在联接件中用于应变检测的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了在联接件中用于应变检测的系统和方法，在一种用于将接头安装在导管上的示例性方法中，接头主体被设置有螺纹端部分、从所述螺纹端部分向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座。将导管插入在所述接头主体的内部导管插座中。将接头螺母拉紧在所述接头主体上以抵靠所述导管来夹持和密封导管夹持设备；检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位，以确定所述接头处于第一接头组件状态还是处于与所述第一接头组件状态不同的第二接头组件状态。

System and method for strain detection in joins

The invention discloses a system and method for measuring strain in the connector, in an exemplary method for joint catheter mounted in the connector body is provided with a threaded end portion from the threaded end portion extending rearward and axial neck portion extending into the inner tube socket neck part and terminates in a countersink at. Insert the catheter into the inner conduit socket of the joint body. The tension in the joint nut joint body to abut on the catheter clamping and sealing tube clamping device; detection of relative axial position reference at least first and second reference position of the neck portion of the shift, to determine the joint in the first joint assembly state or in second state with different joint assembly the first joint assembly state.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在联接件中用于应变检测的系统和方法相关申请本申请要求享有于2015年3月6日提交的、名称为“SYSTEMSANDMETHODSFORSTRAINDETECTIONINACOUPLING”的、序列号为62/177,084的美国临时申请的优先权，所述美国临时申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
本公开内容涉及在流体系统或流体回路中用来容纳流体流动和流体压力的机械附接的连接件，例如接头(fitting)、结合件(joint)、联接件(coupling)、联接管(union)等。这样的机械附接的连接件可以与但不限于与用于管(tube)、管道(pipe)或任何其它类型的导管(conduit)的导管接头一起使用，并且其将一个导管端连接到另一个导管端或连接到流体系统的另一个部分、元件或部件。为了简单和清楚起见，在本文中使用的术语“接头”意在包括可以替代地用来指代机械附接的连接件的所有其他术语，例如联接件、连接件、联接管、结合件等。这样的机械附接的连接件的特征在于流体紧密密封和将连接件保持在一起的机械强度，包括在振动、应力和压力下对导管的充分夹持。流体可以包括气体、液体、浆料以及其任何变体或组合。流体系统和回路通常使用机械附接的连接件来使导管端彼此互连以及使导管端互连到可以控制流动、容纳流动、调节流动、测量流体或流体流动的一个或多个特性或以其他方式影响流体系统内的流体的流动设备。流体系统遍布任何地方，仅举几个例子，从最简单的住宅管路系统到最复杂的用于石油化工工业、半导体工业、生物制药工业、医疗工业、食品工业、商业工业、住宅工业、制造工业、分析仪器工业和运输工业的流体系统。复杂的系统可以包括数千个接头，接头被安装作为新安装件或作为维修操作、维护操作或改造操作的一部分，或接头是先前安装的接头。在本文中使用的术语“机械附接的连接”意指用于这样的流体系统的任何连接或这样的流体系统中的任何连接，所述流体系统涉及通过机械施加的力、应力、压力、扭矩等保持就位的至少一个连接，诸如例如螺纹连接、夹紧连接、螺栓连接或螺丝连接等。这不同于最通常被实践为焊接、钎焊、锡焊、胶粘剂等的冶金连接或化学连接。机械附接的连接可以包括机械连接和冶金连接的组合，并且通常这样做，并且这样的连接也在术语“机械附接的连接”内，因为它们包括至少一个这样的连接。
技术实现思路
根据本公开内容的一个专利技术方面，接头被设置有用于检测接头的一部分中的应变以确定接头组件的相关状态的机构，所述相关状态是诸如例如接头主体的颈部部分中的指示第一接头组件状态(例如接头的充分拉紧(pull-up)和/或接头在达到底部抵靠接头主体中的导管插座的导管端上的拉紧)的轴向应变，或接头主体的颈部部分中的指示第二接头组件状态(例如接头的不充分拉紧和/或接头在接头主体的导管插座中未达到底部的导管端上的拉紧)的轴向应变。因此，在一个示例性实施方案中，接头被设置有用于检测接头主体的颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的轴向移位的机构，以确定接头是处于第一接头组件状态还是处于第二接头组件状态。根据本公开内容的另一个专利技术方面，接头或接头的一个或多个部件被设置有电气能力、电磁能力或电子能力，诸如例如以传感器或便于接头的实用的其他设备的形式，包括但不限于，接头安装和组装、接头性能的监视以及可能对制造商、安装者或最终用户有用的任何其它类型的信息。本公开内容进一步设想了将这样的能力包括在接头或接头部件中的相关联的方法以及与这样的接头的使用相关联的方法。附图说明图1是接头的一个示例性实施方案的横截面视图，其中零件被组装处于用手指拧紧(fingertight)的状态；图2示出了安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的导管端上的示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；图2A示出了图2的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图3示出了安装在未达到底部的导管端上的图2的接头的FEA模拟；图3A是图3的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图4是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；图4A是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的传感器单元的示意图；图4B是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的另一个传感器单元的示意图；图5示出了具有带凹口的主体颈部部分、安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔的导管端上的一个示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；图5A示出了图5的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图6示出了安装在未达到底部的导管端上的图5的接头的FEA模拟；图6A示出了图6的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图7示出了具有带凹口的主体颈部部分、安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔的导管端上的一个示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；图7A示出了图7的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图8示出了安装在未达到底部的导管端上的图7的接头的FEA模拟；图8A示出了图8的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图9示出了具有带凹口的主体颈部部分、安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔的导管端上的一个示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；图9A示出了图9的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图10示出了安装在未达到底部的导管端上的图9的接头的FEA模拟；图10A示出了图10的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图11示出了具有带凹口的主体颈部部分、安装在达到底部抵靠接头主体导管插座的埋头孔的导管端上的一个示例性接头的有限元分析(FEA)模拟；图11A示出了图11的达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图12示出了安装在未达到底部的导管端上的图11的接头的FEA模拟；图12A示出了图12的未达到底部的接头组件的主体颈部部分的放大视图；图13是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；图13A是图13的接头组件的主体颈部部分的部分放大横截面视图。图14是识别具有带切口的接头主体颈部部分、与达到底部的导管端和未达到底部的导管端安装在一起的接头的预测性轴向应变参数的图表；图15是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；图15A是图15的接头组件的主体颈部部分的部分放大横截面视图。图16是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的接头组件的一个示例性实施方案的横截面视图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；图16A是图16的接头组件的主体颈部部分的部分放大横截面视图。图17是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的接头组件的一个示例性实施方案的横截面图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；图17A是图17的接头组件的主体颈部部分的部分放大横截面视图。图18是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的接头组件的一个示例性实施方案的侧视图，该接头组件被示出为在拉紧之前处于用手指拧紧的状态；图18A是图18的接头组件的主体颈部部分的部分放大视图；以及图19是并入在本文中公开的一个或多个专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元至少包括轴向延伸的第一应变传感器，所述第一应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量对应于第一接头组件状态的所述颈部部分的第一应变和测量对应于与所述第一接头组件状态不同的第二接头组件状态的所述颈部部分的第二应变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.06 US 62/177,0841.一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元至少包括轴向延伸的第一应变传感器，所述第一应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量对应于第一接头组件状态的所述颈部部分的第一应变和测量对应于与所述第一接头组件状态不同的第二接头组件状态的所述颈部部分的第二应变。2.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变和所述第二应变包括第一轴向应变和第二轴向应变。3.根据权利要求2所述的接头，其中所述第一轴向应变包括拉伸应变，并且所述第二轴向应变包括压缩应变。4.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被设置在所述颈部部分的外径向表面上。5.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被布置在所述颈部部分的外径向表面的凹部中。6.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器的第一部分在第一轴向位置处可操作地连接到所述颈部部分上的第一记号，并且所述第一应变传感器的第二部分在第二轴向位置处可操作地连接到所述颈部部分上的第二记号，使得所述第一应变传感器测量对应于所述第二记号相对于所述第一记号的轴向移动的轴向应变。7.根据权利要求6所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包括所述联接主体的颈部部分上的表面间断点。8.根据权利要求7所述的接头，其中所述表面间断点包括所述联接主体的颈部部分上的凸起和凹部中的至少一个。9.根据权利要求6所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包括所述联接主体的颈部部分上的可见标记。10.根据权利要求6所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包括在所述联接主体的颈部部分上的材料可辨别的元件。11.根据权利要求6所述的接头，其中所述联接主体的颈部部分包括具有轴向间隔的第一壁部分和第二壁部分的凹进部分，其中所述第一壁部分限定所述第一记号，所述第二壁部分限定所述第二记号。12.根据权利要求11所述的接头，其中所述凹进部分由所述联接主体的颈部部分中的凹口限定。13.根据权利要求11所述的接头，其中所述凹进部分由所述联接主体的颈部部分上的轴向间隔的凸起限定。14.根据权利要求11所述的接头，其中所述第一应变传感器被布置在所述凹进部分内。15.根据权利要求11所述的接头，其中所述第一应变传感器被布置在所述颈部部分的外径向表面上、跨越所述凹进部分。16.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器包括电阻应变传感器、电容应变传感器、电感应变传感器、压阻应变传感器、压电应变传感器、磁阻应变传感器、电位应变传感器、共振应变传感器、光学应变传感器和电磁应变传感器中的至少一个。17.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元还包括第二应变传感器。18.根据权利要求17所述的接头，其中所述第二应变传感器具有与所述第一应变传感器不同的定向。19.根据权利要求17所述的接头，其中所述第二应变传感器被定位并且被定向成在主体颈部部分上周向延伸，以提供由所述应变传感器单元测量的第一应变和第二应变的惠斯通电桥放大。20.根据权利要求17所述的接头，其中所述第一应变传感器和所述第二应变传感器被定位在所述联接主体的颈部部分周围的不同位置处。21.根据权利要求1所述的接头，包括固定到所述联接主体的传感器封装，所述传感器封装包括所述应变传感器单元，以及以下中的至少一个：第二应变传感器单元、RFID标签、压电传感器、压阻传感器、超声波传感器、压力传感器、泄漏检测器、温度传感器、光学传感器、电容传感器、电感传感器、电阻传感器和声学传感器。22.根据权利要求21所述的接头，其中整个传感器封装被固定到所述联接主体的颈部部分。23.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元与远离所述接头的电路通信。24.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被固定到所述联接主体的颈部部分的内部润湿表面。25.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元与与所述接头相关联的电路无线通信。26.根据权利要求25所述的接头，其中所述电路远离所述接头。27.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被径向地定位在所述导管插座的外面。28.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一应变传感器被轴向地定位在所述埋头孔的后方。29.根据权利要求1所述的接头，其中所述联接主体还包括外肩，所述颈部部分在所述外肩和所述螺纹端部分之间轴向延伸，其中所述应变传感器轴向地接近所述螺纹端部分并且轴向地在所述外肩远侧。30.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元通过将从所述第一应变传感器接收的电压转换为对应于所述第一应变传感器的应变状态的数字信号来测量所述第一应变和所述第二应变。31.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元通过改变与所述第一应变传感器连接的RFID发射机的振荡器频率来测量所述第一应变和所述第二应变，并且以变化的振荡器频率发送数据信号。32.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于达到底部状态的导管的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于未达到底部状态的导管的拉紧。33.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一接头组件状态包括所述接头的足以实现抵靠安装在所述导管插座中的导管来夹持和密封所述导管夹持设备的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头与安装的导管的不充分拉紧。34.根据权利要求1所述的接头，还包括冲程抵抗部分，所述冲程抵抗部分被配置为当所述接头被拉紧时接合所述联接主体和所述联接螺母中的一个，其中所述第一接头组件状态包括所述接头的足以使所述冲程抵抗部分与所述联接主体和所述联接螺母中的一个接合的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头的不足以使所述冲程抵抗部分与所述联接主体和所述联接螺母中的一个接合的拉紧。35.根据权利要求1所述的接头，其中轴向延伸的第一应变传感器被定位并且被定向成用于应变传感器单元测量所述颈部部分的第三应变，所述第三应变对应于与所述第一接头组件状态和所述第二接头组件状态不同的第三接头组件状态。36.根据权利要求35所述的接头，其中所述第一接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于达到底部状态的导管的拉紧，所述第二接头组件状态包括所述接头的与安装在所述导管插座中处于未达到底部状态的导管的拉紧，并且所述第三接头组件状态包括所述接头与安装的导管的不充分拉紧。37.根据权利要求1所述的接头，其中所述应变传感器单元还包括与所述第一应变传感器连接的信号处理设备，用于从所述第一应变传感器接收应变相关的电信号并且生成对应的轴向应变数据。38.根据权利要求37所述的接头，其中所述信号处理设备被配置为与控制/监视设备通信，所述控制/监视设备可操作以评估测量的轴向应变数据并且识别所述接头是处于所述第一接头组件状态还是处于所述第二接头组件状态。39.一种用于流体导管的接头，所述流体导管具有纵向轴线以与所述接头形成机械附接端连接，所述接头包括：联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及应变传感器单元，其被布置在所述联接主体的颈部部分上，所述应变传感器单元包括第一应变传感器，所述第一应变传感器具有在第一轴向位置处附着到所述颈部部分上的第一记号的第一部分和在第二轴向位置处附着到所述颈部部分上的第二记号的第二部分，使得所述应变传感器测量在接头拉紧期间所述第二记号相对于所述第一记号轴向移动。40.一种用于将接头安装在导管上的方法，所述方法包括：提供接头主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；将导管插入在所述接头主体的内部导管插座中；将接头螺母拉紧在所述接头主体上以抵靠所述导管而夹持和密封导管夹持设备；检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位，以确定所述接头处于第一接头组件状态还是处于与所述第一接头组件状态不同的第二接头组件状态。41.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量来自应变传感器的轴向应变，所述应变传感器具有固定到所述第一参考位置的第一部分和固定到所述第二参考位置的第二部分。42.根据权利要求40所述的方法，其中所述连接主体的颈部部分包括对应于所述第一参考位置的第一记号和对应于所述第二参考位置的第二记号。43.根据权利要求42所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括光学地检测所述第一记号相对于所述第二记号的轴向移位。44.根据权利要求42所述的方法，其中所述第一记号和所述第二记号包括布置在所述联接主体的颈部部分中的凹口的轴向间隔的第一边缘和第二边缘。45.根据权利要求42所述的方法，其中所述第一记号和所述第二记号包括所述联接主体的颈部部分上的第一和第二可见标记。46.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括光学地评估所述颈部部分的包括应变响应涂层的表面。47.根据权利要求46所述的方法，其中所述应变响应涂层包括基于纳米管的应变漆和聚合物粘合的发光染料中的至少一个。48.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量所述第一参考位置和所述第二参考位置之间的磁场的改变。49.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量布置在所述联接主体的颈部部分上的电容设备的输出信号。50.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量布置在所述联接主体的颈部部分上的电感设备的输出信号。51.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量布置在所述联接主体的颈部部分上的开关的输出信号。52.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量与所述第一参考位置和所述第二参考位置连接的应变传感器的输出电压。53.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位包括测量与所述第一参考位置和所述第二参考位置连接的应变传感器单元的输出频率。54.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于达到底部状态的导管的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头与安装在所述导管插座中处于未达到底部状态的导管的拉紧。55.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一接头组件状态包括所述接头的足以实现抵靠安装在所述导管插座中的导管而夹持和密封所述导管夹持设备的拉紧，并且所述第二接头组件状态包括所述接头与安装的导管的不充分拉紧。56.根据权利要求55所述的方法，还包括使用检测到的所述颈部部分上的至少第一参考位置和第二参考位置的相对轴向移位来确定所述接头是与安装在所述导管插座中处于达到底部状态的导管拉紧还是与安装在所述导管插座中处于未达到底部状态的导管拉紧。57.一种接头，包括：联接主体，其包括螺纹端部分、从所述螺纹端部分轴向向后延伸的颈部部分以及轴向向后延伸到所述颈部部分内并且终止于埋头孔处的内部导管插座；联接螺母，其包括用于与所述联接主体的螺纹端部分配合螺纹接合的螺纹部分；导管夹持设备，其由所述联接主体和所述联接螺母轴向驱动，以在所述接头被拉紧之后抵靠安装在所述导管插座中并且达到底部抵靠所述埋头孔的导管来提供夹持和密封；以及用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置，用于确定所述导管是否达到底部抵靠所述埋头孔。58.根据权利要求57所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括应变传感器，所述应变传感器具有固定到所述第一参考位置的第一部分和固定到所述第二参考位置的第二部分。59.根据权利要求58所述的接头，其中所述联接主体的颈部部分包括对应于所述第一参考位置的第一记号和对应于所述第二参考位置的第二记号。60.根据权利要求59所述的接头，其中用于检测所述颈部部分上的第一参考位置相对于所述颈部部分上的第二参考位置的相对轴向移位的装置包括用于光学地检测所述第一记号相对于所述第二记号的轴向移位的装置。61.根据权利要求59所述的接头，其中所述设备包括手持设备。62.根据权利要求59所述的接头，其中所述第一记号和所述第二记号包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·迈克尔·鲁宾斯基，彼得·C·威廉姆斯，凯文·尼曼，卡尔·R·布朗，克里斯蒂娜·桑科夫，迈克尔·罗西特，安德鲁·克雷昆，威廉·波尼克瓦尔，马修·K·梅塞尔，查尔斯·W·海耶斯二世，森尼瓦·R·柯林斯，蒂莫西·盖瑞特·格雷，
申请(专利权)人：世伟洛克公司，
类型：发明
国别省市：美国,US