CN104960393A - 胎压检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种胎压检测装置，属于压力技术监测领域，装置包括控制器、天线和多个胎压传感器，胎压传感器通过绑带均匀对称地捆绑在轮辋的内表面，胎压传感器测量到待采集数据后传递信号到天线，天线无线连接控制器，通过在轮辋上设置多个胎压传感器，实时监测轮胎各点所受压力，并对胎压传感器进行改进，提高压力测量精度，解决了现有技术中胎压传感器测量精度低，压力中切向力对法向力的影响，具有压力测量时三维力测量之间相互不影响，提高测量精度，对轮胎的各点进行同时测量，及时发现胎压隐患。

Description

胎压检测装置

技术领域

本发明属于压力技术监测领域，涉及胎压传感器监测方向，具体涉及一种胎压检测装置。

背景技术

胎压监测系统通过监视轮胎内压力的变化，通过预警来预防爆胎事故的发生，以保护车辆行驶的稳定和驾乘人员的安全。胎压监测传感器则是整个系统中的核心部件，其工作性能直接决定了监测系统的准确性和可靠性。按照配置情况，可将胎压传感器分为有源式和无源式两种。有源式传感器需要附带电池供电，以满足传感器工作的能量需要；无源式传感器则依赖外部能量耦合进行工作。

目前，市场上商用的胎压传感器都为有源式，即将压力传感器、电源、微型处理器、及无线通讯模块集成封装起来，安装于轮辋内或轮胎气嘴上。由于其在外部附加的安装方式，在轮胎维修、调换过程中容易造成气嘴或发射模块的损坏，使胎压监测系统失效。其次，由于不同轮辋的气门嘴安装角度在5-35度变化时，轮胎压力发射机也以相同的角度变化，其角度变化大小是±15度。但是，轮胎压力发射机的变化角度大，其天线在装配后的变化角度也大，在车轮的高速旋转下和轮辋侧边的压力均会形成接触式传感器的偏移量，导致压力传感器测量数据出现误差，灵敏度小于估计值，同时导致信号发射质量下降。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提出一种胎压检测装置，通过在轮辋上设置多个胎压传感器，实时监测轮胎各点所受压力，并对胎压传感器进行改进，提高压力测量精度，解决了现有技术中胎压传感器测量精度低，压力中切向力对法向力的影响，具有压力测量时三维力测量之间相互不影响，提高测量精度，对轮胎的各点进行同时测量，及时发现胎压隐患。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种胎压检测装置，所述装置包括控制器、天线和多个胎压传感器，胎压传感器通过绑带均匀对称地捆绑在轮辋的内表面，胎压传感器测量到待采集数据后传递信号到天线，天线无线连接控制器。

上述装置中，所述胎压传感器是接触式平行板差动三维力压力传感器，所述胎压传感器是接触式平行板差动三维力压力传感器，所述传感器包括控制单元、 与控制单元分别连接的X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合通过电容值相减计算X方向的切向力且消除Y方向切向力影响，所述Y方向差动电容单元组合通过电容值相减计算Y方向的切向力且消除X方向切向力影响，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合的电容值求和计算电容传感器的法向力且消除切向力影响。所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块是由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位δ_左和右差位δ_右，b_0驱＝b_0感+δ_右+δ_左，其中，b_0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b_0感为条状电容单元的感应电极长度，所述差位δ_左＝δ_右，且其中d₀为弹性介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_max为最大应力值。所述两组相互形成差动的电容单元模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a_δ，所述平行板面积S＝M(a₀+a_δ)b₀，其中，M为条状电容单元数量，b₀为条状电容单元的长度，a₀条状电容单元的宽度。所述控制单元和电容单元之间设有中间变换器，变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。

上述装置中，所述控制器包括数据统计单元、数据分析单元和异常数据单元，数据统计单元进行统计每个胎压传感器的检测数据并将数据进行分类，然后将分类后的数据传递到数据分析单元进行数据分析和相互比较，从而找到异常数据存入异常数据单元，控制器根据异常数据发送警报信号。所述绑带是混合结构，中间是粘性带，两侧是粗糙带，胎压传感器粘接在粘性带上。所述胎压检测装置还包括连接体，连接体可拆卸地连接在胎压传感器和轮胎上的气门嘴中间，安放天线的胎压传感器通过连体和轮胎气门嘴固定在一起，其余胎压传感器安置在轮辋上。

本发明有益效果是:本发明中在轮辋上设置安装了多个胎压传感器，对轮胎的各点受压实时测量分析，及时发现隐患。此外为了提高测量精度，避免压力测 量过程中法向力切向力之间的相互影响，本发明对胎压传感器的结构进行了改进，采用四组电容单元组成两队电容差分对，求出或抵消切向力，不对法向力造成影响，提高了压力测量准确性。同时为了保证胎压传感器安装的稳定性，本发明改进了绑带结构，方便安放绑紧传感器，且阻碍传感器运动丢失，本发明非常适用于工作和车辆行驶。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的工作结构框图。

图2是本发明的具体实施方式的传感器的条状电容及其坐标系。

图3是本发明的具体实施方式的条状电容示意图。

图4是本发明的具体实施方式的条状电容右向偏移示意图。

图5是本发明的具体实施方式的条状电容左向偏移示意图。

图6是本发明的具体实施方式的条状电容对的初始错位图。

图7是本发明的具体实施方式的条状电容对受力后偏移图。

图8是本发明的具体实施方式的平行板三维力压力传感器结构图。

图9是本发明的具体实施方式的平行板三维力压力传感器驱动电极结构图。

图10是本发明的具体实施方式的平行板三维力压力传感器感应电极结构图。

图11是本发明的具体实施方式的通过相同传递系数K1实现输出响应求和。

图12是本发明的具体实施方式的单元电容对的信号差动示意图。

图13是本发明的具体实施方式的平行板电容器剖面结构。

图14是本发明的具体实施方式的胎压传感器在轮辋上的安装示意图。

图15是本发明的具体实施方式的绑带的结构示意图。

图16是本发明的具体实施方式的气门嘴天线的安装结构示意图。

图中1为上PCB基板，2为下PCB基板，3为驱动电极铜箔，4为感应电极铜箔，5为胎压传感器，6为轮辋，7为绑带，8为粘性带，9为粗糙带，10为连接体，11为弹性结构，12为天线。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员 对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明提供一种胎压检测装置，其工作结构框图如图1所示，该检测装置中包括控制器、气门嘴天线12和多个胎压传感器5，胎压传感器5均匀捆绑在轮辋6表面，胎压传感器5在轮辋6上测量到压力数据后传递信号到气门嘴天线12，气门嘴天线12安装在气门嘴上，方便信号传递，同时保证了信号传递的准确性。控制器安装在驾驶室，控制器接收到天线发来的数据，每个胎压传感器检测到的数据都是有自身标记的，控制器区分开每个胎压传感器的特征信号，模拟出每个胎压传感器的波动曲线图，同时对比同一时间的胎压检测数据，分析出突变数据，提醒驾驶员警惕胎压故障。此外，本发明提供的胎压传感器是接触式电容胎压传感器能够进行三维力检测，解决了切向力对法向力产生的影响，同时提高胎压检测中传感器的灵敏度。

本发明提供的胎压传感器是接触式平行板三维力传感器，其结构原理示意图如图所示，接触式平行板三维力传感器，所述传感器包括控制单元、与控制单元分别连接的X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合通过电容值相减计算X方向的切向力且消除Y方向切向力影响，所述Y方向差动电容单元组合通过电容值相减计算Y方向的切向力且消除X方向切向力影响，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合的电容值求和计算电容传感器的法向力且消除切向力影响。所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块采用由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位δ_左和右差位δ_右，b_0驱＝b_0感+δ_右+δ_左，其中，b_0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b_0感为条状电容单元的感应电极长度。所述差位δ_左＝δ_右，且其中d₀为弹性介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_max为最大应力值。所述两组相互形成差动的电容单元模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a_δ。所述平行板面积S＝M(a₀+a_δ)b₀，其 中，条M为条状电容单元数量，b₀为条状电容单元的长度，a₀条状电容单元的宽度。所述电容单元模块的每个条状电容单元的引线通过并联或者独立连接到控制单元。所述条状电容单元的宽度其中，d₀为介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述控制单元和电容单元模块之间设有中间变换器，中间变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。

1、条状电容单元的转换特性

(1)激励信号和坐标系

将条状电容单元置于图2所示的直角坐标系中，极板平面长度b₀、宽度a₀、弹性介质厚度d₀。三维激励施加于电容极板的外表面，产生的接触式作用力具有Fx、Fy和Fz三个方向分量，Fx和Fy的作用方向沿X轴和Y轴，Fz的作用方向沿OZ轴，即方向，法向和切向应力均为一种应力张量，从电极的引线间即可输出电容的响应；法向应力σ_n＝Fn/A，其中A＝a₀·b₀为极板法向受力面，Fn＝Fz为法向分量；两侧表面上产生成对的切向应力τ_x＝Fx/A，τ_y＝Fy/A。

根据弹性力学中的虎克定律，σ_n和τ_x，τ_y都将使弹性体产生相应的变形。其中，

${\mathrm{\σ}}_n=E\·{\mathrm{\ϵ}}_N=E\·{\mathrm{\δ}}_n/d_0=\frac{F_n}{A}---\left(1\right)$

$\±{\mathrm{\τ}}_x=\±{\mathrm{\γ}}_x\·G=\±G\·{\mathrm{\δ}}_x/d_0=\±\frac{F_x}{A}---\left(2\right)$

$\±{\mathrm{\τ}}_y=\±{\mathrm{\γ}}_y\·G=\±G\·{\mathrm{\δ}}_y/d_0=\±\frac{F_y}{A}---\left(3\right)$

式中，E为弹性介质的杨氏模量(单位：GN/m²)，G为弹性介质的抗剪模量(单位：GN/m²)，δn为弹性介质的法向位移(单位：μm)，而δx和δy为条状电容单元上下两极板的相对错位(单位：μm)，其正负号由坐标轴指向决定。

(2)电容公式及其输入输出特性

矩形平行板电容器的初始电容为：

$C_0=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0.{\mathrm{\ϵ}}_r\·a_0\·b_0}{d_0}---\left(4\right)$

式中，ε₀真空介质电常数为8.85PF/m，ε_r＝2.5为电介质的相对介电常数。d₀受σ_n的激励产生相对变形ε_n＝δ_n/d₀＝σ_n/E，代入(4)得到输入输出特性

$C_n={\mathrm{\ϵ}}_0.{\mathrm{\ϵ}}_r\frac{a_0\·b_0}{d_0(1-{\mathrm{\ϵ}}_n)}={\mathrm{\ϵ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_r\frac{a_0\·b_0}{d_0(1-\frac{F_n}{AE})}---\left(5\right)$

(3)法向应力作用下的线性度和灵敏度

a、法向线性度 

在(5)式中F_n在分母中，故C_n＝f(F_n)的关系是非线性的，因转换量程中的最大值σ_nmax与介质弹性常数E相比，ε_n是个很小的量，即分母中ε_n<<1，将(5)按级数展开并略去二次方以上的高阶无穷小，(5)式可简化为：

$C_n=C_0(1+\mathrm{\&epsiv;})=C_0(1+\frac{F_n}{A\&CenterDot;E})---\left(6\right)$

可见在C_n与F_n的转换特性中的法向线性度的最大相对误差接近于零。

b、灵敏度

按法向灵敏度的定义

按(6)式可得线性灵敏度，

S_n1＝C₀/AE＝ε₀ε_r/d₀E  (7) 

而按(5)式则

$S_{n2}=\frac{{\mathrm{dC}}_n}{{\mathrm{dF}}_n}=C_0\&CenterDot;\frac{1}{1-2\mathrm{\&epsiv;}}=C_0\&CenterDot;\frac{1}{1-2\frac{F_n}{A\&CenterDot;E}}---\left(8\right)$

S_n2随F_n而变，F_n愈大，S_n2愈大，在整个转换特性上呈轻微非线性。

(4)切向应力τ_x和τ_y激励下的电容变化

切向应力τ_x和τ_y并不改变极板的几何尺寸参数b₀和a₀，对介质厚度d₀也不产生影响。然而τ_x和τ_y改变了平行板电容器的空间结构，正向面对的上下极板之间发生了错位偏移。现以OX方向为例，极板在τ_x作用下的错位偏移δ_x。

在图3中当τ_x为零时，a_0上＝a_0下是正对的，基板之间有效截面A_τ＝a₀·b₀；在图4中，在τ_x右向的作用下，上极板相对于下极板产生了向右的错位偏移δ_x，从而使上下极板之间在计算电容时的有效面积A_τ＝(a₀-δ_x)·b₀；图5中，当τ_x为左向时，错位偏移δ_x则向左，而A_τ＝(a₀-δ_x)·b₀，有效面积的减少量相同，由此产生的电容为：

$C_{\mathrm{\&tau;}x}=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0.{\mathrm{\&epsiv;}}_r\&CenterDot;(a_0-{\mathrm{\&delta;}}_x)\&CenterDot;b_0}{d_0}---\left(9\right)$

根据剪切虎克定律

τ_x＝γ_x·G＝G·δ_x/d₀  (10)

将(10)代入(9)可得

$C_{\mathrm{\&tau;}x}=C_0-\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r\&CenterDot;{\mathrm{\&delta;}}_x\&CenterDot;b_0}{d_0}=C_0-\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r\&CenterDot;b_0\mathrm{\&tau;}x}{G}=C_0-\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r{F}_x}{{\mathrm{Ga}}_0}---\left(11\right)$

(11)式即为切应力下的输入——输出特性，C_τ与τ_x呈线性关系。 

而其灵敏度

$S_{\mathrm{\&tau;}x}=\frac{{\mathrm{dC}}_{\mathrm{\&tau;}x}}{{\mathrm{dF}}_x}=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r}{{\mathrm{Ga}}_0}---\left(12\right)$

公式(9)-(12)类似的分析同样适用与τ_y与C_τy的特性与技术指标，只不过式中条状电容单元的长边b₀应设置于OX轴方向，而其短边a₀则在OY方向。

(5)差动电容单元的引进

图4和图5所示的电容器结构性变化，只说明电容输出与切向应力±τ_x输入的关系，电容增量都是负的，因此这种初始电容结构不适宜作为对±τ_x得到增减电容的响应。为此本发明对电容器上下极板的初始结构进行调整，构成一对差动电容对(C_L与C_R)，具体如图6所示。

图6中，一对电容C_L和C_R电极尺寸a₀、b₀、d₀均相同，初始错位偏移δ₀也相同，区别在于左边电容器C_L上层δ₀尖角的指向为+OX，而右边电容器C_R上层δ₀尖角指向-OX。

当τ_x＝0时， $C_L=C_R=C_{{\mathrm{\&tau;}}_0}=C_0-\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r\&CenterDot;\left({\mathrm{\&delta;}}_0\right)\&CenterDot;b_0}{d_0},$ 即图中阴影部分所对应的电容，在此基础上如在-F_x激励下产生±δ_x的错误偏移，形成如图7所示的电容增减效果。

$C_L=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r\&CenterDot;b_0\&CenterDot;(a_0-{\mathrm{\&delta;}}_0\&PlusMinus;{\mathrm{\&delta;}}_x)}{d_0}---\left(13\right)$

图7中C_L和C_R差动电容对同一个τ_x将产生±δ_x和±ΔC_τ的响应。

δ₀的大小应满足可取δ₀＝10μm，由此，公式(11)可修改为

$C_{\mathrm{\&tau;}x}=C_{\mathrm{\&tau;}0}+\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r}{{\mathrm{Ga}}_0}{F}_x---\left(14\right)$

式中，为切应力为零时的初始电容，(14)式即为切应力输入输出特性，C_τx与F_x是线性关系，而其灵敏度

2、接触式平行板电容设计

(1)平行板电容的平面设计

参见图8、图9和图10中的电极平面布置，在一个10×10mm²的基板中心作十字分隔，形成四个象限Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，其中Ⅰ、Ⅱ象限为对τ_x做出响应的差动电容单元组合，而Ⅲ、Ⅳ象限为对τ_y做出响应的差动电容单元组合。外围线为10×10mm²的PCB板四根边缘线，对PCB基板应精确切割以保证形状和尺寸上的精准。影线部分表示失蜡铸造工艺的外模截面，其几何形状和尺寸也应在机械成型时保持精准，为脱模方便并可拼拆，更应维持尺寸精度，最终以保证消除三维力对电容响应的相互干扰。

电容单元模块采用由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。由公式(12)a₀愈小，切向应力响应的灵敏度越大，故单个电容均为长条状。设每根条状电容单元宽为a₀，两条状电容单元之间的槽宽为a_δ，则每根条状电容单元的节距为a₀+a_δ。为了充分利用方形基板的平面空间，使M(a₀+a_δ)b₀≈1方形基板表面积，M为4个象限内的条状电容单元数，则有M(a₀+a_δ)＝2*10mm，式中，槽宽a_δ不宜过大，否则不利于使用基板上的有效平面空间，也不宜过小，要受到失蜡铸造工艺的约束。为使法向灵敏度S_n和切向灵敏度S_τ相同，按公式(7)和(12)，令a₀·G＝d₀·E，当d₀＝0.1mm时，则a₀＝0.15mm，若令a_δ＝0.05mm，则M＝100，每个象限有25个条状电容单元。

为了实现τ_x和τ_y切向响应之间不相互产生影响，驱动电极长度两端预留δ₀，因此b_0驱＝b_0底+2·δ₀，其中在b_0驱两端长度预留理论上应保证 ${\mathrm{\&delta;}}_0\&GreaterEqual;d_0\&CenterDot;$ $\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{ymax}}{G},$ 其计算值为 ${10}^{-5}\&times;\frac{70\&times;{10}^3}{2.4\&times;{10}^6}=2.9\&times;{10}^{-8}m={10}^{-2}um<<1um,$ 故在工艺上应保证b_0驱－b_0底≥0.01mm。这样在计算法向电容输出响应时已能保证τ_x和τ_y不对法向电容响应产生任何影响。

为了实现τ_x和τ_y不对法向电容响应不产生任何影响，每个条状电容单元的驱动电极与感应电极在各象限中的平面布置应保证一定的错位偏移，通过差动消除影响，取感应电极在下层PCB基板上的位置作为参照，则驱动电极在上层PCB基板上的布置应以PCB基板边缘线为基准。图中四个虚线方框为感应电极在下极板上的基准。而置他们与几何基准线差距均为δ₀(0.1mm)，以保证τ_x在Ⅰ、Ⅱ象 限电容单元产生差动电容输出响应，而在Ⅲ、Ⅳ象限电容单元则产生对τ_y的差动电容响应，设置一个初始错位偏移δ_xo，其取值应保证其计算值与δ₀类似，其初始错位偏移均设置δ_xo＝δ_yo＝0.01mm，以保证四个象限中的电容单元在τ_x和τ_y切向激励下能产生两组差动电容对。在图6中C_τxI＝C_R和C_τxII＝C_L为转换τ_x的差动电容对，而C_τxIII＝C_L和C_τxIV＝C_R则为转换τ_y的差动电容对。

(2)法向应力计算 

由公式(6)可改写单个电容器的法向响应电容

$C_{ni}=N(C_0+\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_{r\&CenterDot;Fn}}{d_{0}E})---\left(15\right)$

其中，i＝Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，因每个象限中，N是每个象限的条状电容单元数量。

如再将其求和，可得

上式即为σ_n的电容总响应。

尽管单个电容的求和可通过电极引线的并联连接实现。但一旦并接好，就不再能实现求差组合，故实际的求和组合要通过中间变换器的输出再求和，见图10，求和的信号流程框图

图中，中间变换器K可以是电压对电容或频率对电容的传输系数，从而完成对法向响应的合成。

$O_n=4KN(C_0+\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r\&CenterDot;Fn}{d_{0}E})---\left(16\right)$

(3)切向应力计算 

C_Ⅰ对C_Ⅱ和C_Ⅲ对C_Ⅳ可以实现两对差动组合，见图12，经差动技术处理，差动输出的总响应

$O_{\mathrm{\&tau;}x}=\frac{2{\mathrm{MK\&epsiv;}}_0\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_r}{a_{0}G}{F}_x---\left(17\right)$

上式中，无论是法向激励F_n或切向激励F_y均不对O_τx产生影响。即自动消除了σ_n和τ_y对τ_x的总输出的耦合或干扰，因为凡是在信号包含相减的运算中，等量和同符合的电容变化都自动消除。而F_y和F_x对σ_n的干扰可通过上层电极在b₀方向增加几何长度2δ₀消除，O_τy同理可求。

(4)主要材料选择及其特性参数

梳齿状平行板电容器的结构剖面图类似于图13所示的三明治结构。图13 中,1为上PCB基板，2为下PCB基板，3为驱动电极，4为感应电极。

极板距d₀＝0.1mm，上下基板内侧空间除铜箔电极外，均为用失蜡铸造法充填的PDMS(聚二甲基硅氧烷)超弹绝缘介质。其机械和物理特性参数为杨氏模量E＝6.2MPa，而其抗剪弹性模量为G＝4.1MPa，介质极化时相对介电常数ε_γ＝2.5。由于介质的E和G远小于铜的弹性模量E_铜＝103GPa。故电容器内部介质在应力状态下的变形远大于极板的变形。

(5)电极引线设计 

无论是驱动电极或感应电极都需备有引出线，考虑各个驱动电极在信号电平上都是接地的，故四组驱动电极只需共用同一个引出线。而四个电容单元模块感应电极则需用各自独立的引出线，于是整个电容组件共有至少5个管脚从平面封装的侧面引出，以便整个组件顶部与底部外表面能方便地与测量对象接触。

本发明在新材料和新工艺的支撑下，完成了一种新型三维力敏感电容组合的设计，在10×10mm²的受力面上，无论是法向或切向，都可向介质较均匀的传递应力。文中四个单元电容呈两对组合分布。在空间力与传感器表面的接触中外力只有1个，电容响应却有4个，对4个电容求和可得到法向F_n的信息，即整个电极板都对求F_n做出贡献，同时将两对电容组合组成差动系统，又可获得F_x和F_y的信息，从而完整描述一个三维力。这4个单元电容组合既要完成其基本功能，又要互不干扰，这是靠巧妙的设计构思才得以实现，按设计参数一次转换的法向灵敏度和切向灵敏度和最大线性误差,借此可为同行研发者提供借鉴。

为了更好的适用于生活和车胎检测，胎压传感器中还可以安装温湿度传感器等信号监测装置，本发明提供的胎压传感器主要着重于压力测量，提高压力测量的精度。但是，当车轮静止或运动的时候，车轮的上下正对面是压力最大点和最小点，受力不同，一个胎压传感器5是不能及时精确的检测出的，如果出现慢漏气的情况，胎压检测需要一段时间才能检测出来，这样就会给驾驶人员带来潜在的危险，所以，本发明为了提高胎压检测数据的准确性，安装了多个胎压传感器，优选偶数个胎压传感器5，胎压传感器在轮辋上的示意图如图14所示，胎压传感器均匀对称安装在轮辋6上，由绑带7绑紧固定在轮辋6内部，胎压传感器5的数据汇集到气门嘴天线处，经过天线发送给控制器，由控制器处理分析数据。由于轮辋6内表面是光滑的，所以使用粘性摩擦绑带7，绑带7包括粘性带8和 粗糙带9，粘性带8位于绑带的中部，粗糙带位于粘性带8的两侧，胎压传感器安放在粘性带8内，通过粘性带8黏附胎压传感器在轮辋6上，粗糙带9阻止了胎压传感器的运动，防止胎压传感器5的运动，由于胎压传感器体积小，所以能够保证固定在绑带7内，绑带7的结构示意图如图15所示。

轮辋6是固体硬度大的金属，对信号传递有很强的干扰性，所以本发明中优选将信号传递天线安装在气门嘴处，增大信号传递性能。为了防止安装拆换轮胎时，对胎压检测装置的天线的摩擦和误伤，本发明中在胎压传感器5的端部设置了连接体10，方便气门嘴连接固定胎压传感器5的天线12，气门嘴处的传感器设有连接体10，其他传感器不安装在气门嘴处，不需要安装连接体10，连接体10是可拆卸的安装在胎压传感器5上，连接体10上设有一个弹性结构11，弹性结构11上设有螺纹孔，通过螺纹孔将连接体10、传感器5和气门嘴固定在一起，天线12固定在传感器5上，通过天线12将信号传递出去，各个远离气门嘴的胎压传感器也是具有传递信号的小天线的，只是连接气门嘴的天线12是总天线接收所有传感器内部天线的信号，和自身信号一起传递出去，天线12中设有信号接收频道，能够接收远离气门嘴的传感器5检测数据并转发到控制器，气门嘴天线12的安装结构示意图如图16所示。

多个胎压传感器5由于均匀安放，所以对称点的胎压传感器的数据理论上应该大体相等，控制器从多个方向上分析胎压测量数据：模拟出每个胎压传感器的检测数据图，比较同一时间的所有胎压检测数据，比较对称点处胎压传感器的数据，从多个方向分析数据得出异常数据显示警报信号到显示器，提醒驾驶员警惕胎压故障，及时处理。控制器中设有数据统计单元、数据分析单元和异常数据单元，数据统计单元进行统计每个胎压传感器的检测数据并将数据进行分类，然后将分类后的数据传递到数据分析单元进行数据分析和相互比较，从而找到异常数据存入异常数据单元，控制器根据异常数据发送警报信号。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种胎压检测装置，其特征在于,所述装置包括控制器、天线和多个胎压传感器，胎压传感器通过绑带均匀对称地捆绑在轮辋的内表面，胎压传感器测量到待采集数据后传递信号到天线，天线无线连接控制器。

2.根据权利要求1所述的胎压检测装置，其特征在于,所述胎压传感器是接触式平行板差动三维力压力传感器，所述传感器包括控制单元、与控制单元分别连接的X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合通过电容值相减计算X方向的切向力且消除Y方向切向力影响，所述Y方向差动电容单元组合通过电容值相减计算Y方向的切向力且消除X方向切向力影响，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合的电容值求和计算电容传感器的法向力且消除切向力影响。

3.根据权利要求2所述的胎压检测装置，其特征在于,所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块是由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。

4.根据权利要求3所述的胎压检测装置，其特征在于,所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位δ_左和右差位δ_右，b_0驱＝b_0感+δ_右+δ_左，其中，b_0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b_0感为条状电容单元的感应电极长度，所述差位δ_左＝δ_右，且其中d₀为弹性介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_max为最大应力值。

5.根据权利要求3所述的胎压检测装置，其特征在于,所述两组相互形成差动的电容单元模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。

6.根据权利要求3所述的胎压检测装置，其特征在于,所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a_δ，所述平行板面积S＝M(a₀+a_δ)b₀，其中，M为条状电容单元数量，b₀为条状电容单元的长度，a₀条状电容单元的宽度。

7.根据权利要求3所述的胎压检测装置，其特征在于,所述控制单元和电容单元之间设有中间变换器，变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。

8.根据权利要求1所述的胎压检测装置，其特征在于,所述控制器包括数据统计单元、数据分析单元和异常数据单元，数据统计单元进行统计每个胎压传感器的检测数据并将数据进行分类，然后将分类后的数据传递到数据分析单元进行数据分析和相互比较，从而找到异常数据存入异常数据单元，控制器根据异常数据发送警报信号。

9.根据权利要求1所述的胎压检测装置，其特征在于,所述绑带是混合结构，中间是粘性带，两侧是粗糙带，胎压传感器粘接在粘性带上。

10.根据权利要求1所述的胎压检测装置，其特征在于,所述胎压检测装置还包括连接体，连接体可拆卸地连接在胎压传感器和轮胎上的气门嘴中间，安放天线的胎压传感器通过连体和轮胎气门嘴固定在一起，其余胎压传感器安置在轮辋上。