の弾性変形の性質を利用しているが、材料の弾性区間における応力とひずみとの関係は、絶対的に線形ではなく、且つ力覚ワッシャの変形は、他の要因により妨害される可能性もあるため、超薄型力覚センサを校正して、測定対象部品のプリテンションに対する検出精度を向上させることが必要であり、測定対象部品に段階的にプリテンションを加え、各段階のプリテンションを加えた後に超薄型力覚センサにより検出された電圧値を読み取って校正測定データとし、各段階のプリテンションに対応する校正測定データと上段階のプリテンションに対応する校正測定データ、及び現在加えられたプリテンションの数値と上段階に加えられたプリテンションの数値に基づいて、本段階のプリテンションの区間に対応する弾性係数を計算し、各段階のプリテンションに対応する弾性係数をデータ分析モジュールに入力し、超薄型力覚センサを自動的に校正することで、その後、異なる応力区間内における超薄型力覚センサの弾性係数に基づいて、測定された応力監視データを計算することが容易になり、それにより超薄型力覚センサの検出精度を向上させる効果を達成する。 The ultra-thin force sensor of the present application uses a strain gauge to detect the deformation of the force washer and calculate the stress, specifically utilizing the properties of elastic deformation of the material. However, since the relationship between stress and strain in the elastic range of the material is not absolutely linear, and the deformation of the force washer may be hindered by other factors, it is necessary to calibrate the ultra-thin force sensor to improve the detection accuracy for the pretension of the part being measured. Pretension is applied to the part being measured in stages, and the voltage value detected by the ultra-thin force sensor after each stage of pretension is read and used as calibrated measurement data, and the Based on the calibration measurement data corresponding to the pretension and the calibration measurement data corresponding to the pretension of the upper stage, and based on the currently applied pretension value and the pretension value applied to the upper stage, the elastic coefficient corresponding to the pretension section of this stage is calculated, and the elastic coefficient corresponding to the pretension of each stage is input into the data analysis module to automatically calibrate the ultra-thin force sensor, which then facilitates the calculation of the measured stress monitoring data based on the elastic coefficient of the ultra-thin force sensor in different stress sections, thereby achieving the effect of improving the detection accuracy of the ultra-thin force sensor.

選択可能に、各弾性係数をデータ分析モジュールに入力し、超薄型力覚センサの自動的な校正を実行するステップの後に、
測定対象部品に試験プリテンションを加え、対応する試験測定データを読み取り、試験測定データに基づいて、所定の精度要求に適合するか否かを判断するステップと、
試験測定データが所定の精度要求に適合しない場合、精度が不合格であるプリテンション区間に補間点を設定し、補間点に基づいて対応するプリテンション部分区間を決定するステップと、
各プリテンション部分区間に対応する部分弾性係数を計算し、隣接するプリテンション部分区間に対応する部分弾性係数の差を計算して、弾性差を生成するステップと、
各弾性差がいずれも対応する弾性差閾値よりも小さければ、補正校正を完了し、いずれかの弾性差が弾性差閾値よりも大きければ、対応するプリテンション部分区間に新たな補間点を設定し、引き続き補正校正を行うステップと、をさらに含む。
Optionally, after the step of inputting each elastic modulus into a data analysis module and performing automatic calibration of the ultra-thin force sensor,
applying a test pretension to the part to be measured, reading corresponding test measurement data, and determining whether a predetermined accuracy requirement is met based on the test measurement data;
If the test measurement data does not meet the predetermined accuracy requirement, setting an interpolation point in the pretension section whose accuracy is unacceptable, and determining a corresponding pretension subsection based on the interpolation point;
calculating a partial elastic modulus corresponding to each pretensioned subsection and calculating a difference in the partial elastic modulus corresponding to adjacent pretensioned subsections to generate an elasticity difference;
The method further includes a step of completing correction calibration if each elasticity difference is smaller than the corresponding elasticity difference threshold, and setting a new interpolation point in the corresponding pretension subsection and continuing correction calibration if any elasticity difference is larger than the elasticity difference threshold.

超薄型力覚センサを自動的に校正した後、さらに自動的に校正した力覚センサの検査及び補正を行うことができ、測定対象部品に試験プリテンションを加え、超薄型力覚センサにより検出された電圧値を読み取って試験測定データと、試験測定データが所定の精度要求を満たすか否かを判断し、試験測定データが所定の精度要求を満たさない場合、精度が不合格であるプリテンション区間を決定し、精度が不合格であるプリテンション区間に補間点を設定し、設定された補間点に基づいて新たなプリテンション部分区間をさらに決定し、各プリテンション部分区間に対応する部分弾性係数を計算し、各隣接するプリテンション部分区間の部分弾性係数の間の差を計算して弾性差とし、各弾性差を所定の弾性差閾値と比較し、全ての弾性差がいずれも弾性差閾値よりも小さければ、隣接するプリテンション部分区間の間の弾性係数が近いと考えられて、補正校正を完了し、いずれかの弾性差が所定の弾性差閾値よりも大きければ、さらに対応するプリテンション部分区間に新たな補間点を設定し、引き続き補正校正作業を実行する必要がある。 After the ultra-thin force sensor is automatically calibrated, the automatically calibrated force sensor can be further inspected and corrected by applying a test pretension to the part to be measured, reading the voltage value detected by the ultra-thin force sensor to determine whether the test measurement data and the test measurement data meet the specified accuracy requirements, and if the test measurement data does not meet the specified accuracy requirements, determining the pretension section whose accuracy is unacceptable, setting an interpolation point in the pretension section whose accuracy is unacceptable, and further determining a new pretension subsection based on the set interpolation point, calculating the partial elastic modulus corresponding to each pretension subsection, calculating the difference between the partial elastic modulus of each adjacent pretension subsection as the elasticity difference, and comparing each elasticity difference with a specified elasticity difference threshold. If all the elasticity differences are smaller than the elasticity difference threshold, it is considered that the elasticity coefficients between the adjacent pretension subsections are close, and the correction calibration is completed. If any of the elasticity differences is larger than the specified elasticity difference threshold, a new interpolation point is set in the corresponding pretension subsection, and the correction calibration work needs to be continued.

選択可能に、応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、力学的情報モデルに基づいて各締結点の危険度情報を判断するステップにおいて、
応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、モニタリング対象設備の各部材の力受けデータに基づいて、各締結点の負荷データを判断するステップと、
各締結点の負荷データ及び応力監視データに基づいて、各締結点の負荷率を計算して、危険度情報を生成するステップと、を含む。
Optionally, marking the stress monitoring data into a mechanical information model and determining risk information for each fastening point based on the mechanical information model,
Marking the stress monitoring data into a mechanical information model, and judging the load data of each fastening point according to the force-bearing data of each member of the monitored equipment;
and calculating a load factor for each fastening point based on the load data and stress monitoring data for each fastening point to generate risk information.

応力監視データを力学的情報モデルにマーキングすることで、モニタリング対象設備における各締結点の現在の締結力を判断し、モニタリング対象設備の各部材の力受けデータに基づいて、各締結点の現在の負荷状況を判断することにより、負荷データを生成し、各締結点の負荷データ及び対応する応力監視データに基づいて、各締結点の現在の負荷率を計算し、各締結点の危険度を評価して危険度情報を生成することで、その後、各締結点の異なる危険度情報に基づいて監視頻度を設定することが容易となり、それにより各締結点に対する応力監視の科学性を高める。 By marking the stress monitoring data on the mechanical information model, the current fastening force of each fastening point in the monitored equipment is determined, the current load situation of each fastening point is determined based on the force-bearing data of each component of the monitored equipment to generate load data, the current load rate of each fastening point is calculated based on the load data of each fastening point and the corresponding stress monitoring data, the risk of each fastening point is evaluated to generate risk information, and then it becomes easy to set the monitoring frequency based on the different risk information of each fastening point, thereby enhancing the scientificity of stress monitoring for each fastening point.

実施例1における超薄型力覚センサの構造の概略図である。1 is a schematic diagram of a structure of an ultra-thin force sensor in Example 1. FIG. 実施例1における変形監視回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a deformation monitoring circuit according to the first embodiment. 実施例2における超薄型力覚センサの構造の概略図である。11 is a schematic diagram of the structure of an ultra-thin force sensor in Example 2. FIG. 実施例3における超薄型力覚センサを適用したモニタリングシステムの概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a monitoring system to which the ultra-thin force sensor in Example 3 is applied. 実施例5における超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法のフローチャートである。13 is a flowchart of a monitoring method to which the ultra-thin force sensor in Example 5 is applied. 超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法のステップS10のフローチャートである。13 is a flowchart of step S10 of the monitoring method using the ultra-thin force sensor. 超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法のステップS12のフローチャートである。13 is a flowchart of step S12 of the monitoring method to which the ultra-thin force sensor is applied. 超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法の別のフローチャートである。13 is another flowchart of a monitoring method using the ultra-thin force sensor. 超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法の別のフローチャートである。13 is another flowchart of a monitoring method using the ultra-thin force sensor. 超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法のステップS30のフローチャートである。13 is a flowchart of step S30 of the monitoring method using the ultra-thin force sensor. 実施例6における変形監視回路の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of a deformation monitoring circuit in a sixth embodiment. 超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法の別のフローチャートである。13 is another flowchart of a monitoring method using the ultra-thin force sensor. 実施例7における機器の概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram of the device in Example 7.

本願は、超薄型力覚センサ、モニタリングシステム、モニタリング方法及び適用を開示する。 This application discloses an ultra-thin force sensor, a monitoring system, a monitoring method, and applications.

以下、図面1~13に合わせて、本願をさらに詳細に説明する。 The present application will be described in further detail below with reference to Figures 1 to 13.

(実施例1)
図1に示すように、本願は、力覚ワッシャ1と、いくつかのひずみゲージ3と、保護ケース2とを含む超薄型力覚センサ100であって、力覚ワッシャ1は、ひずみゲージ3を取り付けるために用いられ、測定対象締結具のガスケットとすることができ、ひずみゲージ3は、力覚ワッシャ1に固定的に接続され、且つ力覚ワッシャ1が受ける力の大きさを計算するように力覚ワッシャ1の変形量を検出するための変形監視回路が電気的に接続され、保護ケース2は、力覚ワッシャ1に取り付けられた電子デバイスを保護するために用いられる超薄型力覚センサ100を開示する。
Example 1
As shown in FIG. 1 , the present application discloses an ultra-thin force sensor 100 including a force sensor washer 1, several strain gauges 3, and a protective case 2, in which the force sensor washer 1 is used to attach the strain gauges 3 and can be a gasket of a fastener to be measured, the strain gauges 3 are fixedly connected to the force sensor washer 1, and a deformation monitoring circuit is electrically connected to detect the amount of deformation of the force sensor washer 1 so as to calculate the magnitude of the force received by the force sensor washer 1, and the protective case 2 is used to protect an electronic device attached to the force sensor washer 1.

力覚ワッシャ1は円盤状を呈し、力覚ワッシャ1に測定対象締結具を穿設させるための構造孔11が軸線方向に沿って開設され、構造孔11の内径は、具体的には、測定対象締結具の直径に基づいて決定され、力覚ワッシャ1の一面は部材接触面であり、力覚ワッシャ1の部材接触面は平坦に設置され、締結具により接続する必要がある部材に接触するために用いられ、測定対象締結具と力覚ワッシャ1との間に偏心荷重が生じる可能性を低減し、力覚ワッシャ1が測定対象締結具の締結力を受ける均一性を高めるために、力覚ワッシャ1の部材接触面から離れる面に環状突起13が設置される。 The force sense washer 1 is disk-shaped, and a structural hole 11 for drilling the fastener to be measured is opened along the axial direction in the force sense washer 1. The inner diameter of the structural hole 11 is determined based on the diameter of the fastener to be measured. One surface of the force sense washer 1 is a member contact surface. The member contact surface of the force sense washer 1 is set flat and is used to contact the member that needs to be connected by the fastener. In order to reduce the possibility of eccentric load occurring between the fastener to be measured and the force sense washer 1 and to increase the uniformity with which the force sense washer 1 receives the fastening force of the fastener to be measured, an annular protrusion 13 is provided on the surface of the force sense washer 1 that is away from the member contact surface.

力覚ワッシャ1の外周壁にひずみ溝12が開設され、ひずみ溝12の底面が力覚ワッシャ1の軸線の周りに設置されて柱面を形成し、いくつかのひずみゲージ3は、その後、力覚ワッシャ1の軸方向の変形量を検出するために、力覚ワッシャ1の円周方向に沿ってひずみ溝12の底部に均一に固定的に接続され、力覚ワッシャ1は、締結具のプリテンションを受けると、軸方向に変形し、力覚ワッシャ1が弾性変形すると、力覚ワッシャ1の変形量と受けるプリテンションとは略線形関係となり、ひずみゲージ3は力覚ワッシャ1の変形量を検出するために用いることができるため、力覚ワッシャ1が締結具から受けるプリテンションを間接的に検出することができる。 A strain groove 12 is opened on the outer peripheral wall of the force sense washer 1, and the bottom surface of the strain groove 12 is installed around the axis of the force sense washer 1 to form a cylindrical surface. Several strain gauges 3 are then uniformly and fixedly connected to the bottom of the strain groove 12 along the circumferential direction of the force sense washer 1 to detect the axial deformation amount of the force sense washer 1. When the force sense washer 1 receives the pretension of the fastener, it deforms in the axial direction. When the force sense washer 1 elastically deforms, the deformation amount of the force sense washer 1 and the pretension it receives have an approximately linear relationship. The strain gauges 3 can be used to detect the deformation amount of the force sense washer 1, so that the pretension that the force sense washer 1 receives from the fastener can be indirectly detected.

保護ケース2は円環状を呈し、力覚ワッシャ1にいくつかの第1の接続孔15が円周方向に均一に開設され、本実施例において、第1の接続孔15はネジ孔であり、且つ第1の接続孔15の数は4つであり、保護ケース2は力覚ワッシャ1に外嵌され、保護ケース2にいくつかの第2の接続孔21が開設され、第2の接続孔21の数は第1の接続孔15の数と同一であり、且つ第2の接続孔21は第1の接続孔15に正対して設置され、保護ケース2はネジ接続具により力覚ワッシャ1に取り外し可能に接続され、且つ力覚ワッシャ1が締結具の軸方向のプリテンションを単独で受け、保護ケース2が軸方向のプリテンションを受けることによる力覚ワッシャ1の変形量に対する影響を低減するように、力覚ワッシャ1の軸方向の寸法は保護ケース2の軸方向の寸法よりも大きく、それにより、プリテンションの大きさに対する検出の正確性を高める。 The protective case 2 has a circular ring shape, and several first connection holes 15 are uniformly opened in the circumferential direction of the force sense washer 1. In this embodiment, the first connection holes 15 are screw holes, and the number of the first connection holes 15 is four. The protective case 2 is fitted onto the force sense washer 1, and several second connection holes 21 are opened in the protective case 2, and the number of the second connection holes 21 is the same as the number of the first connection holes 15, and the second connection holes 21 are installed directly opposite the first connection holes 15. The protective case 2 is removably connected to the force sense washer 1 by a screw connector, and the force sense washer 1 receives the axial pretension of the fastener alone, and the axial dimension of the force sense washer 1 is larger than the axial dimension of the protective case 2, so as to reduce the effect of the axial pretension of the protective case 2 on the deformation amount of the force sense washer 1, thereby improving the accuracy of detection of the magnitude of the pretension.

保護ケース2にひずみゲージ3に接続される変形検出回路のケーブルを通すための糸通し孔22がさらに開設され、ひずみ溝12内にポッティング体4が充填され、本実施例において、ポッティング体4はポッティング接着剤が凝固して形成され、ひずみゲージ3を保護し、ひずみゲージ3の耐用年数を高めるためにひずみゲージ3を外部環境から隔離することを容易にする。 The protective case 2 is further provided with a threading hole 22 for passing a cable of a deformation detection circuit connected to the strain gauge 3, and the strain groove 12 is filled with a potting body 4. In this embodiment, the potting body 4 is formed by solidifying the potting adhesive, and protects the strain gauge 3 and makes it easy to isolate the strain gauge 3 from the external environment to increase the service life of the strain gauge 3.

図2に示すように、変形検出回路は、入力電圧制御モジュール5と、抵抗ブリッジモジュール6と、出力電圧検出モジュール7とを含む。 As shown in FIG. 2, the deformation detection circuit includes an input voltage control module 5, a resistive bridge module 6, and an output voltage detection module 7.

入力電圧制御モジュール5は、変形監視回路に特定の数値の入力電圧を入力するために用いられ、入力電圧制御モジュール5は調整可能な電源を含み、調整可能な電源の2つの出力電極は、抵抗ブリッジモジュール6の2つの入力電極にそれぞれ接続される。 The input voltage control module 5 is used to input a specific value of input voltage to the deformation monitoring circuit, and the input voltage control module 5 includes an adjustable power supply, and the two output electrodes of the adjustable power supply are respectively connected to the two input electrodes of the resistance bridge module 6.

抵抗ブリッジモジュール6は入力電圧制御モジュール5に電気的に接続され、抵抗ブリッジモジュール6は力覚ワッシャ1の変形量に応じて、抵抗ブリッジモジュール6の出力電圧と入力電圧との比率を調整するために用いられ、抵抗ブリッジモジュール6はひずみ抵抗器R1と、第2の抵抗器R2と、第3の抵抗器R3と、第4の抵抗器R4と、を含み、ひずみ抵抗器R1の一端が第2の抵抗器R2に接続され、ひずみ抵抗器R1から離れる第2の抵抗器R2の一端が第3の抵抗器R3に接続され、第2の抵抗器R2から離れる第3の抵抗器R3の一端が第4の抵抗器R4に接続され、第3の抵抗器R3から離れた第4の抵抗器R4の一端が第2の抵抗器R2から離れるひずみ抵抗器R1の一端に接続されることで、ホイートストンブリッジが構成され、そのうち、ひずみ抵抗器R1は測定対象抵抗器であり、ひずみ抵抗器R1はひずみゲージ3に固定的に接続され、抵抗ブリッジモジュール6の2つの入力電極は、それぞれ、ひずみ抵抗器R1と第4の抵抗器R4との接続ノード、第2の抵抗器R2と第3の抵抗器R3との接続ノードであり、ホイートストンブリッジ法による抵抗測定は従来技術であるため、本実施例において、どのようにして抵抗ブリッジモジュール6によりひずみ抵抗器R1の抵抗値を測定するか、またひずみ抵抗器R1の抵抗値を電圧量に変換して測定するかの原理については説明を省略し、ここで、第2の抵抗器R2、第3の抵抗器R3及び第4の抵抗器R4は長い導線を介して超薄型力覚センサ100におけるひずみ抵抗器R1に並列に接続されることで、第2の抵抗器R2、第3の抵抗器R3及び第4の抵抗器R4を、作業者がメンテナンス、デバッグを行うのに便利な位置に容易に取り付けることができる。 The resistance bridge module 6 is electrically connected to the input voltage control module 5, and the resistance bridge module 6 is used to adjust the ratio between the output voltage and the input voltage of the resistance bridge module 6 according to the deformation amount of the force sense washer 1. The resistance bridge module 6 includes a strain resistor R1, a second resistor R2, a third resistor R3, and a fourth resistor R4. One end of the strain resistor R1 is connected to the second resistor R2, one end of the second resistor R2 away from the strain resistor R1 is connected to the third resistor R3, one end of the third resistor R3 away from the second resistor R2 is connected to the fourth resistor R4, and one end of the fourth resistor R4 away from the third resistor R3 is connected to one end of the strain resistor R1 away from the second resistor R2, thereby forming a Wheatstone bridge, of which the strain resistor R1 is the resistor to be measured, and the strain resistor The resistor R1 is fixedly connected to the strain gauge 3, and the two input electrodes of the resistance bridge module 6 are the connection node between the strain resistor R1 and the fourth resistor R4, and the connection node between the second resistor R2 and the third resistor R3, respectively. Since resistance measurement using the Wheatstone bridge method is a conventional technology, in this embodiment, the principle of how the resistance value of the strain resistor R1 is measured by the resistance bridge module 6 and how the resistance value of the strain resistor R1 is converted into a voltage amount and measured is omitted. Here, the second resistor R2, the third resistor R3, and the fourth resistor R4 are connected in parallel to the strain resistor R1 in the ultra-thin force sensor 100 via long conductors, so that the second resistor R2, the third resistor R3, and the fourth resistor R4 can be easily installed in a position that is convenient for the operator to perform maintenance and debugging.

出力電圧検出モジュール7は抵抗ブリッジモジュール6に電気的に接続され、抵抗ブリッジモジュール6の出力電圧の数値を検出するために用いられ、出力電圧検出モジュール7は検電センサを含み、検電センサの2つの入力電極は抵抗ブリッジモジュール6の2つの出力電極にそれぞれ接続され、抵抗ブリッジモジュール6の2つの出力電極は、ひずみ抵抗器R1と第2の抵抗器R2との接続ノード、第3の抵抗器R3と第4の抵抗器R4との接続ノードである。 The output voltage detection module 7 is electrically connected to the resistive bridge module 6 and is used to detect the numerical value of the output voltage of the resistive bridge module 6. The output voltage detection module 7 includes a voltage detector, and the two input electrodes of the voltage detector are respectively connected to the two output electrodes of the resistive bridge module 6. The two output electrodes of the resistive bridge module 6 are the connection node between the strain resistor R1 and the second resistor R2, and the connection node between the third resistor R3 and the fourth resistor R4.

(実施例2)
図3に示すように、本願は、超薄型力覚センサ100を開示し、実施例1に加えて、力覚ワッシャ1の構造孔11の内壁に変形溝14がさらに開設され、変形溝14が力覚ワッシャ1の軸線に沿って円周方向に開設されることで、軸方向のプリテンションによる力覚ワッシャ1の変形程度を高め、さらに軸方向のプリテンションに対する検出精度を高めることが容易になる。
Example 2
As shown in FIG. 3, the present application discloses an ultra-thin force sensor 100, in which, in addition to the first embodiment, a deformation groove 14 is further provided on the inner wall of the structural hole 11 of the force sense washer 1, and the deformation groove 14 is provided in the circumferential direction along the axis of the force sense washer 1, thereby making it easy to increase the degree of deformation of the force sense washer 1 due to axial pretension and further increase the detection accuracy for the axial pretension.

(実施例3)
図4に示すように、本願は、超薄型力覚センサ100を適用したモニタリングシステムであって、いくつかの超薄型力覚センサ100と、調整可能な電源と、検電センサと、データ分析モジュール9と、システム制御モジュール8とを含み、そのうち、調整可能な電源、検電センサ、データ分析モジュール9及びシステム制御モジュール8にいずれも無線伝送ユニットが電気的に接続されるモニタリングシステムを開示し、本実施例において、無線伝送ユニットにLoRa通信チップが設置され、超薄型力覚センサ100を適用したモニタリングシステムはLoRa通信中継器をさらに含むことで、調整可能な電源、検電センサ、データ分析モジュール9及びシステム制御モジュール8の間がLoRa無線広域ネットワーク技術により無線通信接続を実現することを可能にし、消費電力が低く、信号伝送距離が遠いという利点を有する。
Example 3
As shown in FIG. 4, the present application discloses a monitoring system using an ultra-thin force sensor 100, which includes several ultra-thin force sensors 100, an adjustable power supply, a voltage detector sensor, a data analysis module 9, and a system control module 8, in which a wireless transmission unit is electrically connected to the adjustable power supply, the voltage detector sensor, the data analysis module 9, and the system control module 8. In this embodiment, a LoRa communication chip is installed in the wireless transmission unit, and the monitoring system using the ultra-thin force sensor 100 further includes a LoRa communication repeater, which enables wireless communication connection to be realized between the adjustable power supply, the voltage detector sensor, the data analysis module 9, and the system control module 8 through LoRa wireless wide area network technology, and has the advantages of low power consumption and long signal transmission distance.

システム制御モジュール8は、無線伝送ユニットにより、調整可能な電源に監視制御信号を送信することで、調整可能な電源は各超薄型力覚センサ100の抵抗ブリッジモジュール6に入力電圧を提供し、さらに検電センサは抵抗ブリッジモジュール6の出力電圧に基づいて応力監視データを生成することができ、ここで、監視制御信号とは、調整可能な電源が入力電圧を提供する時間ノードや電圧パラメータを制御するための信号である。 The system control module 8 transmits a monitoring control signal to the adjustable power supply via the wireless transmission unit, so that the adjustable power supply provides an input voltage to the resistive bridge module 6 of each ultra-thin force sensor 100, and the voltage detector generates stress monitoring data based on the output voltage of the resistive bridge module 6, where the monitoring control signal is a signal for controlling the time node and voltage parameters at which the adjustable power supply provides the input voltage.

検電センサが出力電圧を検出し、応力監視データを生成した後、データ分析モジュール9が応力監視データを分析できるように、検電センサは無線伝送ユニットによりデータ分析モジュール9に応力監視データを送信し、応力監視データを分析した後、フィードバック制御情報を生成し、フィードバック制御情報を無線伝送ユニットによりシステム制御モジュール8に送信することで、超薄型力覚センサ100が実行する監視動作を閉ループ制御する。 After the voltage detector detects the output voltage and generates stress monitoring data, the voltage detector transmits the stress monitoring data to the data analysis module 9 via a wireless transmission unit so that the data analysis module 9 can analyze the stress monitoring data. After analyzing the stress monitoring data, the voltage detector generates feedback control information and transmits the feedback control information to the system control module 8 via the wireless transmission unit, thereby performing closed-loop control of the monitoring operation performed by the ultra-thin force sensor 100.

超薄型力覚センサ100を適用したモニタリングシステムは、警告モジュールをさらに含み、警告モジュールは現場警報器と遠隔警報器とを含み、そのうち、現場警報器は超薄型力覚センサ100が配置された箇所に取り付けられ、具体的には、ブザー、スピーカ、警告灯のうちの1つ又は複数を含むことができ、これにより、超薄型力覚センサ100が締結具の異常を監視すると、音声信号及び/又は光信号により、近くの人に分散するように注意喚起するか、又は、メンテナンス作業者に締結具の異常の場所を注意喚起し、遠隔警報器は、締結具の異常を監視すると、メンテナンス作業者に遠隔警報信号を送信して、現在異常が発生している締結具が配置された箇所をメンテナンス作業者に知らせる。 The monitoring system using the ultra-thin force sensor 100 further includes a warning module, which includes an on-site alarm and a remote alarm, of which the on-site alarm is attached to the location where the ultra-thin force sensor 100 is placed, and specifically can include one or more of a buzzer, a speaker, and a warning light, so that when the ultra-thin force sensor 100 monitors an abnormality in a fastener, it alerts nearby people to disperse with an audio signal and/or a light signal, or alerts a maintenance worker to the location of the abnormality in the fastener, and when the remote alarm monitors an abnormality in a fastener, it transmits a remote alarm signal to the maintenance worker to inform the maintenance worker of the location where the fastener with the current abnormality is placed.

(実施例4)
本願は、測定対象締結具により接続又は補強される橋梁、建築物、管廊、送風機、アンカー構造、レール、及び機械機器などの安全性を高めるように、締結具の応力を監視するために用いることができる、超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法を開示し、本実施例において、超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法はデータ分析モジュールに記憶され、データ分析モジュールにより実行される。
Example 4
The present application discloses a monitoring method using an ultra-thin force sensor that can be used to monitor the stress of fasteners to improve the safety of bridges, buildings, pipe galleries, blowers, anchor structures, rails, mechanical equipment, etc. that are connected or reinforced by the fasteners to be measured, and in this embodiment, the monitoring method using the ultra-thin force sensor is stored in and executed by a data analysis module.

図5に示すように、超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法は、具体的には、以下のステップを含む。 As shown in FIG. 5, the monitoring method using the ultra-thin force sensor specifically includes the following steps:

S10において、各超薄型力覚センサに対応する応力監視データを取得し、応力監視データに基づいて各締結具の警告段階を評価し、警告段階情報に基づいて警告情報を生成する。 In S10, stress monitoring data corresponding to each ultra-thin force sensor is acquired, the warning stage of each fastener is evaluated based on the stress monitoring data, and warning information is generated based on the warning stage information.

本実施例において、応力監視データとは、超薄型力覚センサにより検出された対応する締結具の応力データである。 In this embodiment, the stress monitoring data is the stress data of the corresponding fastener detected by the ultra-thin force sensor.

具体的には、超薄型力覚センサに内蔵された変形監視回路により、力覚ワッシャの変形量を検出し、当該超薄型力覚センサに対応する締結具の応力データをさらに計算し、各締結具に対応する応力監視データ及び対応する締結具の性能パラメータに基づいて、各締結具の現在の応力データの設計図面における対応する応力データに対する外れ程度を評価することで、各締結具の警告段階を決定し、各締結具の警告段階に基づいて、発する必要がある警告信号タイプの情報をマッチングし、警告情報をさらに生成し、警告情報に基づいて警告モジュールを対応する警報信号を発するように制御することを容易にする。 Specifically, the deformation amount of the force washer is detected by a deformation monitoring circuit built into the ultra-thin force sensor, and stress data of the fastener corresponding to the ultra-thin force sensor is further calculated. Based on the stress monitoring data corresponding to each fastener and the performance parameters of the corresponding fastener, the degree of deviation of the current stress data of each fastener from the corresponding stress data in the design drawing is evaluated, thereby determining the warning stage of each fastener, matching information on the type of warning signal that needs to be issued based on the warning stage of each fastener, further generating warning information, and facilitating controlling the warning module to issue a corresponding warning signal based on the warning information.

さらに、異なる温度で抵抗値が変化する抵抗器があるため、データ分析モジュールに、変形検出回路における各抵抗器の抵抗値データを温度補償するための温度補償アルゴリズムが記憶され、異なる温度における各抵抗器の具体的な補償値は、実験や関連技術のマニュアルに基づいて取得することができる。 In addition, since there are resistors whose resistance values change with different temperatures, the data analysis module stores a temperature compensation algorithm for temperature compensating the resistance value data of each resistor in the deformation detection circuit, and the specific compensation values of each resistor at different temperatures can be obtained based on experiments or related technical manuals.

ここで、図6を参照すると、ステップS10において、以下を含む。 Now, referring to FIG. 6, step S10 includes the following:

S11において、締結具の型番情報を取得し、型番情報に基づいて各警告段階の警告閾値区間を決定し、閾値区間セットを生成する。 In S11, the model number information of the fastener is obtained, and the warning threshold intervals for each warning stage are determined based on the model number information, and a threshold interval set is generated.

具体的には、締結具の型番情報を取得し、締結具の型番情報に基づいて技術ファイルベースから対応する性能パラメータをマッチングして、正常な状況での各締結具の締結力数値の範囲を決定し、各締結具の性能パラメータに基づいて、各締結具に複数の警告閾値区間を設定し、各警告閾値区間は1つの警告段階に対応し、その後、締結具の締結力数値がある警告閾値区間に基づいて締結具の警告段階を決定することを容易にし、各締結具の複数の警告閾値区間に基づいて閾値区間セットを生成する。 Specifically, obtain the model number information of the fastener, match the corresponding performance parameters from the technical file base based on the model number information of the fastener, determine the range of the fastening force value of each fastener under normal circumstances, set multiple warning threshold intervals for each fastener based on the performance parameters of each fastener, each warning threshold interval corresponds to one warning stage, and then facilitate determining the warning stage of the fastener based on the fastening force value of the fastener, and generate a threshold interval set based on the multiple warning threshold intervals of each fastener.

S12において、各応力監視データを取得し、各応力監視データを対応する閾値区間セットと比較し、対応する警告段階を決定する。 In S12, each stress monitoring data is acquired, each stress monitoring data is compared with a corresponding threshold interval set, and a corresponding warning stage is determined.

具体的には、各締結具の現在の応力監視データを取得した後、各締結具の応力監視データを対応する閾値区間セットと比較することで、各締結具の現在の警告段階を決定し、各締結具の現在の危険度を知ることを容易にする。 Specifically, after obtaining the current stress monitoring data of each fastener, the stress monitoring data of each fastener is compared with the corresponding threshold interval set to determine the current warning stage of each fastener, making it easy to know the current risk level of each fastener.

S13において、各締結具の警告段階に基づいて対応する警告信号をマッチングし、各締結具の警告信号に基づいて警告情報を生成する。 In S13, corresponding warning signals are matched based on the warning stage of each fastener, and warning information is generated based on the warning signal of each fastener.

本実施例において、警告信号とは、特定の警報動作を実行するように警告モジュールをトリガーするための信号であり、1つの警告信号は、例えば、サイレンを鳴らし、警告灯を点灯させ、遠隔警報信号を送信するなど、警告モジュールの1つの警報動作を対応してトリガーし、警告情報とは、超薄型力覚センサを適用したモニタリングシステムにおける全ての締結具の警告信号に基づいて生成された情報である。 In this embodiment, the warning signal is a signal for triggering the warning module to perform a specific warning action, and one warning signal correspondingly triggers one warning action of the warning module, such as sounding a siren, turning on a warning light, and sending a remote warning signal, and the warning information is information generated based on the warning signals of all fasteners in the monitoring system using the ultra-thin force sensor.

具体的には、各締結具の警告段階に基づいて対応する警告信号をマッチングし、各締結具の警告信号に基づいて警告情報を生成することで、その後、各締結具の現在の危険度情報に基づいてまとめた後に、警告モジュールを対応する警報動作を実行するように統合的にトリガーする。 Specifically, by matching corresponding warning signals based on the warning stage of each fastener, generating warning information based on the warning signals of each fastener, and then synthesizing based on the current risk level information of each fastener, the warning module is triggered to execute corresponding alarm actions in an integrated manner.

ここで、図7を参照すると、ステップS12において、以下を含む。 Now, referring to FIG. 7, step S12 includes the following:

S121において、センサ信号処理回路により超薄型力覚センサをオーバーサンプリングし、各サンプリング周期内に第1の数値の個数の監視データを含む1つのサンプリングデータセットを取得する。 In S121, the sensor signal processing circuit oversamples the ultra-thin force sensor to obtain one sampling data set that includes the first number of monitoring data within each sampling period.

本実施例において、監視データとは、超薄型力覚センサにより測定された応力データであり、サンプリング周期とは、1回の応力監視動作を実行し、超薄型力覚センサにより監視データを収集する周期であり、好ましくは、サンプリング周期は1Sであり、サンプリングデータセットとは、1つのサンプリング周期内に収集された全ての監視データからなるデータセットであり、1つの収集データセットは第1の数値の個数の監視データを含み、好ましくは、第1の数値は200である。 In this embodiment, the monitoring data is stress data measured by the ultra-thin force sensor, the sampling period is the period during which one stress monitoring operation is performed and the monitoring data is collected by the ultra-thin force sensor, and preferably the sampling period is 1S, and the sampling data set is a data set consisting of all the monitoring data collected within one sampling period, and one collected data set includes a first number of pieces of monitoring data, and preferably the first number is 200.

具体的には、センサ信号処理回路により超薄型力覚センサをオーバーサンプリングして、超薄型力覚センサにより測定された十分な応力データを取得し、その後、応力監視データに対する検出の精度を高めることを容易にし、各サンプリング周期内に第1の数値の個数の監視データを取得して、対応する1つのサンプリングデータセットを構成する。 Specifically, the sensor signal processing circuit oversamples the ultra-thin force sensor to obtain sufficient stress data measured by the ultra-thin force sensor, and then facilitates improving the detection accuracy of the stress monitoring data. A first number of pieces of monitoring data are obtained within each sampling period to form a corresponding sampling data set.

S122において、サンプリングデータセットにおける各監視データを平均化計算し、複数セットの平均値を生成し、サンプリングデータセットにおける各監視データから複数セットの平均値を減算し、低波動データを得、各低波動データに基づいて低波動データセットを生成する。 In S122, each monitoring data in the sampling data set is averaged to generate an average value of the multiple sets, the average value of the multiple sets is subtracted from each monitoring data in the sampling data set to obtain low-motion data, and a low-motion data set is generated based on each low-motion data.

具体的には、サンプリングデータセットにおける各監視データを平均化計算する具体的な方式は、各サンプリングデータセットにおける監視データを数値の大きさでソートし、第1の数値をAとし、除去比率値Bを設定し、好ましくは、除去比率値を0.05とし、サンプリングデータセットにおける監視データのA*B個の最大値とA*B個の最小値を除去した後、残りの監視データの平均値を計算して複数セットの平均値とすることである。 Specifically, a specific method for averaging each piece of monitoring data in a sampling data set is to sort the monitoring data in each sampling data set by the magnitude of the numerical value, set the first numerical value to A, set a removal ratio value B, preferably set the removal ratio value to 0.05, remove A*B maximum values and A*B minimum values of the monitoring data in the sampling data set, and then calculate the average value of the remaining monitoring data to obtain the average value of the multiple sets.

具体的には、サンプリングデータセットにおける各監視データから複数セットの平均値を減算した後、低波動データを得、計算して得られた各低波動データに基づいて低波動データセットを生成し、サンプリングデータセットの代わりに低波動データセットでその後のデータ分析を行うことにより、データセットにおけるデータ変動範囲を小さくすることが容易になり、実際の使用において、サンプルデータセットの平均値は約20μVであり、低波動データセットの平均値は約1μVであり、データセットにおけるデータの変動範囲が低減される。 Specifically, after subtracting the average value of multiple sets from each monitoring data in the sampling dataset, low-vibration data is obtained, and a low-vibration dataset is generated based on each calculated low-vibration data. Subsequent data analysis is performed with the low-vibration dataset instead of the sampling dataset, which makes it easy to reduce the data fluctuation range in the dataset. In actual use, the average value of the sample dataset is about 20 μV, and the average value of the low-vibration dataset is about 1 μV, and the data fluctuation range in the dataset is reduced.

S123において、低波動データセットに対してデータ統計を行い、各数値セグメント内の低波動データの数を統計し、各数値セグメントの低波動データの数をノイズ除去閾値と比較する。 In S123, data statistics are performed on the low-vibration data set, the number of low-vibration data in each numerical segment is calculated, and the number of low-vibration data in each numerical segment is compared with a noise removal threshold.

本実施例において、数値セグメントとは、データを離散化するために、連続した数値を区切った数値区間である。 In this embodiment, a numerical segment is a numerical interval that separates consecutive numerical values in order to discretize the data.

具体的には、データサンプリングの過程において、信号処理回路の各素子及びモニタリングシステムの他のモジュールに、外乱によりノイズ波が発生することがあるので、検出精度に影響を及ぼすため、データのノイズ除去処理を行う必要があり、データ統計要求に応じて、各数値セグメントに対応する数値区間を設定し、ノイズ除去閾値を設定し、好ましくは、ノイズ除去閾値の数値は10であり、低波動データセットに対してデータ統計を行い、各数値セグメント内における低波動データの数を統計し、ここで、同一の数値セグメント内にある低波動データは、ほぼ同一であると考えられ、各数値セグメント内の低波動データの数を統計し、各数値セグメントの低波動データの数をノイズ除去閾値と比較し、1つの数値セグメント内の低波動データの数がノイズ除去閾値よりも小さければ、当該数値セグメント内のデータはノイズ波であると考えられ、平均化計算に関与せず、除去する必要がある。 Specifically, during the data sampling process, noise waves may be generated due to disturbances in each element of the signal processing circuit and other modules of the monitoring system, which will affect the detection accuracy, so it is necessary to perform noise removal processing on the data. According to the data statistical requirements, a numerical range corresponding to each numerical segment is set, and a noise removal threshold is set. Preferably, the noise removal threshold value is 10. Data statistics is performed on the low-wave data set, and the number of low-wave data in each numerical segment is statistically calculated, where the low-wave data in the same numerical segment is considered to be almost the same. The number of low-wave data in each numerical segment is statistically calculated, and the number of low-wave data in each numerical segment is compared with the noise removal threshold. If the number of low-wave data in a numerical segment is smaller than the noise removal threshold, the data in the numerical segment is considered to be a noise wave, is not involved in the averaging calculation, and needs to be removed.

S124において、低波動データの数のノイズ除去閾値よりも大きい全ての数値セグメントの監視データの平均値を計算して当該サンプリング周期の応力監視データとする。 In S124, the average value of the monitoring data of all numerical segments whose number of low-vibration data is greater than the noise removal threshold is calculated and used as the stress monitoring data for that sampling period.

具体的には、低波動データの数のノイズ除去閾値よりも小さい数値セグメント内の低波動データを除去し、残りの低波動データの数のノイズ除去閾値よりも大きい全ての数値セグメントの監視データの平均値を計算することで、当該サンプリング周期の応力監視データを得る。 Specifically, the low-wave data in the numerical segments that are smaller than the noise removal threshold for the number of low-wave data are removed, and the average value of the monitoring data for all remaining numerical segments that are larger than the noise removal threshold for the number of low-wave data is calculated to obtain the stress monitoring data for that sampling period.

本願の超薄型力覚センサは、ひずみゲージにより力覚ワッシャの変形量を検出して応力を計算するため、具体的に、材料の弾性変形の性質を利用しているが、材料の弾性区間における応力とひずみとの関係は、絶対的に線形ではなく、且つ力覚ワッシャの変形は、他の要因により妨害される可能性もあるため、超薄型力覚センサを校正して、測定対象部品のプリテンションに対する検出精度を向上させることが必要である。 The ultra-thin force sensor of the present application uses a strain gauge to detect the deformation of the force washer and calculate the stress, specifically utilizing the elastic deformation properties of the material. However, since the relationship between stress and strain in the elastic range of the material is not absolutely linear, and the deformation of the force washer may be disturbed by other factors, it is necessary to calibrate the ultra-thin force sensor to improve the detection accuracy for the pretension of the part being measured.

ここで、センサ信号処理回路により超薄型力覚センサをオーバーサンプリングする前に、超薄型力覚センサを校正する必要があり、図8を参照すると、ステップS121の前に、以下を含む。 Here, before the sensor signal processing circuit oversamples the ultra-thin force sensor, it is necessary to calibrate the ultra-thin force sensor, which, referring to FIG. 8, includes the following before step S121.

S101において、測定対象部品に段階的にプリテンションを加え、対応する校正測定データを読み取る。 In S101, pretension is applied in stages to the part being measured, and the corresponding calibration measurement data is read.

本実施例において、加えられたプレテンションの段階は10段階に分けられ、各段階のプレテンションは、それぞれ、本願の超薄型力覚センサの定格最大応力測定値の10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%であり、校正測定データとは、超薄型力覚センサを校正する時、プレテンションを加えた後に、対応して読み取られる応力データである。 In this embodiment, the applied pretension is divided into 10 stages, and the pretension of each stage is 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, and 100% of the rated maximum stress measurement value of the ultra-thin force sensor of the present application, respectively, and the calibration measurement data is the corresponding stress data read after applying pretension when calibrating the ultra-thin force sensor.

具体的には、測定対象部品に各段階のプレテンションを順次加え、1つの段階のプレテンションを加えた後に、対応する応力データを読み取って校正測定データとする。 Specifically, pretension is applied to the part being measured in stages, and after one stage of pretension is applied, the corresponding stress data is read and used as the calibration measurement data.

S102において、各段階のプリテンションに対応する校正測定データと上段階のプリテンションに対応する校正測定データに基づいて、本段階のプリテンション区間に対応する弾性係数を計算する。 In S102, the elastic modulus corresponding to the pretension section of this stage is calculated based on the calibration measurement data corresponding to the pretension of each stage and the calibration measurement data corresponding to the pretension of the upper stage.

本実施例において、本段階のプリテンション区間とは、現在加えられたプリテンション数値と上段階に加えられたプリテンション数値とからなる区間であり、弾性係数とは、応力とひずみとの間の比率である。 In this embodiment, the pretension section of this stage is the section consisting of the currently applied pretension value and the pretension value applied in the previous stage, and the elastic modulus is the ratio between stress and strain.

具体的には、各段階に加えられたプリテンション数値をYとし、対応する校正測定データをXとし、Y-Yn-1=(X-Xn-1)×Kの式により、Kを計算して当該段階におけるプレテンション区間に対応する弾性係数とし、nの値は、ゼロでない自然数であり、nの最大値は、加えられたプレテンションの最大段階であり、Xは0であり、Yはプレテンションが加えられない時に対応する校正プレテンションデータである。 Specifically, the pretension value applied at each stage is Y, the corresponding calibration measurement data is X, and Kn is calculated according to the formula Yn - Yn-1 =( Xn - Xn-1 ) xKn to be the elastic modulus corresponding to the pretension section at that stage, where the value of n is a non-zero natural number, the maximum value of n is the maximum stage of the applied pretension, X0 is 0, and Y0 is the calibrated pretension data corresponding to when no pretension is applied.

S103において、各弾性係数をデータ分析モジュールに入力し、超薄型力覚センサの自動的な校正を実行する。 In S103, each elastic coefficient is input into a data analysis module, and automatic calibration of the ultra-thin force sensor is performed.

本実施例において、データ分析モジュールとは、計算して得られた弾性係数に基づいて超薄型力覚センサを自動的に校正するためのモデルである。 In this embodiment, the data analysis module is a model for automatically calibrating the ultra-thin force sensor based on the calculated elastic coefficient.

具体的には、計算して得られた各弾性係数をデータ分析モジュールに入力して、超薄型力覚センサを自動的に校正し、本実施例において、超薄型力覚センサが受ける応力が最大応力測定値の0%から10%の間である場合、弾性係数はKであり、超薄型力覚センサが受ける応力が最大応力測定値の10%から20%の間である場合、弾性係数はKであり、これにより類推し、超薄型力覚センサの異なる応力区間内に異なる弾性係数を設定し、プレテンション数値を計算する測定精度を向上させることを容易にする。 Specifically, each calculated elastic coefficient is input into a data analysis module to automatically calibrate the ultra-thin force sensor. In this embodiment, when the stress received by the ultra-thin force sensor is between 0% and 10% of the maximum stress measurement value, the elastic coefficient is K1 , and when the stress received by the ultra-thin force sensor is between 10% and 20% of the maximum stress measurement value, the elastic coefficient is K2 . By analogy, different elastic coefficients can be set in different stress intervals of the ultra-thin force sensor, making it easy to improve the measurement accuracy of calculating the pre-tension value.

超薄型力覚センサを自動的に校正した後、さらに自動的に校正した力覚センサの検査及び補正を行うことができる。 After automatically calibrating the ultra-thin force sensor, the calibrated force sensor can be further inspected and corrected automatically.

ここで、図9を参照すると、ステップS103の後に、以下を含む。 Now, referring to FIG. 9, after step S103, the following is included:

S104において、測定対象部品に試験プリテンションを加え、対応する試験測定データを読み取り、試験測定データに基づいて、所定の精度要求に適合するか否かを判断する。 In S104, a test pretension is applied to the part to be measured, the corresponding test measurement data is read, and it is determined whether or not the specified accuracy requirements are met based on the test measurement data.

本実施例において、試験プリテンションとは、自動的な校正が完了した後の超薄型力覚センサの試験動作を行う時に加えられる力であり、試験測定データとは、自動的な校正が完了した後の超薄型力覚センサを試験する時、試験プリテンションが加えられた後に対応して読み取られた応力データである。 In this embodiment, the test pretension is the force applied when performing a test operation on the ultra-thin force sensor after automatic calibration is completed, and the test measurement data is the stress data read corresponding to the test pretension applied when testing the ultra-thin force sensor after automatic calibration is completed.

具体的には、測定対象部品に試験プリテンションを加え、対応する試験測定データを読み取り、読み取った試験測定データを所定の精度要求と比較し、試験測定データが所定の精度要求に適合するか否かを判断し、適合する場合、自動的な校正が合格であり、超薄型力覚センサが使用可能であることが示される。 Specifically, a test pretension is applied to the part to be measured, the corresponding test measurement data is read, the read test measurement data is compared with the specified accuracy requirements, and it is determined whether the test measurement data meets the specified accuracy requirements. If it does, it indicates that the automatic calibration has passed and that the ultra-thin force sensor can be used.

具体的には、試験プリテンションは、段階的に加える方式で加え、異なる段階間の試験プリテンションの差は、自動校正過程におけるプリテンションの段階間の差よりも小さい。 Specifically, the test pretension is applied in a stepwise manner, and the difference in test pretension between different steps is smaller than the difference between the pretension steps in the automatic calibration process.

S105において、試験測定データが所定の精度要求に適合しない場合、精度が不合格であるプリテンション区間に補間点を設定し、補間点に基づいて対応するプリテンション部分区間を決定する。 In S105, if the test measurement data does not meet the specified accuracy requirements, an interpolation point is set in the pretension section where the accuracy fails, and the corresponding pretension subsection is determined based on the interpolation point.

具体的には、超薄型力覚センサの試験動作を実行する時、試験測定データが所定の精度要求に適合しない場合、精度が不合格であるプリテンション区間に補間点を設定し、例えば、超薄型力覚センサの定格最大応力測定値の5%~10%の区間内の精度が所定の精度要求に適合しない場合、定格最大応力測定値の7.5%を補間点として設定し、補間点に基づいて、定格最大応力測定値の5%~7.5%の区間、定格最大応力測定値の7.5%~10%の区間という2つのプリテンション部分区間を決定する。 Specifically, when performing a test operation on an ultra-thin force sensor, if the test measurement data does not meet the specified accuracy requirements, an interpolation point is set in the pretension section where the accuracy fails. For example, if the accuracy within the section of 5% to 10% of the rated maximum stress measurement value of the ultra-thin force sensor does not meet the specified accuracy requirements, 7.5% of the rated maximum stress measurement value is set as the interpolation point, and two pretension subsections are determined based on the interpolation point: the section of 5% to 7.5% of the rated maximum stress measurement value and the section of 7.5% to 10% of the rated maximum stress measurement value.

S106において、各プリテンション部分区間に対応する部分弾性係数を計算し、隣接するプリテンション部分区間に対応する部分弾性係数の差を計算して、弾性差を生成する。 In S106, the partial elastic modulus corresponding to each pretension subsection is calculated, and the difference between the partial elastic modulus corresponding to adjacent pretension subsections is calculated to generate an elasticity difference.

本実施例において、部分弾性係数は、各プリテンション部分区間に対応する弾性係数である。 In this embodiment, the partial elastic modulus is the elastic modulus corresponding to each pretensioned partial section.

具体的には、各プリテンション部分区間に対応する部分弾性係数を計算し、各隣接するプリテンション部分区間の部分弾性係数の間の差を計算して弾性差とすることで、その後、弾性差により2つのプリテンション部分区間の間の部分弾性係数の相違性の大きさを判断することを容易にする。 Specifically, the partial elastic modulus corresponding to each pretensioned subsection is calculated, and the difference between the partial elastic modulus of each adjacent pretensioned subsection is calculated as the elasticity difference, which then makes it easy to determine the magnitude of difference in the partial elastic modulus between the two pretensioned subsections based on the elasticity difference.

S107において、各弾性差がいずれも対応する弾性差閾値よりも小さければ、補正校正を完了し、いずれかの弾性差が弾性差閾値よりも大きければ、対応するプリテンション部分区間に新たな補間点を設定し、引き続き補正校正を行う。 In S107, if each elasticity difference is smaller than the corresponding elasticity difference threshold, the correction calibration is completed, and if any elasticity difference is larger than the elasticity difference threshold, a new interpolation point is set in the corresponding pretension subsection, and correction calibration is continued.

本実施例において、弾性差閾値とは、弾性差と比較して、隣接するプリテンション部分区間内の部分弾性係数差の大きさを判断するための閾値である。 In this embodiment, the elasticity difference threshold is a threshold for comparing the elasticity difference to determine the magnitude of the partial elastic modulus difference within adjacent pretensioned subsections.

具体的には、各弾性差を所定の弾性差閾値と比較し、全ての弾性差がいずれも弾性差閾値よりも小さければ、隣接するプリテンション部分区間の間の弾性係数が近いと考えられ、補正校正を完了し、いずれかの弾性差が所定の弾性差閾値よりも大きければ、さらに対応するプリテンション部分区間に新たな補間点を設定し、引き続き補正校正作業を実行する必要がある。 Specifically, each elasticity difference is compared with a predetermined elasticity difference threshold. If all elasticity differences are smaller than the elasticity difference threshold, the elastic coefficients between adjacent pretension subsections are considered to be close, and the correction calibration is completed. If any elasticity difference is larger than the predetermined elasticity difference threshold, a new interpolation point must be set in the corresponding pretension subsection, and the correction calibration work must be continued.

S20において、モニタリング対象設備の設計図面を取得し、設計図面に基づいて各部材及び締結具の性能パラメータを決定し、力学的情報モデルを作成する。 In S20, the design drawings of the equipment to be monitored are obtained, the performance parameters of each component and fastener are determined based on the design drawings, and a mechanical information model is created.

本実施例において、力学的情報モデルとは、モニタリング対象設備に向けて構築されたモデルであり、モニタリング対象設備の安全性を判断するように、モニタリング対象設備における各部材の力学的性能や力受け状況などの情報を示すために用いられる。 In this embodiment, the mechanical information model is a model constructed for the equipment to be monitored, and is used to indicate information such as the mechanical performance and force bearing conditions of each component in the equipment to be monitored, so as to determine the safety of the equipment to be monitored.

具体的には、モニタリング対象設備における各部材、各締結具の性能パラメータを決定するように、現在のモニタリング対象設備の設計図面を取得し、設計図面及び各部材、各締結具の性能パラメータに基づいて、モニタリング対象設備の力学的情報モデルを作成し、ここで、力学的情報モデルは、従来のBIMソフトウェアを用いて構築することができる。 Specifically, to determine the performance parameters of each component and each fastener in the monitored equipment, the current design drawings of the monitored equipment are obtained, and a mechanical information model of the monitored equipment is created based on the design drawings and the performance parameters of each component and each fastener, where the mechanical information model can be constructed using conventional BIM software.

S30において、応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、力学的情報モデルに基づいて各締結点の危険度情報を判断する。 In S30, the stress monitoring data is marked in a mechanical information model, and risk information for each fastening point is determined based on the mechanical information model.

本実施例において、危険度情報とは、各締結点の負荷状況に基づいて、各締結点に故障イベントが発生する可能性及び故障イベントの深刻度を評価する情報である。 In this embodiment, risk information is information that evaluates the possibility of a failure event occurring at each fastening point and the severity of the failure event based on the load status of each fastening point.

具体的には、現在の各締結具のプリテンション及び各部材の性能パラメータに基づいて、各締結点の危険度を判断し、危険度情報を生成するために、取得した応力監視データを力学的情報モデルにマーキングする。ここで、図10を参照すると、S30のステップは、具体的には、以下を含む。 Specifically, the risk of each fastening point is judged based on the current pretension of each fastener and the performance parameters of each component, and the acquired stress monitoring data is marked on the mechanical information model to generate risk information. Referring now to FIG. 10, step S30 specifically includes the following:

S31において、応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、モニタリング対象設備の各部材の力受けデータに基づいて、各締結点の負荷データを判断する。 In S31, the stress monitoring data is marked in a mechanical information model, and the load data for each fastening point is determined based on the force-bearing data of each component of the equipment to be monitored.

具体的には、応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、モニタリング対象設備に設置されたセンサによりモニタリング対象設備における各部材の力受けデータを取得し力学的情報モデルに入力し、各締結点の負荷状況を知るために、モニタリング対象設備における各部材の力受けデータ及び応力監視データに基づいて、各締結点の負荷データを計算する。 Specifically, the stress monitoring data is marked on a mechanical information model, and force data for each component in the monitored equipment is acquired using sensors installed in the monitored equipment and input into the mechanical information model. In order to know the load conditions at each fastening point, the load data for each fastening point is calculated based on the force data and stress monitoring data for each component in the monitored equipment.

S32において、各締結点の負荷データ及び応力監視データに基づいて、各締結点の負荷率を計算して、危険度情報を生成する。 In S32, the load rate of each fastening point is calculated based on the load data and stress monitoring data of each fastening point, and risk information is generated.

具体的には、力学的情報モデルから各締結点の力学性能パラメータを決定し、各締結点の現在の負荷データと対応する応力監視データに基づいて、各締結点の現在の負荷率を計算し、各締結点の危険度を評価して危険度情報を生成することで、その後、各締結点の異なる危険度情報に基づいて監視頻度を設定することを容易にし、それにより、各締結点に対する応力監視の科学性を高める。 Specifically, the mechanical performance parameters of each fastening point are determined from a mechanical information model, the current load rate of each fastening point is calculated based on the current load data of each fastening point and the corresponding stress monitoring data, the risk of each fastening point is evaluated to generate risk information, and then it is made easy to set the monitoring frequency based on the different risk information of each fastening point, thereby enhancing the scientificity of stress monitoring for each fastening point.

S40において、各締結点の危険度情報に基づいて、対応する監視頻度を決定し、監視頻度に基づいてフィードバック制御情報を生成する。 In S40, a corresponding monitoring frequency is determined based on the risk information for each fastening point, and feedback control information is generated based on the monitoring frequency.

本実施例において、監視頻度とは、ある締結点に対して応力監視動作を行う頻度である。 In this embodiment, the monitoring frequency is the frequency at which stress monitoring is performed for a certain fastening point.

具体的には、異なる締結点の現在の危険度情報に基づいて、各締結点に対する監視の頻度を決定し、フィードバック制御情報を生成することで、その後、モニタリング対象設備に対する応力監視計画を調整することが容易になり、ここで、締結点の危険度が高いほど、その監視頻度が高くなり、生成されたフィードバック制御情報は、当該締結点に対して応力監視動作を実行する頻度の増加を制御するために用いられ、それによりプリテンション監視の確実性を高める。 Specifically, the monitoring frequency for each fastening point is determined based on the current risk information of the different fastening points, and feedback control information is generated, which facilitates subsequent adjustment of the stress monitoring plan for the monitored equipment, where the higher the risk of a fastening point, the higher its monitoring frequency, and the generated feedback control information is used to control an increase in the frequency of performing stress monitoring operations for that fastening point, thereby increasing the reliability of pretension monitoring.

上記実施例における各ステップの番号の大小は、実行順序の先後を意味するものではなく、各プロセスの実行順序は、その機能と固有の論理により決定されるべきであり、本願の実施例の実施プロセスに対して何ら限定するものではないことを理解すべきである。 The numbering of each step in the above embodiment does not indicate the order of execution, and the order of execution of each process should be determined based on its function and inherent logic, and it should be understood that this does not imply any limitations on the implementation process of the embodiment of this application.

(実施例5)
一部の場面において、例えば超薄型力覚センサ100が、タワー、ブリッジなどの建築物に使用されるボルトの締結力を検出するために用いられる場合、超薄型力覚センサ100は、一旦取り付けられると、将来の数十年間に亘って監視タスクを継続的に実行することで、超薄型力覚センサを定期的にメンテナンスすることが困難になり、しかし、ひずみゲージ3、ひずみ抵抗器R1、第2の抵抗器R2、第3の抵抗器R3、及び第4の抵抗器R4は、長期間の使用中に、酸化、腐食により測定した抵抗値の正確度が低下するという問題が発生することがあり、さらに抵抗ブリッジモジュールにより測定されたデータから計算して得られた応力監視データの正確度に影響を及ぼす。
Example 5
In some cases, for example when the ultra-thin force sensor 100 is used to detect the fastening force of bolts used in buildings such as towers and bridges, once the ultra-thin force sensor 100 is installed, it will continue to perform monitoring tasks for decades to come, making it difficult to perform regular maintenance of the ultra-thin force sensor; however, the strain gauge 3, the strain resistor R1, the second resistor R2, the third resistor R3, and the fourth resistor R4 may have problems such as a decrease in accuracy of the measured resistance value due to oxidation and corrosion during long-term use, which will further affect the accuracy of the stress monitoring data calculated from the data measured by the resistance bridge module.

実施例2と実施例5との技術的解決手段の統合に基づいて、図11を参照すると、抵抗ブリッジモジュール6に校正抵抗器R5及びデバッグスイッチS1がさらに設置され、校正抵抗器R5とデバッグスイッチS1とは直列に接続され、且つ校正抵抗器R5とデバッグスイッチS1とは直列に接続されて、ひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームに並列に接続され、校正抵抗器R5は調整可能な抵抗であり、デバッグスイッチS1は校正抵抗器R5をひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームに接続するか否かを制御するために用いられることで、その後、抵抗ブリッジモジュール6をデバッグし、再校正する必要がある場合、校正抵抗器R5をひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームに接続することが容易になり、校正抵抗器R5をひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームに接続した場合、ひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームの総抵抗は、R6=R1×R5÷(R1+R5)であり、ここで、校正抵抗器R5とデバッグスイッチS1とは、長い導線を介して超薄型力覚センサ100におけるひずみ抵抗器R1に並列に接続されることで、校正抵抗器R5とデバッグスイッチS1を作業者がメンテナンス、デバッグを行うのに便利な位置に容易に取り付けることができる。 Based on the integration of the technical solutions of the second and fifth embodiments, referring to FIG. 11, a calibration resistor R5 and a debug switch S1 are further installed in the resistance bridge module 6, the calibration resistor R5 and the debug switch S1 are connected in series, and the calibration resistor R5 and the debug switch S1 are connected in series and connected in parallel to the bridge arm on which the distortion resistor R1 is disposed, the calibration resistor R5 is an adjustable resistor, and the debug switch S1 is used to control whether the calibration resistor R5 is connected to the bridge arm on which the distortion resistor R1 is disposed, and then the resistance bridge module 6 is debugged. If recalibration is required, it becomes easy to connect the calibration resistor R5 to the bridge arm in which the strain resistor R1 is located. When the calibration resistor R5 is connected to the bridge arm in which the strain resistor R1 is located, the total resistance of the bridge arm in which the strain resistor R1 is located is R6 = R1 x R5 ÷ (R1 + R5). Here, the calibration resistor R5 and the debug switch S1 are connected in parallel to the strain resistor R1 in the ultra-thin force sensor 100 via a long conductor, so that the calibration resistor R5 and the debug switch S1 can be easily installed in a position that is convenient for an operator to perform maintenance and debugging.

図12を参照すると、超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法は、さらに以下を含む。 Referring to FIG. 12, the monitoring method using the ultra-thin force sensor further includes the following:

S50において、所定のひずみ校正周期に基づいて、ひずみ校正命令を生成し抵抗ブリッジモジュールに送信する。 In S50, a strain calibration command is generated based on a predetermined strain calibration period and sent to the resistance bridge module.

本実施例において、ひずみ校正周期とは、ひずみゲージにおけるひずみ抵抗器R1を定期的に校正する周期であり、ひずみ校正命令とは、ひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームに校正抵抗器R5を接続してひずみ校正動作を実行するように、デバッグスイッチS1の閉じを制御するための命令である。 In this embodiment, the strain calibration period is the period during which the strain resistor R1 in the strain gauge is periodically calibrated, and the strain calibration command is a command to control the closure of the debug switch S1 so as to connect the calibration resistor R5 to the bridge arm in which the strain resistor R1 is located and perform the strain calibration operation.

具体的には、所定のひずみ校正周期に従って、ひずみ校正命令を定期的に生成し、ひずみ校正命令を抵抗ブリッジモジュールに送信して、ひずみ校正動作の実行を開始し、具体的には、デバッグスイッチS1の閉じを制御し、校正抵抗器R5をひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームに接続するようにし、また、ひずみ校正動作に起因する誤警報を防止するために、応力監視データの受信を一時的に停止するように検電センサを制御することを含む。 Specifically, the method includes periodically generating a strain calibration command according to a predetermined strain calibration period, sending the strain calibration command to the resistance bridge module to start the execution of the strain calibration operation, specifically controlling the closure of the debug switch S1 to connect the calibration resistor R5 to the bridge arm in which the strain resistor R1 is located, and controlling the voltage detector sensor to temporarily stop receiving stress monitoring data in order to prevent false alarms caused by the strain calibration operation.

S60において、所定の校正抵抗データセットに基づいて校正抵抗器R5を制御し、校正監視データセットを取得する。 In S60, the calibration resistor R5 is controlled based on a predetermined calibration resistance data set, and a calibration monitoring data set is obtained.

本実施例において、校正抵抗データセットは、いくつかの抵抗値を含み、少なくとも2つであり、校正抵抗器R5の抵抗値を調整するために用いられ、校正監視データセットとは、校正抵抗器R5が接続された後にひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームの全抵抗に対して測定して得られたいくつかのデータであり、校正監視データセットのデータ個数は、校正抵抗データセットに対応する。 In this embodiment, the calibration resistance data set includes several resistance values, at least two, and is used to adjust the resistance value of the calibration resistor R5, and the calibration monitoring data set is several data obtained by measuring the total resistance of the bridge arm in which the strain resistor R1 is placed after the calibration resistor R5 is connected, and the number of data in the calibration monitoring data set corresponds to the calibration resistance data set.

具体的に、所定の校正抵抗データセットに基づいて校正抵抗器R5の抵抗値を調整し、校正抵抗器R5が接続された後にひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームの総抵抗を検電センサにより検出する。 Specifically, the resistance value of the calibration resistor R5 is adjusted based on a predetermined calibration resistance data set, and the total resistance of the bridge arm in which the strain resistor R1 is placed after the calibration resistor R5 is connected is detected by a voltage detector sensor.

S70において、校正抵抗データセット及び対応する校正監視データセットに基づいて、ひずみ抵抗値を計算し、ひずみ抵抗値に基づいてひずみ抵抗器R1を校正する。 In S70, a strain resistance value is calculated based on the calibration resistance data set and the corresponding calibration monitoring data set, and the strain resistor R1 is calibrated based on the strain resistance value.

本実施例において、ひずみ抵抗値とは、ひずみ校正動作において、ひずみ抵抗器R1が計算して得られたひずみ抵抗R1の実際の値である。 In this embodiment, the strain resistance value is the actual value of strain resistance R1 calculated by strain resistor R1 during the strain calibration operation.

具体的には、ひずみ抵抗器R1の抵抗値を未知数とし、校正抵抗器R5の抵抗値が既知であり、且つ校正抵抗器R5が接続された後にひずみ抵抗器R1が配置されたブリッジアームの総抵抗が測定可能であるため、2セットの校正抵抗データ及び校正監視データのみで、ひずみ抵抗器R1の実際の抵抗値を計算してひずみ抵抗値とすることができ、ひずみ抵抗値とひずみ校正動作前に測定されたひずみ抵抗器R1の抵抗値とを比較することで、2つのデータの偏差状況を判断し、偏差が大きければ、第2の抵抗器R2、第3の抵抗器R3、及び第4の抵抗器R4が酸化、腐食、劣化によりひずみ抵抗器R1の抵抗値の検出精度に影響を与える可能性があり、メンテナンスを行う必要があると考えられ、偏差が小さければ、測定されたひずみ抵抗値に基づいてひずみ抵抗器R1を校正することができる。 Specifically, the resistance value of the strain resistor R1 is unknown, the resistance value of the calibration resistor R5 is known, and the total resistance of the bridge arm in which the strain resistor R1 is placed can be measured after the calibration resistor R5 is connected. Therefore, the actual resistance value of the strain resistor R1 can be calculated as the strain resistance value using only two sets of calibration resistance data and calibration monitoring data. The strain resistance value is compared with the resistance value of the strain resistor R1 measured before the strain calibration operation to determine the deviation situation of the two data. If the deviation is large, the second resistor R2, the third resistor R3, and the fourth resistor R4 may be oxidized, corroded, or deteriorated, which may affect the detection accuracy of the resistance value of the strain resistor R1, and maintenance is considered necessary. If the deviation is small, the strain resistor R1 can be calibrated based on the measured strain resistance value.

本実施例において、抵抗ブリッジモジュールに、定期的な校正を行うことができる回路素子が設置されることで、超薄型力覚センサの使用開始後、超薄型力覚センサの監視精度を向上させ、超薄型力覚センサ又は内部の各抵抗器が屋外環境において長期間に亘って力を受けることによるクリープ、熱による膨張収縮の変形、酸化、腐食などの状況により測定精度が悪化する可能性を低減するために、定期的に、又は実際の需要に応じて抵抗ブリッジモジュールの再校正を行うことが容易になり、ここで、重要な測定点の抵抗ブリッジモジュールに対する再校正は、ユーザの実際の需要に応じて、バックプラットフォームにより制御される定期的又は常に行われるセンサ感度自己検査機能を提供することができ、野外環境で5年間を超えて使用する実践データによると、ガスケットセンサの校正精度は±0.1%Fsに達することができ、取り付けや使用精度が±1%よりも優れ、長期確実性や安定性に優れることが証明される。 In this embodiment, the resistance bridge module is provided with a circuit element capable of performing periodic calibration, which improves the monitoring accuracy of the ultra-thin force sensor after it is first used, and facilitates recalibration of the resistance bridge module periodically or according to actual needs in order to reduce the possibility of deterioration of the measurement accuracy due to creep, deformation due to thermal expansion and contraction, oxidation, corrosion, etc., caused by the ultra-thin force sensor or each resistor inside being subjected to force for a long period of time in an outdoor environment. Here, the recalibration of the resistance bridge module of important measurement points can provide a sensor sensitivity self-test function that is periodically or constantly performed and controlled by the back platform according to the actual needs of the user. According to practical data used in an outdoor environment for more than five years, the calibration accuracy of the gasket sensor can reach ±0.1% Fs, proving that the installation and use accuracy is better than ±1%, and that it has excellent long-term reliability and stability.

(実施例6)
サーバとすることができるコンピュータ機器であって、その内部構成図を図13に示すようにすることができるコンピュータ機器である。当該コンピュータ機器は、システムバスを介して接続されたプロセッサと、メモリと、ネットワークインタフェースと、データベースとを含む。そのうち、当該コンピュータ機器のプロセッサは、計算及び制御機能を提供するために用いられる。当該コンピュータ機器のメモリは、不揮発性記憶媒体と、内部メモリとを含む。当該不揮発性記憶媒体に、オペレーティングシステム、コンピュータプログラム及びデータベースが記憶される。当該内部メモリは、不揮発性記憶媒体内のオペレーティングシステム及びコンピュータプログラムの実行のために環境を提供する。当該コンピュータ機器のデータベースは、応力監視データ、警告段階情報、警告情報、モニタリング対象設備の設計図面、性能パラメータ、力学的情報モデル、危険度情報、監視頻度、及びフィードバック制御情報などのデータを記憶するために用いられる。当該コンピュータ機器のネットワークインタフェースは、ネットワークを介して外部の端末と接続通信を行うために用いられる。当該コンピュータプログラムは、プロセッサにより実行されると、超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法を実現する。
Example 6
A computer device that can be a server, and whose internal configuration diagram can be as shown in FIG. 13, includes a processor, a memory, a network interface, and a database, which are connected via a system bus. The processor of the computer device is used to provide calculation and control functions. The memory of the computer device includes a non-volatile storage medium and an internal memory. An operating system, a computer program, and a database are stored in the non-volatile storage medium. The internal memory provides an environment for the execution of the operating system and the computer program in the non-volatile storage medium. The database of the computer device is used to store data such as stress monitoring data, warning stage information, warning information, design drawings of the equipment to be monitored, performance parameters, mechanical information models, risk information, monitoring frequency, and feedback control information. The network interface of the computer device is used to connect and communicate with an external terminal via a network. When the computer program is executed by the processor, a monitoring method using an ultra-thin force sensor is realized.

1つの実施例において、メモリと、プロセッサと、メモリに記憶され、プロセッサで実行可能なコンピュータプログラムとを含むコンピュータ機器が提供され、プロセッサは、コンピュータプログラムを実行すると、以下のステップを実現する。
S10において、超薄型力覚センサに対応する応力監視データを取得し、応力監視データに基づいて各締結具の警告段階を評価し、警告段階情報に基づいて警告情報を生成し、
S20において、モニタリング対象設備の設計図面を取得し、設計図面に基づいて各部材及び締結具の性能パラメータを決定し、力学的情報モデルを作成し、
S30において、応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、力学的情報モデルに基づいて各締結点の危険度情報を判断し、
S40において、各締結点の危険度情報に基づいて、対応する監視頻度を決定し、監視頻度に基づいてフィードバック制御情報を生成する。
In one embodiment, a computing device is provided that includes a memory, a processor, and a computer program stored in the memory and executable by the processor, the processor performing the following steps when it executes the computer program:
In S10, obtain stress monitoring data corresponding to the ultra-thin force sensor, evaluate a warning stage of each fastener based on the stress monitoring data, and generate warning information based on the warning stage information;
In S20, design drawings of the equipment to be monitored are obtained, performance parameters of each component and fastener are determined based on the design drawings, and a mechanical information model is created;
In S30, the stress monitoring data is marked into a mechanical information model, and risk information of each fastening point is determined based on the mechanical information model;
In S40, a corresponding monitoring frequency is determined based on the risk information of each fastening point, and feedback control information is generated based on the monitoring frequency.

1つの実施例において、コンピュータプログラムが記憶されているコンピュータ可読記憶媒体が提供され、コンピュータプログラムがプロセッサにより実行されると、以下のステップを実現する。
S10において、超薄型力覚センサに対応する応力監視データを取得し、応力監視データに基づいて各締結具の警告段階を評価し、警告段階情報に基づいて警告情報を生成し、
S20において、モニタリング対象設備の設計図面を取得し、設計図面に基づいて各部材及び締結具の性能パラメータを決定し、力学的情報モデルを作成し、
S30において、応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、力学的情報モデルに基づいて各締結点の危険度情報を判断し、
S40において、各締結点の危険度情報に基づいて、対応する監視頻度を決定し、監視頻度に基づいてフィードバック制御情報を生成する。
In one embodiment, a computer readable storage medium having a computer program stored thereon is provided, the computer program achieving the following steps when executed by a processor:
In S10, obtain stress monitoring data corresponding to the ultra-thin force sensor, evaluate a warning stage of each fastener based on the stress monitoring data, and generate warning information based on the warning stage information;
In S20, design drawings of the equipment to be monitored are obtained, performance parameters of each component and fastener are determined based on the design drawings, and a mechanical information model is created;
In S30, the stress monitoring data is marked into a mechanical information model, and risk information of each fastening point is determined based on the mechanical information model;
In S40, a corresponding monitoring frequency is determined based on the risk information of each fastening point, and feedback control information is generated based on the monitoring frequency.

上記の実施例のいずれかにおいて、超薄型力覚センサは、締結具のプリテンションを検出するために適用することができ、ここで、締結具は、ネジ接続具、ピン、リベットなどを含み、且つ締結具の適用場面は、鉄骨建築物、交通輸送用機器、機械機器などを含む。 In any of the above embodiments, the ultra-thin force sensor can be applied to detect pretension of fasteners, where the fasteners include threaded connectors, pins, rivets, etc., and application scenarios for the fasteners include steel-framed buildings, transportation equipment, machinery, etc.

100...超薄型力覚センサ、1...力覚ワッシャ、11...構造孔、12...ひずみ溝、13...環状突起、14...変形溝、15...第1の接続孔、2...保護ケース、21...第2の接続孔、22...糸通し孔、3...ひずみゲージ、4...ポッティング体、5...入力電圧制御モジュール、6...抵抗ブリッジモジュール、7...出力電圧検出モジュール、8...システム制御モジュール、9...データ分析モジュール。 100...Ultra-thin force sensor, 1...force washer, 11...structural hole, 12...strain groove, 13...annular protrusion, 14...deformation groove, 15...first connection hole, 2...protective case, 21...second connection hole, 22...threading hole, 3...strain gauge, 4...potting body, 5...input voltage control module, 6...resistance bridge module, 7...output voltage detection module, 8...system control module, 9...data analysis module.

Claims (10)

力覚ワッシャ(1)と、いくつかのひずみゲージ(3)と、保護ケース(2)とを含み、力覚ワッシャ(1)に測定対象部品を穿設させるための構造孔(11)が開設され、力覚ワッシャ(1)の外周壁にひずみ溝(12)が開設され、いくつかのひずみゲージ(3)はひずみ溝(12)の底部に円周方向に固定的に接続され、ひずみゲージ(3)にひずみゲージ(3)の変形量を検出するための変形監視回路が電気的に接続され、保護ケース(2)は力覚ワッシャ(1)の外周壁に外嵌され固定的に接続され、ひずみ溝(12)内にポッティング体(4)が充填される超薄型力覚センサ。 An ultra-thin force sensor including a force sensor washer (1), several strain gauges (3), and a protective case (2), in which a structural hole (11) is opened in the force sensor washer (1) for drilling a part to be measured, strain grooves (12) are opened in the outer wall of the force sensor washer (1), several strain gauges (3) are fixedly connected to the bottom of the strain grooves (12) in the circumferential direction, a deformation monitoring circuit for detecting the deformation amount of the strain gauges (3) is electrically connected to the strain gauges (3), the protective case (2) is fitted onto the outer wall of the force sensor washer (1) and fixedly connected, and a potting material (4) is filled in the strain grooves (12). 力覚ワッシャ(1)の部材接触面から離れる面に環状突起(13)が設置され、力覚ワッシャ(1)の軸方向寸法は保護ケース(2)の軸方向寸法よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載の超薄型力覚センサ。
An annular protrusion (13) is provided on a surface of the force sense washer (1) that is away from the member contact surface, and the axial dimension of the force sense washer (1) is larger than the axial dimension of the protective case (2).
2. The ultra-thin force sensor according to claim 1.
変形監視回路は、
調整可能な電源を含み、変形監視回路に特定の数値の入力電圧を入力するための入力電圧制御モジュール(5)と、
入力電圧制御モジュール(5)に電気的に接続され、力覚ワッシャ(1)の変形量に応じて抵抗ブリッジモジュール(6)の出力電圧と入力電圧との比率を調整するために用いられ、ひずみゲージ(3)に固定的に接続されるひずみ抵抗器R1からなるホイートストンブリッジを含む抵抗ブリッジモジュール(6)と、
抵抗ブリッジモジュール(6)に電気的に接続され、抵抗ブリッジモジュール(6)の出力電圧の数値を検出するための出力電圧検出モジュール(7)と、を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の超薄型力覚センサ。
The deformation monitoring circuit is
an input voltage control module (5) including an adjustable power supply for inputting a specific value of an input voltage to the deformation monitoring circuit;
a resistive bridge module (6) electrically connected to the input voltage control module (5) and used to adjust the ratio between the output voltage and the input voltage of the resistive bridge module (6) in accordance with the deformation amount of the force sensor washer (1), the resistive bridge module (6) including a Wheatstone bridge consisting of a strain resistor R1 fixedly connected to the strain gauge (3);
an output voltage detection module (7) electrically connected to the resistive bridge module (6) for detecting a value of an output voltage of the resistive bridge module (6);
2. The ultra-thin force sensor according to claim 1.
いくつかの超薄型力覚センサ(100)と、調整可能な電源と、検電センサと、データ分析モジュール(9)と、システム制御モジュール(8)とを含み、調整可能な電源、検電センサ、データ分析モジュール(9)及びシステム制御モジュール(8)にいずれも無線伝送ユニットが電気的に接続され、システム制御モジュール(8)は無線伝送ユニットにより調整可能な電源に監視制御信号を送信し、調整可能な電源は各超薄型力覚センサ(100)の抵抗ブリッジモジュール(6)に入力電圧を提供し、検電センサは抵抗ブリッジモジュール(6)の出力電圧に基づいて応力監視データを生成し、検電センサは無線伝送ユニットによりデータ分析モジュール(9)に応力監視データを送信し、データ分析モジュール(9)は応力監視データを分析し、フィードバック制御情報を生成し、無線伝送ユニットによりシステム制御モジュール(8)に送信し、
超薄型力覚センサ(100)が配置された箇所に取り付けられた現場警報器を含む警告モジュールであって、遠隔警報信号を送信するための遠隔警報器をさらに含む警告モジュールをさらに含む、
ことを特徴とする超薄型力覚センサを適用したモニタリングシステム。
The device includes several ultra-thin force sensors (100), an adjustable power supply, an electroscopic sensor, a data analysis module (9), and a system control module (8), and a wireless transmission unit is electrically connected to the adjustable power supply, the electroscopic sensor, the data analysis module (9), and the system control module (8), and the system control module (8) transmits a monitoring control signal to the adjustable power supply through the wireless transmission unit, the adjustable power supply provides an input voltage to a resistive bridge module (6) of each ultra-thin force sensor (100), the electroscopic sensor generates stress monitoring data according to the output voltage of the resistive bridge module (6), the electroscopic sensor transmits the stress monitoring data to the data analysis module (9) through the wireless transmission unit, and the data analysis module (9) analyzes the stress monitoring data, generates feedback control information, and transmits it to the system control module (8) through the wireless transmission unit;
a warning module including a local alarm attached to the location where the ultra-thin force sensor (100) is disposed, the warning module further including a remote alarm for transmitting a remote alarm signal;
A monitoring system using an ultra-thin force sensor characterized by:
各超薄型力覚センサに対応する応力監視データを取得し、応力監視データに基づいて各締結具の警告段階を評価し、警告段階情報に基づいて警告情報を生成するステップと、
モニタリング対象設備の設計図面を取得し、設計図面に基づいて各部材及び締結具の性能パラメータを決定し、力学的情報モデルを作成するステップと、
応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、力学的情報モデルに基づいて各締結点の危険度情報を判断するステップと、
各締結点の危険度情報に基づいて、対応する監視頻度を決定し、監視頻度に基づいてフィードバック制御情報を生成するステップと、を含む、
ことを特徴とする超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法。
obtaining stress monitoring data corresponding to each ultra-thin force sensor, evaluating a warning stage for each fastener based on the stress monitoring data, and generating warning information based on the warning stage information;
Obtaining design drawings of the equipment to be monitored, determining performance parameters of each component and fastener based on the design drawings, and creating a mechanical information model;
Marking the stress monitoring data into a mechanical information model, and judging the risk information of each fastening point based on the mechanical information model;
determining a corresponding monitoring frequency according to the risk information of each fastening point; and generating feedback control information according to the monitoring frequency;
A monitoring method using an ultra-thin force sensor.
各超薄型力覚センサに対応する応力監視データを取得し、応力監視データに基づいて各締結具の警告段階を評価し、警告段階情報に基づいて警告情報を生成するステップにおいて、
締結具の型番情報を取得し、型番情報に基づいて各警告段階の警告閾値区間を決定し、閾値区間セットを生成するステップと、
各応力監視データを取得し、各応力監視データを対応する閾値区間セットと比較し、対応する警告段階を決定するステップと、
各締結具の警告段階に基づいて対応する警告信号をマッチングし、各締結具の警告信号に基づいて警告情報を生成するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法。
acquiring stress monitoring data corresponding to each ultra-thin force sensor, evaluating a warning stage for each fastener based on the stress monitoring data, and generating warning information based on the warning stage information;
Obtaining model number information of a fastener, determining warning threshold intervals for each warning stage based on the model number information, and generating a threshold interval set;
obtaining each stress monitoring data, comparing each stress monitoring data with a corresponding set of threshold intervals, and determining a corresponding warning level;
matching a corresponding warning signal based on the warning stage of each fastener, and generating warning information based on the warning signal of each fastener.
A monitoring method using the ultra-thin force sensor according to claim 5.
各応力監視データを取得するステップにおいて、
センサ信号処理回路により超薄型力覚センサをオーバーサンプリングし、各サンプリング周期内に第1の数値の個数の監視データを含む1つのサンプリングデータセットを取得するステップと、
サンプリングデータセットにおける各監視データを平均化計算し、複数セットの平均値を生成し、サンプリングデータセットにおける各監視データから複数セットの平均値を減算し、低波動データを得、各低波動データに基づいて低波動データセットを生成するステップと、
低波動データセットに対してデータ統計を行い、各数値セグメント内の低波動データの数を統計し、各数値セグメントの低波動データの数をノイズ除去閾値と比較するステップと、
低波動データの数のノイズ除去閾値よりも大きい全ての数値セグメントの監視データの平均値を計算して当該サンプリング周期の応力監視データとするステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項6に記載の超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法。
In the step of acquiring each stress monitoring data,
oversampling the ultra-thin force sensor using a sensor signal processing circuit to obtain a sampling data set including a first numerical value number of monitoring data within each sampling period;
Averaging each of the monitoring data in the sampling data set to generate a plurality of sets of average values, subtracting the plurality of sets of average values from each of the monitoring data in the sampling data set to obtain low-wave data, and generating a low-wave data set based on each of the low-wave data;
A step of performing data statistics on the low-wave data set, calculating the number of low-wave data in each numerical segment, and comparing the number of low-wave data in each numerical segment with a noise removal threshold;
and calculating an average value of the monitoring data of all the numerical segments having a number of low-wave data greater than a noise removal threshold to set the average value as the stress monitoring data for the sampling period.
A monitoring method using the ultra-thin force sensor according to claim 6.
センサ信号処理回路により超薄型力覚センサをオーバーサンプリングするステップの前に、
測定対象部品に段階的にプリテンションを加え、対応する校正測定データを読み取るステップと、
各段階のプリテンションに対応する校正測定データ及び上段階のプリテンションに対応する校正測定データに基づいて、本段階のプリテンション区間に対応する弾性係数を計算するステップと、
各弾性係数をデータ分析モジュールに入力し、超薄型力覚センサの自動的な校正を実行するステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項7に記載の超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法。
Prior to the step of oversampling the ultra-thin force sensor by the sensor signal processing circuit,
applying pretension to the part to be measured in stages and reading corresponding calibration measurement data;
Calculating an elastic modulus corresponding to the pretension section of this stage based on the calibration measurement data corresponding to the pretension of each stage and the calibration measurement data corresponding to the pretension of the upper stage;
inputting each elastic modulus into a data analysis module to perform automatic calibration of the ultra-thin force sensor;
A monitoring method using the ultra-thin force sensor according to claim 7.
各弾性係数をデータ分析モジュールに入力し、超薄型力覚センサの自動的な校正を実行するステップの後に、
測定対象部品に試験プリテンションを加え、対応する試験測定データを読み取り、試験測定データに基づいて、所定の精度要求に適合するか否かを判断するステップと、
試験測定データが所定の精度要求に適合しない場合、精度が不合格であるプリテンション区間に補間点を設定し、補間点に基づいて対応するプリテンション部分区間を決定するステップと、
各プリテンション部分区間に対応する部分弾性係数を計算し、隣接するプリテンション部分区間に対応する部分弾性係数の差を計算して、弾性差を生成するステップと、
各弾性差がいずれも対応する弾性差閾値よりも小さければ、補正校正を完了し、いずれかの弾性差が弾性差閾値よりも大きければ、対応するプリテンション部分区間に新たな補間点を設定し、引き続き補正校正を行うステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項8に記載の超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法。
After inputting each elastic modulus into a data analysis module and automatically calibrating the ultra-thin force sensor,
applying a test pretension to the part to be measured, reading corresponding test measurement data, and determining whether a predetermined accuracy requirement is met based on the test measurement data;
If the test measurement data does not meet the predetermined accuracy requirement, setting an interpolation point in the pretension section whose accuracy is unacceptable, and determining a corresponding pretension subsection based on the interpolation point;
calculating a partial elastic modulus corresponding to each pretensioned subsection and calculating a difference in the partial elastic modulus corresponding to adjacent pretensioned subsections to generate an elasticity difference;
If each elasticity difference is smaller than the corresponding elasticity difference threshold, the correction calibration is completed; if any elasticity difference is larger than the elasticity difference threshold, a new interpolation point is set in the corresponding pretension subsection, and correction calibration is continued.
A monitoring method using the ultra-thin force sensor according to claim 8.
応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、力学的情報モデルに基づいて各締結点の危険度情報を判断するステップにおいて、
応力監視データを力学的情報モデルにマーキングし、モニタリング対象設備の各部材の力受けデータに基づいて、各締結点の負荷データを判断するステップと、
各締結点の負荷データ及び応力監視データに基づいて、各締結点の負荷率を計算して、危険度情報を生成するステップと、を含む、超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法であって、
所定のひずみ校正周期に基づいて、ひずみ校正命令を生成し抵抗ブリッジモジュールに送信するステップと、
所定の校正抵抗データセットに基づいて校正抵抗器R5を制御し、校正監視データセットを取得するステップと、
校正抵抗データセット及び対応する校正監視データセットに基づいて、ひずみ抵抗値を計算し、ひずみ抵抗値に基づいてひずみ抵抗器R1を校正するステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の超薄型力覚センサを適用したモニタリング方法。
Marking the stress monitoring data into a mechanical information model and judging risk information of each fastening point based on the mechanical information model;
Marking the stress monitoring data into a mechanical information model, and judging the load data of each fastening point according to the force-bearing data of each member of the monitored equipment;
A monitoring method using an ultra-thin force sensor, comprising: a step of calculating a load rate of each fastening point based on the load data and stress monitoring data of each fastening point, and generating risk information;
generating and sending a strain calibration command to a resistive bridge module based on a predetermined strain calibration period;
controlling a calibration resistor R5 based on a predetermined calibration resistance data set to obtain a calibration monitoring data set;
calculating a strain resistance value based on the calibration resistance data set and the corresponding calibration monitoring data set; and calibrating the strain resistor R1 based on the strain resistance value.
A monitoring method using the ultra-thin force sensor according to claim 5.
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