为了准确测量螺栓连接系统的预紧力,设计制作了一种螺栓预紧力测量的简易传感器,通过对其标定及不断改进后,此传感器能够稳定、准确地测量螺栓连接系统的预紧力,从而帮助设计人员对高强螺栓连接的连接强度进行有效评估保证螺栓连接结构安全、可靠。

1：螺纹预紧力传感器概念

螺纹预紧力传感器是接收测量到的信息，按照一定的规则将接收到的信息转换为电信号或其他必要形式的信息并输出，满足信息的传输、处理、保存、显示、记录、控制等要求的检测装置，它是实现自动检测和自动控制的主要环节。

2：螺纹预紧力传感器工作原理

螺纹预紧力传感器工作原理的分类物理传感器应用了物理效应，如压电效应、磁致伸缩现象、离化、极化、热电、光电、磁电等效应，被测信号量的微小变化都被转换为电信号，从通过信号环变压器T2旋转的初级线圈传递到静止次级线圈，进而整形得到与弹性轴承受到的转矩成比例的频率信号，该信号为TTL电平，也可以提供给专用的二次仪表，该旋转变压器可动部——的静电环之间不仅有0.几mm的间隙，而且传感器轴的上部被密闭在金属壳体内有些传感器既不能分为物理系，也不能分为化学系，大多数传感器都是基于物理原理工作的。化学传感器技术的问题很多，如可靠性问题、规模生产的可能性、价格问题等，解决了这些课题，化学传感器的应用将大幅增加。

3：螺纹预紧力传感器特性介绍

3.1：静态特性：是指相对于静态输入信号，传感器的输出量与输入量之间存在相互关系。此时，由于输入量和输出量不依赖于时间，所以这些关系即传感器的静态特性可以用不包含时间变量的代数方程式、或者取输入量为横轴、取与其对应的输出量为纵轴的特性曲线来记述。表示传感器静态特性的主要参数有线性度、灵敏度、分辨率、滞后等。

3.2：动态特性：指传感器在输入发生变化时，其输出的特性。在实际操作中，传感器的动态特性经常用对特定标准输入信号的响应来表示。这是因为已知，传感器对标准输入信号的响应容易通过实验获得，并且在对标准输入信号的响应和对任意输入信号的响应之间存在一定关系，因此前者能够估计后者，因为常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也用阶跃响应和频率响应来表示。

3.3：线性度：传感器的实际静态特性输出通常是曲线而不是直线。在实际工作中，为了使仪表具有均匀的刻度读数，拟合直线经常近似地表示实际的特性曲线、线性(非线性误差)是这种近似程度的性能指标。拟合直线的选择有多种方法。将连接零输入和满刻度输出点的理论直线作为拟合直线的情况，或者将与特性曲线上的各点的偏差的平方和小的理论直线作为拟合直线，将该拟合直线称为小二乘法拟合直线。

3.4：迟滞特性：传感器正向(输入量变大)和反向(输入量减少)行程间输出-输入特性曲线不一致的程度，通常表示这两条曲线之间的大差MAX和满量程输出的百分比表示，滞后是由于传感器内部元件中存在的能量的吸收导致的。

3.5：灵敏度：灵敏度是指传感器正常工作时输出量变化y与输入量变化x之比，这是输出-输入特性曲线的斜率。传感器的输出和输入之间有直线关系时，灵敏度s为常数，否则，会根据输入量而变化。

4：螺纹预紧力传感器设计要点

4.1：一般测量的物理量非常小，通常带有作为传感器物理转换元件固有的转换噪声，例如，传感器的1倍倍率下的信号强度为0.1~1uV，此时的背景噪声信号也以这种大小消失。尽量提取有用的信号，降低噪声是传感器设计的首要解决问题。

4.2：螺纹预紧力传感器电路要简单精炼。假设具有3级放大电路、具有2级有源滤波器的放大电路，则在放大信号的同时噪声也放大，只要噪声没有大幅偏离有用的信号频谱，无论怎么滤波还是同时放大两者，其结果信噪比因此，传感器电路要被精简和简化。如果能节约1根电阻和电容器，请务必去除，这是很多设计传感器的工程师们容易忽略的问题，众所周知，传感器电路受噪声问题的困扰，电路越修正越复杂，形成奇怪的圈。

4.3：用电问题。传感器通常位于后续电路的前端，可能需要较长的导线连接。传感器功耗较大时，导线的连接会引入会议中的无用噪声和电源噪声，后续电路的设计越来越困难，如果没有充分的情况，如何降低耗电量也是一个大考验。

4.4：零部件选型及电源电路，零件的选择一定要充分使用比较好。只要零件的指标在必要的范围内就可以，剩下的是电路设计的问题，电源是传感器电路设计过程中要面对的难题，选择共模降低比好的运算放大器，使用差分放大电路设计常见的开关电源和器件，而不是追求无法达到的电源指标，也许就能满足你的要求。