CN117647305A - 检测组成部件的振动行为的传感器模块 - Google Patents
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Abstract
一种传感器模块(8)被配置为检测组成部件(4)的机械振动，传感器模块(8)包括：基部(12)，包括中心部分(24)、第一端部分(26)和第二端部分(28)，基部(12)被构造为固定在组成部件(4)上；至少一个间隔件(14)，连接到所述基部(12)；以及电路板(18)，通过至少一个间隔件(14)连接到基部(12)，基部(12)的中心部分(24)设置有限定中心部分(24)的宽度的凹形边缘(52)和相对的凸形边缘(54)，至少一个间隔件(14)连接到基部(12)的中心部分(24)的相对于凸形边缘(54)靠近凹形边缘(52)处。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种用于检测机械组成部件(component)的振动行为(vibrational behavior)的传感器模块，更具体的是，涉及一种用于检测车轮的环形轴承组成部件的振动行为的传感器模块，该传感器模块能够安装在车轮上并且被配置为无线地发送(transmit)指示检测到的振动行为的信号。
背景技术
机械组成部件在各种技术领域中经受振动。这些振动可以由组成部件或者机器或系统的正常操作(/工作/运行)(operation)引起，但是它们也可以指示组成部件、机器或系统的缺陷或故障。例如，在诸如车轮的旋转组成部件中发生的振动可以指示不平衡或指示轴承损坏。
无论所讨论的振动是与正常操作(/工作)(operation)相关还是指示故障状况，都需要检测这种组成部件的振动行为。传感器模块可以用于该目的，该传感器模块可以包括用于将指示检测到的振动行为的信号无线发送到远程接收器的发送器。
在设计这样的传感器模块时，必须考虑许多因素，包括例如易集成、模块的稳健性、可靠性和振动检测的精度。因为最大化一个因素(诸如，稳健性)可能增加成本和/或降低制造的容易性，所以必须对这些因素执行复杂的平衡以达成折衷(compromise)。另外，不良的制造可能迫使传感器模块考虑所述传感器模块的固有频率(/自然频率)(naturalfrequencies)。因此，其通过增加传感器模块的测量中的噪声降低了振动检测的精度。
发明内容
因此，需要提供一种用于检测机械组成部件的振动行为的传感器模块，该传感器模块允许在不检测太多固有频率(/自然频率)(natural frequencies)的情况下进行振动检测。
本发明的一个目的是提供一种被配置为检测组成部件的机械振动的传感器模块，传感器模块包括：
基部，包括中心部分、第一端部分和第二端部分，所述基部被构造为固定在所述组成部件上；
至少一个间隔件，连接到所述基部；以及
电路板，具有面向所述基部的第一侧和背对(/背离)(facing away from)所述基部的第二侧，所述电路板通过所述至少一个间隔件连接到所述基部。
有利的是，所述基部的中心部分设置有限定所述中心部分的宽度的凹形边缘和相对的凸形边缘(opposite convex edge)，所述至少一个间隔件连接到所述基部的中心部分的相对于所述凸形边缘靠近所述凹形边缘处(closer to the concave edge than theconvex edge)。
所述中心部分在所述凹形边缘附近更具刚性，所述第一间隔件和所述第二间隔件可以更好地发送所述组成部件的振动，而不会由于由所述传感器模块测量的信号中的所述基部的固有频率而增加太多噪声。
在一个实施方式中，所述至少一个间隔件定位在距所述凹形边缘一定距离处(/有距离)(at a distance)，所述距离包含在所述基部的中心部分的宽度的5％和25％之间。
在一个实施方式中，所述至少一个间隔件定位在距所述凹形边缘一定距离处(/有距离)(at a distance)，所述距离等于(equivalent to)所述至少一个间隔件的宽度的一半。
根据一个实施方式，所述电路板包括至少一个孔，所述至少一个间隔件接合(engaged)在所述至少一个孔内。
有利的是，所述至少一个间隔件包括主体部分和销部分，所述主体部分具有第一端和在长度方向上与所述第一端间隔开的第二端，所述销部分从所述主体部分的第二端突出，所述销部分延伸到所述至少一个孔中并从所述电路板的第二侧向外突出，并且所述主体部分通过与所述电路板的第一侧的围绕(surrounding)所述至少一个孔的区域接触而被阻止(blocked)穿过所述至少一个孔。
根据一个实施方式，所述传感器模块包括连接到所述基部的第一间隔件和第二间隔件，并且包括第一孔和第二孔，所述第一间隔件和所述第二间隔件分别接合(engaged)在所述第一孔和所述第二孔内。
有利的是，所述电路板包括压电振动传感器。
在一个实施方式中，所述压电振动传感器与所述第一孔和所述第二孔等距地(equidistant)定位。
有利的是，所述压电振动传感器定位成相对于所述凸形边缘靠近所述凹形边缘(located closer to concave edge than the convex edge)。
在一个实施方式中，所述基部的第一端部分包括第一开口，所述第一开口被构造为与所述组成部件的第一螺柱协作(/配合)(cooperate)，并且所述基部的第二端部分包括第二开口，所述第二开口被构造为与所述组成部件的第二螺柱协作。
有利的是，所述基部的第一端部分和第二端部分位于同一平面中，所述中心部分从所述平面偏移(offset)并且通过斜坡(ramps)连接到所述第一端部分和所述第二端部分。
本发明的另一个目的是提供一种车轮组件，包括：
轮子，具有组成部件(component)，所述组成部件包括第一螺柱(stud)和与所述第一螺柱相邻的第二螺柱；
如先前所限定的传感器模块，所述传感器模块安装在所述轮子上，所述基部的第一端部分安装在所述第一螺柱上，并且所述基部的第二端部分安装在所述第二螺柱上。
附图说明
本发明的其他优点和特征将从本发明的作为非限制性示例的实施方式的详细描述中显现，在附图中：
-图1是根据本发明的车轮组件的示意性正视图(front view)；
-图2是根据一个实施方式的图1中示出的传感器模块的视图；以及
-图3是图2中示出的实施方式的分解图(/爆炸图)。
具体实施方式
图1示出了包括具有组成部件4(例如，轮辋(/缘部)(rim))的轮子的车轮组件2，组成部件4包括多个螺柱(/栓钉)(studs)6和传感器模块8，传感器模块8安装在第一螺柱(stud)6A和与第一螺柱6A相邻的第二螺柱6B上。
传感器模块8被配置为检测组成部件4的机械振动。检测到的机械振动可以是车轮组件2的环形轴承组成部件(annular bearing component)的振动行为的症状(symptomatic)。
图2和图3更详细地示出了传感器模块8。图3示出了传感器模块8的分解图，该传感器模块包括盖10(图2中未示出)。
传感器模块8包括基部(/底座/基座)(base)12、第一间隔件(/垫片)(spacer)14、第二间隔件16和电路板18，电路板18通过第一间隔件14和第二间隔件16连接到基部12。第一间隔件14和第二间隔件16介于电路板18与基部12之间。在电路板18与基部12之间没有直接接触。
电路板18包括面向基部12的第一侧20和背对基部12的第二侧22。第一侧20和第二侧22限定电路板18的厚度。
基部12包括中心部分24、第一端部分26和第二端部分28。第一端部分26连接到中心部分24的一端，并且第二端部分28连接到中心部分24的一个相对端。第一端部分26和第二端部分28基本上位于同一平面(plane)中。基部12的中心部分24从第一端部分26和第二端部分28的平面偏移，并且通过斜坡(/坡道)(ramps)30连接到这些第一端部分和第二端部分。
基部12的第一端部分26、第二端部分28被构造为固定在组成部件4上(图1)。为此，基部12的第一端部分26包括面向第一螺柱6A的第一开口32，并且第二端部分28包括面向第二螺柱6B的第二开口34，使得传感器模块8利用螺母(未示出)固定到组成部件4，螺母均绕着螺柱6A、螺柱6B接合(engaged)。
电路板18包括第一孔36和第二孔38，第一间隔件14和第二间隔件16分别接合在第一孔36和第二孔38内。第一孔36和第二孔38延伸穿过电路板18的厚度。在一个优选的实施方式中，第一孔36和第二孔38沿着电路板18的一个边缘定位。
第一间隔件14和第二间隔件16介于电路板18与基部的中心部分24之间。每个间隔件14、16包括主体部分40，主体部分40具有第一端以及在长度方向上与第一端间隔开的第二端。每个间隔件14、16的主体部分40的第一端与基部的中心部分24接触。
每个间隔件14、16还包括从主体部分40的第二端突出的销(pin)部分42，每个间隔件14和16的销部分42延伸到电路板的每个孔36、38中并从电路板的第二侧22向外突出。销部分42通过螺母44固定在电路板18的第二侧22。主体部分40通过与电路板18的第一侧20的围绕第一孔36和第二孔38的区域接触而被阻止穿过第一孔36和第二孔38。
电路板18还包括压电振动传感器46。这里，压电振动传感器46安装在电路板18的第二侧22。因此，组成部件的振动通过螺柱6A和6B、基部12、和间隔件14和16发送到压电振动传感器32。有利的是，压电振动传感器46与第一间隔件14和第二间隔件16等距地定位(located equidistant)，从而测量同时来自这些间隔件的振动。更有利的是，压电振动传感器46位于孔36与孔38之间，从而使振动必须从间隔件行进(run)到压电振动传感器46的距离最小化。
电路板18还可以包括安装在电路板18的第二侧22的无线发送器和天线48。电池50也可以安装在电路板18的第一侧20。
基部12的中心部分24设置有凹形边缘(concave edge)52和相对的凸形边缘(convex edge)54，凹形边缘52和凸形边缘54限定中心部分的宽度。从第一开口32到第二开口34的方向可以被称为基部12的长度，中央部分24的宽度垂直于基部12的长度并且被构造为与车轮组件2的半径对准。
该设计使基部12在凹形边缘52附近比在凸形边缘54附近表现出(appear)高的固有频率(natural frequency)。因此，凹形边缘52附近的区域比凸形边缘54附近的区域更具刚性。
第一间隔件14和第二间隔件16连接到基部12的中心部分24的相对于(than)凸形边缘54靠近凹形边缘52处。中央部分24在凹形边缘52附近更具刚性，第一间隔件14和第二间隔件16可以更好地发送组成部件4的振动，而不会由于基部12的固有频率而增加太多噪声。
在一个优选的实施方式中，第一间隔件14和第二间隔件16定位在距凹形边缘52一定距离处(at a distance)，该距离包含在基部12的中心部分24的宽度的5％和25％之间。
在一个特定实施方式中，第一间隔件14和第二间隔件16定位在距凹形边缘52一定距离处(at a distance)，该距离等于间隔件14、16的宽度的一半，使得间隔件14、16尽可能靠近凹形边缘52而不会从由基部12界定的表面溢出(overflowing)。
第一间隔件14和第二间隔件16在与开口32、34等距地定位的同时连接到中心部分24。中心部分24还包括沿着凹形边缘52的第一孔56和第二孔(aperture)56，从而通过将螺纹紧固件58插入第一孔56和第二孔56并穿过第一间隔件14和第二间隔件16来将第一间隔件14和第二间隔件16连接到基部12。传感器模块8的螺纹紧固件58包括头部60，头部60位于由基部12的中心部分24相对于车轮组件2的组成部件4的偏移(offset)而形成的间隙(gap)中。
Claims (10)
1.一种传感器模块(8)，被配置为检测组成部件(4)的机械振动，所述传感器模块(8)包括：
基部(12)，包括中心部分(24)、第一端部分(26)和第二端部分(28)，所述基部(12)被构造为固定在所述组成部件(4)上；
至少一个间隔件(14)，连接到所述基部(12)；以及
电路板(18)，具有面向所述基部(12)的第一侧(20)和背对所述基部(12)的第二侧(22)，所述电路板(18)通过所述至少一个间隔件(14)连接到所述基部(12)；
其中，所述基部(12)的中心部分(24)设置有限定所述中心部分(24)的宽度的凹形边缘(52)和相对的凸形边缘(54)，所述至少一个间隔件(14)连接到所述基部(12)的中心部分(24)的相对于所述凸形边缘(54)靠近所述凹形边缘(52)处。
2.根据权利要求1所述的传感器模块(8)，其特征在于，所述至少一个间隔件(14)定位在距所述凹形边缘(52)包含在所述基部(12)的中心部分(24)的宽度的5％至25％之间的距离处。
3.根据权利要求1或2所述的传感器模块(8)，其特征在于，所述至少一个间隔件(14)定位在距所述凹形边缘(52)等于所述至少一个间隔件(14)的宽度的一半的距离处。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(8)，其特征在于，所述电路板(18)包括至少一个孔(36)，所述至少一个间隔件(14)接合在所述至少一个孔(36)内。
5.根据权利要求4所述的传感器模块(8)，其特征在于，所述至少一个间隔件(14)包括主体部分(40)和销部分(42)，所述主体部分(40)具有第一端和在长度方向上与所述第一端间隔开的第二端，所述销部分(42)从所述主体部分(40)的第二端突出，所述销部分(42)延伸到所述至少一个孔(36)中并从所述电路板(18)的第二侧(22)向外突出，所述主体部分(40)通过与所述电路板(18)的第一侧(20)的围绕所述至少一个孔(36)的区域接触而被阻止穿过所述至少一个孔(36)。
6.根据权利要求4或5所述的传感器模块(8)，其特征在于，包括连接到所述基部(12)的第一间隔件(14)和第二间隔件(16)，并且包括第一孔(36)和第二孔(38)，所述第一间隔件(14)和所述第二间隔件(16)分别接合在所述第一孔(36)和所述第二孔(38)内。
7.根据权利要求6所述的传感器模块(8)，其特征在于，所述电路板(18)包括与所述第一孔(36)和所述第二孔(38)等距地定位的压电振动传感器(46)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(8)，其特征在于，所述基部(12)的第一端部分(26)包括第一开口(32)，所述第一开口(32)被构造为与所述组成部件(4)的第一螺柱(6A)协作，所述基部(12)的第二端部分(28)包括第二开口(34)，所述第二开口(34)被构造为与所述组成部件(4)的第二螺柱(6B)协作。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(8)，其特征在于，所述基部(12)的第一端部分(26)和第二端部分(28)位于同一平面中，所述中心部分(24)从所述平面偏移并且通过斜坡(30)连接到所述第一端部分(26)和所述第二端部分(28)。
10.一种车轮组件(2)，包括：
轮子，具有组成部件(4)，所述组成部件(4)包括第一螺柱(6A)和与所述第一螺柱(6A)相邻的第二螺柱(6B)；以及
根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(8)，所述传感器模块(8)安装在所述轮子上，所述基部(12)的第一端部分(26)安装在所述第一螺柱(6A)上，并且所述基部(12)的第二端部分(28)安装在所述第二螺柱(6B)上。
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Legal Events
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