CN111923663A - 磨损测量器和待测磨损件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种磨损测量器和待测磨损件，该测量器包括：应变体，设置在待测磨损件上，与所述待测磨损件同步产生磨损形变；采集电路，连接所述应变体，用于采集所述应变体的通电信号；信号处理电路，连接所述采集电路，用于接收所述通电信号，并根据所述通电信号得到所述应变体的当前电阻信息；电源模块，连接所述信号处理电路，用于为所述磨损测量器提供电能。本申请实现了实时检测磨损件的磨损状态。
Description
技术领域
本申请涉及磨损检测技术领域，具体而言，涉及一种磨损测量器和待测磨损件。
背景技术
轮胎磨损量一直是汽车轮胎重要的信息，轮胎磨损对于行车安全具有重要的意义。轮胎磨损量，对于众多的商用车物流运输系统来说，是非常关键的参数，而对轮胎进行实时的监控是优化整个物流体系安全的有效手段，也是难点。
传统的轮胎磨损检测装置有多种实现方式，其一是在胎面不同深处留下不同的记号，随着轮胎磨损，可以看到相应颜色或者特征的记号，以此判断轮胎磨损的特性。其二是通过结构的设计，预埋检测线等装置，当检测线由于轮胎磨损被磨断时，可以检测到断路的信号从而得出磨损的程度信息。其余的方法，也有通过预埋传感器的方法，本质上也是通过磨损后，传感器掉落或者损伤而得到轮胎磨损到位的信息。
其一方法往往是人工巡检，不利于实时监控，而且特别在商用挂车上有内外侧轮胎之分，巡检工作量大，容易造成疏忽。其二方法需要对轮胎生产工艺做较大的改换，预埋检测线较长，而且如何引出检测线并加入传感设备也是一个难点。现有可行的磨损测量方法，大多上都是二值测量，意味着只有轮胎磨损到位或者未到位的信息，无法对轮胎磨损的过程进行监测。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种磨损测量器和待测磨损件，通过在待测磨损件上设置应变体，应变体与待测磨损件产生同步磨损形变，然后采集电路采集应变体通电后的信号，信号处理电路将该通电信号转换成应变体当前电阻信息，进而获得待测磨损件的当前磨损信息。
本申请实施例第一方面提供了一种磨损测量器，包括：应变体，设置在待测磨损件上，与所述待测磨损件同步产生磨损形变；采集电路，连接所述应变体，用于采集所述应变体的通电信号；信号处理电路，连接所述采集电路，用于接收所述通电信号，并根据所述通电信号得到所述应变体的当前电阻信息；电源模块，连接所述信号处理电路，用于为所述磨损测量器提供电能。
于一实施例中，所述应变体的电阻值小于所述待测磨损件的电阻值。
于一实施例中，所述应变体为柱状结构。
于一实施例中，所述采集电路和/或所述信号处理电路设置在所述应变体的柱状结构的第一端面上。
于一实施例中，所述采集电路包括三个已知电阻值的电阻器，三个所述电阻器与所述应变体组成电桥电路。
于一实施例中，所述信号处理电路包括：滤波电路，连接所述采集电路，用于对所述采集电路采集到的所述通电信号进行滤波处理；数模转换电路，连接所述滤波电路，用于将滤波后的所述通电信号转换成数字信号；计算电路，连接所述数模转换电路，用于根据所述数字信号，计算得到所述应变体的所述当前电阻信息。
于一实施例中，还包括：处理器，连接所述信号处理电路，用于接收所述当前电阻信息，并根据所述当前电阻信息获得所述待测磨损件的当前磨损状态。
于一实施例中，所述信号处理电路还包括：无线收发器，连接所述计算电路，用于将所述当前电阻信息发送至所述处理器。
于一实施例中，所述电源模块包括：能量采集电路，连接所述信号处理电路，用于采集所述待测磨损件的动能，并将所述动能转化为电能，以为所述测量器提供电能。
于一实施例中，所述能量采集电路为柔性压电薄膜，设置在所述应变体的柱状结构的第一端面上。
本申请实施例第二方面提供了一种待测磨损件，包括：至少一个如本申请实施例第一方面及其任一实施例所述的磨损测量器；所述磨损测量器的应变体的第一端面埋入所述待测磨损件的内部，所述应变体的第二端面延伸至接触所述待测磨损件的磨损表面，所述应变体跟随所述待测磨损件同步产生磨损形变；所述磨损测量器用于检测所述待测磨损件的磨损状态。
于一实施例中，所述待测磨损件为轮胎，所述轮胎内部形成有至少一个空腔，每个所述空腔内设置有一个所述应变体。
于一实施例中，所述应变体的第一端面通过所述空腔埋入在所述外胎胶层与所述轮胎的钢网层之间。
于一实施例中，所述磨损测量器的所述电源模块埋入所述外胎胶层和所述轮胎的带束层之间。
于一实施例中，所述应变体设置在所述轮胎的胎面沟槽处，所述应变体的最大宽度大于所述胎面沟槽的宽度。
本申请提供的磨损测量器和待测磨损件，通过在待测磨损件上设置应变体，应变体与待测磨损件产生同步磨损形变，以电源模块为整个磨损测量器供电，然后采集电路采集应变体通电后产生的通电信号，信号处理电路将该通电信号转换成应变体当前电阻信息，进而可以根据应变体的当前电阻信息获得待测磨损件的当前磨损信息。实现了自动对待测磨损件在磨损过程中的磨损状态检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例的待测磨损件的结构示意图；
图2为本申请一实施例的轮胎的结构示意图；
图3为本申请一实施例的磨损测量器的电路示意图；
图4为本申请一实施例的磨损测量器的电路示意图；
图5为本申请一实施例的应变体的示意图；
图6为本申请一实施例的轮胎的结构示意图。
附图标记：
1-待测磨损件，10-主体，11-磨损表面，20-磨损测量器，21-应变体，211-第一端面，212-第二端面，22-采集电路，23-信号处理电路，231-滤波电路，232-数模转换电路，233-计算电路，234-无线收发器，24-电源模块，241-能量采集电路，25-处理器，30-轮胎，31-轮胎内壁，32-钢网层，33-轮胎胎面，34-外胎胶层，35-带束层，36-帘线层，37-气密层，38-三角胶，39-胎圈钢丝，341-胎冠区域，342-肋条型花纹，343-花纹块，344-沟槽，345-刀槽花纹，346-胎肩，242-预留触点。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本实施例提供一种待测磨损件1，包括：主体10和磨损表面11，其中，磨损表面11在磨损件1与其他物体接触时产生磨损形变。通过在待测磨损件1内部设置至少一个磨损测量器20，来实时测量磨损件1的磨损状态。其中，磨损测量器20的应变体21的第一端面211埋入待测磨损件1的内部，应变体21从待测磨损件1内部向外延伸，使得应变体21的第二端面212延伸至接触待测磨损件1的磨损表面11，应变体21跟随待测磨损件1同步产生磨损形变。磨损测量器20根据应变体21的磨损状态可以检测出待测磨损件1的磨损状态。
于一实施例中，可以在待测磨损件1上不同位置设置多个磨损测量器20，进而形成多个磨损测量点，提高磨损测量精度。
于一实施例中，如图2所示，待测磨损件1可以为轮胎30，比如可以是车辆的轮胎30。该轮胎30可以包括：轮胎内壁31、钢网层32和轮胎胎面33。其中，轮胎胎面33可以是磨损表面11。
实际应用场景中，在车辆行驶过程中，轮胎胎面33会与地面产生摩擦，进而会对轮胎30造成磨损，为了自动测量轮胎30的磨损状态，可以在轮胎30内部设置磨损测量器20。磨损测量器20可以实时测量轮胎30的磨损状态信息。
于一实施例中，磨损测量器20包含应变体21，应变体21的第一端面211埋入轮胎30的内部，并从轮胎30内部向外延伸，以使应变体21的第二端面212延伸至接触轮胎30的胎面，应变体21跟随轮胎30同步产生磨损形变，磨损测量器20通过检测应变体21的通电信号，进而测得应变体21的当前电阻信息，基于当前电阻信息即可得到轮胎30的磨损状态。
于一实施例中，应变体21的电阻值小于待测磨损件1的电阻值。比如采用低阻值橡胶制作成一定形状的预成型块的应变体21。低阻值橡胶块是以通用的轮胎胎面33橡胶的阻值作为参照的。
于一实施例中，应变体21可以是柱状结构，或者方块型结构。在轮胎30成型的阶段，将应变体21预埋在胎面以及钢网层32中间，形成磨损测量点。
于一实施例中，轮胎30内部形成有至少一个空腔，每个空腔内设置有一个应变体21。可以在轮胎30上不同位置形成多个空腔，每个空腔内埋入一个应变体21，进而形成多个磨损测量点。
于一实施例中，应变体21的第一端面211上可以集成磨损测量器20的电路部分。应变体21的第一端面211通过空腔埋入在外胎胶层34与轮胎30的钢网层32之间，以保护第一端面211上的电路部分。
于一实施例中，应变体21可以是低阻值的橡胶块，可以是通过参杂特殊导电材料成型的橡胶块，其中导电材料的选择可以有多种，原则是能够保证橡胶轮胎30原有的特性的情况下，使应变体21具有一定的导电性。
于一实施例中，在轮胎30成型时胎面形成一个或多个与应变体21尺寸接近的空腔。应变体21可以直接填塞在空腔中。这种做法相比其他方法有如下优势：
1.无需修改现有的轮胎30生产工艺，集成简便。
2.磨损测量器20可以预制，无需承受轮胎30生产过程中的高温。整个磨损测量器20生产也较为简便。
3.磨损测量器20可以不穿透带束层35，保证原来的轮胎30机械结构强度稳定。
上述待测磨损件1，采用区别于正常胎面的具有低阻值特性的轮胎30橡胶块作为磨损测量器20的应变体21，将应变体21预埋入轮胎胎面33进行磨损测量。低阻值的橡胶块预埋入胎面后，随着轮胎30磨损，橡胶块厚度变薄，其阻值发生较大的变化，进而可以获得轮胎30的磨损状态信息。
如图3所示，本实施例提供一种磨损测量器20，可以应用于如图2所示的轮胎30上，以测量轮胎30的磨损状态。该测量器20包括：应变体21、采集电路22、信号处理电路23和电源模块24，其中：
应变体21设置在待测磨损件1上，待测磨损件1可以是轮胎30，在轮胎30运动过程中，应变体21可以与轮胎30的胎面同步产生磨损形变。其中应变体21的电阻值小于轮胎30的电阻值。
采集电路22，连接应变体21，用于采集应变体21的通电信号。
信号处理电路23，连接采集电路22，用于接收通电信号，并根据通电信号得到应变体21的当前电阻信息。
电源模块24，连接信号处理电路23，用于为磨损测量器20提供电能。
于一实施例中，应变体21可以是低阻值的橡胶块，比如是通过参杂特殊导电材料成型的橡胶块，其中导电材料的选择可以有多种，原则是能够保证橡胶轮胎30原有的特性的情况下，使应变体21具有一定的导电性。可以采用电阻测量技术测量应变体21的磨损状态，随着应变体21的磨损，应变体21的电阻值发生变化，从而检测出轮胎30厚度变化。
于一实施例中，还包括：处理器25，连接信号处理电路23，用于接收当前电阻信息，并根据当前电阻信息获得待测磨损件1的当前磨损状态。此处，处理器25可以是外接设备，比如外接的手机或电脑等设备，可以接收检测信息，并进行显示。
于一实施例中，如图3所示，采集电路22可以包括三个已知电阻值的电阻器，三个电阻器与应变体21组成惠斯通电桥电路。可以采用惠斯通电桥法测量应变体21的当前电阻信息。比如应变体21通过与电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3形成平衡电阻桥，应变体21与从电阻器R1和电阻器R3引出的两个检测电极紧密接触，只要应变体21尺寸发生变化，应变体21的阻值就能够被检测出来。应变体21可以是柱状结构，柱状的高度可以是胎面到轮胎30磨损极限的高度。随着轮胎30的磨损，应变体21高度减小，阻值变大，电路中A点和B点的电压差就会变大，藉由A点和B点的电压差可以计算出应变体21的当前电阻信息，进而可以计算出应变体21的磨损状态，从而测量出轮胎30的当前磨损状态。
于一实施例中，如图4所示，信号处理电路23包括：滤波电路231、数模转换电路232和计算电路233，其中：
滤波电路231，连接采集电路22，用于对采集电路22采集到的通电信号进行滤波处理。滤波电路231可以对采集的初始信号进行调理，提高信号精度。
数模转换电路232，连接滤波电路231，用于将滤波后的通电信号转换成数字信号。
计算电路233，连接数模转换电路232，用于根据数字信号，计算得到应变体21的当前电阻信息。
于一实施例中，信号处理电路23还包括：无线收发器234，连接计算电路233，用于将当前电阻信息发送至处理器25。实现磨损测量器20与外界的无线通信。采用无线发送芯片，配套相应的无线信号接收设备即可收到相应的磨损信息。
于一实施例中，信号处理电路23可以采用多芯片的方案实现。
于一实施例中，信号处理电路23也可用单芯片方案进行集成。
于一实施例中，信号处理电路23中所有功能芯片可以采用柔性电路板或者印制电路板进行整合。
于一实施例中，采集电路22和/或信号处理电路23设置在应变体21的柱状结构的第一端面211上。
于一实施例中，如图5所示，电源模块24包括：能量采集电路241，连接信号处理电路23，用于采集待测磨损件1的动能，并将动能转化为电能，以为测量器20提供电能。
于一实施例中，能量采集电路241可以为柔性压电薄膜，可以和采集电路22和/或信号处理电路23一同设置在应变体21的柱状结构的第一端面211上。采用能量采集电路241给磨损测量器20供能，无需外部加入电池的辅助。轮胎30在行驶过程中产生形变从而产生电荷能量，能量采集电路241收集到足够能量以后，即可启动磨损测量器20发送相应的采集信息。
于一实施例中，采集电路22、信号处理电路23以及能量采集电路241的电路板可以直接贴合在应变体21的橡胶柱体的第一端面211上，或者一体成型在第一端面211上。
于一实施例中，电源模块24还可以包括：电池，根据使用场景的需求，也可以采用纽扣电池为磨损测量器20供电。
于一实施例中，电源模块24埋入外胎胶层34和轮胎30的带束层35之间。
如图6所示，本实施例提供一种磨损测量器20与轮胎30的组装场景，作为待测磨损件1的轮胎30可以包括：外胎胶层34、带束层35、钢网层32、帘线层36、气密层37、三角胶38和胎圈钢丝39，其中，外胎胶层34上可以包括：胎冠区域341、肋条型花纹342、花纹块343、沟槽344、刀槽花纹345、胎肩346。在车辆行驶过程中，轮胎30的外胎胶层34的外表面会有一部分与地面产生摩擦，这部分产生摩擦的胎面就是磨损表面11。磨损测量器20就设置在外胎胶层34与钢网层32之间的部分。
于一实施例中，可以将能量采集电路241预先埋在带束层35和胎面之间。这样，柔性压电薄膜面积可以做得较大，提升了能量采集的效率，可以提供更频繁的数据传输。由于应变体21是后续组装的，能量采集电路241需要在外部预留触点242，便于后组装的磨损测量器20的其他电路部分与之接触。
于一实施例中，如图6所示，轮胎30成型后，预留触点242的位置是在胎面上预留的空腔中露出来的。这样，可以将磨损测量器20填塞进去。磨损测量器20的应变体21第一端面211同样有两个触点，便于和能量采集电路241接触后通电。
于一实施例中，应变体21设置在轮胎30的胎面沟槽344处，应变体21的最大宽度大于胎面沟槽344的宽度。即胎面预留空腔如果在沟槽344处，则需考虑固定方式。预制的磨损测量器20的大小应大于沟槽344宽度。
于一实施例中，胎面预留空腔的位置，可以是花纹块343部分，或者是沟槽344部分。磨损检测点也可以选择多个位置，以达到多点测量的功能。
于一实施例中，能量采集电路241通过收集由轮胎30滚动产生的能量，并将其转换为电能。其工作流程一般如下：
首先，车辆运动，能量采集电路241的电压上升。判断电压是否达到预设的阈值，如果电压未达到预设的阈值，则继续收集车辆运动的能量，直至电压达到预设的阈值。当电压达到预设的阈值时，启动磨损测量器20进行一次信号采样。如此往复。
上述轮胎30磨损测量方案，采用区别于正常胎面的具有低阻值特性的轮胎30橡胶块，预埋入轮胎胎面33进行测量。同时，将信号采集转换以及无线发送芯片共同埋入轮胎30中，实现一体的无线测量发送解决方案。低阻值的橡胶块预埋入胎面后，随着轮胎30磨损，橡胶块厚度变薄，其阻值发生较大的变化，信号采集转换芯片将阻值变化信息采集到以后，通过无线信号发送出来，可由外部接收设备进行接收显示。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种磨损测量器，其特征在于，包括：
应变体，设置在待测磨损件上，与所述待测磨损件同步产生磨损形变；
采集电路，连接所述应变体，用于采集所述应变体的通电信号；
信号处理电路，连接所述采集电路，用于接收所述通电信号，并根据所述通电信号得到所述应变体的当前电阻信息；
电源模块，连接所述信号处理电路，用于为所述磨损测量器提供电能。
2.根据权利要求1所述的测量器，其特征在于，所述应变体的电阻值小于所述待测磨损件的电阻值。
3.根据权利要求2所述的测量器，其特征在于，所述应变体为柱状结构；所述采集电路和/或所述信号处理电路设置在所述应变体的柱状结构的第一端面上。
4.根据权利要求1所述的测量器，其特征在于，所述采集电路包括三个已知电阻值的电阻器，三个所述电阻器与所述应变体组成电桥电路。
5.根据权利要求1所述的测量器，其特征在于，所述信号处理电路包括：
滤波电路，连接所述采集电路，用于对所述采集电路采集到的所述通电信号进行滤波处理；
数模转换电路，连接所述滤波电路，用于将滤波后的所述通电信号转换成数字信号；
计算电路，连接所述数模转换电路，用于根据所述数字信号，计算得到所述应变体的所述当前电阻信息；
所述信号处理电路还包括：无线收发器，连接所述计算电路，用于将所述当前电阻信息发送至所述处理器。
6.根据权利要求5所述的测量器，其特征在于，还包括：
处理器，连接所述信号处理电路，用于接收所述当前电阻信息，并根据所述当前电阻信息获得所述待测磨损件的当前磨损状态。
7.根据权利要求3所述的测量器，其特征在于，所述电源模块包括：
能量采集电路，连接所述信号处理电路，用于采集所述待测磨损件的动能，并将所述动能转化为电能，以为所述测量器提供电能；
所述能量采集电路为柔性压电薄膜，设置在所述应变体的柱状结构的第一端面上。
8.一种待测磨损件，其特征在于，包括：至少一个如权利要求1至7中任一项所述的磨损测量器；
所述磨损测量器的应变体的第一端面埋入所述待测磨损件的内部，所述应变体的第二端面延伸至接触所述待测磨损件的磨损表面，所述应变体跟随所述待测磨损件同步产生磨损形变；
所述磨损测量器用于检测所述待测磨损件的磨损状态。
9.根据权利要求8所述的磨损件，其特征在于，所述待测磨损件为轮胎，所述轮胎内部形成有至少一个空腔，每个所述空腔内设置有一个所述应变体；
所述应变体的第一端面通过所述空腔埋入在所述外胎胶层与所述轮胎的钢网层之间。
10.根据权利要求9所述的磨损件，其特征在于，所述磨损测量器的所述电源模块埋入所述外胎胶层和所述轮胎的带束层之间；
所述应变体设置在所述轮胎的胎面沟槽处，所述应变体的最大宽度大于所述胎面沟槽的宽度。
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2020
- 2020-08-20 CN CN202010841092.1A patent/CN111923663A/zh active Pending
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