專利名稱：具有傳感器的超聲波負(fù)載指示件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及負(fù)載指示件，特別是涉及例如用于緊固件上具有超聲波傳感器的負(fù)載指示件。
在許多操作過(guò)程中，需要通過(guò)軸向受力件來(lái)測(cè)定軸向所受到的負(fù)載值。當(dāng)軸向受力件為緊固件時(shí)，這一數(shù)據(jù)具有特殊的用途。因?yàn)檩S向應(yīng)力的測(cè)定值可對(duì)現(xiàn)存的連接狀態(tài)提供檢驗(yàn)的依據(jù)。
許多已有工藝技術(shù)已發(fā)展到通過(guò)提供緊固件本身的負(fù)載指示特性來(lái)指示緊固件受到的軸向應(yīng)力的數(shù)值。通常的做法是這樣，將伸長(zhǎng)件(例如銷(xiāo))的一端內(nèi)連到緊固件的一部分上。雖然已有技術(shù)中的每一種類(lèi)的銷(xiāo)型負(fù)載指示件和負(fù)載檢測(cè)裝置都具有各自的特點(diǎn)精確、容易制作、容易閱讀。由于它們當(dāng)中的每一個(gè)需進(jìn)行大的改裝和增加中心負(fù)載銷(xiāo)件，因此造價(jià)很高。由于這一原因，這樣的負(fù)載指示件只能選擇實(shí)際使用在需立刻作出判定的特殊需要或安全有重大危害的場(chǎng)合。這些件的日常安裝使用的確花費(fèi)很大，這種監(jiān)視只能偶爾使用。
另一種檢測(cè)件或緊固件伸長(zhǎng)的手段是使用一超聲波檢測(cè)裝置。典型的是這樣做，通過(guò)將超聲波傳感器與需檢測(cè)的緊固件的一端(一般為螺栓頭)進(jìn)行可拆卸的內(nèi)連。為了獲得可靠的讀數(shù)。必須將螺栓頭研磨的非常平滑，將可靠的超聲波傳送介質(zhì)施加在螺栓的頭部。當(dāng)獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，傳感器必須在螺栓上嚴(yán)格定位并保持這一位置。在已有技術(shù)中，有許多使用這種方法的技術(shù)和設(shè)備的例子。進(jìn)一步的，已有技術(shù)提出一種觀點(diǎn)，將檢測(cè)裝置和緊固工具組合。這樣，測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)所得到的數(shù)據(jù)可用于確定何時(shí)卸開(kāi)工具。另外，可用于監(jiān)視緊固過(guò)程，確定是否形成了合適的連接。
雖然上述的產(chǎn)品和裝置可對(duì)緊固件和連接提供可靠的數(shù)據(jù)，但它們的使用范圍很小。這主要是因?yàn)槁菟ū仨毥?jīng)精細(xì)的機(jī)加工，并必須適合非常檢測(cè)裝置。因此，對(duì)于校準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和臨界的(Critical)連接，超聲波張力檢測(cè)被認(rèn)為是高精度的實(shí)驗(yàn)室緊固方法。在多個(gè)校準(zhǔn)和臨界質(zhì)量控制應(yīng)用中，它替換應(yīng)力測(cè)量螺栓。但是，進(jìn)行超聲波檢測(cè)的特殊困難妨礙它作為整體裝置緊固措施的應(yīng)用。這些特殊困難包括在緊固過(guò)程中，保持可靠的聲耦合的困難，設(shè)備費(fèi)用和設(shè)備復(fù)雜的困難，對(duì)于每個(gè)連接實(shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)的困難。
一些通過(guò)將一壓電或其它超聲波傳感器組合進(jìn)件本體的以克服上述困難的嘗試已被制作。例如發(fā)明人Daugherty，1978，11，28，發(fā)布的美國(guó)專利號(hào)U.S.No.4，127，788和發(fā)明人Cou Chman，1981.10.13發(fā)布的美國(guó)專利號(hào)U.S.No.4，294，122。它們每一個(gè)公開(kāi)的內(nèi)容，均提供一經(jīng)改裝，組合進(jìn)應(yīng)力指示特性的設(shè)備儀表的負(fù)載支承緊固件。但是，同上述的銷(xiāo)型緊固件一樣，為了容納大的和復(fù)雜的超聲波傳感裝置，這些裝備儀表的測(cè)量緊固件的改裝很大，對(duì)于廣泛的使用范圍它們需花費(fèi)高的價(jià)格。
發(fā)明人Kibblewhite的美國(guó)專利號(hào)U.S.No.4，846，001給出了夾在兩薄電極之間的薄的壓電聚合膜的使用。它永久地、機(jī)械地、可傳聲地與件上的上表面耦合，通過(guò)超聲波技術(shù)，被用來(lái)檢測(cè)長(zhǎng)度、拉伸負(fù)載、應(yīng)力或件的其他拉伸負(fù)載從屬特性。雖然，這一發(fā)明在使用范圍上與已有技術(shù)相比有重大進(jìn)步，易于制造和降低了制造成本。但是，這種結(jié)構(gòu)的傳感器具有缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)涉及使用環(huán)境，特別是聚合材料的最高溫度限制了它的使用，用粘接劑固定在緊固件上的傳感器，可能出現(xiàn)松動(dòng)，對(duì)這一鄰接的組合產(chǎn)生干擾或妨礙。
大多數(shù)的受力件，例如緊固件，適于受到沿件長(zhǎng)度方向大的應(yīng)力。因此，需要經(jīng)常確定件上特定部位的應(yīng)力。使用一組合了人工反射器的負(fù)載指示件，在件的特定位置上，提供一檢測(cè)負(fù)載所屬特性的裝置。發(fā)明人de Halleux 的美國(guó)專利號(hào)U.S.NO.4，569，229揭示一制造組合人工超聲波反射器的件和檢測(cè)應(yīng)力的方法。發(fā)明人Steblay 的美國(guó)專利號(hào)U.S.NO.4，601，207揭示一礦山護(hù)頂螺栓和檢測(cè)組合有人工反射器的礦山護(hù)頂螺栓變形的裝置，在那里，反射器是一從螺栓的頭部以一預(yù)定長(zhǎng)度沿徑向穿過(guò)螺栓的鉆孔。
為確定件上的絕對(duì)負(fù)載值。上述所有的在負(fù)載指示件中確定應(yīng)力的超聲波的方法，除了需獲得在所需負(fù)載條件下的檢測(cè)值之外，還需獲得一零負(fù)載檢測(cè)值。進(jìn)一步的，全部使用軸向超聲波發(fā)出和返回時(shí)間的直接和間接檢測(cè)值。發(fā)明人Holt的美國(guó)專利號(hào)U.S.NO.4，602，511給出了不需取得零負(fù)載檢測(cè)值，只使用軸向和橫向兩個(gè)方向波的發(fā)出和返回時(shí)間而確定件中的應(yīng)力。例如，它對(duì)于預(yù)先安裝好的緊固件進(jìn)行拉伸負(fù)載測(cè)量是理想的。
使用橫向超聲波，無(wú)論怎樣，需要生產(chǎn)橫向波的傳感器和能傳遞橫向波進(jìn)入件的聲耦合介質(zhì)。由于橫向波通常不能通過(guò)液體傳送，特殊的聲耦合劑需暫時(shí)附著在傳感器上。雖然，發(fā)明人Kibblewhite 的美國(guó)專利號(hào)U.S.NO.4，846，001公開(kāi)了用聚合薄膜傳感器產(chǎn)生橫向波，粘接劑可傳送橫向超聲波，但至今未被證實(shí)。
希望的是，超聲波傳感器永久地連接在緊固件上，在組合件中提供精確的緊固信息，它不會(huì)松脫，也不會(huì)干擾或破壞鄰接組件。
第二所希望的是，超聲波傳感器永久地連接在緊固件上，它適應(yīng)于操作環(huán)境，特別是緊固件的工作溫度，這樣，緊固件可被重新使用，在已安裝的負(fù)載緊固件的鄰接組件的操作可對(duì)緊固件中的負(fù)載定期檢測(cè)。
進(jìn)一步所希望的是，超聲波傳感器永久地與緊固件連接，在已安裝好的緊固件中，它可為檢測(cè)應(yīng)力傳送軸向和橫向兩個(gè)方向的波。
還希望的是，超聲波傳感器永久地與緊固件連接，它可向緊固件中的人工反射器生產(chǎn)定向的超聲波。
進(jìn)一步所希望的是，超聲波傳感器與緊固件永久地連接，它們制造的可生產(chǎn)高頻率的超聲波，例如10-500MHz，以增加檢測(cè)超聲波發(fā)出和返回時(shí)間的精度。
還希望的是，超聲波傳感器與緊固件永久地連接，它被制造成可生成高頻超聲波，例如10-500 MHz，以提高低頻超聲波人工反射器和其制造缺陷的檢測(cè)的分辨率。
也希望的是，超聲波傳感器與緊固件永久地連接，它不需將單獨(dú)的高壓極化操作作為制造過(guò)程的一部分。
進(jìn)一步還希望的是，超聲波傳感器與緊固件永久地連接，它采用高強(qiáng)度制造方法而造價(jià)很低。
本發(fā)明涉及負(fù)載指示件，特別是涉及象緊固件這樣的具有超聲波傳感器的指示件。
本發(fā)明克服了已有技術(shù)中負(fù)載指示件的許多缺陷，并提供已有技術(shù)的負(fù)載指示件，負(fù)載指示緊固件和負(fù)載指示裝置所沒(méi)有的特性和優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的負(fù)載指示件包括當(dāng)受到軸向應(yīng)力時(shí)可彈性變形的桿，形成桿長(zhǎng)度方向兩個(gè)端的第一和第二表面。壓電元件永久地、機(jī)械地、可導(dǎo)電的與安置在桿第一表面上的第一和第二電極裝置內(nèi)連，壓電元件是使用蒸汽沉積技術(shù)而生成在第一或第二電極裝置上的薄的定向壓電膜。
在最佳實(shí)施例中，壓電元件為氧化鋅定向薄膜，第一電極裝置為件的第一表面。還有，在這最佳實(shí)施例中，第二電極裝置為一可導(dǎo)電的金屬薄膜。另外，在這最佳實(shí)施例中，負(fù)載指示件為負(fù)載指示緊固件，它具有一增大的頭部，第一表面形成在緊固件的頭部。
制造本發(fā)明負(fù)載指示件的方法包括的步驟為在緊固件的長(zhǎng)軸端部提供一平滑面在第一電極裝置上用蒸汽沉積技術(shù)生成壓電定向薄膜元件;永久地、機(jī)械地和導(dǎo)電的將第二電極與壓電元件內(nèi)連，以便將第二電極裝置和第一電極裝置電隔離。
制造本發(fā)明的負(fù)載指示件的另一方法包括的步驟為在緊固件長(zhǎng)軸一端提供一面;在第二電極裝置上用蒸汽沉積技術(shù)生成壓電定向薄膜元件;永久地、機(jī)械地和導(dǎo)電地將第一電極與壓電元件內(nèi)連，以便將第一電極裝置從第二電極裝置中電隔離開(kāi)。
按照本發(fā)明的負(fù)載檢測(cè)裝置提供了一與第一電極裝置電連接的第一連接裝置，與第二電極裝置連接的第二連接裝置，響應(yīng)第一和第二電極裝置之中不同電信號(hào)的電檢測(cè)裝置。
當(dāng)受到軸向應(yīng)力時(shí)，以便對(duì)負(fù)載指示件提供拉伸負(fù)載檢測(cè)。
在最佳實(shí)施例中，壓電元件還可提供一用于產(chǎn)生超聲波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)裝置，以便生成不同的電信號(hào)。還有，在最佳實(shí)施例中，負(fù)載指示件是可導(dǎo)電的，通過(guò)第一接觸裝置與負(fù)載指示件的連接，第一連接裝置與第一電極裝置直接電連接。
按照本發(fā)明的緊固工具包括第一和第二連接裝置，可分別與第一和第二電極裝置電連接，為在負(fù)載承受件中施加拉伸負(fù)載的負(fù)載給予裝置響應(yīng)不同電信號(hào)的負(fù)載檢測(cè)裝置，以便提供精確的拉伸負(fù)載檢測(cè)。
按照本發(fā)明的緊固工具包括，與負(fù)載指示緊固件連接的可導(dǎo)電緊固件連接裝置，與負(fù)載指示緊固件第二電極裝置連接的連接裝置，在緊固件緊固裝置上提供扭矩的驅(qū)動(dòng)裝置，以便旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)負(fù)載指示緊固件。一個(gè)負(fù)載檢測(cè)裝置響應(yīng)從緊固件連接裝置和連接件接收來(lái)的不同電信號(hào)，以便在由于緊固作用而受到軸向應(yīng)力時(shí)，對(duì)桿中的拉伸負(fù)載提供精確的檢測(cè)。
負(fù)載檢測(cè)裝置的輸出可被用來(lái)提供緊固件上瞬時(shí)拉伸負(fù)載的連讀讀數(shù)。另外，當(dāng)緊固操作已經(jīng)完成時(shí)可被用于測(cè)定，或指示在已緊固的緊固件上的負(fù)載。當(dāng)負(fù)載指示件為緊固件時(shí)，負(fù)載指示裝置可與緊固件緊固工具同時(shí)使用，也可直接組合成緊固工具。當(dāng)緊固件緊固工具組合進(jìn)負(fù)載檢測(cè)裝置成為自動(dòng)緊固型，通過(guò)緊固件緊固工具，負(fù)載檢測(cè)裝置中的拉伸負(fù)載指示可獲得其它的監(jiān)視參數(shù)，當(dāng)緊固周期完成后，可測(cè)定如角度和扭矩，并可發(fā)現(xiàn)連接當(dāng)中的缺陷。
本發(fā)明主要的目的是提供具有一超聲波傳感器的負(fù)載指示件，在指示件的日常操作中，它們保持連接。本發(fā)明的另一目的是提供具有一超聲波傳感器的負(fù)載指示件，它經(jīng)得住緊固件的工作溫度而不使特性減退。本發(fā)明還一目的是提供具有一超聲波傳感器的負(fù)載指示件，它有能力提供沿縱向和橫向兩個(gè)方向的超聲波。本發(fā)明的又一目的是提供一具有超聲波傳感器的負(fù)載指示件，它可以被制造成為能夠?qū)ω?fù)載指示件中的人工反射器發(fā)射定向超聲波。本發(fā)明的還一目的是提供具有一超聲波傳感器的負(fù)載指示件，它被制造成可產(chǎn)生高頻率的超聲波，以提高負(fù)載檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度和分辨率。
對(duì)于熟知本領(lǐng)域技術(shù)的人來(lái)說(shuō)，在閱讀了本發(fā)明隨后的實(shí)施例和與之對(duì)應(yīng)的附圖后，本發(fā)明的這些和其它目的，特性和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。
附圖中，相同的零件用相同的標(biāo)號(hào)表示

圖1為透視圖，描繪按照本發(fā)明的一負(fù)載指示件的實(shí)施例;
圖2為放大的剖面圖，顯示圖1和負(fù)載指示件;
圖3至圖9為與圖2相似的示圖，顯示本發(fā)明不同實(shí)施例的負(fù)載指示件。
本發(fā)明提供一負(fù)載指示件，包括一桿和一與負(fù)載指示件組合的超聲波傳感器裝置。超聲波傳感器裝置可被組合在負(fù)載指示件上任何合適的位置。按照本發(fā)明可使用多個(gè)超聲波傳感器。例如，用于產(chǎn)生超聲驅(qū)動(dòng)脈沖波的第一超聲波傳感器可組合在負(fù)載指示件的第一表面上，這樣，驅(qū)動(dòng)脈沖被定向朝向聲反射面或第二超聲波傳感器，適合于從聲反射面或第一傳感器接收回波的第二超聲波傳感器可組合在指示件上不同位置。不管怎么說(shuō)，使用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖波和接收回波的兩個(gè)信號(hào)超聲波傳感器是最佳的。進(jìn)一步的，最好利用蒸汽沉積技術(shù)將超聲波傳感器直接生成在負(fù)載指示件的第一表面上，以向指示件的第一表面提供永久地、機(jī)械地、導(dǎo)電地和傳聲的內(nèi)連接，以取消對(duì)內(nèi)連接裝置的需要。如粘接劑。超聲波傳感器也可安置在凹槽中，用以在周?chē)h(huán)境中保護(hù)傳感器裝置。
負(fù)載指示件可以是螺栓、桿件、鉚釘、雙頭螺栓或其它適當(dāng)結(jié)構(gòu)的元件。在緊固的操作中，它們可被改裝，以提供指示件的拉伸負(fù)載，應(yīng)力，伸長(zhǎng)或其它指示件的特性的指示，除此以外，在已安裝的指示件的日常連接的任何時(shí)間，提供上述的指示。還有，負(fù)載指示件可由金屬、塑料或其它適合傳送超聲波的適當(dāng)材料制造。
本發(fā)明的負(fù)載指示件可作緊固工具使用，包括一般的動(dòng)力工具，它與負(fù)載指示件既電連接亦機(jī)械嚙合，對(duì)于這一點(diǎn)，熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人是可以理解的。還有，電控制裝置可用本領(lǐng)域的已有技術(shù)與超聲波傳感器可導(dǎo)電的內(nèi)連。電控制裝置提供和檢測(cè)超聲波傳感器的電信號(hào)。比如，提供對(duì)負(fù)載指示件的桿的拉伸負(fù)載，應(yīng)力，伸長(zhǎng)的超聲波檢測(cè)。
緊固工具可提供給顯示裝置，以顯示在操作過(guò)程中獲得的拉伸負(fù)載、應(yīng)力、伸長(zhǎng)或元件鑒定的超聲波檢測(cè)。另外，當(dāng)緊固操作快結(jié)束，已產(chǎn)生了一定的拉伸負(fù)載或伸長(zhǎng)量時(shí)，通過(guò)電控制裝置的測(cè)定，緊固工具適合用于連續(xù)提供信息。這對(duì)于熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)是可以理解的。對(duì)于熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步可以理解的是，動(dòng)力工具可在已有技術(shù)的形式中選擇，以形成可監(jiān)視連接的其它特性，如負(fù)載指示件的扭轉(zhuǎn)和瞬時(shí)角度。這種動(dòng)力工具的例子可在發(fā)明人 Finkelston 的1982.8.17發(fā)布的美國(guó)專利號(hào)U.S.NO.4，344，216中找到。從動(dòng)力工具中獲得的其它有效的信息和由電控制裝置提供信息、拉伸負(fù)載、應(yīng)力、伸長(zhǎng)或元件鑒定組合，提供精確控制的緊固操作。在那里，各種檢測(cè)參數(shù)被直接用來(lái)控制緊固工序或監(jiān)視緊固操作的效果。
使用于本發(fā)明中，用于檢測(cè)沿著指示件超聲波發(fā)出和返回時(shí)間的設(shè)備的例子，已由發(fā)明人Kibblewhite，1989.7.11發(fā)布的美國(guó)專利號(hào)U.S.NO.4，846，001公開(kāi)。在這里綜合參考了上述文件的全部?jī)?nèi)容，許多已有技術(shù)中的檢測(cè)飛行時(shí)間的不同技術(shù)是在無(wú)害檢測(cè)領(lǐng)域超聲波技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。大多數(shù)的技術(shù)適于提供需要的結(jié)果和精度。其中一些技術(shù)在精確測(cè)量脈沖數(shù)方面，在線路組合方面和能量消耗方面的應(yīng)用，具有特殊的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的負(fù)載指示件最好使用脈沖-回波技術(shù)，不過(guò)，已有技術(shù)中的其它技術(shù)，如共振技術(shù)或聲反射應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)，也能被使用。
對(duì)本發(fā)明清楚的理解可參照附圖得到，雖然，本發(fā)明的特殊形式被選擇，在附圖中顯示，但是，上述詳細(xì)的敘述并不意味著對(duì)本發(fā)明范圍的限定。
圖1和圖2顯示負(fù)載指示件的一最佳實(shí)施例，特別是，緊固件10適于檢測(cè)緊固件10上的變形。在本實(shí)施例中的緊固件10為一螺栓，它包括一具有軸線12的桿11和一予定的長(zhǎng)度。桿11適應(yīng)于沿軸線12的軸向變形。在桿11的軸向一端形成一頭部13，螺紋在其軸向另一端形成。有一端面15形成在頭部13的端部，在頭部13和桿11之間有一臺(tái)階16。底面17形成在桿11的另一端。頭部13還提供一與扳手或工具的嚙合面18，例如其周面布置為六邊形的扳手面。
熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人會(huì)理解，為使超聲波傳感器19起作用，壓電元件必須夾在兩個(gè)導(dǎo)電電極之間，在那里，電極放出或收集電荷。在最佳實(shí)施例中，緊固件10為金屬件，因此，緊固件10的表面可起到第一電極的作用。
進(jìn)一步的，如圖2所示的放大截面圖，端面15被制成為一平滑的表面，表面特別修整為平度小于2微米，利用蒸汽沉積技術(shù)，將壓電元件21直接生成形成在端面15上，當(dāng)以這種方式生成后，已知材料的定向薄膜呈現(xiàn)壓電特性。
氧化鋅(ZnO);氮化鋁(AlN);Pb〔Zr，Ti〕O3(lead zirconate titanate)和硫化鎘(CdS)為所引用資料和G.Yi，Z.Wu和M.Sayer“通過(guò)溶解一膠化過(guò)程予制Pb〔Zr.Ti〕O3薄膜，具有電的、光的，和電-光的特征?！睋?jù)J.Appl.Physics 64(5)，PP.2717-2724(Sept.1，1988)，所記載，它們呈現(xiàn)所需的壓電特性。這些材料可被用來(lái)制造電元件，如表面聲波裝置，整體聲波元件和共振裝置。這些材料在聲傳播和無(wú)害檢測(cè)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中，已由White，Chuang和Lee在“薄金屬片上使用壓電薄膜的整體超聲波傳感器”IEEE Trans.on Sonics & Ultrasonics.Volsu-28，No.1，PP.8-13(1981.1)一書(shū)中有報(bào)道。雖然，在最佳實(shí)施例中的壓電元件21是ZnO，對(duì)熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人可理解的是，也可使用另外的材料，特別是，如果其它材料具有所需的特性，如增加壓電特性，增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的抵抗，或低的制造成本。
適于壓電定向薄膜生成的沉積技術(shù)對(duì)于熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)是了解的，并被所引用的資料都有記載，在所引用的Rrupanidhi和Sayer的“在RF磁控管反向飛濺沉積壓電ZnO中的位置和壓力作用“J.Applied Phys.56(11)，PP.3308-3318(Dec.1984)中，熱解噴射，化學(xué)蒸汽沉積，dc二極管，dc和rf磁控管飛濺這些生成技術(shù)被記載用于生產(chǎn)顯示適當(dāng)特性的ZnO壓電薄膜。生產(chǎn)類(lèi)似材料薄膜的過(guò)程也被記載，包括溶解-凝化(Solutior-gelation)過(guò)程，在所引用的Yi，Wu和Sayer中敘述。
對(duì)于熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人是可以理解的，緊固件或緊固件表面的予制所希望的是使用蒸汽沉積技術(shù)，先在如圖2所示的端面15上形成壓電元件。這種予制包括，例如增加電傳導(dǎo)性或粘接力的覆蓋作用、化學(xué)腐蝕或清洗。
圖2中的第二電極23永久地、機(jī)械地和導(dǎo)電地連接在壓電元件21上。由于內(nèi)連接，壓電元件21和第二電極23形成如圖1所示的傳感器元件19。第二電極23可由用蒸汽沉積技術(shù)沉積的金屬層，導(dǎo)電油墨或涂料形成。另外，導(dǎo)電金屬片可用例如粘結(jié)劑粘到壓電元件21上。第二電極23內(nèi)連到壓電元件21上，以致使與作用在第一電極的緊固件表面15導(dǎo)電隔開(kāi)。
由于壓電元件材料本身是不導(dǎo)電的，這對(duì)于熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人可以理解的，在如圖2所示的最佳實(shí)施例中，由于第二電極23發(fā)出和收聚電荷的作用是在壓電元件21的表面之外，因此，按照本發(fā)明的制造壓電元件21的傳感器有效地點(diǎn)由第二電極23的地點(diǎn)決定。因此，在本發(fā)明上述的最佳實(shí)施例中，在壓電元件21的制造過(guò)程中不需要精確定位或使用遮蓋技術(shù)。
壓電元件21的頻率特性取決于元件的厚度，這也是熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人可以理解的。在上述的制造過(guò)程中，通過(guò)控制生成速度和生成時(shí)間可精確地控制薄膜厚度，同樣也是熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人可以理解的。因此，壓電元件21的頻率特性可被精確地控制超出一很寬的頻率范圍。對(duì)于熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人依舊可以理解的是，使用高頻超聲波傳感器，通過(guò)提供回波波形的快速上升和下落時(shí)間可增加飛行時(shí)間的檢測(cè)精度，通過(guò)減少超短波長(zhǎng)的超聲波的傳播可增強(qiáng)檢測(cè)小反射面或小緊固件制造缺陷的分辨率。在本發(fā)明最佳實(shí)施例中，壓電元件和第二電極的厚度均在1至50微米的范圍內(nèi)，傳感器的頻率使用范圍為1至500MHz。
所引用的文獻(xiàn)還記載了壓電膜的晶體偏斜角度可在上面提到的制造過(guò)程中加以控制。在Wang和Lakin的“抗剪切波共振器的飛濺帶有C形軸心的氧化鋁薄膜”，《電氣與電子工程師協(xié)會(huì)及超聲波研究論文集》。PP.480-483(1982)，記載的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了控制角度和通過(guò)控制偏斜角度從而控制用蒸汽沉積技術(shù)生成的ZnO薄膜的軸向和橫向兩個(gè)方向的超聲波檢測(cè)拉伸負(fù)載由發(fā)明人Holt 的美國(guó)專利U.S.NO.4，602，511公開(kāi)，使得不需要獲得零負(fù)載檢測(cè)值而檢測(cè)指示件的應(yīng)力成為可能。這是對(duì)安裝好的緊固件進(jìn)行拉伸負(fù)載檢測(cè)所需要的。
已有發(fā)明，kibblewhite 的于1989.7.11發(fā)布的美國(guó)專利U.S.NO.4，846，001和Couchman 的發(fā)布于1981.10.13的美國(guó)專利U.S.NO.4，292，122中，由于壓電元件是在與負(fù)載指示件內(nèi)連之間制造的，因此需要一機(jī)械地、導(dǎo)電地和傳聲的內(nèi)連裝置，將壓電元件連接到負(fù)載指示件上。這種內(nèi)連裝置是，例如粘結(jié)劑。提供滿意內(nèi)連裝置的困難在于機(jī)械地，導(dǎo)電地和傳聲地是內(nèi)連所必要的。首先，適當(dāng)?shù)膬?nèi)連材料，需符合許多緊固件應(yīng)用要求的粘結(jié)力。例如，飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，是不適合的。第二，由于內(nèi)連材料必須將壓電元件導(dǎo)電內(nèi)連到負(fù)載指示件上，內(nèi)連材料必須既能傳導(dǎo)電，另外又需要非常的薄，以便將電信號(hào)從壓電元件電容性地耦合到負(fù)載指示件。第三，內(nèi)連裝置必須適合于聲耦合的介質(zhì)，例如，提供一從壓電元件向負(fù)載指示件傳送超聲波的裝置。例如，夾帶進(jìn)來(lái)了氣泡，大大降低了接收的回波的波幅。因此，對(duì)于熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人是可以理解的，本發(fā)明的直接沉積的定向壓電元件消除了上述已有發(fā)明中的困難。
已有技術(shù)，發(fā)明人kibblewhite 的1989.7.11發(fā)布的美國(guó)專利U.S.NO.4，846，001公開(kāi)的壓電薄膜的材料是聚合材料，如聚乙二烯氟化物或聚合VF2/VF3。一旦它們裸露在超過(guò)125℃的溫度下，那么這些材料的壓電特性將遭到破壞。負(fù)載指示件許多作用在組件中。例如車(chē)輛和飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)中，那里緊固件遭受如此高的溫度是危險(xiǎn)的。因此，上述發(fā)明的負(fù)載指示件，或負(fù)載指示件上的傳感器，為了重新安裝組件，用相同的超聲波伸長(zhǎng)方法替換在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中。另外，在150℃至200℃的溫度范圍內(nèi)，上述的聚合材料融化，使得電極出現(xiàn)松動(dòng)，以致在部件的臨接組件中導(dǎo)致干擾或損壞臨接組件。因此，用戶反對(duì)在許多裝配中裝配如上述引用發(fā)明中的負(fù)載指示件。
本發(fā)明的壓電材料可從壓電聚合材料之很多的材料中選取，例如ZnO的融化點(diǎn)為1975℃。
在上述引用的發(fā)明中記載的壓電聚合材料的缺點(diǎn)還有，在制造中，需單獨(dú)的高壓極化操作，這種高壓極化操作大大增加了壓電元件的造價(jià)。在本發(fā)明中，壓電元件是定向的，在它的制造過(guò)程中不需高壓極化操作。
上述引用的發(fā)明中的壓電聚合材料，在理論上，當(dāng)使用在超聲波脈沖-回波作用中，比本發(fā)明的材料有效性更高一些，但是，本發(fā)明的傳感器，由于在壓電元件和緊固件表面之間改進(jìn)了內(nèi)連接，在壓電元件的聲阻緊密相配物和負(fù)載指示件之間改進(jìn)了內(nèi)連接，比從負(fù)載指示件緊固件傳送和接收超聲波更有效。這種在傳送效能上的改進(jìn)大大補(bǔ)償了材料壓電效能的差異。上述引用的全部傳感器性能較大的變化是由于傳感器裝置和負(fù)載指示件之間內(nèi)連接制造的不同引起的。因此，在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中取消導(dǎo)致不同特性的內(nèi)連裝置。
值得注意的是，按照本發(fā)明利用蒸汽沉積技術(shù)將壓電元件直接制造在負(fù)載指示件上和按照本發(fā)明使用可被用來(lái)形成壓電傳感器的材料，導(dǎo)致負(fù)載指示件在性能上比已有技術(shù)有顯著的的改進(jìn)。
圖3至圖9顯示本發(fā)明另外的實(shí)施例，在圖3所示的實(shí)施例中，端表面27形成在負(fù)載指示元件25的頭部31的凹槽29中，凹槽29可作為工具嚙合管套，減重孔或淺槽。它的目的是在環(huán)境的危害中保護(hù)壓電傳感器。
在圖4所示的本發(fā)明的另一實(shí)施中，一附加層43延伸覆蓋在第二電極43的外部，壓電元件39和負(fù)載指示件35的端面37，從而排除在第二電極41和第一電極(圖4所示實(shí)施例中的端面37)引起短路的灰塵和微粒。并且在危害環(huán)境中保護(hù)壓電元件39，例如溶劑，它可降低壓電元件39的性能。
在圖5所示的實(shí)施例中，緊固件45在頭部47有一淺槽49，在此實(shí)施例中，附加層51被用來(lái)在危害環(huán)境中保護(hù)壓電元件53。
在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，壓電元件的作用部分-超聲波傳感器基本上是扁平的，用蒸汽沉積在負(fù)載指示件的基本扁平的表面上形成。圖6顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，壓電元件63被形成在負(fù)載指示件61的表面65上，以便提供一超聲波傳感器朝向軸向，橫向，或朝向反射表面67和69的軸向或橫向超聲波，除此之外，還朝向負(fù)載指示件61的表面71。對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)是熟知的，對(duì)于多種不同的端表面形狀，本發(fā)明的壓電元件可為這種形式，允許超聲波指向或聚集在特定的反射面上。
如圖7所示的本發(fā)明另一實(shí)施例，壓電元件形成在第二電極上。在本實(shí)施例中，壓電元件75第一次被成形在第二電極上，在這里，第二電極為一薄的導(dǎo)電材料，例如金屬薄片。壓電元件75是永久地、機(jī)械地、導(dǎo)電地和傳聲地用內(nèi)連裝置81內(nèi)連到負(fù)載指示元件73的頭部79上的表面83，內(nèi)連裝置可為，如粘接劑。如圖6所示的本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于壓電元件75易于制造。但是，本實(shí)施例不具有先前敘述的，壓電元件直接成形在負(fù)載指示件表面上這一優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明上述的實(shí)施例中，超聲波傳感器裝置與負(fù)載緊固件形成頭部一端的軸端內(nèi)連，熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人可以理解，傳感器裝置也可選擇與負(fù)載緊固件的另一端內(nèi)連，如圖8所示的本發(fā)明的實(shí)施例。例如，在為導(dǎo)致拉伸負(fù)載，用緊固工具的轉(zhuǎn)動(dòng)，在緊固件上安裝與負(fù)載指示件配合的螺母時(shí)，這個(gè)實(shí)施例是最佳的，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，傳感器85就形成在緊固件84的端面87上。
上述所有的實(shí)施例中，都具有一與定向壓電薄膜機(jī)械地和導(dǎo)電地內(nèi)連的第二電極。圖9顯示本發(fā)明的一個(gè)與圖2所示實(shí)施例相似的實(shí)施例，但沒(méi)有永久內(nèi)連的第二電極。在本實(shí)施例中，第二電極由一導(dǎo)電塊充當(dāng)，導(dǎo)電地連到負(fù)載檢測(cè)裝置上，在超聲波檢測(cè)拉伸負(fù)載，伸長(zhǎng)或應(yīng)力時(shí)，與定向壓電薄膜接觸或連通地緊靠著。
雖然，發(fā)明已由具體實(shí)施加以描述，明顯屬于本發(fā)明的眾多的其它形式或?qū)儆诒景l(fā)明的變化，對(duì)于熟知本技術(shù)領(lǐng)域的人是顯而易見(jiàn)的。附加的權(quán)利要求和發(fā)明一般被看作覆蓋了全部這種顯而易見(jiàn)的形式和變化，它包括在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造負(fù)載指示件的方法，它包括的步驟為提供一個(gè)當(dāng)受到應(yīng)力時(shí)，其中一部分相對(duì)另一部分位移而發(fā)生變形的負(fù)載承受件，該負(fù)載承受件有一個(gè)可起第一電極作用的第一表面；直接在該第一表面上生成包含一聲電薄膜的超聲波傳感器裝置，這樣以機(jī)械的、導(dǎo)電的和傳聲的方式把聲電薄膜內(nèi)連到第一表面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在聲電薄膜的裸露的表面上形成超聲波傳感器裝置的第二電極，這樣以機(jī)械的、導(dǎo)電的方式把第二電極內(nèi)連到聲電薄膜上，并以導(dǎo)電的方式把第二電極與第一電極隔離。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括從第二電極向外延伸而形成一電絕緣封裝層，以復(fù)蓋電薄膜的暴露表面。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的聲電薄膜是通過(guò)蒸汽沉積法生成的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的聲電薄膜是通過(guò)磁控管飛濺技術(shù)生成的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的聲電薄膜所用材料是從氧化鋅、硫化鎘、Pb〔Zr，Ti〕O3(lead zirconate titanate)和氧化鋁中選取。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的聲電薄膜以一傾斜角度生成，以適于超聲波傳感器裝置傳送和接收縱向和橫向的二個(gè)方向的超聲波。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，第二電極是由蒸汽沉積法形成。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，第二電極所用材料從可導(dǎo)電的金屬薄膜、涂料和油墨中選取。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，由金屬薄片構(gòu)成的第二電極用粘結(jié)劑粘到聲電薄膜上。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，聲電薄膜的厚度為1～50微米。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，在第一表面上形成聲電薄膜之前，先用導(dǎo)電薄膜將第一表面復(fù)蓋。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，負(fù)載承受件有一桿體，在桿的縱向端有一凹槽，在凹槽中形成第一表面。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，第一表面是這樣形成的，使在第一表面上生成的超聲波傳感器裝置產(chǎn)生的超聲波射向遠(yuǎn)離第一表面的負(fù)載承受件的一端。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在負(fù)載承受件上與第一表面有一預(yù)定距離處形成第二表面;其中，第一表面的形成，使在第一表面上生成的超聲波傳感器裝置的超聲波射向第二表面;其中，第二表面的形成，它把來(lái)自在第一表面上的超聲波傳感器裝置的超聲波反射回到在第一表面上的超聲波傳感器裝置。
16.制造負(fù)載指示裝置的方法，其步驟為提供一具有頭部的緊固件，從頭部處延伸出一桿，當(dāng)其受軸向應(yīng)力時(shí)，桿承受變形，其中桿一部分相對(duì)于另一部分位移，緊固件有一起第一電極作用的第一表面;在第一表面上直接生成包括一聲電薄膜的超聲波傳感器裝置，這樣以機(jī)械的、導(dǎo)電的和傳聲的方式把聲電薄膜內(nèi)連到第一表面。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，在聲電薄膜的裸露表面上形成超聲波傳感器裝置的第二電極，這樣以機(jī)械的、導(dǎo)電的方式把第二電極內(nèi)連到聲電薄膜上，以導(dǎo)電的方式把第一電極和第二電極隔離。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，從第二電極向外延伸而形成的電絕緣封裝層，復(fù)蓋聲電薄膜裸露的表面。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，在緊固件靠近頭部縱向的一端上形成第一表面。
20.為權(quán)利要求16所述的方法，在緊固件遠(yuǎn)離頭部縱向的一端上形成第一表面。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，聲電薄膜是通過(guò)磁控管飛濺技術(shù)生成的。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，聲電薄膜是通過(guò)蒸汽沉積法生成的。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，聲電薄膜是一定向壓電薄膜，從氧化鋅、硫化鎘、Pb〔Zr，Ti〕O3(lead zirconate titanate)和氧化鋁中選取。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，聲電薄膜是一定向壓電薄膜，它以一傾斜的角度生成，以適于超聲波傳感器裝置傳送和接收縱向和橫向二個(gè)方向的超聲波。
25.如權(quán)利要求17所述的方法，第二電極是由蒸汽沉積法生成。
26.如權(quán)利要求17所述的方法，第二電極所用材料從導(dǎo)電的金屬薄膜、涂料和油墨中選取。
27.如權(quán)利要求17所述的方法，由金屬薄片構(gòu)成的第二電極，用粘結(jié)劑粘到聲電薄膜上。
28.如權(quán)利要求16所述的方法，聲電薄膜的厚度為1～50微米。
29.如權(quán)利要求16所述的方法，在第一表面上形成聲電薄膜之前，先用一導(dǎo)電薄膜將第一表面復(fù)蓋。
30.如權(quán)利要求16所述的方法，在所述的桿的一縱向端部的凹槽中形成第一表面。
31.如權(quán)利要求16所述的方法，第一表面是這樣形成的，使在第一表面上生成的超聲波傳感器裝置產(chǎn)生的超聲波射向遠(yuǎn)離第一表面的緊固件的縱向一端。
32.如權(quán)利要求16所述的方法，在與第一表面有一預(yù)定距離處的緊固件上形成第二表面;第一表面適于使在第一表面上生成的超聲波傳感器裝置的超聲波射向第二表面。第二表面適于把第一表面上的超聲波傳感器裝置的超聲波反射回到第一表面上的超聲波傳感器裝置中。
33.一種負(fù)載指示裝置的制造方法，其步驟為提供一具有頭部的緊固件，從頭部延伸出一桿，當(dāng)桿受到軸向應(yīng)力時(shí)，桿承受彈性變形，其中一部分相對(duì)于另一部分位移，緊固件在桿的一縱向端有一起第一電極作用的第一表面;在金屬薄片上用蒸汽沉積法生成的有一聲電薄膜的超聲波傳感器裝置，以機(jī)械的、導(dǎo)電的方式把超電薄膜內(nèi)連到金屬薄片上，金屬薄片起超聲波傳感器裝置的第二電極的作用;以機(jī)械的、傳聲的和導(dǎo)電的方式把聲電薄膜內(nèi)連到緊固件的第一表面，以導(dǎo)電方式把第一表面和第二電極隔離。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，從第二電極向外延伸而形成一電絕緣封裝層，以復(fù)蓋聲電薄膜是暴露表面。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，聲電薄膜由磁控管飛濺法生成。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，聲電薄膜為一定向壓電薄膜，所用材料從氧化鋅、硫化鎘，Pb〔Zr，Ti〕O3(lead zirconate titanate)和氮化鋁中選取。
37.如權(quán)利要求33所述方法，聲電薄膜為一定向壓電薄膜，它以一傾斜角生成，以適于超聲波傳感器裝置傳送和接收縱向和橫向二個(gè)方向的超聲波。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，聲電薄膜的厚度為1～50微米。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，在桿的一端的凹槽內(nèi)形成第一表面。
40.如權(quán)利要求33所述的方法，第一表面是這樣形成的，使在第一表面上生成的超聲波傳感器裝置的超聲波，射向遠(yuǎn)離第一表面的緊固件的桿的第二縱向的一端。
41.一種負(fù)載指示裝置，包括當(dāng)受應(yīng)力變形的負(fù)載承受件，它具有起第一電極作用的第一表面;具有聲電薄膜的超聲波傳感器裝置是直接在負(fù)載承受件的第一表面上生成，這樣以機(jī)械的、導(dǎo)電的和傳聲的將聲電薄膜內(nèi)熱到第一表面上。
42.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，超聲波傳感器裝置有一個(gè)在聲電薄膜的暴露表面上形成的第二電極，以導(dǎo)電方式將第二電極與第一電極隔離，并且以機(jī)械的，傳聲的和導(dǎo)電的方式把第二電極內(nèi)連到聲電薄膜上。
43.如權(quán)利要求42所述的負(fù)載指示裝置，第二電極所用材料從導(dǎo)電金屬薄膜、油墨、涂料和金屬薄片中選取。
44.如權(quán)利要求42所述的負(fù)載指示裝置，在第一表面、聲電薄膜和第二電極露出部分之上展延的電絕緣層，它隔絕了周?chē)h(huán)境的污染和預(yù)防層下物的被損害。
45.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，聲電薄膜為一定向壓電薄膜，所用材料從氧化鋅、硫化鎘，Pb〔Zr，Ti〕O3(lead zirconate titanate)和氮化鋁中選取。
46.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，聲電薄膜的厚度為1～50微米。
47.如權(quán)利要求42所述的負(fù)載指示裝置，第二電極的厚度為1～50微米。
48.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，位于第一表面和聲電薄膜之間在第一表面上有一復(fù)蓋層。
49.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，負(fù)載承受件有一凹槽，負(fù)載承受件的第一表設(shè)于凹槽中，凹槽在周?chē)h(huán)境中對(duì)超聲波傳感器裝置提供保護(hù)。
50.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，超聲波傳感器裝置的性能，在負(fù)載承受件的操作溫度下不會(huì)下降。
51.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，一電子控制器，以電的方式與超聲波傳感器裝置內(nèi)連，從而向超聲波傳感器裝置輸入的電信號(hào)和接受來(lái)自超聲波傳感器裝置輸出的電信號(hào)。
52.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，超聲波傳感器裝置可產(chǎn)生1～500MHZ的高頻超聲波，該超聲波提高了該裝置的精度和清晰度。
53.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，聲電薄膜是一定向壓電薄膜，它有一傾斜角度，以便使超聲波傳感器裝置輸送和接收縱向和橫向二個(gè)方向的超聲波。
54.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，負(fù)載承受件有一可反射聲波的第二表面;負(fù)載承受件的第一表面適于超聲波傳感器裝置的超聲波射向第二表面;負(fù)載承受件的第二表面適于把接受到來(lái)自超聲波傳感器裝置的聲波，反射回到超聲波傳感器裝置中。
55.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，負(fù)載承受件的材料可適于傳送超聲波。
56.如權(quán)利要求41所述的負(fù)載指示裝置，負(fù)載承受件是緊固件。
57.如權(quán)利要求56所述的負(fù)載指示裝置，緊固件可從螺栓，鉚釘、桿件和雙頭螺栓中選取。
58.如權(quán)利要求56所述的負(fù)載指示裝置，緊固件有一頭部和一從頭部縱向延伸的桿，桿適于在受到縱向應(yīng)力時(shí)變形。
59.如權(quán)利要求58所述的負(fù)載指示裝置，緊固件的第一表面位于緊固件鄰近頭部縱向的一端。
60.如權(quán)利要求58所述的負(fù)載指示裝置，緊固件的第一表面位于緊固件上遠(yuǎn)離頭部的縱向的一端。
61.一種監(jiān)視負(fù)載承受件的變形和把扭矩傳遞給負(fù)載承受件的負(fù)載指示裝置，當(dāng)受到應(yīng)力時(shí)，負(fù)載承受件變形，并且負(fù)載承受件有一起第一電極作用的第一表面，該裝置包括超聲波傳感器裝置，有(a)直接在負(fù)載承受件第一表面上生成的聲電薄膜，以機(jī)械的、電的和傳聲的方式把聲電薄膜內(nèi)連到第一表面上，(b)在聲電薄膜的露出表面上形成的第二電極，與第一電極以電的方式隔離，并適于以機(jī)械的，傳聲的和電的方式內(nèi)連到聲電薄膜上;一電子控制器，以電的方式內(nèi)連到超聲波傳感器裝置上，以向超聲波傳感器裝置輸入的電信號(hào)和接收來(lái)自超聲波傳感器裝置輸出的電信號(hào);一個(gè)通過(guò)電子控制器接收超聲波傳感器裝置輸出的電信號(hào)的監(jiān)視裝置，該監(jiān)視裝置對(duì)負(fù)載承受件的變形提供精確的測(cè)量;根據(jù)負(fù)載承受件變形的測(cè)量結(jié)果，向負(fù)載承受件提供扭矩和從負(fù)載承受件上消除扭矩的裝置。
62.一種負(fù)載指示裝置，包括當(dāng)受到應(yīng)力而變形的負(fù)載承受件，它有一可起第一電極作用的第一表面;超聲波傳感器裝置，它包括(a)一個(gè)第二電極(b)直接在第二電極表面上生成的聲電薄膜，以機(jī)械的，電的和傳聲的方式把聲電薄膜內(nèi)連到第二電極上，聲電薄膜以機(jī)械的，傳聲的和電的方式內(nèi)連到負(fù)載承受件第一表面上，以電的方式把第一電極和第二電極隔離。
63.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，第二電極的材料可從導(dǎo)電的金屬薄膜、油墨、涂料和金屬薄片中選取。
64.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，在第一表面、聲電薄膜和第二電極的露出部分遍布一電絕緣層，以隔斷周?chē)h(huán)境有害物質(zhì)對(duì)其污染和預(yù)防其損害。
65.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，聲電薄膜是一定向壓電薄膜，所用材料可從氧化鋅、硫化鎘、Pb〔Zr，Ti〕O3(lead zirconate titanate)和氮化鋁中選取。
66.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，聲電薄膜的厚度為1～50微米。
67.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，第二電極的厚度為1～50微米。
68.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，包括一個(gè)在所說(shuō)表面和聲電薄膜之間的第二電極的表面上的復(fù)蓋層。
69.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，負(fù)載承受件有一凹槽、負(fù)載承受件的第一表面設(shè)置在該凹槽中，從而在周?chē)h(huán)境中保護(hù)超聲波傳感器裝置。
70.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，超聲波傳感器裝置在負(fù)載承受件操作溫度下，其性能不變。
71.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，以電的方式內(nèi)連到超聲波傳感器裝置上的電子控制器，向超聲波傳感器裝置輸入電信號(hào)和接收來(lái)自超聲波傳感器裝置輸出的電信號(hào)。
72.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，超聲波傳感器裝置產(chǎn)生1～500MHz的高頻超聲波，該超聲波易于增加該裝置的使用精度和分辨率。
73.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，聲電薄膜為一定向壓電薄膜，它有一傾斜角，以利于超聲波傳感器裝置傳送和接受縱向和橫向二個(gè)方向的超聲波。
74.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，負(fù)載承受件有一個(gè)可反射聲的第二表面;負(fù)載承受件的第一表面適于超聲波傳感器裝置向第二表面發(fā)射超聲波;負(fù)載承受件的第二表面適于把接收來(lái)自超聲波傳感器裝置的超聲波，反射回到超聲波傳感器裝置上。
75.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，負(fù)載承受件具有適于傳送超聲波的材料。
76.如權(quán)利要求62所述的負(fù)載指示裝置，負(fù)載承受件是緊固件。
77.如權(quán)利要求76所述的負(fù)載指示裝置，緊固件可從螺栓、鉚釘、桿件和雙頭螺栓中選取。
78.如權(quán)利要求76所述的負(fù)載指示裝置，緊固件有一頭部和從該頭部縱向伸出的桿，該桿受到縱向應(yīng)力而變形。
79.如權(quán)利要求78所述的負(fù)載指示裝置，緊固件的第一表面是位于靠近緊固件頭部的縱向一端。
80.如權(quán)利要求78所述的負(fù)載指示裝置，緊固件的第一表面是位于遠(yuǎn)離緊固件頭部的縱向一端。
81.一種監(jiān)視負(fù)載承受件變形和把扭矩傳遞給負(fù)載承受件的負(fù)載指示裝置，該負(fù)載承受件適于當(dāng)受到應(yīng)力時(shí)而變形，并且它具有一個(gè)起第一電極作用的第一表面，該裝置包括超聲波傳感器裝置，它包括(a)一個(gè)第二電極;(b)一個(gè)直接在第二電極表面上生成的聲電薄膜，這樣以機(jī)械的、電的和聲的方式把聲電薄膜內(nèi)連到第二電極上，該聲電薄膜以機(jī)械的、聲的和電的方式內(nèi)連到負(fù)載承受件的第一表面上，這適于把第一電極與第二電極以電方式隔開(kāi);一個(gè)電子控制器，以電的方式內(nèi)連到超聲波傳感裝置上，以向超聲波傳感器裝置輸入電信號(hào)和接收來(lái)自超聲波傳感器裝置輸出的電信號(hào);一個(gè)通過(guò)電子控制器，接收來(lái)自超聲波傳感器裝置的電信號(hào)的監(jiān)視裝置，該監(jiān)視裝置對(duì)負(fù)載承受件變形提供一個(gè)精確測(cè)量結(jié)果;根據(jù)負(fù)載承受件變形的測(cè)量結(jié)果，一個(gè)向負(fù)載承受件提供和消除扭矩的裝置。
全文摘要
負(fù)載指示件(25)和負(fù)載指示緊固件(10)是所希望和要求的。一個(gè)超聲波傳感器(19)在負(fù)載承受件(例如緊固件)的一個(gè)表面(15)上生成，它利用超聲波技術(shù)確定負(fù)載承受件的伸長(zhǎng)、應(yīng)力或其他拉伸負(fù)荷等相關(guān)的特性。
文檔編號(hào)F16B31/02GK1060526SQ9110928
公開(kāi)日1992年4月22日 申請(qǐng)日期1991年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月27日
發(fā)明者伊安·E·基布爾懷特 申請(qǐng)人:伊安·E·基布爾懷特