CN110588257B - 一种分离式胎压传感器 - Google Patents
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Abstract
一种分离式胎压传感器，包括胎压传感器探头、电缆、调理模块、输出导线。其中，所述电缆的一端与胎压传感器探头中的芯体输出导线连通，该电缆的另一端与所述调理模块中的输入电缆连通。所述输入电缆与所述调理模块中的调理模块电路板连通。该调理模块电路板与输出导线的一端连通，该输出电缆的另一端对外连接。本发明将压力感应部位及压力处理部分进行了分离，能够在180℃下短时工作，保证在‑55～170℃温度范围内稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及机轮温度压力监控系统领域，具体是一种精度达到10kPa并能够耐180℃高温的分离式胎压传感器。
背景技术
飞机轮胎压力监测系统在国外大型民用和军用飞机中已经普遍采用，如：AIRBUS公司、BOEING公司和DASSAULT公司的诸多机型中，包括最新的A380飞机也装配了轮胎压力监测系统。它是保证飞机安全的一项技术。轮胎压力监测系统对轮胎的内部气压进行监测，通过数据总线和显示器向机组人员或维护人员提供轮胎的实际压力，可对轮胎的低压、爆胎进行告警。在日常维护中，TPMS免去了对轮胎压力进行地面人工测量，减轻了对轮胎的维护工作量。
胎压传感器是整个系统的关键部件，其选型正确与否关系到整个系统功能的实现及性能的满足。
胎压传感器直接感应机轮压力，因此对其精度要求较高。同时胎压传感器直接安装在机轮上，对其耐高温能力提出了较高的要求。且胎压传感器安装在机轮上会对机轮的转动惯量产生影响，因此其重量要求轻，尽量减小对机轮的影响。
在公开号为CN104540691A的发明创造中和CN102036840A的发明创造中分别公开了一种胎压传感器，该胎压传感器传递方式为电磁方式，其体积大、结构重量重，不能满足小型化要求。
发明内容
为避免因胎压传感器的精度及耐温能力不足引起系统采集机轮压力的精确性及稳定性，本发明提出了一种分离式胎压传感器。
本发明包括胎压传感器探头、电缆、调理模块、输出导线。其中，所述电缆的一端与胎压传感器探头中的芯体输出导线连通，该电缆的另一端与所述调理模块中的输入电缆连通。所述输入电缆与所述调理模块中的调理模块电路板连通。该调理模块电路板与输出导线的一端连通，该输出电缆的另一端对外连接。
所述输出导线中分别是供电线、地线和信号输出线。其中的供电线和地线分别与外部电源连接，为该调理模块提供电源。所述信号输出导线的一端与该调理模块电路板的信号输出端连通，另一端与外部的接收器连通。
所述胎压传感器探头中输出的压力信号为0～100mV，设定当胎压传感器探头中输出的压力信号为0时，对应的调理模块的输出为0.3；经调理模块处理后，该胎压传感器探头中输出的压力信号为0.3～2.8V，所对应的压力检测范围为0～1500kPa；所述调理模块的误差为±17mV，与该调理模块的误差对应的压力误差为±10kPa。
所述胎压传感器探头包括连接套、尾部附件、转接环、芯体组件、模缩套、热缩管、屏蔽套和防水管。其中：所述芯体组件装在连接套内，并使该芯体组件中的压力接嘴的入口端装入所述连接套前端端面中心的压力接嘴孔中；所述芯体组件中的芯体端盖外圆周表面前端的限位凸台位于所述转接环前端面与连接套限位台之间，以限制该芯体组件的轴向运动范围。所述转接环固定在所述连接套内。所述尾部附件前端的连接套安装在所述芯体端盖后端的连接杆上。所述防水管的前端套装在所述芯体端盖连接杆端面的凸台上，所述屏蔽套和热缩管自内向外套装并固定在所述防水管的外圆周上。所述模缩套套装在所述尾部附件上，并使该模缩套的前端装入所述连接套的后端口内与所述芯体端盖的后端面贴合，使该模缩套的后端套装在所述热缩管的外圆周上。当该模缩套收缩后套紧在尾部附件与热缩管的外圆周上。
所述压力接嘴的外圆周表面与所述压力接嘴孔的内圆周表面之间有1.5mm的间隙。
所述芯体端盖的外圆周表面与转接环的内圆周表面间隙配合；所述转接环前端面与连接套限位台之间的间距为3mm。
所述芯体组件包括压力接嘴、弹性膜片、线路板座、线路板、芯体端盖、金丝线和芯体输出导线。所述压力接嘴与芯体组件前端的压力接嘴孔配合。所述弹性膜片固定在该压力接嘴内端端面处，并使该弹性膜片的前面与压力接嘴内端端面之间有1～2.0mm的间隙。在该弹性膜片后端面的中心安放有应变计，通过该应变计阻值的变化检测压力。在该应变计上固定有金丝线，该金丝线的另一端于线路板连接，通过该金丝线将应变计采集的信号传递至线路板。所述线路板通过线路板座固定在弹性模片的安装座上；该线路板的各输出端口分别与芯体输出导线连接。所述芯体输出导线穿过芯体端盖的通孔。
在所述压力接嘴的前端面对称的分布有两个与该压力接嘴中心孔贯通的通气孔，使轮胎压力与弹性膜片连通，以感应轮胎压力。
弹性膜片是不锈钢弹性膜片，金属应变计直接贴装在弹性膜片上并组成电桥，将弹性膜片感应压力的应变量转变为金属应变计阻值变化。金属应变计的电桥输出点通过金丝球焊将金丝焊接在线路板上，线路板上有常规的RC电路，与电桥连接一起组成分压电路，将阻值转换成电压变化。
线路板固定在芯体组件中，线路板通过高温导线将电压信号输出。
芯体组件输出端设计有用于安装尾部附件的凸台，将输出导线通过尾部附件进行屏蔽及防水处理。输出导线经过屏蔽处理后直接连接到调理模块上，调理模块对输出的压力信号进行包括高低温补偿、线性补偿的调节处理。调理模块将外部供电转换成能够用于金属应变计组成的电桥的电压，且该电压地线与供电地隔离，保证金属应变计输出不受外部电源的干扰。
胎压传感器通过外部供电，外部电源给调理模块供直流12V，调理模块对外部电源进行处理，处理后的电源可用于给金属应变计组成的电桥供电，保证电桥供电不受外部电源波动影响。调节后的电桥各输出点会产生相应的电动势。压力芯体组件感应外部压力，不同的压力使应变电桥各段出现不同的阻值变化，从而输出相应的电压信号。
与现有技术相比较，本发明将胎压传感器探头及调理模块进行了分离。为了适应高温环境及小型化设计要求，所述胎压传感器探头的外形尺寸不大于Φ22mm×48mm，重量不大于50g。选用的钛合金材料均耐高温，能够在180℃下工作20min以内，并能够在-55～170℃温度范围内稳定工作。
调理模块与胎压传感器之间引线长度为400mm，短距离的传输保证信号不受损失，且可使调理模块远离高温环境，能够在温度允许范围内选择高精度调试芯片，从而在设计时能够充分保证压力调节的精度，使调节器初始误差值控制在5kPa以内，为后续电路留更大的精度调整空间。经过调理模块的处理，可保证胎压传感器的输出精度在0～10kPa的精度要求。
溅射薄膜压力芯体因使用微束脉冲亚弧焊和激光焊，具有防水、防潮功能。依据“ARP6137”标准要求，固定在机轮上的设备将至少承受2000g的离心力。同时，产品需承受3.18g2/Hz的振动量值。而且，产品直接裸露在外部环境，温度及湿度变化较大。通过完全密封保证产品在高振动、高离心力、温度及湿度多变等恶劣的环境下能长期稳定的工作。
附图说明
附图1是胎压传感器安装位置示意图；
附图2是胎压传感器的结构示意图；
附图3是胎压传感器探头的结构示意图；
附图4是连接套的结构示意图；
附图5是尾部附件的结构示意图；
附图6是芯体组件的结构示意图；
附图7是压力接嘴的结构示意图；
附图8是弹性膜片的结构示意图；
附图9是电桥原理示意图；
附图10是芯体端盖的结构示意图；
附图11是调理模块的结构示意图；
图中：1.胎压传感器；2.机轮；3.胎压传感器探头；4.电缆；5.调理模块；6.输出导线；7.连接套；8.尾部附件；9.转接环；10.芯体组件；11.模缩套；12.热缩管；13.屏蔽套；14.防水管；15.压力接嘴；16.弹性膜片；17.线路板座；18.线路板；19.芯体端盖；20.金丝线；21.芯体输出导线；22.调理模块底座；23.调理模块盖板；24、调理模块电路板；25.输入电缆。
具体实施方式
本实施例是一种耐180℃高温的分离式胎压传感器。胎压传感器1安装在机轮2的轮缘上。
本实施例包括胎压传感器探头3、电缆4、调理模块5、输出导线6。其中，所述电缆4的一端与胎压传感器探头3中的芯体输出导线21连通，该电缆的另一端与所述调理模块5中的输入电缆25连通。所述输入电缆25与所述调理模块5中的调理模块电路板24连通。该调理模块电路板24与输出导线6的一端连通，该输出电缆6的另一端对外连接。所述调理模块与胎压传感器探头之间电缆4的长度为400mm。
所述输出导线6中有三根导线，分别是供电线、地线和信号输出线。其中的供电线和地线分别与外部电源连接，为该调理模块5提供电源。所述信号输出导线的一端与该调理模块电路板的信号输出端连通，另一端与外部的接收器连通。
所述调理模块5采用现有技术。该调理模块包括输入电缆25、调理模块盖板23、调理模块底座22和电路板组件24。所述输入电缆25的一端与电缆4的一端连接，将胎压传感器探头3输出的电压信号传递至所述调理模块中的电路板组件24，所述电路板组件上的调理电路模块对压力进行处理，通过PGA309AIPWT桥式传感器信号处理CMOS电路，对传感器输出零点偏置和零点、灵敏度温度漂移实现高精度补偿。再通过输出导线6对外进行输出；从所述胎压传感器探头3中输出的压力信号为0～100mV，设定当胎压传感器探头中输出的压力信号为0时，对应的调理模块的输出为0.3；经调理模块处理后，该胎压传感器探头中输出的压力信号为0.3～2.8V，所对应的压力检测范围为0～1500kPa。所述调理模块的误差为±17mV，与调理模块的误差对应的压力误差为±10kPa。通过所述调理模块盖板23将所述电路板组件封装在该调理模块内部。
所述胎压传感器探头3采用的钛合金材料，包括连接套7、尾部附件8、转接环9、芯体组件10、模缩套11、热缩管12、屏蔽套13和防水管14。其中：所述芯体组件10装在连接套7内，并使该芯体组件中的压力接嘴15的入口端装入所述连接套前端端面中心的压力接嘴孔中，并使该压力接嘴的外圆周表面与所述压力接嘴孔的内圆周表面之间有1.5mm的间隙。所述芯体组件中的芯体端盖19外圆周表面前端的限位凸台位于所述转接环9前端面与连接套7限位台之间，以限制该芯体组件的轴向运动范围；使该芯体端盖的外圆周表面与转接环9的内圆周表面间隙配合。所述转接环9前端面与连接套7限位台之间的间距为3mm。所述转接环9位于所述连接套7内，并使二者通过螺纹固连。所述尾部附件8前端的连接套通过螺纹安装在上述芯体端盖19后端的连接杆上。所述防水管14的前端套装在所述芯体端盖19连接杆端面的凸台上，所述屏蔽套13和热缩管12自内向外套装在所述防水管的外圆周上，并通过卡环固定。所述模缩套11套装在所述尾部附件8上，并使该模缩套11的前端装入所述连接套7的后端，并使该模缩套的前端面与所述芯体端盖19的后端面贴合，使该模缩套的后端套装在所述热缩管12的外圆周上。当该模缩套收缩后套紧在尾部附件8与热缩管的外圆周上。
所述胎压传感器探头的外形尺寸不大于Φ22mm×48mm，重量不大于50g。选用的钛合金材料均耐高温，能够在180℃下工作20min以内，并能够在-55～170℃温度范围内稳定工作。
所述芯体组件10包括压力接嘴15、弹性膜片16、线路板座17、线路板18、芯体端盖19、金丝线20和五根芯体输出导线21。所述压力接嘴15装入芯体组件前端的压力接嘴孔内，并在该压力接嘴的外圆周表面与所述压力接嘴孔内圆周表面之间装入机轮气门芯。压力接嘴中部有安装有密封圈，以保证轮胎内气体不泄漏。所述弹性膜片激光焊接固定在该压力接嘴内端端面处，并使该弹性膜片的前面与压力接嘴内端端面之间有1～2.0mm的间隙；所述弹性膜片16与所述压力接嘴中心孔同轴。在该弹性膜片后端面的中心安放有四个应变计，四个应变计是粘接在弹性膜片上，应变计组成了图9所示的电桥，电桥两个触点为外部供电，当弹性膜片感应到外部压力后产生形变，金属应变计的阻值就随弹性模块的形变产生变化，使所述电桥的输出电压发生变化。在该应变计上固定有金丝线20，该金丝线的另一端与线路板18连接，通过该金丝线20将电桥输出的电压信号传递至线路板18。所述线路板上有常规的RC电路，用于与电桥组成分压电路；该线路板的各输出端口分别与芯体输出导线21连接，直接对外输出信号。线路板通过线路板座17固定在弹性模片16的安装座上。所述线路板座17固定在线路板18与弹性模片16之间。所述输出导线穿过芯体端盖19的通孔，并用胶对通孔进行灌封固定。所述芯体端盖19的套装在压力接嘴15、线路板座17上，通过该芯体端盖实现对弹性膜片16、线路板18和芯体输出导线21的密封。
所述压力接嘴15为中空回转体，其中心的通孔为压力孔，该压力孔的孔径为3mm。在该压力接嘴的前端面对称的分布有两个孔径为1mm的通气孔，该通气孔与该压力接嘴中心孔贯通。该压力接嘴的外圆周表面为阶梯状，前端的外径与连接套7前端的压力接嘴孔配合。该压力接嘴前端的外径圆周安装在机轮上时，与机轮气门芯的内圆周表面紧密贴合，通过压力接嘴外圆周上的密封圈进行密封。
所述芯体端盖19为壳体，其外形为与所述压力接嘴15、线路板座17和芯体输出导线21外形相适应的阶梯状。在该芯体端盖前端的外圆周表面有径向凸出的限位凸台。
产品装配时需将芯体组件进行完全焊接密封，保证弹性膜片、线路板完全封闭在内部，从而保证产品的耐高温能力。
为验证本发明的结果，对本发明进行了高低温及常温性能试验，试验的数据分别见表1、表2、表3。
表1常温性能数据
表2高温性能数据
表3低温性能数据
Claims (6)
1.一种分离式胎压传感器，其特征在于，包括胎压传感器探头、电缆、调理模块、输出导线；其中，所述电缆的一端与胎压传感器探头中的芯体输出导线连通，该电缆的另一端与所述调理模块中的输入电缆连通；所述输入电缆与所述调理模块中的调理模块电路板连通；该调理模块电路板与输出导线的一端连通，该输出导线的另一端对外连接；
所述胎压传感器探头包括连接套、尾部附件、转接环、芯体组件、模缩套、热缩管、屏蔽套和防水管；其中：所述芯体组件装在连接套内，并使该芯体组件中的压力接嘴的入口端装入所述连接套前端端面中心的压力接嘴孔中；所述芯体组件中的芯体端盖外圆周表面前端的限位凸台位于所述转接环前端面与连接套限位台之间，以限制该芯体组件的轴向运动范围；所述转接环固定在所述连接套内；所述尾部附件前端的连接套安装在所述芯体端盖后端的连接杆上；所述防水管的前端套装在所述芯体端盖连接杆端面的凸台上，所述屏蔽套和热缩管自内向外套装并固定在所述防水管的外圆周上；所述模缩套套装在所述尾部附件上，并使该模缩套的前端装入所述连接套的后端口内与所述芯体端盖的后端面贴合，使该模缩套的后端套装在所述热缩管的外圆周上；当该模缩套收缩后套紧在尾部附件与热缩管的外圆周上；
所述输出导线中分别是供电线、地线和信号输出线；其中的供电线和地线分别与外部电源连接，为该调理模块提供电源；所述信号输出线的一端与该调理模块电路板的信号输出端连通，另一端与外部的接收器连通。
2.如权利要求1所述分离式胎压传感器，其特征在于，所述胎压传感器探头中输出的压力信号为0～100mV，设定当胎压传感器探头中输出的压力信号为0时，对应的调理模块的输出为0.3V；经调理模块处理后，该胎压传感器探头中输出的压力信号为0.3～2.8V，所对应的压力检测范围为0～1500kPa；所述调理模块的误差为±17mV，与该调理模块的误差对应的压力误差为±10kPa。
3.如权利要求1所述分离式胎压传感器，其特征在于，所述压力接嘴的外圆周表面与所述压力接嘴孔的内圆周表面之间有1.5mm的间隙。
4.如权利要求1所述分离式胎压传感器，其特征在于，所述芯体端盖的外圆周表面与转接环的内圆周表面间隙配合；所述转接环前端面与连接套限位台之间的间距为3mm。
5.如权利要求1所述分离式胎压传感器，其特征在于，所述芯体组件包括压力接嘴、弹性膜片、线路板座、线路板、芯体端盖、金丝线和芯体输出导线；所述压力接嘴与芯体组件前端的压力接嘴孔配合；所述弹性膜片固定在该压力接嘴内端端面处，并使该弹性膜片的前面与压力接嘴内端端面之间有1～2.0mm的间隙；在该弹性膜片后端面的中心安放有应变计，通过该应变计阻值的变化检测压力；在该应变计上固定有金丝线，该金丝线的另一端与线路板连接，通过该金丝线将应变计采集的信号传递至线路板；所述线路板通过线路板座固定在弹性模片的安装座上；该线路板的各输出端口分别与芯体输出导线连接；所述芯体输出导线穿过芯体端盖的通孔。
6.如权利要求5所述分离式胎压传感器，其特征在于，在所述压力接嘴的前端面对称的分布有两个与该压力接嘴中心孔贯通的通气孔，使轮胎压力与弹性膜片连通，以感应轮胎压力。
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