專利名稱：一種壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體涉及監(jiān)測(cè)帶有充氣胎的車輪內(nèi)的氣壓的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了各種的壓力監(jiān)測(cè)器。美國專利No.5289160公開了一種輪胎的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)輪胎壓力下降到相對(duì)外部大氣壓的給定值以下時(shí)，壓力傳感器開關(guān)關(guān)閉并發(fā)出警告信號(hào)。壓力敏感開關(guān)包括偏壓機(jī)構(gòu)，偏壓機(jī)構(gòu)需克服輪胎壓力才能動(dòng)作，但是如果輪胎壓力相對(duì)大氣壓下降的過低，偏壓機(jī)構(gòu)可使一電氣開關(guān)關(guān)閉，產(chǎn)生警告信號(hào)。該系統(tǒng)使用了聲表面波(SAW)裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)器將警告信號(hào)傳遞到遠(yuǎn)距離傳感器。該專利還提到了在隔膜上直接使用SAW裝置來測(cè)量隔膜的偏移并因此測(cè)量作用在隔膜上的相對(duì)大氣壓的壓力的可能性。
美國專利No.558571披露了一種通過一對(duì)SAW裝置測(cè)量應(yīng)變的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中SAW裝置安裝在隔膜的相對(duì)側(cè)面，一側(cè)面暴露在大氣中，另一側(cè)暴露在輪胎壓力下。兩個(gè)SAW裝置產(chǎn)生的信號(hào)然后進(jìn)行混合，發(fā)出指示輪胎壓力的溫度補(bǔ)償?shù)男盘?hào)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被隔膜隔開的第一壓力腔和第二壓力腔。具有第一共振頻率的第一SAW裝置安裝在所述隔膜的一側(cè)，具有第二共振頻率的第二SAW裝置安裝在所述隔膜的另一側(cè)，所述第一腔加壓到預(yù)定的壓力P1并保持該壓力，所述第二腔開始加壓到與壓力P1相等的壓力P2，但是該壓力會(huì)隨時(shí)間變化。因此，如果所述第二腔的壓力P2相對(duì)第一腔的壓力P1上升或下降，將導(dǎo)致隔膜偏移，使所述隔膜的一側(cè)承受拉伸，另一側(cè)受到壓縮；所述第一和第二SAW裝置通過感應(yīng)所述拉伸和壓縮來檢測(cè)這種偏移，因而提供顯示相對(duì)所述第一腔壓力P1的所述第二腔壓力P2變化的輸出。
因此SAW裝置可以用來測(cè)量兩個(gè)壓力腔之間的壓力差，第一腔的壓力實(shí)際上可以設(shè)定成保持所希望的壓力。因此，如果第二腔(第二腔可以與帶有氣胎的車輪中的氣壓相連通)壓力相對(duì)該保留壓力下降，這一對(duì)SAW裝置就會(huì)產(chǎn)生警告信號(hào)。另外，SAW裝置還提供了溫度補(bǔ)償?shù)男盘?hào)。SAW裝置可以用作轉(zhuǎn)發(fā)器將警告信號(hào)傳遞到遠(yuǎn)距離傳感器。
本發(fā)明優(yōu)選的和可選擇的特點(diǎn)可從下面的介紹和附帶的權(quán)利要求中得到更清楚的了解。
圖1A，1B，1C還顯示出電連接片3A，3B，可用來將SAW裝置連接到天線和接地板。
這些裝置可以按照同時(shí)待審的申請(qǐng)GB9902341.8中介紹的方式來制造和包裝。
使用分別設(shè)置在隔膜兩側(cè)面的兩個(gè)SAW裝置使得SAW裝置可以成為按照美國專利US5585571所介紹的方式來操作的差動(dòng)應(yīng)變傳感器，美國專利介紹的內(nèi)容結(jié)合到本說明書中。如本文所介紹的，兩個(gè)SAW裝置設(shè)計(jì)成具有稍微不同的共振頻率。通過將一個(gè)SAW裝置的輸出從另一個(gè)SAW裝置中減去，可以測(cè)定出差動(dòng)應(yīng)變的量度，而且該輸出是溫度補(bǔ)償?shù)?，隨著溫度的變化可以進(jìn)行有效的補(bǔ)償，所以不再需要單獨(dú)的溫度測(cè)量。
這樣的配置與許多傳統(tǒng)的SAW裝置的配置不同的地方在于傳統(tǒng)的配置是一個(gè)裝置作為測(cè)量元件而另一個(gè)用作參考。有了差動(dòng)配置，就沒有必要設(shè)置參考SAW裝置，而且由于兩個(gè)裝置承受了相同但相反的應(yīng)變，靈敏度得到提高。另外隔膜一般是不帶載荷的(當(dāng)相對(duì)側(cè)的壓力是相同時(shí))，所以避免了老化問題并可以測(cè)量較高的壓力。
圖2顯示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中隔膜7在其相對(duì)的側(cè)面設(shè)置了SAW裝置8，9，可以如圖1A，1B，1C中所介紹的方式設(shè)置，并固定在可由塑料形成的殼體10內(nèi)部。殼體10限定了在隔膜7一側(cè)的第一腔11和在隔膜另一側(cè)的第二腔12。隔膜將兩個(gè)腔11和12分隔開，并在其間形成了密封。第一腔11被單向閥13封閉，單向閥允許空氣(或其它氣體)進(jìn)入腔11但防止空氣從腔11逸出。第二腔12與被監(jiān)測(cè)的壓力相連通。
單向閥可以是帶有一個(gè)槽孔的簡單碟片，當(dāng)一側(cè)有壓力時(shí)可以打開。但是其它類型的單向閥也可以使用。
圖3是顯示壓力敏感系統(tǒng)操作方式的示意圖。圖中顯示了上面介紹的隔膜7，殼體10和壓力腔11和12。腔11和12可以從壓力源經(jīng)過帶有管道14中示出的止回閥13的管道14和15來加壓。
當(dāng)系統(tǒng)開始加壓時(shí)，腔11中的壓力P1和腔12中的壓力P2是相等的。然后當(dāng)單向閥13阻止空氣從腔11逸出時(shí)，腔11實(shí)際上保持了P1值。而另一方面，腔12與被監(jiān)測(cè)的壓力即輪胎壓力連通，輪胎壓力由于緩慢泄漏或爆胎會(huì)發(fā)生變化。如果腔12的壓力P2相對(duì)腔11的壓力P1下降，隔膜7將偏移，SAW裝置將感應(yīng)到這個(gè)變化，發(fā)出警告信號(hào)。
這種配置可以用于監(jiān)測(cè)輪胎壓力。當(dāng)輪胎開始充氣時(shí)，腔11保留該初始?jí)毫?，?dāng)隨時(shí)間的過去腔12的壓力P2會(huì)相對(duì)此保留壓力下降。警告信號(hào)發(fā)出。如果輪胎開始過量充氣，該簡單的實(shí)施例會(huì)在腔11保留不正確的過充氣壓力。然而，這個(gè)問題可以通過使用增壓泵來避免，增壓泵可以預(yù)先設(shè)置，將輪胎充氣到所選擇的壓力。
圖4是一個(gè)結(jié)合了上述壓力監(jiān)測(cè)器的如車輪閥門這樣的閥門的實(shí)施例的剖面圖。壓力監(jiān)測(cè)器固定在閥體18的內(nèi)側(cè)端部。第一Schraeder閥19提供了如同圖3所示的單向閥13的功能，可使空氣進(jìn)入腔11但是不允許空氣從中逸出。第二Schraeder閥20如同充氣輪胎的普通充氣閥，可允許輪胎充氣但是防止空氣從閥門逸出，除非通過促動(dòng)釋放桿21將閥門打開造成雙向連通。最好是將兩個(gè)Schraeder閥19和20連接起來，這樣促動(dòng)釋放桿21經(jīng)連接桿23同時(shí)也促動(dòng)第一閥19的釋放桿22。因此如果輪胎過量充氣，空氣可通過促動(dòng)釋放桿21經(jīng)閥20排出，閥19也打開允許空氣從腔11排出，這樣就不會(huì)保留過壓力。
壓力監(jiān)測(cè)器能夠當(dāng)?shù)谝磺?1自動(dòng)地保持在充氣壓力峰值時(shí)可以容易地通過簡單將輪胎充氣到要求的壓力進(jìn)行重新校正。
圖4中的箭頭顯示用于對(duì)輪胎同時(shí)對(duì)壓力腔11充氣的空氣路徑。
在壓電基片上設(shè)置SAW裝置的優(yōu)點(diǎn)是不需要如電池等外部能源而可以儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換能量，無線電頻率信號(hào)可以用來聯(lián)系如美國專利US5585571所介紹的裝置。還有，SAW裝置僅需要連接天線和地線板以便傳遞信號(hào)到遠(yuǎn)距離的傳感器，而無需其它的線路。需要的話，一小型處理電路(未示出)可安裝在閥體18內(nèi)來處理從SAW裝置接收到的信號(hào)。圖4顯示了可以用作天線的沿閥體18長度延伸的金屬插入件24。地線板的連接是通過圍繞閥體18的金屬化環(huán)，該環(huán)在使用時(shí)與閥門插入的金屬輪接觸(這些部件和SAW裝置的連接片3A，3B之間的電連接未在此圖中顯示)。
SAW裝置發(fā)出的信號(hào)因此可以傳遞到遠(yuǎn)距離的傳感器，比如設(shè)置在車輛輪子附近并可以向車輛儀表板發(fā)出警告信號(hào)的傳感器，SAW裝置還可以設(shè)置成各個(gè)傳感器具有獨(dú)特的輸出，通過鑒別這些信號(hào)傳感器可發(fā)出警告信號(hào)，并使得警告信號(hào)能夠指示哪個(gè)或那些個(gè)輪子出現(xiàn)問題。
因此，上面介紹的監(jiān)測(cè)器提供了用來測(cè)量輪胎壓力的便宜且小型的裝置。其體積之小和重量之輕令其對(duì)輪胎性能的影響可以忽略不計(jì)。另外還可以提供對(duì)輪胎內(nèi)出現(xiàn)低壓力的警告，還能夠感應(yīng)到壓力的少量下降，如1或2磅/平方英寸(6.9-13.8×103牛頓/平方米)，所以可提供對(duì)出現(xiàn)如緩慢漏氣等問題的警告。此監(jiān)測(cè)器還能夠提供對(duì)由于爆胎而壓力突然損失的警告，尤其在駕駛員不能馬上清楚的如發(fā)生在卡車輪胎，拖車輪胎或備用輪胎的情況下。
權(quán)利要求
1.一種壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括被隔膜分隔開的第一腔和第二腔，具有第一共振頻率的第一聲表面波(SAW)裝置安裝在所述隔膜的一側(cè)，具有第二共振頻率的第二SAW裝置安裝在所述隔膜的另一側(cè)；所述第一腔加壓到預(yù)定的壓力P1并保持該壓力，所述第二腔開始加壓到與壓力P1相等的壓力P2，但是該壓力隨時(shí)間變化，因此，如果所述第二腔的壓力P2相對(duì)所述第一腔的壓力P1上升或下降，將導(dǎo)致所述隔膜偏移，使所述隔膜的一側(cè)承受拉伸，另一側(cè)受到壓縮；所述第一和第二SAW裝置通過感應(yīng)所述拉伸和壓縮來檢測(cè)這種偏移，因而提供顯示相對(duì)所述第一腔壓力P1的所述第二腔壓力P2變化的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述隔膜包括一層或多層壓電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一腔設(shè)置了可以防止空氣逸出所述第一腔的第一單向閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括處理裝置，可從所述第二SAW裝置的輸出中減去所述第一SAW裝置的輸出，或進(jìn)行相反的處理；這樣可以提供所述第一和第二腔之間壓力差的指示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力差大于給定水平時(shí)所述處理裝置可以發(fā)出警告信號(hào)。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)發(fā)器，可以在所述系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離傳感器之間建立無線通信聯(lián)系。
7.一種基本上如前面所述并參考附圖所介紹的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
8.一種包括如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的充氣閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充氣閥，其特征在于，所述充氣閥包括根據(jù)權(quán)利要求3或其從屬權(quán)利要求所述的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述充氣閥具有充氣的空氣可從中通過的第二單向閥，和防止空氣以相反方向流過的釋放機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的充氣閥，其特征在于，所述第一單向閥也具有釋放機(jī)構(gòu)，可允許氣流從所述第一腔排出，所述第一和第二單向閥互相連接，故促動(dòng)所述第二單向閥的釋放機(jī)構(gòu)同時(shí)促動(dòng)所述第一單向閥的釋放機(jī)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的充氣閥，其特征在于，所述充氣閥包括一用作天線的金屬插入件
12.根據(jù)權(quán)利要求8到11中任一項(xiàng)所述的充氣閥，其特征在于，所述充氣閥包括充氣輪胎的充氣閥。
13.一種連接到充氣輪胎的根據(jù)權(quán)利要求12所述的充氣閥。
全文摘要
一種壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括被隔膜分隔開的第一腔(11)和第二腔(12)。隔膜在各側(cè)面分別設(shè)置了SAW裝置,各SAW裝置具有不同的共振頻率。第二腔(12)壓力相對(duì)第一腔(11)壓力的變化將導(dǎo)致隔膜偏移,可以分析所帶來的SAW裝置共振頻率的變化得出壓力腔之間的壓力差。如圖所示,壓力測(cè)量裝置結(jié)合在車輛輪胎閥門組件中,當(dāng)車輛輪胎充氣時(shí),充氣壓力保留在第一腔中作為參考值,任何隨后的第二腔(12)壓力的損失,例如由爆胎導(dǎo)致的,都將使隔膜發(fā)生偏移,并使SAW裝置的相應(yīng)輸出發(fā)生變化。
文檔編號(hào)G01L17/00GK1365321SQ0081089
公開日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2000年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月28日
發(fā)明者D·維勒, J·貝克利 申請(qǐng)人:傳感技術(shù)有限公司