CN1145861C - 提供气压计或高度计读数的手表及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手表，在其表壳中有用来检测环境压力的，暴露在一个与外部环境连通的压力室(42)中的压电阻抗式的压力和温度传感器(26)。为了能根据温度进行个别的校正，并且以后能用传感器的压力信号进行永久的改正，上述传感器固定在一块印刷电路板(30)的下表面上，在隔离壁43印刷电路板上带有处理上述传感器信号的电子电路(35)。校正参数记录在上述电子电路的永久性存储器(36)中。一块刚性的和密封的隔离壁(43)形成了一块内部隔板，把上述压力室(42)与手表的密封部分隔离开来。
Description
本发明涉及一种根据环境压力提供气压计或高度计读数的电子表，它包括：
-一个表壳，表壳的内部用分隔装置分成一个密封部分和一个压力室，该压力室与表壳的内部相通，以便接受环境压力；
-一个电源；
-一个压力传感器，其一面暴露在压力室内的压力下；
-用于显示时间和上述气压计或高度计的读数的显示装置；以及
-一块印刷电路板，它设置在表壳的密封部分内，具有计时电路，和用于接受和处理从压力传感器输出的信号，并控制上述气压计或高度计的读数的显示装置的电子电路。
本发明还设计一种制造这种手表的方法。
这种类型的电子表是公知的，特别是可从美国专利No.4 835 716或欧洲专利No.640 896中获知，这两个专利能通过手与表盘的接触，提供大气压力的模拟显示，以及这种大气压力和高度的趋势。
在这种类型的带有气压计和/或高度计手表中，装入压力传感器产生了关于所要求的空间，手表的密封性能，电气连接的问题，以及由于在密封部分与处于环境压力，即大气压力下的压力室之间的压差而产生的内部变形问题，如果手表浸入水中，在大气压力上还要加上液压。
第一只电子气压计和/或高度计手表的表壳上，有一个专门设计的用于装压力传感器，并且具有与外部环境相通的小孔的侧面附属物。请见美国专利No.4 783 772和欧洲专利No.345 929。这种解决方案具有能保持普通表壳的密封系统的优点，但是其附属物却是不雅观的，并且有时候很不方便。这就需要把压力传感器装入普通形状表壳的内部，因而需要在表壳内有一个压力室。其结果是使得保证密封和抵抗充满在表壳内的压力更加困难。
例如，在欧洲专利No.640 896所公开的手表中，上述压力传感器在表壳内装在中部附近，固定在一块钟表机芯机构的板的下面。在传感器顶部与这块板之间布置了一个小的压力室，并且通过一条穿过上述板和中部的通道与外部连通，并且在一块旋转的挡板下向外部敞开。在布置在表壳的后盖与传感器之间的盖子上，装有将传感器连接在集成电路上的电气连接器，上述集成电路位于传感器旁边，并对提供气压计和/或高度计读数的信号进行处理。还需要一些附加的电气连接器把这条集成电路与手表中的其他电路，特别是那些控制显示器的电路连接起来。
这种公知的结构在高度上要占据相当大的空间，并且需要专门的装置来保证压力室周围，和连接压力室与外界的通道周围的密封。
此外，还有传感器的输出信号随温度因素而变化的问题。这种变化对于同样类型的每一个传感器都不同。温度每变化10℃，由目前所使用的比较便宜的石英电子传感器所提供的高度计读数可能的变化，大约在100m高度的范围内。
本申请人曾想到校正每一个传感器随着温度因素而发生的变化，计算出信号的校正参数，并把它们储存在与传感器协同工作的电子电路中。但是，在按照欧洲专利No.640 896的手表的工业生产中，这样一种处理方式太昂贵了，因为，自由在传感器和协同工作的电子电路都装配好之后，即把它们装在表壳内之后，才能进行这种校正。
在欧洲专利No.670 552中，设置了一个内底部把表壳的内部分隔成一个包含手表的机芯机构的密封部分，和一个压力室，这个压力室位于上述内底部与穿了几个孔的外底部之间。在内底部上装有压力传感器，这个传感器在电气上与受挠性接触簧片控制的电子机芯机构连接，这快簧片在吸收压力后能让内底部作任何弯曲。但是，这种结构具有相当大的厚度，而且没有解决上面提到的校正问题。
本发明的目的是避免以上提到的有关表的缺点，特别是手表的缺点，由于它具有适当的结构，并且能使用经济的制造方法，所以能对廉价的压力传感器的读数进行个别的校正。
本发明的另一个目的在于对表进行这样的布置，即，保证适当的密封，并且避免由于压力室中环境压力的变化而造成的变形问题。
按照本发明的第一方面，提供了一种上面提到的类型的电子表，其特征在于，上述压力传感器固定在印刷电路板上，并且用电气连接器直接连接在这块印刷电路板上。
这些特征能让压力传感器在制造的早期就与用于处理输出信号的电子电路协同工作。因此，在上述印刷电路板上可以安装温度检测装置，并且上述电子电路可以包括一个永久性存储器，其中可以储存上述压力传感器的单独的校正参数，并且这些参数能在仪器装配好之前就决定下来，并储存在存储器中，这一点将在下面说明。
但是，应该指出，本发明也可以用于没有温度检测装置的仪器中，因此，无论是由于可以接受较差的压力测量精度的原因，还是由于压力传感器有温度补偿功能，或者压力传感器相对于温度的偏移很小，能够获得可接受的精度，都不必为校正参数用的单个压力传感器而采用存储器。
通常，上述分隔装置有一道沿着其外圆周以密封的方式与表壳连接的分隔壁，并且在这到壁上有一个安装上述传感器的孔。
这样，就使得表壳的内部能很方便地分成一个密封部分和一个压力室，这个压力室可以具有任何形状和尺寸。这到壁承受压力室中外部压力的作用，从而保护了装载着显示元件的板，如有必要，还保护着处于密封部分中的钟表机芯。上述分隔壁可以很容易地像双重底部一样，以密封方式沿着它的外圆周与表壳连接，并且，夹在这种双重底部与表壳的后盖之间的压力室，还具有能在其中安装电—声变换器的优点，用以传递与外界连通的这个腔室内的声音。
所使用的传感器通常是压电电阻型的压力传感器和温度传感器，具有连接在惠斯登电桥中的若干电阻器，在这种电桥中，电桥的电阻只随着温度的作用而改变，而压力的变化则会在电桥中造成不平衡。
本发明的另一个方面涉及一种制造上述手表的方法，其中，上述电子电路包括一个可用于储存单独的压力传感器的校正参数的永久性存储器，上述方法包括下列顺序的步骤：
a)制造上述印刷电路板，并至少把上述压力传感器和上述电子电路安装在上述印刷电路板上，以形成一个分部件；
b)在不同的温度和压力条件下校正上述分部件，并确定在这种条件下传感器的校正参数；
c)把上述校正参数储存在上述电子电路的永久性存储器中；
d)如有必要，将其他上述印刷电路板必须具有的元件装入上述分部件中；以及
e)把上述分部件和其他的手表元件装入表壳内。
本发明的其他特点和优点将在下文参照附图对优选实施例的描述中表明，但这些实施例是非限制性的。附图中：
图1是按照本发明制造的手表的顶视图；
图2是沿图1中的手表的II-II线的示意断面图，不带可旋转的表玻璃框；
图3是沿图1中的手表的III-III线的示意断面图，不带可旋转的表玻璃框；以及
图4和5是表示组成图1中手表的一部分的隔离壁的顶部和底部的立体图。
图1到3中所示的手表包括一个表壳1，其中有一个中间部件2，一个利用可压缩的密封垫4安装在中间部件上的可拆卸的后盖3，以及一个块固定在上述中间部件上，盖住表盘6的表玻璃5。中间部件2上装着一个可旋转的表玻璃框7，框7上带有方位标记8。为了简化图面，图2和图3中省略了表玻璃框。以普通的方式设置了三个形状为侧面按钮的外部控制构件10、11和12。表壳1连接在一根表带13上。为了模拟的时间显示，有一根时针14和一根分针15，这两根针与表盘6上的常规时间刻度16协同工作。这两根针还用来显示其他读数，这将在下面描述。此外，还有一个用液晶单元支承的数字显示器(LCD)17，通常放置在表盘6的透明窗口下方，用以显示通过操作按钮11和12以常规方式测得的时间，以及其他将在下文中提到的数值。
在本文中所描述的手表，除了测量或显示时间之外，还构成一种能完成各种检测或显示功能的电子仪表。手表的这些附加功能，更准确的说，手表的各种工作模式，在表盘6上用符号20～23来表示，而另一个符号24(TIME)则表示手表常用的时间显示模式。在本例中，使用者可借助于包括固定在相应的符号20～24上方的表玻璃5下方的透明电极(图中未示出)在内的电容性控制元件，转换到所需要的模式。这些控制元件都是公知的，具体的说，公开在下列专利文献中：JP49-13168A，CH 607 872，EP 674 247。但是，在本发明的范围内，也可以设置各种不同的控制元件。
形状像温度计的符号20表示环境温度的显示模式，用LCD单元17以数字表示。上述温度是利用一个压力和温度传感器26测得的，将在下文中描述。包括一朵云和一个太阳的符号21相当于气压趋势指示模式，由重叠在一起并靠近云或太阳的指针14和15来表示。这种趋势是从传感器26所提供的压力读数计算出来的。以高山形状出现的符号22是高度显示模式，在LCD17单元中以数字显示。这个高度是由用传感器26所得到的气压计读数计算而得的。风向图形状的符号23起罗盘仪的作用，即，用设定在重合位置上的指针14和15表示北，就能在表盖7上读出方位来。这个方向是用装在仪表中的，例如装在欧洲专利公开文献No.713 162中的仪表中的磁场方向传感器27来决定的。已知本发明基本上涉及用于提供气压计或高度读数的装置，所以手表的其他功能就不详细描述了。还应该指出，这种手表还可以包括下列各种功能：例如，计时器，在预定的时间或预定的高度上警报，电磁用完时的显示，无线电控制的时间调整，接受无线电话(记录)等等。
特别是从图2～5可见，这种手表包含一块印刷电路板30，这块电路板也作为电子表机芯夹板的作用。为此，印刷电路板30有一块刚性相当大的厚基片，例如，厚约1.0mm的厚基片。具体的说，在印刷电路板30的上表面上装有下列元件：
-示意地用标号31表示的计时电路，具体的说，它包括一个石英谐振器和一条集成电路；
-一台步进电动机32，它有两个转子，分别驱动两根带有指针14和15的同轴线的输出轴；
-具有永久性存储器36(例如，EEPROM类的)，并且可用于处理传感器26发出的信号的电子电路35；
-磁性传感器27
-未在图中显示的，用于处理磁性传感器27发出的信号的其他电子电路；以及
-固定在表盘6上，并且带有凸缘38和LCD单元17的隔板37。
螺钉39把印刷电路板30固定在隔板37上。在印刷电路板30的上表面上的印刷电路，在元件31、32、35和36之间形成电气连接，并与下面将要描述的控制元件连接，并且还带有设置在印刷电路板周边，用按钮10和12致动的接触器29。
印刷电路板30的下表面上也带有印刷电路，这些电路与上表面上的印刷电路，传感器26连接，并且还与把这些电路连接在装在表壳1底部的电池40上的供电连接器连接。
表壳的内部用隔离装置分成一个密封部分和一个压力室42，具体的说，上述密封部分中含有印刷电路板30和所有布置在该印刷电路板与表玻璃5之间的元件，上述隔离装置主要是一道刚性的隔离壁43，其周边以密封的方式，借助于一个O形圈密封衬垫接头44与中间部件2连接。隔离壁43的上表面在沿着上述周边并围绕着传感器26部位处有一个水平支承表面45，这个表面45靠压在印刷电路板30上，并通过该印刷电路板靠压在中间部件2的合适的肩部46上。印刷电路板30用拧入隔离壁43的厚壁部分47中的螺钉(图中未示出)固定在隔离壁43上。外支承表面45，即隔离壁43的上表面稍稍向下凹进，以便在它与印刷电路板30之间留下一个小的垂直间隙48。这样，就能使隔离壁43向下弯曲，使得外部压力起作用，而没有使形成手表机芯夹板的印刷电路板30变形的风险
由于隔离壁43可以比较厚些，例如，可以与电池40一样厚，它就具有足够的刚度来承受高的压力，特别是当用作潜水员的表时。这种隔离壁可以用合成材料或金属制成。由隔离壁43、印刷电路板30和隔板37构成的内部构件，用普通的夹子(图中未示出)固定在表壳1上，上述这些夹子固定在中间部件2上，并靠压在隔离壁43的下表面上，从而把上述构件靠压在肩部46上。
表壳内部的密封部分中含有空气或其他气体。压力室42中含有空气，并通过，例如，布置在后盖3周边的一个或多个小孔49与大气相通，结果，压力室始终受到外部大气的压力。
由图4和5可见，隔离壁43上有三个孔51、52和53，这三个孔分别由电池40，压力和温度传感器26，以及可用于向使用者输出音响信号的电声转换器54所占据。上述转换器包括一块粘接在隔离壁43上的振动板55，和一个固定在振动版55的手表的密封部分一侧的压电陶瓷元件56。
容纳传感器26的孔52位于隔离壁43的周边附近，而隔离壁的支承表面45在这个孔的整个周围对印刷电路板30加压。由于隔离壁43的任何弯曲在这个周边区域都只有很小的幅度，所以它不会使得起表的机芯夹板作用的印刷电路板30有过于严重的变形的危险。
电池40插入后能在固定在印刷电路板30下表面上的环形电池支承件57中滑动。用一个以密封的方式嵌入隔离壁43的孔51中的罩子58，借助于一个O形圈密封垫59，把电池与压力室42隔离开来。这个罩子的内部盖上一层屏蔽层60，用以防止电池对磁传感器27产生任何磁影响罩子58可以用一种卡口式装置固定在隔离壁43上，或者用其他适当的装置固定。
因此，应该指出，在本例中，与隔离壁43协同工作的振动板55和罩子58，把表壳的内部分割成两部分。但是，这些元件也可以用其他的方式布置，而不形成上述隔离装置的一部分。
压力和温度传感器26是一种公知的压电电阻传感器，用微切削加工的硅元件制成，并不昂贵，该元件有一块膜片，该膜片的一面暴露在充满压力室42的大气中，而其另一面上则装有连接在惠斯登电桥中的电阻器，其例子如美国专利No.4 783 772所示。在本例中，电阻器是这样布置的，即，电桥的总电阻只随着温度因素而变化，而压力的变化使电桥产生不平衡，造成电桥两个输出端子之间的电压变化。因此，把电线60直接焊接在印刷电路板30上，传感器26就能把代表它所受到的压力和温度的输出信号供应给集成电路35。这种传感器可以是，例如，瑞士，贝法克斯的互联信息传感器公司(Intersema SensoricCompany)出售的AM761型传感器。
传感器26用一个粘接在印刷电路板30上、并嵌入隔离壁43的孔52中的圆环61和硅胶62来保护。硅胶62也包裹着电线60。这种硅胶是电绝缘和防水的。在圆环61与隔离壁43一圈边缘之间，最好沿轴向，即与表的中心轴线平行的方向，压入一个O形环形状的密封垫63，密封垫的中央部分用一块柔性的膜片64密封，这块膜片能让压力从压力室42传递给硅胶62和传感器26。应该指出，这种膜片仅供选择，但它具有防止硅胶62移动或污染的优点。在一个变型中，直接把没有膜片的密封垫63放置在印刷电路板30与隔离壁43之间的，围绕着孔52的顶部边缘布置的环形凹槽中。
以上描述的结构的显著优点是，带有封闭住它三个孔的元件55、58和63的隔离壁43构成了一个刚性的密封的内底部，它保护了手表中的全部电子元件和钟表元件不受压力和外部介质的影响，并且能在隔离壁与表壳的后盖3之间形成一个压力室，这儿压力室覆盖了整个后盖3的内容物，因而能让后盖3以简单方便的拆卸方式固定在中间部件2上，因为在后盖3上没有了外部压力所造成的应力了。结果，方便了电池40的更换，并且也不会伤害到表的内部元件。此外，由压力室42中的转换器54所传递出来的声音信号，就不必通过后盖3了，能很容易地传播到外界去。
另一个已经在上文中提到过的显著的优点是，压力和温度传感器26直接固定和连接在带有与该传感器协同工作的电子电路35的印刷电路板30上。这就是为什么这种传感器能够在制造的过程中，以很少的费用，加入一个单独的、把压力信号作为由同一个传感器提供的温度信号的参数的校正步骤(或者，用一个也是安装在同一块印刷电路板上的另一种温度传感器)。由于这种制造工艺过程能在表装配之前，甚至在印刷电路板30与其他元件，例如电动机32或石英谐振器装配之前，为每一块表提供一个分部件，这个分部件包括至少一块印刷电路板30，一个压力和温度传感器26，以及相关的用于接受和处理传感器输出信号的电子电路35，因此，就能很容易地把一批这样的分部件放置在预定温度和压力条件下的容器内，在用电子电路35处理这些分部件之前和/或之后，测量各传感器26的输出信号，确定传感器的各个信号的校正参数，以便用上述电子电路校正这些信号，并把这些校正参数储存在永久存储器36中，这样，电子电路35就能在此后经常使用这些校正参数。
由于要使装在容器内的获得均匀而稳定的温度很费时间，所以成批处理就具有取得高生产率的优点，在一批中可以有几百个分部件，可以在电气上把它们都与共同的支承件连接起来，以便把信号传递给校正设备。于是，校正设备就能高速地连续校正和监控这些分部件。
这样，就能在校正后的分部件上装上印刷电路板30所必须具有的其他元件。然后，把具有以上所描述的结构的每一块起板的作用的印刷电路板30，一方面，固定在隔板37上，另一方面，还固定在要安装表盘和表针的隔离壁43上，然后，就能把这个部件从底部定位在表壳上。还应该指出，在这种装配模式中，把上述密封环63沿着轴向压入这一事实方便了装配工作，并且能保证传感器26区域中的长期良好密封。由于密封环63用把印刷电路板30固定在隔离壁43上的螺钉夹住，所以与把两个元件固定在表壳上的方式无关。
假定，根据传感器26的输出信号以普通方式计算得到的压力值，采用为传感器单独确定的校正参数进行校正，这样，所制造出来的手表就能够提供比用现有技术制成的手表更加精密的气压计和高度读数。中请人观测到，当温度变化为10℃时，高度测量上大约100m的偏差范围可以减少到小于5m，例如，大约为3m。
Claims (14)
1.一种根据环境压力提供气压计或高度计读数的电子表，它包括：
-一个表壳(1)，表壳的内部用分隔装置分成一个密封部分和一个压力室(42)，该压力室与表壳的外界相通，以便接受环境压力；
-一个电源(40)；
-一个压力传感器(26)，其一面暴露在压力室内的压力下；
-用于显示时间和上述气压计或高度计的读数的显示装置(14、15、17)；以及
-一块印刷电路板(30)，它设置在表壳的密封部分内并具有计时电路(31)和设置用于接受和处理从压力传感器输出的信号的并控制上述气压计读数或高度计读数显示装置的电子电路(35)；
其特征在于，上述压力传感器(26)固定在设有上述计时电路和电子电路的上述印刷电路板(30)上并用电气连接器(60)直接连接在这块印刷电路板上，上述隔离装置包括一道具有一个孔(52)的隔离壁，上述传感器(26)放置在上述孔(52)中。
2.如权利要求1所述的电子表，其特征在于，有温度检测装置安装在上述印刷电路板上，上述电子电路(35)包括一个永久存储器(36)，上述压力传感器(26)的各个校正参数作为温度函数地储存在上述存储器中。
3.如权利要求1所述的电子表，其特征在于，上述显示装置是模拟显示装置。
4.如权利要求3所述的电子表，其特征在于，上述印刷电路板(30)是刚性的并构成一块板，这块板在与压力传感器相对的一面上支承着至少一台用于上述模拟显示装置的电动机(32)。
5.如上述权利要求中任何一项权利要求所述的电子表，其特征在于，上述隔离壁(43)沿着其周边以密封方式连接在上述表壳上。
6.如权利要求5所述的电子表，其特征在于，上述孔(52)位于上述隔离壁的周边附近。
7.如权利要求6所述的电子表，其特征在于，在上述压力传感器区域的外部，在上述隔离壁与印刷电路板之间有一个间隙(48)能让上述隔离壁(43)弯曲。
8.如权利要求5所述的电子表，其特征在于，在上述隔离壁(43)与印刷电路板(30)之间的上述密封装置(61、63)布置在上述孔(52)内，或者围绕着上述孔(52)。
9.如权利要求8所述的电子表，其特征在于，在侧面围绕着上述压力传感器的一个圆环(61)粘接在上述印刷电路板上并且延伸到上述隔离壁的孔(52)内，上述密封装置包括一个嵌入上述圆环与隔离壁之间的密封垫(63)。
10.如权利要求9所述的电子表，其特征在于，上述密封垫(63)与一块密封膜片(64)协同工作，这块膜片把上述压力传感器与上述压力室隔开。
11.如权利要求5所述的电子表，其特征在于，上述压力室(42)在上述隔离壁(43)与上述表壳的后盖(3)之间延伸。
12.如权利要求11所述的电子表，其特征在于，它还具有一个用于把声音传入压力室内的电声转换器(54)。
13.如权利要求2所述的电子表，其特征在于，上述传感器(26)是一种压电电阻型压力温度传感器，它包括连接在惠斯登电桥中的电阻，在该电桥中，电阻只作为温度函数地发生变化，而压力变化则使电桥发生不平衡。
14.一种制造如权利要求2所述的电子表的方法，它包括下列顺序的步骤：
a)制造上述印刷电路板并至少把上述带有温度测量装置的压力传感器(26)和上述电子电路(35)安装在上述印刷电路板上，以形成一个子组件；
b)在不同的温度和压力条件下校正上述子组件并确定在这些条件下传感器的校正参数；
c)把上述校正参数储存在上述电子电路的永久性存储器(36)中；
d)如有必要，将上述印刷电路板所必须装载的其它元件装入上述子组件中；以及
e)把上述子组件和其它的手表元件装入表壳(1)内。
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