CN102654510A - 一种汽车防撞系统用车速传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车防撞系统用车速传感器，包括外壳、一个传感头、两块PCB板、若干连接导线和指示灯，所述传感头、两块PCB板和指示灯之间通过导线电路连接；所述外壳包括本体、尾座和顶盖，外壳的材料为耐高温性能高于150℃的材料；所述两块PCB板，其中一块PCB板排布感应模块电路，另一块PCB板排布走线电路；传感头、PCB板、连接导线和指示灯放置在外壳相应位置后，通过胶材一次灌封固化。本发明提供的汽车防撞系统用车速传感器，基于现有的接近式传感器，在材料和工艺方面都做了改善，满足车速传感器的性能要求，并且其成本不足进口产品1/2，产品周期不足进口产品的1/3。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种汽车防撞系统用车速传感器。
背景技术
随着经济技术的发展，公路交通拥挤和交通事故已成为世界范围内的一个严重问题。为了保证运输畅通和交通安全，减少事故的发生，近年来，一些发达国家都大力着手研究“智能公路系统（即ITS计划）”，在该系统中，用毫米波雷达进行车辆测距测速、防撞预警的研究与应用，已受到很多国家的广泛重视。
在智能公路系统中，用于检测行车速度的传感器，即车速传感器。如图1所示，车速传感器的电气部分主要由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路，振荡器产生一个交变磁场，当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振；振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的，这种传感器的检测对象必须是金属物体。
车速传感器必须具有防水、防震、耐高温和以齿轮为感应物的特点，目前性能优选的车速传感器多为进口或者合资公司的产品，价格十分昂贵；若进行批量化生产和配件更换，成本高、周期长。
一般来说车速传感器是一种接近式传感器，在现有的接近式传感器的基础上加以改进，使其满足防水、防震、耐高温的要求，是一种成本低廉的车速传感器获得方法。现有的接近式传感器在物理结构上主要包括外壳、一个传感头、一块PCB板、若干连接导线和指示灯，PCB板同时排布感应模块电路和走线电路，传感头、PCB板、导线和指示灯放置在外壳相应位置上后，通过704胶等硅胶和环氧树脂胶进行多次灌封固化以固定；这种结构的传感器若用作车速传感器的话主要存在以下问题：
（1）外壳包括主体、尾座和顶盖三部分，一般主体采用铜镀镍材质，耐高温是没有问题，但尾座和顶盖为塑料结构，只能工作在110℃以下，否者会严重变形，无法实现其功能；而车速传感器安装在汽车排气管口附近，温度较高，实际测量车速传感器温度高达120℃；
（2）用于灌封的硅胶材料在高温下会膨胀、变形，致使尾座和顶盖脱落；
（3）电路连接使用的普通焊锡材料在150℃以上高温时会变软，进而导致焊接部分虚焊，使产品失效或者间歇性失效；
（4）由于采用硅胶进行多次灌封，并且硅胶的分子颗粒较大，因而制品整体的防水、防震效果差；
（5）感应模块中，磁罐和线圈组件对温度十分敏感，直接采用现有的磁罐和线圈组件难以适应车速传感器的温度要求。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于接近式传感器的汽车防撞系统用车速传感器，其生产成本低、周期短。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种汽车防撞系统用车速传感器，包括外壳、一个传感头、两块PCB板、若干连接导线和指示灯，所述传感头、两块PCB板和指示灯之间通过导线电路连接；所述外壳包括本体、尾座和顶盖，外壳的材料为耐高温性能高于150℃的材料；所述两块PCB板，其中一块PCB板排布感应模块电路，另一块PCB板排布走线电路；传感头、PCB板、连接导线和指示灯放置在外壳相应位置后，通过胶材一次灌封固化。
上述结构的传感器，对外壳的材料选用做了限定，由于塑料材质的外壳在高于110℃时开始出现变形和脱落，高于130℃时出现融化，无法实现外壳功能；虽然材料成本有所提升，但保证了这个传感器的质量。并且PCB板由原先的一块分开为两块，解决了高温下，焊接件容易脱落情况，尤其是磁罐的焊接脱落的情况。同时，该传感器结构改变了原来的多次灌封固化方式而变更为一次灌封固化，提高了其抗震、防水的效果。
优选的外壳材料为：本体为镀镍或镀锌铜材，尾座和顶盖为聚四氟乙烯材料；实际测量，在180℃时，外壳无明显变形，在150℃时，传感器的结构均符合设计要求，无变形和脱落现象发生。
优选的，该传感器中的电路连接通过回流焊连接或手焊连接，其中手焊连接的焊料为含银量在4%以上的高温焊锡丝；一般贴片器件采用回流焊连接，经测试，在150℃时，焊点完好，在180℃时，有轻微软化，但不影响传感器性能；手焊连接的器件包括导线、指示灯、感应头与PCB板之间的连接，两块PCB板之间的连接等，采用含银量为4%的高温焊锡丝进行焊接，实际测量，在180℃时，焊点完好。
由于感应模块中，磁罐和线圈组件对温度十分敏感，优选采用180℃以上高温磁罐和155℃~180℃漆包线，其中漆包线为线圈组件中的重要部分；试验证明，采用优选的磁罐和漆包线结构传感器在高温时的灵敏度十分良好。
优选的，所述胶材优选采用小颗粒高温固化的材料，比如双组分树脂胶，其粒径小于硅胶粒径的胶材，其在受热后不会像硅胶一样膨胀、变形，以保证高温下，整个传感器的内部不会产生膨胀率不一致导致的变形、脱落问题；并且其防水效果十分明显，经浸水试验，灌封后的传感器功能完全符合要求；同时防震功能能够完全到达要求。
优选的，该传感器在一次灌封后采用温度分层固化方式进行固化，具体过程如下：110℃温度下固化2小时→120℃温度下固化2小时→130℃温度下固化2小时→140℃温度下固化2小时→150℃温度下固化2小时。实际比较，采用温度分层固化的传感器比不采用温度分层固化的传感器，其耐高温、防水和抗震能力都得到了明显改善。
优选的，该传感器在120℃和150℃下进行灵敏度测试，若灵敏度合格，则传感器耐高温性合格。传统的灵敏度测试方法包括两种：一种是常温静态测试，用专用的测试盒进行高、低电平测试和负载能力测试；一种是利用电机转动进行波形测试。这两种测试方式都无法在高温下进行测试，即使将产品放入高温一定时间后，利用上述两种方法测试后，在客户使用过程中，仍然有部分传感器在高温时出现丢步的现象。经反复试验，最终选择在120℃和150℃下测试传感器的灵敏度，当灵敏度在规定的范围内时，就能够满足高温下不丢步的情况，如果不满足，就更换掉传感器的感应部分，这样，就解决了客户在高温环境下使用的丢步问题。
有益效果：本发明提供的汽车防撞系统用车速传感器，基于现有的接近式传感器，在材料和工艺方面都做了改善，满足车速传感器的性能要求，并且其成本不足进口产品1/2，产品周期不足进口产品的1/3。
附图说明
图1为车速传感器的结构示意图；
图2为LJK-D4N接近式传感器的电路原理图；
图3为本发明的改进方案。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明作更进一步的说明。
为校车设计一个高安全性和可靠性的车速传感器，要求：
1、传感器的工作电压在10V~15V之间，最高24V；
2、车速传感器外壳主体采用Φ18mm的镀镍或镀锌铜材；
3、车速传感器工作在露天，安装在汽车底部，在雨天行驶时会溅水；
4、车速传感器安装部位离汽车的排气管很近，经现场测试，达120℃。
基于上述要求，以LJK-D4N接近式传感器为基础进行改造，该传感器为常温下工作传感器，无法承担高温工作，且防水、抗震效果欠佳，相关材料及性能如下：
1、外壳主体为Φ18mm的镀镍铜材，符合要求；
2、尾座和顶盖为塑料材质，只能工作于110℃以下；
3、采用704硅胶进行多次灌封固化，受热易膨胀、变形，导致尾座和顶盖脱落；
4、150℃高温试验，手焊连接的焊锡变软，产生虚焊，致使产品失效或间歇性失效；
5、一块PCB板同时排布感应模块电路和走线电路，150℃高温试验，磁罐易脱落。
6、电路原理图如图2所示：高频振荡部分由C1、L1、L2、R11、V1、V2组成，也就是感应部分；由V3、C2、R2、R3、R4等组成一级放大电路；由V4、R6、R8、R9等组成二级放大电路；D3组成极性保护；D2组成浪涌保护；R10和D1组成指示灯回路；磁罐、线圈组件与高频振荡部分共同形成感应模块电路。
基于上述LJK-D4N接近式传感器做的改进如图1所示，具体如下：
1、更换传感器的最后一级驱动管，使用温度系数更好的三极管；
2、手焊连接的焊料选用含银量为4%的高温焊锡丝；
3、采用180℃高温磁罐；
4、采用155℃漆包线；
5、采用两块PCB板，一块用于排布感应模块电路，另一块用于排布走线电路；
6、更换尾座和顶盖的材料为耐200℃高温的聚四氟乙烯材料；
7、灌封材料变更为双组分树脂胶；
8、采用一次灌封温度分层固化方式：110℃温度下固化2小时→120℃温度下固化2小时→130℃温度下固化2小时→140℃温度下固化2小时→150℃温度下固化2小时；
9、在120℃或150℃下进行灵敏度测试：当灵敏度在规定的范围内，则能够满足高温下不丢步的情况；如果灵敏度在规定的范围外，则更换掉传感器的感应部分，解决在高温环境下使用的丢步问题。
改造完成后，传感器的技术参数如表1。
由上表可以看出，通过更换部分材料和改进工艺，使得原先的的120℃高温电感传感器，能够可靠工作在150℃状态下；通过更换灌封材料和改进灌封工艺，使得传感器在防水和抗震两个方面取得突破，特别是在超过120℃高温后的防水能力方面尤其突出；创新了测试方法，利用在高温120℃和150℃下测试传感器的灵敏度变化，实现了传统测试无法实现的在高温下传感器测试出现丢步现象的方法；通过上述改进获得的传感器品质比进口产品更可靠，成本不及进口产品的一半，交货期缩短至三分之一。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：该传感器包括外壳、一个传感头、两块PCB板、若干连接导线和指示灯，所述传感头、两块PCB板和指示灯之间通过导线电路连接；所述外壳包括本体、尾座和顶盖，外壳的材料为耐高温性能高于150℃的材料；所述两块PCB板，其中一块PCB板排布感应模块电路，另一块PCB板排布走线电路；传感头、PCB板、连接导线和指示灯放置在外壳相应位置后，通过胶材一次灌封固化。
2.根据权利要求1所述的汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：所述本体为镀镍或镀锌铜材，尾座和顶盖为聚四氟乙烯材料。
3.根据权利要求1所述的汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：该传感器中的电路连接通过回流焊连接或手焊连接，其中手焊连接的焊料为含银量在4%以上的高温焊锡丝。
4.根据权利要求1所述的汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：所述感应模块电路包括磁罐，所述磁罐为180℃以上高温磁罐。
5.根据权利要求1所述的汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：所述感应模块电路包括缠绕有漆包线的线圈组件，所述漆包线为155℃~180℃漆包线。
6.根据权利要求1所述的汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：所述胶材为双组分树脂胶。
7.根据权利要求1所述的汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：该传感器在一次灌封后采用温度分层固化方式进行固化。
8.根据权利要求7所述的汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：所述温度分层固化具体过程如下：110℃温度下固化2小时→120℃温度下固化2小时→130℃温度下固化2小时→140℃温度下固化2小时→150℃温度下固化2小时。
9.根据权利要求1所述的汽车防撞系统用车速传感器，其特征在于：该传感器在120℃和150℃下进行灵敏度测试，若灵敏度合格，则传感器耐高温性合格。
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