CN111405993A - 独立板载压力测量设备和压力测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮，包括：轮辋，该轮辋承载与该轮辋协同操作以限定内部容积的轮胎，该轮包括压力测量设备(1)，该压力测量设备(1)包括电子控制电路(3)，该电子控制电路(3)连接至压力传感器(4、20)、连接至用于感测该轮(50)没有正在移动的缺乏移动传感器(8)、以及连接至用于无线通信的电子电路(9、10、22)，该压力测量设备(1)被布置成致使在该轮被检测为没有正在移动的情况下测量压力。本发明涉及一种压力测量设备(1)和相关联的测量方法。

Description

独立板载压力测量设备和压力测量方法

发明领域

本发明涉及测量压力，尤其涉及测量飞行器轮中的压力。

发明背景

常规地，飞行器轮包括圆柱形轮辋，该圆柱形轮辋承载与轮辋协同操作以限定内部容积的轮胎，该内部容积填充有压力下的流体(通常是空气)。在每次着陆之后，通过使用安装在固定至轮辋的充气阀上的压力测量设备来测量轮中所包含的空气的压力。轮辋通常包含被称为热包的制动盘堆，其在制动飞行器时散发出显著的热量(高于500摄氏度的温度)。这种热要求使用特定材料和组装技术，这使得这样的压力传感器的制造非常昂贵。此外，传感器在进行测量时暴露于高温下会干扰测量的准确度。

发明目的

本发明的目的是要提高压力测量设备的准确度。

发明内容

为此，本发明提供了一种交通工具轮，该轮包括轮辋，该轮辋承载与轮辋协同操作以限定内部容积的轮胎，该内部容积填充有压力下的流体，该轮包括被安装成以便能够在内部容积中自由移动的压力测量设备。压力测量设备包括电子控制电路，该电子控制电路连接至压力传感器、连接至用于感测轮何时没有正在移动的缺乏移动传感器、以及连接至用于无线通信的电子电路。压力测量设备被布置成致使在轮被检测为没有正在移动的情况下测量压力。

因而获得了一种设备，该设备没有经受热包的热的影响并且在确信其尽可能远离热包的情况下进行压力测量。测量设备的压力传感器可因而包括相比现有技术而言承受高温的能力稍逊但提供经提高的准确度的组件。由于测量设备在进行测量的情况下所暴露到的温度较低，因此无需存在或可限制测量的温度补偿，由此造成由本发明的设备所进行的压力测量的经提高的准确度。

当缺乏移动传感器包括加速度计时，对轮没有正在移动进行检测是尤其有效的。

当用于无线通信的装置包括调谐到工业、科学和医学频带的蓝牙收发器和/或射频识别(RFID)标签和/或无线电收发器时，制造成本得以改善。

在压力测量设备包括用于感测压力下的流体的温度的温度传感器时，可以执行温度补偿，由此提高压力测量的准确度。

当压力测量设备包括用于回收动能的装置时，测量设备的耐用性被极大地改善。

有利地，压力测量设备包括数据存储存储器。

在测量设备包括围绕包含至少一个电子卡的壳体延伸的外壳时，该设备的稳健性得到改善。

当外壳在形状上基本为球形时，可获得廉价的制造。

可以在外壳限定气密的内部容积时在敌对介质中测量压力，并且压力测量设备包括固定到外壳的内表面且连接至电子卡的应变仪。替代地，外壳限定内部容积并且包括用于准入压力下的流体的至少一个孔口。压力测量设备接着在内部容积中包括压力测量传感器。

本发明还提供一种用于放置在本发明的交通工具轮中的压力测量设备。

本发明还提供了一种通过使用本发明的测量设备来测量交通工具轮中的压力的方法，该方法包括以下步骤：

a)检测压力测量设备没有移动达预定历时；

b)测量内部容积的压力；以及

c)使用用于无线通信的电子电路以发送测得的压力值。

附图简述

参考附图，在附图中：

·图1是本发明的第一实施例中的压力测量设备的一部分的图解透视图；

·图2是本发明的第一实施例中的交通工具轮的图解剖视图；

·图3至5是图2的轮在各种动态配置下的图解剖视图；以及

·图6是本发明的第二实施例中的交通工具轮的局部图解剖视图。

发明的详细描述

参照图1，本发明的压力测量设备(在整体上以附图标记1给出)包括电子卡2，微控制器3被焊接在该电子卡2上。微控制器3通过导线4.1连接至用于测量压力的电阻式机电纳米系统，在该示例中为应变仪4，该应变仪4结合至围绕电子卡2延伸的基本上球形的外壳6的内表面5。在该示例中，外壳6由合成橡胶制成并且其限定了气密的内部容积7。外壳6通过从内表面5延伸到紧固点2.1的三个弹性链接件6.1来被连接至电子卡2，这三个弹性链接件6.1在紧固点2.1处被拧紧到电子卡2。

电子卡2还接纳加速度计8、RFID标签9和无线电收发器10，其可调谐到工业、科学和医学频带以及调谐到用于全球移动通信系统(GSM)型网络频带。工业、科学和医学频带在欧洲是由标准EN 55011和无线电装备指令(RED)定义的，并且它们使低数据速率长距离通信成为可能。在美国，这些频带由美国联邦法规第47篇第15和18部分来定义。这些频带通常用于所谓的“物联网”(IoT)的应用中。压力测量设备1还包括电阻式温度探头11和动能回收单元12，该动能回收单元12包括转换器13，该转换器13将其捕获的动能转换成电能并将其发送至电池14。在该示例中，能量回收单元12包括由铁磁材料制成的球12.1，其可在线圈12.2的气隙中自由移动。

加速度计8、RFID标签9、无线电收发器10、温度探头11、回收单元12和电池14被固定到电子卡2，并且它们被连接至微控制器3。电子卡2还承载连接至微控制器3的静态随机存取存储器(SRAM)模块15。

电子卡2及其组件被嵌入在酚醛树脂中，该酚醛树脂在硬化时为电子卡2提供保护性壳体16，其中紧固点2.1被保留为可及的。

如图2中可以看到的，压力测量设备1被放置在飞行器100的轮50中。轮50包括轮辋51，在轮辋51上安装有轮胎52。轮胎52与轮辋51协同操作以限定轮50的内部容积53，该内部容积填充有压力下的空气。压力测量设备1在轮胎被装在轮辋51上时被放置在轮胎52的内部。压力测量设备1被松散地安装在内部容积53中，即，在压力测量设备1与轮辋51和/或轮胎52之间没有链接。该设备可独立于轮50的移动而在内部容积53的内部移动。通常的情形是，轮辋51基本上是圆柱形的并且其容纳热包54，该热包54包括交替地连接至轮辋51以及连接至承载轮50的底盘56的腿55的静止元件的制动盘堆。

飞行器100的航空电子装备101包括调谐到压力测量设备1的收发器10的传输/接收频率的无线电收发器102。

在操作中且参照图3至5，当在维护操作期间将轮胎52放置在轮辋51上时，压力测量设备1在被放置到飞行器100的轮50中就位时被激活。当飞行器100在起飞期间正在滑行且同时仍在地面上时，轮50旋转，并且取决于轮50的转速，压力测量设备1在轮50的底部部分中保持在其中轮50与地面G接触的区域60附近滚动(图3)。随着轮50的旋转速度增加，压力测量设备1在落回到区域60中之前被轮胎53的内表面57接连地夹带(图4)。压力测量设备1以非常高的速度弹跳碰撞轮胎52的内表面57并在内部容积53中移动。压力测量设备1也可在轮胎正在旋转时变得压靠在轮胎52的内表面57上(图5)。在轮50正在旋转的情况下，加速度计8检测到轮50正在移动，并且回收单元12将压力测量设备1正经受的动能转换成由电池14存储的电能。在这些移动期间，测量设备1仅在特殊情况下处于与轮辋51的延长了的接触中。

在处于飞行的情况下，加速度计8检测到轮50没有正在移动。微控制器3接着开始对存储在存储器模块15中的预定历时T(并且在该示例中为三十分钟的历时)倒计时。在该倒计时结束时，微控制器3读取应变仪4和温度探头11的测量。微控制器3利用应变仪4并将外壳6的应变变换成内部容积53中的空气压力的测量，外壳6经受压力设备1的内部容积7和轮50的内部容积53之间的压力差。微控制器3接着通过使用来自温度探头11的测量并通过咨询用于补偿应变仪4因变于温度的漂移的表来执行对压力测量的温度补偿，该表被存储在SRAM存储器模块15中。此后，微控制器3使用无线电收发器10将轮50的压力值传送至飞行器100的无线电收发器102。微控制器3接着将轮50的压力值编码成适当的格式，并将其存储在RFID标签9中。此后，微控制器3致使测量设备1进入睡眠。当其在睡眠的情况下，设备所消耗的能量仅限于监视加速度计8。

有利地，加速度计8可在飞行器100处于飞行中的情况下测量飞行器100的移动，以便不测量压力或不传送测量。当轮50没有正在移动的情况下，压力测量设备1经受重力，并且其停在轮50的最低点，即距轮辋51的距离d处。

当飞行器100正在着陆的情况下，压力设备1经受轮50的旋转并且其在轮胎52的内部容积53中自由移动。在轮50的旋转期间，加速度计8检测到轮50正在移动，并且回收单元12将压力测量设备1正经受的动能转换成由电池14存储的电能。

在这些移动期间，测量设备1仅在特殊情况下处于与轮辋51的延长了的接触中。

一旦飞行器已停止，加速度计8便检测到轮50没有正在移动。微控制器3接着开始对存储在存储器模块15中的预定历时T(并且在该示例中为三十分钟的历时)倒计时。在该倒计时结束时，微控制器3读取应变仪4和温度探头11的测量。微控制器3利用应变仪4并将外壳6的应变变换成内部容积53中的空气压力的测量，外壳6经受压力设备1的内部容积7和轮50的内部容积53之间的压力差。微控制器3接着通过使用来自温度探头11的测量并通过咨询用于补偿应变仪4因变于温度的漂移的表来执行对压力测量的温度补偿，该表被存储在SRAM存储器模块15中。此后，微控制器3使用无线电收发器10将轮50的压力的测量传送至飞行器100的无线电收发器102。轮50的压力的测量的这种传输还可被发送至飞行器100停放的地点(通常是机场)处的维护平台200的无线电接收器202。这使得可以避免维护操作员视察轮50，并确保轮50被自动跟踪。还可以由收发器10在GSM频带上进行第二传输，以便使远程平台能够跟踪轮50。微控制器3接着将轮50的压力值编码成适当的格式，并将其存储在RFID标签9中。微控制器接着使压力测量设备1睡眠。

在对轮50进行检查视察期间，可应请求来通过使用RFID标签读取器70检查压力。操作员将RFID标签读取器70带至轮50处。响应于读取器70，RFID标签9向其发送轮50的压力值，该压力值接着由RFID读取器70读取。

由此获得压力测量设备1，该压力测量设备1在始终尽可能远离热包54的情况下测量压力。这使得可以在其中温度对压力传感器4的影响受限或易于补偿的温度范围内使用压力传感器4。压力测量设备1的各组件经受较低温度，并因此可以从比现有技术的组件便宜的范围内选择这些组件。由作用在压力测量设备1上的离心力产生的机械应力也很小，并且也允许使用比现有技术的组件便宜的组件。测量设备1因而是比较便宜的且比目前存在的解决方案更准确。

在本发明第二实施例的以下描述中，与上面描述的元件等同或类似的元件被赋予相同的附图标记。

参照图6，本发明的第二实施例中的测量设备1包括电子卡2，其上焊接有微控制器3和压力测量机电微系统，具体而言是电容式压力传感器20。外壳6包括用于使流体准入内部容积7的孔口21。在该示例中，电子卡2被松散地安装，即其能够在内部容积7中自由移动。电子卡2还接纳加速度计8、蓝牙收发器22和无线电收发器10，其可调谐到工业、科学和医学频带以及调谐到GSM型网络频带。压力测量设备1还包括热电偶23和动能回收单元12，该动能回收单元12包括转换器13，该转换器13将其捕获的动能转换成电能并将其发送至电池14。

电容式压力传感器20、加速度计8、蓝牙收发器22、无线电收发器10、温度探头11、回收单元12和电池14被固定到电子卡2，并且它们被连接至微控制器3。电子卡2还承载连接至微控制器3的SRAM存储器模块15。

电子卡2及其组件被嵌入在酚醛树脂中，该酚醛树脂在硬化时为电子卡2提供保护性壳体16。

当将压力测量设备1放置在飞行器100的轮50中时，压力下的占据轮50的内部容积53的空气通过孔口21穿透到压力测量设备1的内部容积7中。压力测量设备1的内部容积7中的压力于是等于轮50的内部容积53中的压力。该压力由电容式压力传感器20测量并且被递送至微控制器3。

本发明的第二实施例中的压力测定设备1的操作与上面描述的相同。蓝牙收发器22提供了将轮50的压力值简单地无线传达至智能电话类型的常见移动通信装备。

自然地，电子卡2可被固定到外壳6，如在本发明的第一实施例中一样。

自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是覆盖落在如由权利要求限定的本发明的范围内的任何变体。

具体而言：

·尽管如上所述，压力测量设备包括微控制器，但是本发明同样适用于其他类型的电子控制电路，例如诸如现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑门或微处理器；

·尽管如上所述，微控制器和其他组件被焊接到电子卡，但是本发明同样适用于用于将组件连接至控制电路的其他手段，例如诸如经由引脚、通过烧结、或通过在印刷电路板(PCB)型支撑上进行焊接的连接、或通过导线至所连接的组件的连接；

·尽管如上所述，应变仪通过导线连接至微控制器，但是本发明同样适用于压力测量设备的各个组件之间的无线连接；

·尽管如上所述，该设备包括压力测量纳米系统或压力测量微系统，但本发明同样适用于其他类型的压力传感器，例如诸如电阻式、电感式、电容式、或霍尔效应传感器，其可以是纳米尺度、微米尺度、毫米尺度、或任何类型；

·尽管如上所述，应变仪被黏附地结合至压力测量设备外壳的内表面，但是本发明同样适用于将压力仪固定至外壳的其他手段，例如诸如施加树脂、超声焊接或铆固；

·尽管如上所述，外壳在形状上基本上是球形的，但是本发明同样适用于外壳的其他形状，例如诸如蛋形、便于设备在轮的内部容积中滚动的任何形状、或任何其他形状。本发明还适用于不具有外壳的压力测量设备。

·尽管如上所述，外壳由合成橡胶制成，但本发明同样适用于由其他材料制成的外壳，例如诸如天然橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、聚合物、碳/芳纶(Kevlar)复合材料、不锈钢、或任何其他材料；

·尽管如上所述，电子卡通过三个弹性链接件连接至外壳，但是本发明同样适用于通过单个链接件、两个链接件或三个链接件连接的电子卡，这些链接件不一定是弹性的，并且本发明同样适用于被松散地安装在外壳内部的电子卡。

·尽管如上所述，测量设备包括加速度计，但是本发明同样适用于用于感测缺乏移动的其他类型的传感器，例如诸如惯性单元、陀螺仪、一个或多个摆锤、一个或多个由重力致动的开关；

·尽管如上所述，压力测量设备包括RFID标签，但本发明同样适用于用于短程传输的其他类型的无源技术，诸如例如通过使用近场通信(NFC)协议；

·尽管如上所述，压力测量设备包括蓝牙收发器，但是本发明同样适用于用于短程传输的其他类型的有源技术，例如诸如Wi-Fi或超声技术；

·尽管如上所述，压力测量设备包括能够调谐两个GSM型波带的无线电收发器，但本发明同样适用于用于通过公共网络进行传输的其他类型的技术，例如诸如使用2G、3G、4G、5G、LoRa或edge类型的协议或从IEEE 802.15.4标准派生的类型的协议；

·尽管如上所述，压力测量设备包括电阻式温度探头，但本发明同样适用于用于感测压力下的轮中流体的温度的其他类型的传感器，例如诸如热电偶或红外高温计；

·尽管如上所述，压力测量设备包括感应动能转换器，但是本发明同样适用于其他类型的能量转换器，例如诸如压电型的动能转换器或热能转换器；

·尽管如上所述，压力测量设备包括SRAM存储器，但是本发明同样适用于其他类型的数据存储存储器，例如诸如双端口随机存取存储器(DPRAM)、多模式存取存储器(MAM)、或参数随机存取存储器(PRAM)类型的存储器、硬盘、或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；

·尽管如上所述，压力测量设备包括由酚醛树脂制成的壳体，但本发明同样适用于其他类型的壳体，例如诸如由金属、复合材料或碳纤维、或环氧树脂等制成的壳体；

·尽管如上所述，测量设备被放置在飞行器轮中，但是本发明同样适用于其他类型的交通工具的轮，例如诸如卡车或汽车；

·尽管如上所述，轮胎充满有压缩空气，但本发明同样适用于填充有压力下的其他类型流体的轮胎，例如诸如气体或液体；以及

·尽管如上所述，测量压力结束时所处的预定历时是三十分钟，但是本发明同样适用于更大或更短长度的其他历时。

Claims (12)

1.一种用于交通工具(100)的交通工具轮(50)，所述轮包括轮辋(51)，所述轮辋(51)承载与所述轮辋(51)协同操作以限定填充有压力下的流体的内部容积(53)的轮胎(52)，所述轮(50)包括被安装成以便能够在所述内部容积(53)中自由移动的压力测量设备(1)，所述压力测量设备(1)包括电子控制电路(3)，所述电子控制电路(3)连接至压力传感器(4、20)、连接至用于感测所述轮(50)何时没有正在移动的缺乏移动传感器(8)、以及连接至用于无线通信的电子电路(9、10、22)，所述压力测量设备(1)被布置成致使在所述轮(50)被检测为没有正在移动的情况下测量压力。

2.根据权利要求1所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述缺乏移动传感器包括加速度计(8)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述用于无线通信的电子电路包括调谐到工业、科学和医学频带的蓝牙收发器(22)和/或RFID标签(9)和/或无线电收发器(10)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述压力测量设备(1)包括用于感测压力下的所述流体的温度的温度传感器(11)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述压力测量设备(1)包括用于回收动能的装置(12)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述压力测量设备(1)包括数据存储存储器(15)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述压力测量设备(1)包括外壳(6)，所述外壳(6)围绕容纳至少一个电子卡(2)的壳体(16)延伸。

8.根据权利要求7所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述外壳(6)在形状上基本上是球形。

9.根据权利要求7或8所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述外壳(6)限定气密的内部容积(7)，所述压力测量设备(1)包括固定至所述外壳(5)的内表面且连接至所述电子卡(2)的应变仪(4)。

10.根据权利要求7或8所述的交通工具轮(50)，其特征在于，所述外壳(6)限定内部容积(7)并且包括用于准入压力下的所述流体的至少一个孔口(21)，所述压力测量设备(1)在所述内部容积中包括压力测量传感器(20)。

11.一种用于放置在根据权利要求1至10中任一项所述的交通工具轮(50)中的压力测量设备(1)。

12.一种使用根据权利要求1至10中任一项所述的测量设备来测量交通工具轮(50)中的压力的方法，所述方法包括以下步骤：

a)检测所述压力测量设备(1)没有移动达预定历时；

b)测量所述内部容积(53)的压力；以及

c)使用所述用于无线通信的电子电路(9、10、22)以发送测得的压力值。

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