CN102066889B - 远程温度感测装置及相关的远程温度感测方法 - Google Patents

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CN102066889B CN200880129842.XA CN200880129842A CN102066889B CN 102066889 B CN102066889 B CN 102066889B CN 200880129842 A CN200880129842 A CN 200880129842A CN 102066889 B CN102066889 B CN 102066889B
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Abstract

本发明公开了远程温度感测装置及远程温度感测方法，所述远程温度感测装置具有能安置在旋转物件上的温度传感器，所述温度传感器是磁连接的多个矩形非晶磁性合金条带，其中这些条带中的至少一个条带具有预定铁磁居里温度，并且这些条带中的其他条带具有超过2000的磁导率。

Description

远程温度感测装置及相关的远程温度感测方法
技术领域
本发明涉及用于旋转物件的远程温度感测装置及远程温度感测方法，在该装置及方法中利用了非晶铁磁材料的居里(Curie)磁性转变。更具体地，本发明提供对运动机器的旋转组件进行远程温度感测的装置和方法。
背景技术
目前有许多种可用来测量温度的技术和工具，包括例如传统的水银温度计、热电偶、电阻温度计、双金属片等公知的温度指示器。所有这些技术和工具均是利用了某些随温度而变化的基本物理现象，因此各自具有独特的特征。举例而言，水银测温法在温度的视觉感测方面是有效的，但却不适合于将温度直接转换成电信号。如果需要温度的电子读数，则利用了金属的热电效应的热电偶是更适合的。然而，热电偶必须接线到伏特计上，由伏特计将电信号转换成对应的温度。利用金属的电阻率对温度的依赖关系的电阻温度计也必须接线到伏特计上。这些技术均要求传感器与温度指示器之间的接线连接，因而不适用于温度的远程感测。在这些情形下，当例如感测运动轮胎的温度时，对温度进行远程感测变得十分必要，并要使用利用了半导体电阻率对温度的依赖关系的温度传感器。然而，此种类型的传感器需要使用电源才能传输信号。该传感器是安装在旋转的轮毂或轮胎上。因此，难以将电能从汽车车体施加到旋转的轮胎上，并且还需要利用电池以便温度监控装置能够正常工作。该类传感器必须对温度作出响应，并将与温度相关的信号以无线方式发送给检测器以便进行进一步的信号处理。为了防止充气轮胎主要因该轮胎在运转时温度升高而发生爆胎，对于汽车轮胎而言越来越需要该类温度感测。
一种此类传感器可通过利用例如铁等铁磁材料中的居里磁性转变来实现，铁磁材料具有铁磁居里温度，当高于该铁磁居里温度时，铁磁性与所有相关的例如高磁化强度和磁导率等现象一起消失。通过常规磁力仪，可容易地远程检测出铁磁材料在居里温度处的磁化强度及磁导率的变化。美国专利第4,052,696号公开了一种轮胎温度感测电路，该轮胎温度感测电路利用铁素体元件中的居里磁性转变。通过感应耦合效应来检测居里转变时的磁性改变。因此，这种技术要求在基于铁素体的温度传感器与固定的检测器之间的间隙非常小，以维持可靠的检测信号。上述间隙的距离之所以非常小，是因为铁素体通常具有在80至2000范围内的相对低的磁导率，如例如S.Chikazumi在“Physics of Magnetism(磁性物理学)”(John Wiley & Sons，纽约，1964年)的第498页中所指出的那样。因此，需要一种不要求有电池并且能够在实际检测范围内进行远程检测的温度传感器。还需要一种具有尽可能少的电路的温度感测装置。
发明内容
本发明提供一种适用于感测例如汽车轮胎等旋转物件中所发生的温度变化的温度传感器，以及一种用于相同目的的远程温度感测方法。
本发明无需在传感器中安放电池。一般而言，该传感器包括磁连接的多个非晶磁性金属条带。此外，这些条带的布置方式是使这些条带中的至少一个条带具有将要被检测的预定铁磁居里温度，并且这些条带中的其他一个或多个条带具有高的磁导率。本发明提供了适用于本发明温度传感器的非晶合金条带的化学组合物。
本发明的远程温度感测装置和方法最大程度地减少了电路的使用。
在一个实施例中，提供一种远程温度感测装置，其具有能安置在旋转物件上的温度传感器，所述远程温度感测装置中所包括的所述温度传感器是磁连接的多个矩形非晶磁性合金条带，其中这些条带中的至少一个条带具有预定铁磁居里温度，并且这些条带中的其他条带具有超过2000的磁导率。
在一个实施例中，具有所述预定铁磁居里温度的所述非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W。
如果需要，具有超过2000的磁导率的所述其他非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在一个实施例中，所述感测装置包括具有所述预定铁磁居里温度的一个非晶磁性合金条带，该非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，其附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；并且具有超过2000的磁导率的所述其他非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在一个实施例中，所述感测装置中的所述其他条带包括两个具有超过2000的磁导率的非晶磁性合金条带，该两个非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的两种不同组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在另一实施例中，所述感测装置包括具有所述预定铁磁居里温度的一个非晶磁性合金条带，该非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，其附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；并且具有超过2000的磁导率的所述其他条带包括两个非晶磁性合金条带，该两个非晶磁性合金条带具有本质上由化学式式FeaNibCocMeBfSigCh界定的相同化学组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在另一实施例中，所述感测装置中所包括的所述至少一个非晶磁性合金条带具有超过2000的磁导率且具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比；并且所述远程温度感测装置包括多个具有不同化学组合物的非晶磁性合金条带，这些不同化学组合物是：本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的化学组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，其附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；以及本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的化学组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
如果需要，可借助于磁场来询问所述温度传感器，并可以以电磁方式来检测所述温度传感器的响应信号。
在一个实施例中，所述感测装置包括至少一个用于发出询问用磁场的线圈和至少一个对所述温度传感器的磁响应进行检测的线圈。
如果需要，所述旋转物件可为汽车轮胎。
本发明的其他方面及/或优点将会在下面的说明中部分地呈现出来，并且通过下面的说明将会部分地变得很清楚，或者可通过本发明的实施来获知本发明的其他方面及/或优点。
附图说明
结合附图并参照下文中对各实施例所作的说明，能够更清楚且更容易理解本发明的这些及/或其他方面以及优点。
当参照下文中对本发明各实施例的详细说明并参照附图时，可更全面地理解本发明，并且本发明的其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解。附图中：
图1是根据本发明实施例而绘制的磁感应强度B与所施加磁场H的曲线图，该曲线图对两个磁性非晶金属条带的BH特性进行比较，其中一个由曲线10显示的条带的长度为80mm，另一个由曲线11显示的条带的长度为40mm。
图2A和图2B是显示了本发明实施例的传感器条带的两种布置方式2A和2B的示意图。
图3是描绘了图2A中所示本发明实施例的3条带式传感器2A的温度依赖关系的曲线图，其中传感器条带元件20是基于METGLAS
Figure GPA00001277464700051
2714A。
图4是描绘了图2A中所示本发明实施例的3条带式传感器2A的温度依赖关系的曲线图，其中传感器条带元件20是基于METGLAS
Figure GPA00001277464700052
2705M。
图5是描绘了图2B中所示本发明实施例的2条带式传感器2B的温度依赖关系的曲线图，其中传感器条带元件22是从METGLAS
Figure GPA00001277464700053
2714A带材切割得到的，并且由曲线50显示的温度感测条带元件23是从AM1切割得到的、而由曲线51显示的温度感测条带元件23是从AM3切割得到的。
图6是描绘了图2A中所示本发明实施例的3条带式传感器2A的压力依赖关系的曲线图，其中传感器条带元件20是基于METGLAS
Figure GPA00001277464700054
2714A，并且由曲线60显示的温度感测条带元件21是从AM1切割得到的、而由曲线61显示的温度感测条带元件21是从AM2切割得到的。
图7是描绘了图2A中所示本发明实施例的3条带式传感器2A的温度依赖关系的曲线图，其中传感器条带元件20是基于METGLAS
Figure GPA00001277464700055
2714A，并且在30psi下的谐波信号由曲线70显示，在40psi下的谐波信号由曲线71显示，并且在50psi下的谐波信号由曲线72显示。
图8是图示了本发明实施例的远程检测装置的示意图，该远程检测装置具有旋转车轮80、温度感测条带传感器81以及激励线圈和检测线圈82。
图9是描绘了在图8中所示远程感测装置中测量到的检测信号的信号图。使用了图2A中所示本发明实施例的3条带式传感器2A，其中传感器条带元件20是基于METGLAS
Figure GPA00001277464700061
2714A并且温度感测条带元件21是从AM1切割得到的。
图10是图示了用于汽车轮胎80的本发明实施例远程温度感测装置的示意图，该远程温度感测装置包括温度传感器81及一对激励线圈和检测线圈82。轮胎80附设于轮胎的轮毂B上。
图11是图示了常规的温度感测监控器的示意图。
图12是图示了本发明的用于旋转物件的远程温度感测方法的实施例的操作流程图。
具体实施方式
现在对本发明的各实施例进行详细说明，本发明各实施例的实例在附图中图示出来，其中在全文中用相同的附图标记表示相同的元件。下面通过参照附图对实施例进行描述来说明本发明。
通过实例1(见下文)中所概述的过程来制备本发明实施例的非晶磁性合金条带。对所示的本发明实施例进行的第一项操作是通过实例2(见下文)中所述的方法来检查这些非晶合金条带的基本磁性。参见图1，其中将单位为特斯拉(T)的磁感应强度B绘制为施加给非晶磁性条带的单位为A/m(安培/米)的磁场H的函数，由曲线10显示的一个条带的长度为80mm，且由曲线11显示的另一条带的长度为40mm。本发明实施例的非晶磁性条带(其磁感应强度在图1中显示出来)具有约20μm的厚度及约2mm的宽度并且是从商用的METGLAS
Figure GPA00001277464700062
2714A带材切割得到的，METGLAS
Figure GPA00001277464700063
2714A带材具有约为0.6T的饱和磁感应强度及接近于零的磁致伸缩。当这种带材的长度远长于75mm时，该带材显示出正方形或矩形的BH回线(BH loop)。由于退磁效应(该退磁效应依赖于条带的长宽比)，图1中所示的具有不同长度的这两个条带的BH特性是不同的，其中较短的条带比较长的条带显示出更为平缓的BH回线或BH特性。本发明实施例的非晶金属条带的BH特性差异会导致在高次谐波产生过程中的相应差异。通过实例3(见下文)中描述的方法来表征本发明实施例的非晶磁性合金条带的谐波响应。通常，具有正方形或矩形BH特性的磁性薄条带会产生使该条带受到磁激励的基本频率的高次谐波。从该磁性条带发出的磁场的振幅和高次谐波频谱取决于BH特性的非线性程度。给定磁性条带的非线性程度取决于该条带的长宽比。表I中针对具有不同铁磁居里温度θf的不同非晶磁性合金给出了该关系的示例。表I中的合金AM1至合金AM4是基于非晶磁性Fe-M-B-Si-C，其中Fe含量在61至81原子百分比的范围内，该Fe含量的多达50％可被Ni取代，M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W并且在0至15原子百分比的范围内，B含量在2至25原子百分比的范围内，且Si含量在0至10原子百分比的范围内，并且C含量在0至18原子百分比的范围内。表III中给出了具有类似功能的非晶合金的更多实例。
表I：
磁性非晶金属条带的谐波的产生
(数据是通过实例3中所述的方法获取的，基本激励频率为2.4kHz)
Figure GPA00001277464700071
如表I所示，谐波信号与条带长度l不成线性比例关系。这主要是由上述的退磁效应而造成的，而磁容量差异(magnetic volume difference)在对谐波信号的产生起作用的因素的排序中居次要地位。为证明这一点，将由METGLAS2714A制成的两个40mm长的非晶金属磁性条带(各自产生如表I所示约22mV的25次谐波信号)并行放置，以将磁容量保持为接近或略微大于75mm长的条带的磁容量，并测量谐波信号。由这两个40mm长的条带产生的25次谐波信号为31mV，其与从单个40mm长的条带所获得的28mV具有大致相同的电平，但远远小于从单个75mm长的条带所获得的520mV，这表明：并行放置的与一个较长条带具有相同磁容量的两个较短条带并不产生与该较长条带的谐波信号在电平上相同的谐波信号。下文中阐述的本发明实施例便利用了这种显著的差异。
如图2A中所示，图2A中所示本发明实施例的两个长40mm的非晶金属磁性条带20(由表I的METGLAS
Figure GPA00001277464700082
2705M带材或METGLAS2714A带材制备而得)连接至另一个非晶金属磁性条带21(例如表I中列出的AM1至AM4)，条带21具有比上述40mm长的条带的居里温度更低的居里温度。通过使用实例3中的方法来测量由该温度传感器结构和本发明实施例产生的高次谐波信号。表II归纳了从上述3条带式温度传感器每一者中产生的25次谐波信号。
表II：
本发明实施例的3条带式温度传感器在室温下产生的谐波信号，这些3条带式温度传感器具有由表I中所列出的不同合金制成的图2A所示40mm长的中央连接条带材料21
Figure GPA00001277464700084
通过实例3中所述的方法来测量谐波信号的温度依赖关系，并且结果显示于图3及图4中。在图3中，图2A所示的两个主要谐波产生用条带20是基于θf＝230℃的METGLAS
Figure GPA00001277464700091
2714A带材；在图4中，图2A所示的谐波产生用条带20是基于θf＝350℃的METGLAS
Figure GPA00001277464700092
2705M带材。图3和图4的纵坐标均以百分比变化来表示，以便可在本发明实施例的不同温度传感器之间进行直接比较。如图3和图4中所绘出的那样，本发明实施例的温度传感器在所选的温度敏感型非晶金属条带的居里温度处在谐波信号产生过程中呈现出巨大变化。因此，将其中能安置本发明实施例温度传感器的环境的温度确定为与图2A所示传感器结构2A中的温度敏感型条带元件21的居里温度相同或接近。
图2B中也显示了另一个类似的实例，其中将选自表I所列出的METGLAS2714A带材或METGLAS
Figure GPA00001277464700094
2705M带材中的任一种带材的非晶磁性金属条带22连接至另一个非晶磁性金属条带23，该条带23是从表I所列出的AM1合金带材至AM4合金带材中的任一种合金带材切割得到的并且具有比条带22的居里温度更低的居里温度。由该温度传感器结构和本发明实施例产生的高次谐波信号也通过使用实例3中的方法进行测量。图5中显示了来自两个传感器的谐波信号的温度依赖关系的示例，每一个传感器均具有一个40mm长的温度敏感型条带23(但这两个传感器具有不同的居里温度)以及另一个40mm长的谐波产生用条带22。每一个条带的宽度约为2mm。对于图5中所示的两种情况，在由曲线50显示的第一种情况下，谐波信号产生用条带22是从表I中的METGLAS2714A带材切割得到的，并且温度感测条带23是从表I中的AM1合金带材切割得到的；而在由曲线51显示的第二种情况下，谐波信号产生用条带22是从表I中的METGLAS
Figure GPA00001277464700096
2714A带材切割得到的，并且温度感测条带23是从表I中的AM3合金带材切割得到的。应注意，如图5中所清楚显示的那样，在这两种情况下，在与图2B中所示元件23相对应的温度敏感型条带元件的居里温度(对于AM1，θf＝93℃；对于AM3，θf＝222℃)下，均观察到谐波信号的大幅度减小。因此，将其中能安置本发明实施例温度传感器的环境的温度确定为与被选择作为图2B所示传感器结构2B中的条带元件23的特定温度敏感型条带的居里温度相同或接近。
是出于举例的目的而不失一般性，选择了在图1至图5以及表I和表II所描述的温度传感器中所采用的温度敏感型非晶磁性金属条带的居里温度(在90℃至220℃范围内)。由于非晶磁性合金的居里温度可通过改变合金化学性质而连续变化，因而在本发明实施例的温度传感器中可采用对居里温度的任意选择，并且因而可以对将被检测的预定温度进行任意选择。唯一的要求是：温度敏感型条带元件的居里温度应低于主要谐波信号产生用条带元件的居里温度。表III中列出了用于本发明实施例的温度敏感型条带元件的非晶磁性合金示例及它们的居里温度。因此，通常用于本发明实施例的温度敏感型条带元件的非晶磁性合金具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18并且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W。表I中的合金AM1、合金AM2、合金AM3及合金AM4分别与表III中的合金21、合金20、合金12和合金13相对应。
表III：
用于本发明实施例的温度敏感型条带元件的非晶磁性合金
  合金   组合物   居里温度θf(℃)
  1   Fe77Cr2B17Si4   344
  2   Fe80Cr1B17Si2   341
  3   Fe76Mo3B17Si4   318
  4   Fe76Cr3B17Si4   313
  5   Fe79Cr2B17Si2   309
  6   Fe79Mo2B17Si2   300
  7   Fe78Cr3B17Si2   283
  8   Fe75Ti5B20   273
  9   Fe78Mo3B17Si2   256
  10   Fe40Ni34Mo6B20   241
  11   Fe75W5B20   224
  12   Fe67Mo7B20Si6   222
  13   Fe71Mo6B20Si3   213
  14   Fe74Mo6C18B2   212
  15   Fe75Nb5B20   209
  16   Fe74Mo6B20   183
  17   Fe72Mo8C18B2   143
  18   Fe70Mo10C18B2   123
  19   Fe72Mo8B20   122
  20   Fe66.5Cr13B18Si2.5   99
  21   Fe62Cr14B18Si6   93
  22   Fe68Mo12C18B2   62
对于本发明实施例的谐波信号产生用条带，如表I中所示，例如METGLAS
Figure GPA00001277464700111
2705M材料和METGLAS2714A材料等商用的非晶的磁致伸缩接近于零的合金带材是适合的。另外，如图1中所举例说明的那样，其正方形或矩形BH磁滞特性具有低矫顽力的任何非晶磁性合金带材均适合用作本发明温度传感器的谐波信号产生用元件。满足这些要求的非晶合金具有远超过2000的磁导率，2000是当有效地产生高次谐波时所需的磁导率大小。表IV中列出了此类非晶合金的示例。例如，在表IV中所列出的所有合金中，Fe80B10Si10合金在按常规方法测量时呈现出最低的磁导率，但对于在1kHz频率处的0.01T激发，它的磁导率约为7000。因此，适用于本发明实施例的谐波产生用条带元件的非晶磁性合金具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn。对本发明实施例的谐波信号产生用条带元件的另一要求是：该谐波信号产生用条带元件的居里温度应高于所选的温度敏感型条带元件的居里温度。
表IV
本发明实施例的谐波产生用传感器条带的示例
  合金   居里温度θf(℃)
  Fe80B10Si10   395
  Fe78Ni12Mo2B16Si2   379
  Fe75Ni4Mo3B16Si2   295
  Co70.5Fe4.5B15Si10   422
  Co68.2Fe3.8Mn1B12Si15   266
  Co67.8Fe4.2Mo1B12Si15   227
  Co36Ni35Fe8Mo1B18Si2   329
  Co36Ni35Fe8Mo1B10Si10   305
  Ni35Co35Fe10B18Si2   285
  Ni40Co30Fe9Mo1B18Si2   280
  Ni40Co30Fe10B14.5Si2C3.5   269
  Ni40Co30Fe9Mo1B14Si6   240
  Ni38Co30Fe10Mo2B14Si6   215
  Ni38Co30Fe10Mo2B15Si2C3   205
  Ni40Co30Fe9Mo1B6Si14   200
  Ni38Co30Fe10Mo2B10Si10   195
  Ni40Co30Fe8Mo2B18Si2   168
  Ni38Co30Fe10Mo2B6Si14   155
表IV中所列出的非晶合金的居里温度在155℃至422℃的范围内变化，这允许将具有较低θf的合金用作本发明实施例的温度敏感型条带元件并且允许将具有较高θf的合金用作本发明实施例的谐波产生用条带元件。
通过实例4中所述的方法在室温下来测量谐波信号的压力依赖关系，该谐波信号来自于具有图2A所示传感器结构2A形式的3条带式温度传感器，并且测量结果显示于图6中。对于图6中的两种情况，在由曲线60显示的第一种情况中，谐波信号产生用条带20是从表I中的METGLAS2714A带材切割得到的，并且温度感测条带21是从表I中的AM1合金带材切割得到的；在由曲线61显示的第二种情况中，谐波信号产生用条带20是从表I中的METGLAS2714A带材切割得到的，并且温度感测条带21是从表I中的AM2合金带材切割得到的。结果表明，谐波信号与其中能安置本发明实施例的轮胎温度传感器的环境的压力无关。
使用实例5中所述方法在与充气轮胎的压力对应的预定压力下来测量谐波信号的温度依赖关系，并且测量结果显示于图7中。对于图7中的三种情况，谐波信号来自于具有图2A中所示传感器结构2A形式的3条带式温度传感器，其中谐波信号产生用条带20是从表I中的METGLAS
Figure GPA00001277464700133
2714A带材切割得到的，并且温度感测条带21是从表I中的AM1合金带材切割得到的。在图7中，在30磅/平方英寸(psi)下的谐波信号由曲线70显示，在40psi下的谐波信号由曲线71显示，并且在50psi下的谐波信号由曲线72显示。应注意，在与图2A所示条带元件21相对应的温度敏感型条带元件的居里温度(对于AM1，θf＝93℃)附近，观察到谐波信号的大幅度减小。因此，与充气轮胎的压力无关地，将充气轮胎的温度确定为与被选择作为具有图2A所示传感器结构2A形式的这个元件的特定温度敏感型条带的居里温度相同或接近。
参照图8，具有图2A所示传感器结构2A形式的温度传感器81可安置在车轮80上。由激励线圈82提供磁场，并且由检测线圈监控从温度传感器81产生的谐波信号。实例6中进行了详细说明。当转动车轮时，图8中所示的检测线圈82对信号进行检测。图9绘制了当车轮转速为60rpm时所检测到的信号。该结果表明，当该温度传感器经过激励线圈和检测线圈时，可有效地检测到谐波信号。当感测元件温度升高时，线圈82中所检测到的谐波信号按照图5和图7中所示曲线随环境温度而变化。
当图2A或图2B中所示温度敏感型元件21或温度敏感型元件23因元件温度升高到超过居里温度而变得不具有铁磁性时，激励/检测线圈82中将不再检测到谐波信号。将所检测信号的这种改变作为报警信号或作为用于进一步机器操作的触发信号发送给例如汽车等旋转机器的操作员。图10就显示了这样的一个示例，该图中，如图所示将本发明实施例的温度传感器81附设于汽车轮胎80内部。可将一对激励线圈和检测线圈82安置在轮胎80外侧，面向温度传感器81。在图10中，物件B为固持着轮胎80的轮胎轮辋。当与图11所示的取自美国专利第4,052,696号图1的现有技术结构进行比较时，使用本发明实施例的温度传感器的此种轮胎温度感测结构的优点是很清楚的。在图11中，具有铜绕组的温度感测元件26附设到轮胎轮辋20上并且通过由26a、26b和24表示的导线与一组感应器18相连，感应器18与位于该感应元件18附近的信号监控电路进行感应耦合。温度感测元件26设有一个具有居里磁性转变温度的铁素体芯。当该铁素体芯的温度达到其居里温度时，上述温度感测电路的电感改变，该改变被发送给信号监控电路。由于铁素体的磁导率较低，如S.Chikazumi在“Physics of Magnetism(磁性物理学)”(John Wiley& Sons，纽约，1964年)的第498页的表22.2中所给出的那样，商用铁素体的磁导率在80至约2000之间，因而在铁素体的居里温度处电感变化不可能很大。另外，商用铁素体的居里温度仅限于几个温度。举例而言，如Chikazumi的书的表22.2中所给出，Mn-Zn铁素体、Cu-Zn铁素体、Ni-Zn铁素体、Mg-Zn铁素体和Mg-Mn铁素体的θf(℃)分别等于110、90、130、120和130。另一方面，本发明实施例中所使用的非晶合金具有远超过2000的磁导率，并且它们的居里温度可通过改变这些合金的化学性质而连续地变化。因此，可在任何所期望的温度处来选择本发明实施例的温度感测元件的预定温度，并且在该预定温度处的磁特性的改变远远高于铁素体材料产生的改变。在图8所示的检测线圈82中所检测到的并显示于图9中的信号反映出了上述后一种性质的优点。
实例1
样品制备
通过美国专利第4,142,571号中所披露的金属铸造方法来制备本发明实施例中所使用的非晶磁性合金。铸件材料呈带材的形式，其厚度约为20μm，且宽度在约25mm至213mm的范围内。
然后将铸件带材切分成宽度在约0.5mm至10mm范围内的较窄带材。如果需要的话，对切分后的带材进行热处理，以改变其磁特性。将因此制备得到的带材切割成各种长度的段。
实例2
利用商用的dc(直流)BH回线测量设备来测量随所施加的磁场H而变化的磁感应强度B。图1中所示结果即是通过使用这种设备而获得的。
实例3
将实例1的温度传感器条带元件安置在预定基本频率下的激励AC(交流)磁场中，并且通过容纳该条带元件的线圈来检测该温度传感器条带元件的高次谐波响应。激励线圈和信号检测线圈均绕制在直径约为50mm的绕线筒上。激励线圈的匝数和信号检测线圈的匝数分别为大约180和大约250。在50mm直径的绕线筒的内部，插入有非磁性管，在该管中安置着可改变条带样品温度的样品加热元件。通过将热电偶直接附设在条带元件的一端上来确定该条带元件的温度。将基本激励交流磁场选择为在2.4kHz频率处，并且该磁场在激励线圈处的电压约为80mV。通过商用的数字伏特计来测量来自于信号检测线圈的25次谐波电压。
实例4
将实例1的温度传感器条带元件安置在预定基本频率处的激励交流磁场中，并且通过包含该条带元件的线圈来检测其高次谐波响应。所述激励线圈和所述信号检测线圈绕制在直径为约50mm的非磁性管上。所述激励线圈的匝数和所述信号检测线圈的匝数分别为大约180和大约250。改变并通过压力计来确定该管的内部压力。将基本激励交流磁场选择为在2.4kHz频率处，并且该磁场在激励线圈处的电压约为80mV。通过商用的数字伏特计来测量来自于信号检测线圈的25次谐波电压。
实例5
在预定基本频率下的激励交流磁场中，通过包含所述条带元件的线圈来检测其高次谐波响应。所述激励线圈和所述信号检测线圈缠绕在直径约50mm的绕线筒上。所述激励线圈和所述信号检测线圈的匝数分别约为180及250。在所述50mm直径的绕线筒内部，插入一个非磁性管，在该管中安置样品加热元件，通过该样品加热元件来改变所述条带样品的温度。改变并通过压力计来确定该管的内部压力。将所述基本激励交流磁场选择为在2.4kHz频率处，并且该磁场在激励线圈处的电压约为80mV。通过商用的数字伏特计来测量来自于信号检测线圈的25次谐波电压。
实例6
将实例1的温度传感器条带元件安置在车轮上，并且将图8所示的激励线圈和检测线圈设置在距所述温度传感器条带20mm的距离处。所述激励线圈的匝数和信号检测线圈的匝数分别为40和320。该激励线圈为15cm×15cm，并且该检测线圈的直径为10cm。将所述基本激励磁场选择为在2.4kHz频率处，并且该磁场的电压约为500mV。通过商用的示波器来测量来自于信号检测线圈的13次谐波电压。通过常规的变速电动机来使车轮旋转。
图12阐述了本发明实施例的方法1200的操作。在本发明的一个实施例中，提供了一种利用远程温度感测装置的方法1200，该远程温度感测装置具有能安置在旋转物件上的温度传感器，所述方法包括：在步骤1202处，以磁性方式连接多个矩形非晶磁性合金条带从而形成所述温度传感器，其中所述多个条带中的至少一个条带具有预定铁磁居里温度，且所述多个条带中的其他条带具有超过2000的磁导率；并且在步骤1204处，将该温度传感器安装到所述旋转物件上。
在本发明的一个实施例中，所述方法进一步包括将具有所述预定铁磁居里温度的所述非晶磁性合金条带制备成具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W。
在本发明的另一实施例中，所述方法进一步包括将至少一个非晶磁性合金条带制备成具有超过2000的磁导率并且具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在本发明的一实施例中，所述方法进一步包括制备如下的非晶磁性合金条带，其中：具有所述预定铁磁居里温度的一个非晶磁性合金条带，它具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；并且具有超过2000的磁导率的所述其他非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在本发明的另一实施例中，所述方法进一步包括为所述感测装置的所述其他条带制备至少两个非晶磁性合金条带，其中至少一个条带具有超过2000的磁导率，并且两种非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的两种不同组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在本发明的一个实施例中，所述方法进一步包括制备如下的两种非晶磁性合金条带，其中：具有所述预定铁磁居里温度的一个非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；并且具有超过2000的磁导率的所述其他条带是这样的非晶磁性合金条带：这些非晶磁性合金条带包含本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的相同化学组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在本发明的另一实施例中，所述方法进一步包括：将所述至少一个非晶磁性合金条带制备成具有超过2000的磁导率并具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比；并且制备多个具有不同化学组合物的非晶磁性合金条带，这些不同化学组合物是：本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的化学组合物，这里61＜a＜81，0＜b＜15，2≤c＜25，0＜d＜10，0＜e≤18且a+b+c+d+e＝100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50％可被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；以及本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的化学组合物，这里3＜a＜80，0＜b＜41，0＜c＜72，0＜e＜4，1＜f＜20，0＜g＜16，0＜h＜4且a+b+c+e+f+g+h＝100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：借助于磁场来询问所述温度传感器，并对所述温度传感器的响应信号进行电磁检测。
询问所述温度传感器的步骤可包括：使用所述远程感测装置的至少一个线圈来发出询问用磁场，并使用所述远程感测装置的至少另一个线圈来检测所述温度传感器的磁响应。
在一个实施例中，将所述温度传感器安装到所述旋转物件上的步骤包括：将所述温度传感器安装到汽车轮胎上。
尽管上文图示并说明了本发明的一些实施例和实例，然而本领域技术人员应当理解的是：在本发明权利要求及其等同物所界定的范围内，可在不背离本发明的原理和精神的情况下对上述这些实施例进行各种修改。

Claims (20)

1.一种远程温度感测装置，其具有能安置在旋转物件上的温度传感器，
所述远程温度感测装置中所包括的所述温度传感器是多个矩形非晶磁性合金条带，所述磁性合金条带是磁连接的并且当在基本频率下受到磁激励时产生所述基本频率的高次谐波，其中所述多个条带中的至少一个条带具有预定铁磁居里温度，且所述多个条带中的其他条带具有超过2000的磁导率和高于所述预定铁磁居里温度的铁磁居里温度。
2.如权利要求1所述的远程温度感测装置，其中，具有所述预定铁磁居里温度的所述非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61<a<81，0<b<15，2≤c<25，0<d<10，0<e≤18且a+b+c+d+e=100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50%能被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W。
3.如权利要求1所述的远程温度感测装置，其中，具有超过2000的磁导率的所述其他非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
4.如权利要求1所述的远程温度感测装置，其中，
所述远程温度感测装置包括具有所述预定铁磁居里温度的一个非晶磁性合金条带，该非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61<a<81，0<b<15，2≤c<25，0<d<10，0<e≤18且a+b+c+d+e=100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50%能被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；并且
具有超过2000的磁导率的所述其他非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
5.如权利要求1所述的远程温度感测装置，其中，
所述远程温度感测装置中的所述其他条带包括两个具有超过2000的磁导率的非晶磁性合金条带，该两个非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的两种不同组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
6.如权利要求1所述的远程温度感测装置，其中，
所述远程温度感测装置包括具有所述预定铁磁居里温度的一个非晶磁性合金条带，该非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61<a<81，0<b<15，2≤c<25，0<d<10，0<e≤18且a+b+c+d+e=100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50%能被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；并且
具有超过2000的磁导率的所述其他条带包括两个非晶磁性合金条带，该两个非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的相同化学组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
7.如权利要求1所述的远程温度感测装置，其中，
所述远程温度感测装置中所包括的所述其它条带具有超过2000的磁导率且具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比；并且
所述远程温度感测装置包括多个具有不同化学组合物的非晶磁性合金条带，这些不同化学组合物是：本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的化学组合物，这里61<a<81，0<b<15，2≤c<25，0<d<10，0<e≤18且a+b+c+d+e=100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50%能被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；以及本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的化学组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
8.如权利要求1所述的远程温度感测装置，其中，借助于磁场来询问所述温度传感器，并对所述温度传感器的响应信号进行电磁检测。
9.如权利要求8所述的远程温度感测装置，其中，所述远程温度感测装置包括至少一个用于发出询问用磁场的线圈和至少一个对所述温度传感器的磁响应进行检测的线圈。
10.如权利要求1所述的远程温度感测装置，其中，所述旋转物件是车辆轮胎。
11.一种利用远程温度感测装置的远程温度感测方法，所述远程温度感测装置具有能安置在旋转物件上的温度传感器，所述远程温度感测方法包括如下步骤：
将多个矩形非晶磁性合金条带进行磁连接从而形成所述温度传感器，所述磁性合金条带当在基本频率下受到磁激励时产生所述基本频率的高次谐波，其中所述多个条带中的至少一个条带具有预定铁磁居里温度，且所述多个条带中的其他条带具有超过2000的磁导率和高于所述预定铁磁居里温度的铁磁居里温度；并且
将所述温度传感器安装到所述旋转物件上。
12.如权利要求11所述的远程温度感测方法，进一步包括将具有所述预定铁磁居里温度的所述非晶磁性合金条带制备成具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61<a<81，0<b<15，2≤c<25，0<d<10，0<e≤18且a+b+c+d+e=100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50%能被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W。
13.如权利要求11所述的远程温度感测方法，进一步包括将至少一个非晶磁性合金条带制备成具有超过2000的磁导率且具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
14.如权利要求11所述的远程温度感测方法，进一步包括制备如下的非晶磁性合金条带，其中：
具有所述预定铁磁居里温度的一个非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61<a<81，0<b<15，2≤c<25，0<d<10，0<e≤18且a+b+c+d+e=100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50%能被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；并且
具有超过2000的磁导率的所述其他非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
15.如权利要求11所述的远程温度感测方法，进一步包括：
制备所述远程温度感测装置的具有所述预定铁磁居里温度的所述至少一个条带并且通过制备至少两个非晶磁性合金条带来制备所述远程温度感测装置的所述其他条带，
其中，所述至少一个条带具有超过2000的磁导率，并且所述至少一个条带与所述其他条带都具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的两种不同组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
16.如权利要求11所述的远程温度感测方法，进一步包括制备如下的两种非晶磁性合金条带，其中：
具有所述预定铁磁居里温度的一个非晶磁性合金条带具有本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的组合物，这里61<a<81，0<b<15，2≤c<25，0<d<10，0<e≤18且a+b+c+d+e=100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50%能被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；并且
具有超过2000的磁导率的所述其他条带是这样的非晶磁性合金条带：这些非晶磁性合金条带包含本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的相同化学组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
17.如权利要求11所述的远程温度感测方法，进一步包括：
将所述其它条带制备成具有超过2000的磁导率并具有本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比；并且
制备多个具有不同化学组合物的非晶磁性合金条带，这些不同化学组合物是：本质上由化学式FeaMbBcSidCe界定的化学组合物，这里61<a<81，0<b<15，2≤c<25，0<d<10，0<e≤18且a+b+c+d+e=100，各数值均为原子百分比，附带条件为Fe含量的多达50%能被Ni取代，且M选自Cr、Mo、Nb、Ti及W；以及本质上由化学式FeaNibCocMeBfSigCh界定的化学组合物，这里3<a<80，0<b<41，0<c<72，0<e<4，1<f<20，0<g<16，0<h<4且a+b+c+e+f+g+h=100，M选自Cr、Mo及Mn，各数值均为原子百分比。
18.如权利要求11所述的远程温度感测方法，还包括：借助于磁场来询问所述温度传感器，并对所述温度传感器的响应信号进行电磁检测。
19.如权利要求18所述的远程温度感测方法，其中，询问所述温度传感器的步骤包括：使用至少一个线圈来发出询问用磁场，并使用至少一个线圈来检测所述温度传感器的磁响应。
20.如权利要求11所述的远程温度感测方法，其中，将所述温度传感器安装到所述旋转物件上的步骤包括：将所述温度传感器安装到汽车轮胎上。
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