CN107870058A - 密闭区域的内部气压的检测方法和气压检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密闭区域的内部气压的检测方法和气压检测装置，该方法包括：根据密闭区域的壁部厚度，向密闭区域发射第一超声波；接收由密闭区域的壁部反射的第二超声波；获取第一超声波的声压和第二超声波的声压；根据第一超声波的声压和第二超声波的声压计算获得密闭区域的壁部的反射系数；根据反射系数计算密闭区域的内部气体的密度；根据环境空气的密度与密闭区域的内部气体的密度的比值，并根据环境空气的压强，计算密闭区域的内部气体的压强。通过超声波的发射以及接收，无需在轮胎上安装部件，利用轮胎反射超声波，通过对超声波的声压的计算实现非接触式的胎压检测，使得胎压检测更为简便、快捷，有效降低了检测成本。

Description

密闭区域的内部气压的检测方法和气压检测装置

技术领域

本发明涉及密闭区域内部气压检测技术领域，特别涉及密闭区域的内部气压的检测方法和气压检测装置。

背景技术

胎压检测系统(Tire Pressure Monitoring System，TPMS)，是一种采用无线传输技术，利用固定于汽车轮胎内的高灵敏度微型无线传感装置在行车或静止的状态下采集汽车轮胎压力等数据，并将数据传送到驾驶室内的主机中，以数字化的形式实时显示汽车轮胎压力和温度等相关数据，并在轮胎出现异常时(预防爆胎)以蜂鸣或语音等形式提醒驾驶者进行预警的汽车主动安全系统，对安全驾驶和节能减排有着很大作用，高端车型都装有胎压检测设备。

随着技术的进步，胎压检测技术正由高端车型向中低端车型推广。目前，主流的胎压检测系统需要在轮胎上安装压力传感器、微控制器、射频收发模块，通过射频信号实现与汽车主控端的通信，进而实时检测胎压。这种胎压检测系统安装、更换和维护较为复杂，信号传输过程中容易产生电磁干扰，且成本较高。

在另外一些场景中，需要对密闭区域内部气压进行检测，由于这些密闭区域内的气体往往是易燃易爆气体，其该密闭区域所处环境较为复杂，传统的接触式的压力检测系统安装、更换和维护极为不便，且成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对传统的气压检测系统安装、更换和维护较为复杂，成本较高的缺陷，提供一种密闭区域的内部气压的检测方法和气压检测装置。

一种密闭区域的内部气压的检测方法，包括：

根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波；

接收由所述密闭区域的壁部反射的第二超声波；

获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压；

根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述密闭区域的壁部的反射系数；

根据所述反射系数计算所述密闭区域的内部气体的密度；

根据所述环境空气的密度与所述密闭区域的内部气体的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算所述密闭区域的内部气体的压强。

在一个实施例中，所述密闭区域为密闭容器。

在一个实施例中，所述密闭区域为密闭管道。

在一个实施例中，所述密闭区域为移动式密闭区域。

在一个实施例中，所述密闭区域为轮胎。

在一个实施例中，所述密闭区域具有刚性或弹性壁部。

在一个实施例中，根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波，具体包括以下步骤：

根据所述密闭区域的壁部厚度，设置第一超声波的发射参数，采用所述发射参数向所述密闭区域发射第一超声波。

在一个实施例中，向所述密闭区域发射第一超声波，具体包括以下步骤：向所述密闭区域发射多个第一超声波。

在一个实施例中，向所述密闭区域发射多个发射参数相异的第一超声波。

一种气压检测装置，包括：超声波发生器、超声波接收器和处理模块，所述处理模块分别与所述超声波发生器和超声波接收器连接，

所述超声波发生器用于根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波；

所述超声波接收器用于接收由所述密闭区域的壁部反射的第二超声波；

所述处理模块用于获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压，根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述密闭区域的壁部的反射系数，根据所述反射系数计算所述密闭区域的内部气体的密度，根据所述环境空气的密度与所述密闭区域的内部气体的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算所述密闭区域的内部气体的压强。

上述密闭区域的内部气压的检测方法和气压检测装置，通过超声波的发射以及接收，无需在密闭区域上安装部件，利用密闭区域的壁部反射超声波，通过对超声波的声压的计算实现非接触式的胎压检测，使得密闭区域内部的气压检测更为简便、快捷，避免了电磁干扰对检测结果的影响，且有效降低了检测成本。

附图说明

图1为一实施例的胎压检测方法的流程示意图；

图2为一实施例的轮胎的局部截面图；

图3A为一实施例的胎压检测装置的结构示意图；

图3B为一实施例的胎压检测装置的模块框图；

图4为另一实施例的胎压检测方法的流程示意图；

图5为一实施例的密闭容器的内部的气压检测方法。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

例如，一种密闭区域的内部气压的检测方法，包括：根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波；接收由所述密闭区域的壁部反射的第二超声波；获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压；根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述密闭区域的壁部的反射系数；根据所述反射系数计算所述密闭区域的内部气体的密度；根据所述环境空气的密度与所述密闭区域的内部气体的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算所述密闭区域的内部气体的压强。

具体地，壁部封闭设置，内部形成密闭区域，该密闭区域内充置有气体。

在一个实施例中，所述密闭区域为密闭容器。

在一个实施例中，所述密闭区域为密闭管道。

具体的，在上述实施例中，为了使得超声波能够穿透该密闭区域的壁部，因此需要根据该密闭区域的壁部的厚度发射能够穿透该壁部的超声波。

例如，一种密闭容器内气压的检测方法，包括：向容器发射能够依次透射环境空气、容器壁和容器内气体的第一超声波；接收由所述容器壁反射的第二超声波；获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压；根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述容器壁的反射系数；根据所述容器壁的反射系数计算获得容器内气体的密度；根据所述环境空气的密度与所述容器内气体的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算获得所述容器内气体的压强。

例如，该密闭容器具有容器壁，该容器壁密封设置，该容器内容纳有气体，例如，该气体为空气，又如，该气体为单质气体，例如，该气体为氧气，又如，该气体为混合气体，例如，该容器为罐状，例如，该容器为圆柱状，又如，该容器为球状，具体地，本实施例中，密闭容器内气压的检测方法用于对内容充满气体的密闭容器内的气压进行检测，通过发射的超声波的声压和接收的反射的超声波的声压计算容器壁的反射系数和透射系数，并依此计算得出容器内气体的压强。

上述密闭区域的内部气压的检测方法，通过超声波的发射以及接收，无需在密闭区域上安装部件，利用密闭区域的壁部反射超声波，通过对超声波的声压的计算实现非接触式的胎压检测，使得密闭区域内部的气压检测更为简便、快捷，避免了电磁干扰对检测结果的影响，且有效降低了检测成本。

在一个实施例中，所述密闭区域为移动式密闭区域。

在一个实施例中，所述密闭区域为轮胎。

在一个实施例中，所述密闭区域具有刚性或弹性壁部。

在一个实施例中，根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波，具体包括以下步骤：

根据所述密闭区域的壁部厚度，设置第一超声波的发射参数，采用所述发射参数向所述密闭区域发射第一超声波。

在一个实施例中，向所述密闭区域发射第一超声波，具体包括以下步骤：向所述密闭区域发射多个第一超声波。

在一个实施例中，向所述密闭区域发射多个发射参数相异的第一超声波。

例如，该第一超声波的发射参数为第一超声波的波长，所述壁部的厚度与所述第一超声波的波长之比为整数，即壁部的厚度为第一超声波的波长的整数倍，这样，使得被壁部反射的多个超声波的相位延迟为整数个波长，使得发射的超声波的振幅达到最大，便于对反射的第二超声波的声压的计算。例如，分别以多次不同波长发射第一超声波，且壁部的厚度与多次发射的第一超声波的波长之比均为整数。

在一个实施例中，在密闭区域充气前，向密闭区域发射能够依次透射环境空气、壁部和密闭区域的内部气体的第一超声波；接收由所述壁部反射的第二超声波；根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压，计算获得超声波在所述环境空气至所述壁部的外壁的方向上的第一反射系数和第一透射系数以及超声波在所述壁部的外壁至所述环境空气的方向上的第二反射系数和第二透射系数。

在一个实施例中，在密闭区域充气前，调节所述第一超声波频率，多次分别以多个不同的频率向密闭区域发射所述第一超声波，并分别接收反射的所述第二超声波，根据多个所述第一超声波的声压和多个所述第二超声波的声压，计算获得所述第一反射系数、所述第一透射系数、所述第二反射系数和所述第二透射系数。

在一个实施例中，所述根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述壁部的反射系数的步骤为：根据所述第一超声波的声压、所述第二超声波的声压、所述第一反射系数、所述第一透射系数、所述第二反射系数和所述第二透射系数计算获得超声波在所述壁部的内壁至所述密闭区域的内部气体的方向上的第三反射系数。

在一个实施例中，所述根据所述壁部的反射系数计算获得密闭区域的内部气体的密度的步骤为：根据所述第一反射系数、所述第二反射系数和所述第三反射系数计算获得所述密闭区域的内部气体的密度。

在一个实施例中，所述根据所述第一反射系数、所述第二反射系数和所述第三反射系数计算获得所述密闭区域的内部气体的密度的步骤包括：根据所述第一反射系数和所述第二发射系数，计算得出所述壁部的声阻；根据所述壁部的声阻和所述第三反射系数计算获得所述密闭区域的内部气体的声阻；根据空气中的声速和所述密闭区域的内部气体的声阻，计算获得所述密闭区域的内部气体的密度。

在一个实施例中，所述接收由所述壁部反射的第二超声波的步骤包括：接收由所述壁部反射的多个所述第二超声波。

例如，在一个实施例中，该密闭容器为圆环状，例如，该密闭容器壁为橡胶材质制成，例如，该密闭容器内充满空气，例如，该密闭容器为轮胎，所述轮胎具有轮胎壁，例如，该密闭区域为轮胎，该壁部为轮胎壁。在下面实施例中，将以轮胎的胎压检测阐述密闭容器内气压的检测方法的具体实施方式。

如图1所示，其为一实施例的一种胎压检测方法，包括：

步骤102，根据轮胎的轮胎壁的厚度，向所述轮胎发射第一超声波。

例如，向轮胎发射能够依次透射环境空气、轮胎壁和胎内空气的第一超声波。具体地，如图2所示，环境空气为轮胎的外部的空气，即大气空气，轮胎内的空气为胎内空气，轮胎壁将环境空气与胎内空气隔离，环境空气、轮胎壁和胎内空气具有不同的密度，环境空气、轮胎壁和胎内空气可视为三种不同的传播介质，超声波在这三种介质上传播具有不同的反射系数和透射系数。一般来说，轮胎为封闭状，因此，其具有两侧的轮胎壁，在本实施例中，该轮胎壁为靠近超声波发射源的一侧的轮胎壁，而远离超声波发射源的另一侧的轮胎壁由于其距离较远，反射路径较长，因此，远离超声波发射源的另一侧的轮胎壁的反射波对检测结果影响较小。

在本实施例中，第一超声波为入射超声波，该超声波能够穿透环境空气、轮胎壁和胎内空气。

步骤104，接收由所述轮胎壁反射的第二超声波。

在本实施例中，第二超声波为反射超声波，具体地，第一超声波发射后，第一超声波被轮胎壁所反射，形成反射的超声波，即第二超声波，第二超声波沿第一超声波的反向传播。本实施例中，接收该第二超声波。

步骤106，获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压。

具体地，声压为声压振幅或声压幅度，用于表示声音或超声波的强度，第一超声波经过轮胎壁的反射后，其形成的反射的第二超声波的强度与该第一超声波不相同。在本实施例中，通过超声波发生器和超声波接收器连接的处理模块获取发射的第一超声波的声压，以及接受到的第二超声波的声压。

步骤108，根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述轮胎壁的反射系数。

具体地，反射系数为反射声波的声压与入射声波的声压的比值，透射系数为透射后的声波的声压与入射声波的声压的比值，例如，该反射系数与透射系数之和为1。

步骤110，根据所述轮胎壁的反射系数计算获得胎内空气的密度。

步骤112，根据所述环境空气的密度与所述胎内空气的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算获得所述胎内空气的压强。

具体地，气体的压强与其密度成正比，压强越大，则其密度越大，因此，由于环境空气的压强为大气压强，环境空气的密度为已知数，根据压强和密度的正比关系，能够计算得出胎内空气的压强。

超声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介质的界面上将产生反射和透射，如图2所示，当超声波沿着环境空气、轮胎壁和胎内空气的方向入射时，其在轮胎壁的内壁和外壁均会产生反射和透射，轮胎壁的内壁为轮胎壁与胎内空气接触的一面，轮胎壁的外壁为轮胎壁与环境空气接触的一面，具体地，超声波入射时，部分能量首先在轮胎壁的外壁形成反射，剩余的部分能量将穿透轮胎壁的外壁形成透射，并在轮胎壁内传播，超声波在轮胎壁的内壁再次形成反射，剩余的部分能量形成透射，在胎内空气传播，经轮胎壁的内壁反射的超声波将在轮胎壁内传播，并反向传播至轮胎壁的外壁，此时，该反射的超声波在该轮胎壁的外壁形成再次的反射与透射。

反射系数和透射系数与传播中相邻的两种介质的密度有关，由于轮胎壁两面的介质不同，因此，轮胎壁的内壁和外壁在不同方向上的反射与透射具有不同的反射系数和透射系数。

值得一提的是，由于环境空气的密度可看为恒定的，因此，在轮胎充气前或充气后，其轮胎壁的外壁的反射系数和透射系数为恒定的，为了获取轮胎壁的外壁的反射系数和透射系数，在一个实施例中，在步骤102之前包括：在轮胎充气前，向轮胎发射能够依次透射环境空气、轮胎壁和胎内空气的第一超声波；接收由所述轮胎壁反射的第二超声波；根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压，计算获得超声波在所述环境空气至所述轮胎壁的外壁的方向上的第一反射系数和第一透射系数以及超声波在所述轮胎壁的外壁至所述环境空气的方向上的第二反射系数和第二透射系数。

第一反射系数为超声波由环境空气向轮胎壁的外壁的方向传播的被轮胎壁的外壁所反射的反射系数，第一透射系数为超声波由环境空气向轮胎壁的外壁的方向传播的并穿透轮胎壁的外壁的透射系数；第二反射系数为超声波由轮胎壁的外壁向环境空气方向传播的被环境空气所反射的反射系数，第二透射系数为超声波由轮胎壁的外壁向环境空气的方向传播的并穿透环境空气的透射系数。具体地，第一反射系数和第一透射系数为超声波由环境空气至轮胎壁的外壁的方向传播的反射系数和透射系数，而第二反射系数和第二透射系数为超声波由轮胎壁的外壁至环境空气的方向传播的反射系数和透射系数。

为了计算第一反射系数、第一透射系数、第二反射系数和第二透射系数，在一个实施例中，在轮胎充气前，调节所述第一超声波频率，多次分别以多个不同的频率向轮胎发射所述第一超声波，并分别接收反射的所述第二超声波，根据多个所述第一超声波的声压和多个所述第二超声波的声压，计算获得所述第一反射系数、所述第一透射系数、所述第二反射系数和所述第二透射系数。

这样，通过获取的多个第一超声波的声压和多个所述第二超声波的声压，以求解包含第一反射系数、第一透射系数、第二反射系数和第二透射系数多元方程。

轮胎内的密度则会变化导致轮胎内的胎内空气的气压变化，轮胎壁的内壁的反射系数是根据轮胎内的胎内空气的压强变化，因此，可根据轮胎壁的内壁的反射系数计算胎内空气的压强，在一个实施例中，步骤108为：根据所述第一超声波的声压、所述第二超声波的声压、所述第一反射系数、所述第一透射系数、所述第二反射系数和所述第二透射系数计算获得超声波在所述轮胎壁的内壁至所述胎内空气的方向上的第三反射系数。

在一个实施例中，步骤110为：根据所述第一反射系数、所述第二反射系数和所述第三反射系数计算获得所述胎内空气的密度。

在一个实施例中，所述根据所述第一反射系数、所述第二反射系数和所述第三反射系数计算获得所述胎内空气的密度的步骤包括：根据所述第一反射系数和所述第二发射系数，计算得出所述轮胎壁的声阻；根据所述轮胎壁的声阻和所述第三反射系数计算获得所述胎内空气的声阻；根据空气中的声速和所述胎内空气的声阻，计算获得所述胎内空气的密度。

在一个实施例中，步骤104包括：接收由所述轮胎壁反射的多个所述第二超声波。

具体地，由于超声波在轮胎壁内将形成多次折返的反射和透射，这样，将形成多个第二超声波反射至超声波接收器，因此，超声波接收器将接收这多个被反射的第二超声波。

为了使得多个第二超声波产生共振，提高获取的第二超声波的声压的强度，在一个实施例中，步骤102中调节所述第一超声波的波长，其中，所述轮胎壁的厚度与所述第一超声波的波长之比为整数，以使反射的多个所述第二超声波叠加后的振幅最大。由于轮胎壁的厚度与所述第一超声波的波长之比为整数，使得多个第二超声波的相位延迟为整数个波长，因此，多个第二超声波能够叠加产生最大的振幅，从而提高检测精度。

例如，本发明还提供一种气压检测装置，用于检测密闭区域的内部气压，例如，该密闭区域为密闭容器，例如，该密闭区域为密闭管道，例如，该密闭区域为轮胎，该气压检测装置包括：超声波发生器、超声波接收器和处理模块，所述处理模块分别与所述超声波发生器和超声波接收器连接，

所述超声波发生器用于根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波；所述超声波接收器用于接收由所述密闭区域的壁部反射的第二超声波；所述处理模块用于获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压，根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述密闭区域的壁部的反射系数，根据所述反射系数计算所述密闭区域的内部气体的密度，根据所述环境空气的密度与所述密闭区域的内部气体的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算所述密闭区域的内部气体的压强。

例如，该气压检测装置还可以应用在轮胎的气压检测，在一个实施例中，该气压检测装置应用在轮胎的胎压检测，如图3A所示，在一个实施例中，提供一种胎压检测装置，包括：超声波发生器310、超声波接收器320和处理模块330，所述处理模块330分别与所述超声波发生器310和超声波接收器320连接，所述超声波发生器310用于根据轮胎380的轮胎壁的厚度，向轮胎380发射第一超声波；所述超声波接收器320用于接收轮胎380反射的第二超声波；所述超声波发生器310用于向轮胎380发射第一超声波；所述超声波接收器320用于接收轮胎380反射的第二超声波；所述处理模块330用于获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压，根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述轮胎壁的反射系数，根据所述轮胎壁的反射系数计算获得胎内空气的密度，根据所述环境空气的密度与所述胎内空气的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算获得所述胎内空气的压强。

例如，该处理模块为信号处理模块，用于处理超声波接收器接收到的超声波信号。该处理模块为驱动和信号处理模块，用于驱动超声波发生器发出超声波信号。

如图3B所示，该胎压检测装置还包括控制模块，该控制模块分别与超声波发生器、超声波接收器和处理模块连接，该控制模块用于控制超声波发生器、超声波接收器和处理模块工作，例如，该胎压检测装置还包括特征参数存储单元，特征参数存储单元与控制模块连接，用于存储检测获取以及计算获取的各参数。例如，该处理模块处理后的信号输出至外部，例如，外部连接有显示模块和报警模块，处理模块处理后的信号输出显示模块和报警模块，显示模块用于显示胎压参数，报警模块用于在胎压低于预设值时产生报警信号。

下面将阐述各介质的反射系数、透射系数与该介质的声阻的关系：

如图2所示，入射超声波依次经过环境空气、轮胎壁和胎内空气三种介质材料，经过轮胎壁的外壁和内壁上多次反射形成反射超声，超声波在环境空气、轮胎壁和胎内空气这三种介质中的声阻(即环境空气声阻、轮胎壁声阻和胎内空气声阻)分别为：

Z₁＝ρ₁c₁，Z₂＝ρ₂c₂和Z₃＝ρ₃c₃

其中，Z₁(i＝1,2,3)为环境空气声阻、轮胎壁声阻和胎内空气声阻，ρ_i和c_i(i＝1,2,3)分别为这三种介质的密度和超声波在该介质中的声速，根据材料的声阻得到超声波在不同材料界面上的反射和透射特性，即声阻与反射系数和透射系数的关系为：

超声波由环境空气入射到轮胎壁，在环境空气与轮胎壁的外壁的界面上的反射系数和透射系数为：

超声波由轮胎壁入射到环境空气，在轮胎壁的外壁与环境空气的界面上的反射系数和透射系数为：

超声波由轮胎壁入射到胎内空气，在轮胎壁的内壁与胎内空气的界面上的反射系数和透射系数为：

其中，r₁为第一反射系数，r₁’为第二反射系数，t₁为第一透射系数，t₁‘为第二透射系数，r₂为第三反射系数，t₂为第三透射系数。

这样，当计算获得第一反射系数和第二反射系数后，即可通过第一反射系数和第二反射系数计算获得轮胎壁声阻，而通过轮胎壁声阻和第三反射系数即可计算出胎内空气声阻。

气压对空气中的声速影响很小(气压变化范围1～5Bar时，声速变化小于3‰)，可以忽略，胎内空气的声速与环境空气中的声速可视为相等，因此，通过Z₃＝ρ₃c₃可计算得出胎内空气密度ρ₃。

对空气声阻起主要作用的是空气密度，而空气密度与压强直接相关，胎内空气的密度与胎内空气压强(即待测量)成正比：

其中P为胎内空气的压强，P₀为常压，即环境空气的压强，ρ₀为常压下的空气密度，即环境空气的密度，这样，通过环境空气压强、环境空气密度和胎内空气密度求解获得胎内空气压强。

如图4所示，下面为一个胎压检测方法的具体实施方式：

步骤402，在轮胎未充气时对轮胎进行扫频检测。

在本实施例中，在轮胎未充气时r₁＝-r₁′＝-r₂，可以确定除r₂外的参数值r₁、r₁’、t₁和t₁‘，将r₁、r₁’、t₁和t₁‘作为初始化参数，其中，r₁为第一反射系数，r₁’为第二反射系数，t₁为第一透射系数，t₁‘为第二透射系数，r₂为第三反射系数，在本实施例中，轮胎是安装在汽车上的，在汽车出厂前，轮胎未充气时，对轮胎进行扫频检测，轮胎未充气时，其胎内空气的气压与环境空气的气压相等，在轮胎充气后，由于环境空气密度恒定，计算获得的r₁、r₁’、t₁和t₁‘也为恒定的数值，因此，在轮胎随着汽车行驶而产生漏气时，根据r₁、r₁’、t₁和t₁‘计算获得r2即可检测到胎内空气的压强变化。

具体地，请结合图2，入射超声波(即第一超声波)的声压幅度为P_i，反射超声波(即第二超声波)的声压幅度为P_r，入射超声波从环境空气发射至轮胎壁，被轮胎壁的外壁所反射，此时反射超声波的声压幅度与入射超声波的声压幅度关系为：

P_r1＝P_i·r₁

当超声波在轮胎壁内多次反射，并依次沿着入射超声波的方向的反向折返，则多个反射的超声波的声压幅度与入射超声波的声压幅度关系为：

其中，为超声波在轮胎壁内一次折返的复振幅增益，α为幅度衰减因子，为相位延迟。

由于一次反射的振幅衰减增益小于1，即

则多个反射超声波叠加的声压幅度和为收敛式，多个反射超声波叠加的声压幅度和为：

其中，相位延迟随着入射超声波的波长变化，调节入射超声波的频率，使相位延迟为2kπ，即轮胎壁的厚度为轮胎壁内超声波的半波长的整数倍，此时反射波幅度波动达到最大值：

通过使得反射超声波的振幅达到最大值，有利于提高检测的精确度，在本实施例中，扫频检测为调节所述第一超声波频率，多次分别以多个不同的频率向轮胎发射所述第一超声波，并分别接收反射的所述第二超声波，根据多个所述第一超声波的声压和多个所述第二超声波的声压，计算获得所述第一反射系数、所述第一透射系数、所述第二反射系数、所述第二透射系数和衰减因子。通过扫频检测将获得多个P_i和P_{r max}，从而能够求解获得r₁,t₁,r₁′,t₁′,α的数值，且由于该r₂随着胎内空气的压强变化而变化，在轮胎后续充气后的过程中，可根据已知的r₁,t₁,r₁′,t₁′,α求解该r₂，从而求解胎内空气的压强。

步骤404，向轮胎发射能够依次透射环境空气、轮胎壁和胎内空气的第一超声波。

本实施例中，发射该第一超声波，并调节该第一超声波的波长，使得所述轮胎壁的厚度与所述第一超声波的波长之比为整数，这样，第一超声波经轮胎壁的多次反射的超声波能够叠加达到最大振幅。该第一超声波的声压为P_i。

在本实施例中，本步骤在轮胎充气后执行，或者说，本步骤是在轮胎出厂后执行，具体地，超声波发射器向轮胎发射第一超声波，通过向轮胎发射超声波以实时检测轮胎内的空气压强。

步骤406，接收由所述轮胎壁反射的第二超声波。

本实施例中，超声波接收器接收轮胎壁反射的多个第二超声波，多个第二超声波相叠加，叠加所述壁部的厚度与所述第一超声波的波长之比为整数。后的超声波的声压为P_{r max}。

多个叠加后的第二超声波的声压与第一超声波的声压的关系为：

步骤408，获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压。

本步骤中，处理模块通过超声波发生器和超声波接收器获取到第一超声波的声压P_i和第二超声波的声压P_{r max}。

步骤410，根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述轮胎壁的反射系数。

本实施例中，处理模块根据所述第一超声波的声压、所述第二超声波的声压、所述第一反射系数、所述第一透射系数、所述第二反射系数和所述第二透射系数计算获得超声波在所述轮胎壁的内壁至所述胎内空气的方向上的第三反射系数。

具体地，本步骤，通过第一超声波的声压P_i、第二超声波的声压P_{r max}以及在出厂前扫频检测获得的已知的r₁,t₁,r₁′,t₁′,α，求解获得第三反射系数r₂。

步骤412，根据所述轮胎壁的反射系数计算获得胎内空气的密度。

本实施例中，处理模块根据所述第一反射系数、所述第二反射系数和所述第三反射系数计算获得所述胎内空气的密度。

例如，根据所述第一反射系数r₁和所述第二发射系数r₁’，计算得出所述轮胎壁的声阻Z₂；根据所述轮胎壁的声阻Z₂和所述第三反射系数r₂计算获得所述胎内空气的声阻Z₃；根据空气中的声速c和所述胎内空气的声阻Z₃，计算获得所述胎内空气的密度ρ₃。

即已知r₁,r₁′,r₂，根据以及Z₃＝ρ₃c₃求解获得胎内空气的密度ρ₃。

步骤414，根据所述环境空气的密度与所述胎内空气的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算获得所述胎内空气的压强。

具体地，由于根据压强和密度的正比关系，根据

其中P为胎内空气的压强，P₀为常压，即环境空气的压强，ρ₀为常压下的空气密度，即环境空气的密度，这样，处理模块通过环境空气压强、环境空气密度和胎内空气密度求解获得胎内空气压强，从而实现对轮胎的气压检测。上述方法无需在轮胎上安装部件，利用轮胎反射超声波，且超声波随胎内空气的压强变化的特性来实现非接触式的胎压检测，使得胎压检测更为简便、快捷，避免了电磁干扰对检测结果的影响，且有效降低了检测成本。

在常压下(未考虑温度影响)，空气声速为c_air＝340m/s，密度为ρ_air＝1.29kg/m³，声阻为Z_air＝438.6kg/(m²s)。常见轮胎材料为丁基橡胶(Butyl rubber)，其声速为c_rubber＝1800m/s，密度为ρ_rubber＝1.11×10³kg/m³，声阻为Z_rubber≈2×10⁶kg/(m²·s)，厚度约1cm的丁基橡胶对350KHz超声的幅度衰减系数约为0.51。在这种条件下，轮胎壁的外壁的反射系数和透射系数分别为：r₁＝-r₁′＝0.9996，t₁＝1.9996，t₁′＝0.0004。当胎压变化范围为1～2.5Bar时，轮胎内壁的反射系数变化范围为r₂＝-0.9996～-0.9989。可以得到最终反射超声波信号幅度峰值变化范围为P_{r max}＝0.99876854～0.99876973P_i，反射超声波信号的相对变化量约为1×10^-6级，误差非常小，以现有的信号处理技术可以实现该超声波信号的实时检测，进而计算出轮胎的胎压。

为了提高本胎压检测方法的精度，还可以增加入射超声的功率来提高检测灵敏度，这是以牺牲功耗为代价的。

值得一提的是，上述的密闭区域的内部气压的检测方法和气压检测装置还可以应用在除轮胎外的其他密闭区域，例如，该密闭区域为密闭容器，例如，该密闭容器为天然气罐，例如，该密闭区域为输气管道。例如，该密闭容器的容器壁为刚性的容器壁。

在一个实施例中，如图5所示，提供一种密闭容器的内部的气压检测方法：

步骤501，向容器发射能够依次透射环境空气、容器壁和容器内气体的第一超声波。

步骤502，接收由所述容器壁反射的第二超声波。

步骤503，获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压。

步骤504，根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述容器壁的反射系数。

步骤505，根据所述容器壁的反射系数计算获得容器内气体的密度。

步骤506，根据所述环境空气的密度与所述容器内气体的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算获得所述容器内气体的压强。

根据上述的计算过程，同理可获得：在容器充气前，r₁＝-r₁′＝-r₂，可以确定除r₂外的参数值r₁、r₁’、t₁和t₁‘，将r₁、r₁’、t₁和t₁‘作为初始化参数，其中，r₁为第一反射系数，r₁’为第二反射系数，t₁为第一透射系数，t₁‘为第二透射系数，r₂为第三反射系数，在本实施例中，在容器内部充气前对容器进行扫频检测，容器未充气时，其内部气体的气压与环境空气的气压相等，在容器充入气体后，由于环境空气密度恒定，计算获得的r₁、r₁’、t₁和t₁‘也为恒定的数值。

因此，在容器在充入气体后，根据r₁、r₁’、t₁和t₁‘计算获得r₂即可检测到容器内气体的压强变化。在获得第一超声波的声压和所述第二超声波的声压后，根据

可计算第三反射系数r₂

随后，根据所述第一反射系数r₁和所述第二发射系数r₁’，计算得出所述容器壁的声阻Z₂；根据所述容器壁的声阻Z₂和所述第三反射系数r₂计算获得所述容器内气体的声阻Z₃；根据容器内气体的声速c和所述容器内气体的声阻Z₃，计算获得所述容器内气体的密度ρ₃。

即已知r₁,r₁′,r₂，根据以及Z₃＝ρ₃c₃求解获得容器内气体的密度ρ₃。

具体地，由于根据压强和密度的正比关系，根据

求得容器内气体的压强。

应该说明的是，上述系统实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于可读取存储介质中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不移动矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种密闭区域的内部气压的检测方法，其特征在于，包括：

根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波；

接收由所述密闭区域的壁部反射的第二超声波；

获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压；

根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述密闭区域的壁部的反射系数；

根据所述反射系数计算所述密闭区域的内部气体的密度；

根据所述环境空气的密度与所述密闭区域的内部气体的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算所述密闭区域的内部气体的压强。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述密闭区域为密闭容器。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述密闭区域为密闭管道。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述密闭区域为移动式密闭区域。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述密闭区域为轮胎。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述密闭区域具有刚性或弹性壁部。

7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波，具体包括以下步骤：

根据所述密闭区域的壁部厚度，设置第一超声波的发射参数，采用所述发射参数向所述密闭区域发射第一超声波。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，向所述密闭区域发射多个第一超声波。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，向所述密闭区域发射多个发射参数相异的第一超声波。

10.一种气压检测装置，其特征在于，包括：超声波发生器、超声波接收器和处理模块，所述处理模块分别与所述超声波发生器和超声波接收器连接，

所述超声波发生器用于根据所述密闭区域的壁部厚度，向所述密闭区域发射第一超声波；

所述超声波接收器用于接收由所述密闭区域的壁部反射的第二超声波；

所述处理模块用于获取所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压，根据所述第一超声波的声压和所述第二超声波的声压计算获得所述密闭区域的壁部的反射系数，根据所述反射系数计算所述密闭区域的内部气体的密度，根据所述环境空气的密度与所述密闭区域的内部气体的密度的比值，并根据所述环境空气的压强，计算所述密闭区域的内部气体的压强。