CN117647307A - 用于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(24)，被配置为检测组成部件的机械振动，传感器模块(24)包括：基部(26)，被构造为固定在所述组成部件上；光发射器(50)；电路板(28)，机械地连接到基部(26)，并且具有面向基部(26)的第一侧(32)和背对基部(26)的第二侧(34)，光发射器(50)布置在第二侧(34)；以及壳体(52)，电路板(28)容纳在壳体(52)内，其中，壳体(52)包括面向光发射器(50)的光引导部(56)和盖(54)，盖(54)包括通孔(60)，光引导部(56)在通孔(60)内延伸，盖(54)或光引导部(56)中的一者被包覆成型在另一者上。
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，并且更具体的是，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)(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。
传感器模块还可以包括光发射器(/发光器)(light emitter)，该光发射器通知操作者(operator)所述传感器模块的状态。例如，当传感器模块正常工作时，光发射器发射绿光，如果传感器模块在测量值的获取期间或在所述测量值的传输(transmission)期间有问题，则光发射器发射红光。
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(/鲁棒性)(robustness)、可靠性和振动检测的精度。
图1示出了现有技术的传感器模块2，传感器模块2具有直接链接到(linked to)传感器模块2的电路板6的光发射器4，传感器模块2还包括壳体(casing)8，所述电路板6位于壳体8内。
壳体8包括通孔10，并且传感器模块2包括光引导部(light guide)12，光引导部12利用定心销(centering pin)14直接固定在电路板6上并且布置在光发射器4上方(over)，从而引导光通过壳体8的通孔10。通孔10是管状的，并且光引导部12具有与所述通孔10的直径相似的直径。
然而，由于电路板6的不均匀的定心(uneven centering)，该模块的组装是困难的，电路板6有时在横向上偏移(transversely offset)几毫米，从而导致难以将光引导部12正确地装配在通孔10中。通常通过在生产结束时对产品进行分类(sorting)来解决该问题，从而引起组成部件(components)的浪费。
传感器模块2还包括注入电路板6与壳体8之间的灌封材料(potting material)16，从而使电路板6刚性化和稳定化。然而，尽管存在光引导部12，灌注材料16的注入引起灌注材料16通过通孔10泄漏。当前的解决方案是在壳体8上放置贴纸(sticker)从而阻止泄漏。
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，该传感器模块包括光引导部(light guide)从而有助于所述传感器模块的组装。
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，被构造为固定在所述组成部件上；
光发射器(light emitter)；
电路板，机械地连接到所述基部，并且，具有面向所述基部的第一侧和背对(/背离)(facing away)所述基部的第二侧，所述光发射器布置在背对所述基部的第二侧；以及
壳体(casing)，所述电路板容纳在所述壳体内。
有利的是，壳体包括面向所述光发射器的光引导部和盖(cover)，所述盖包括通孔，由所述光发射器发射的光能够穿过所述通孔，并且所述光引导部在所述通孔内延伸，所述盖或所述光引导部中的一者包覆成型(overmolded)在另一者上。
所述盖和所述光引导部彼此包覆成型，不会引起通过所述通孔的泄漏。此外，所述光引导部是所述壳体的一部分，即使所述电路板在横向上偏移，也不存在所述光引导部在所述通孔中的装配问题(fitting issues)。
在一个实施方式中，所述盖包括前部(front part)和安装裙板(shirt)，所述前部包括所述通孔，所述安装裙板从所述前部延伸并围绕所述电路板。
有利的是，所述通孔具有锥形形式(/锥形形状)(conical form)。
所述锥形形式允许所述盖和所述光引导部的增加的固结性(solidarization)。
有利的是，所述光引导部由半透明材料(translucent material)制成。
根据一个实施方式，所述光引导部包括主基部和从所述主基部朝向所述光发射器延伸的管，所述主基部完全绕着(all around)所述盖的通孔与所述盖接触，并且所述管围绕所述光发射器，所述管的宽度大于所述光发射器的宽度。
由于所述光引导部的包覆成型，不存在所述光引导部在所述电路板上的直接固定(direct fixation)。因此，所述电路板的不均匀的定心不会改变所述传感器模块的组装，并且所述光发射器很好地放置在所述光引导部的前面。
有利的是，所述管紧紧地抵靠(rests tightly against)所述电路板的第二侧。
在一个实施方式中，所述传感器模块包括在所述壳体与所述电路板的第二侧之间的灌封材料。
有利的是，所述灌封材料包括聚合物。
有利的是，所述光发射器包括LED。
根据一个实施方式，所述电路板包括压电振动传感器。
本发明的另一个目的是提供一种车轮组件，包括：
轮子，具有包括螺柱的组成部件(component)；
如先前所述的传感器模块，所述传感器模块安装在所述轮子的螺柱上。
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是已经提到的现有技术的光引导部的示意性前侧视图(front side view)；
-图2是根据本发明的车轮组件的正视图；
-图3是根据一个实施方式的图1的车轮组件的传感器模块的正视图；
-图4是沿着图2的IV-IV的截面；以及
-图5是图3中示出的传感器模块的壳体的视图。
具体实施方式
图2示出了包括具有组成部件20(例如，轮辋(/缘部)(rim))的轮子的车轮组件18，组成部件20包括多个螺柱(/栓钉)(studs)22和传感器模块24，传感器模块24安装在第一螺柱(stud)22A和与第一螺柱22A相邻的第二螺柱22B上。
传感器模块24被配置为检测组成部件20的机械振动。检测到的机械振动可以是车轮组件18的环形轴承组成部件的振动行为的症状(symptomatic)。
如图3和图4所示，传感器模块24包括基部(/底座/基座)(base)26和电路板28，电路板28通过间隔件(/垫片)(spacer)30连接到基部26，间隔件30将组成部件20的振动发送到电路板28。
电路板28包括面向基部26的第一侧32和背对(/背离)(facing away)基部26的第二侧34。第一侧32和第二侧34限定电路板28的厚度。
基部26包括中心部分36、第一端部分38和第二端部分40。第一端部分38连接到中心部分36的一端，并且第二端部分40连接到中心部分36的一个相对端。第一端部分38和第二端部分40基本上位于同一平面(plane)中。基部26的中心部分36从第一端部分38和第二端部分40的平面偏移(offset)，并且通过斜坡(/坡道)(ramps)42连接到这些第一端部分38和第二端部分40。
基部26的第一端部分38和第二端部分40被构造为固定在组成部件20上(图2)。为此，基部26的第一端部分38包括面向第一螺柱22A的第一开口44，并且第二端部分40包括面向第二螺柱22B的第二开口46，使得传感器模块24利用螺母(未示出)固定到组成部件20，螺母均绕着螺柱22A、螺柱22B接合(engaged)。
电路板28还包括安装在电路板28的第二侧34的压电振动传感器48。因此，组成部件20的振动通过螺柱22A、22B、基部26和间隔件30发送(transmitted)到压电振动传感器48。
电路板28还可以包括安装在电路28的第二侧34的无线发送器和天线(未示出)。电池(未示出)也可以安装在电路板28的第一侧32。
传感器模块24还包括光发射器50，光发射器50布置在电路板28的背对基部26的第二侧34。有利的是，光发射器50包括LED，例如发射红光和/或绿光的LED。
传感器模块24还包括壳体52，电路板28容纳在壳体52内。
如图5所示，壳体52包括面向光发射器50的盖54和光引导部56，盖54或光引导部56中的一者包覆成型在另一者上。
盖54包括前部58，前部58包括也面向光发射器50的通孔60。通孔60以前部58的厚度来设置(/设置在前部58的厚度中)(provided in the thickness of the front part58)。通孔60以光发射器50的主发射轴线(main emission axis)为中心。盖54还包括安装裙板(/挡板)(skirt)62，安装裙板62从前部58延伸并围绕电路板28。
光引导部56在盖54的通孔60内延伸。通孔60具有锥形形式(/形状)(form)，锥形形式的基部较靠近电路板28。与管状形式相比，锥形形式允许盖与光引导部28的增加的固结性(solidarization)。包覆成型更有效，并且流体通过通孔60泄漏的风险非常有限。
光引导部56包括齐平表面(flush surface)64，齐平表面64背对基部26并且形成在盖54的前部的背对基部26的主表面66的相同水平(level)处。作为另一种选择，光引导部56可以相对于前部58的主表面66突出，或者可以在通孔60内偏移。
有利的是，光引导部56包括主基部68和从主基部68朝向光发射器50延伸的管(tube)70。主基部68完全围绕着盖54的通孔60与盖54接触，从而避免任何泄漏。
传感器模块24还包括在壳体52与电路板28的第二侧34之间的灌封材料(/灌注材料)(potting material)72，例如聚合物，从而使电路板28刚性化和稳定化，并且从而将壳体52固定到电路板28。在所描述的实施方式中，注入灌封材料72，并且通过包覆成型(/包覆模制)的壳体52防止通过通孔60的任何泄漏。
管70围绕光发射器50，从而(/以便)引导发射的光，并且从而防止灌封材料72进入管70并改变所述光的发射。
在一个实施方式中，管70的宽度大于发光器50的宽度，并且管70抵靠电路板28的第二侧34。管70密封地抵着接合(sealingly engaged against)第二侧34。
在所示出的实施方式中，管70的内表面74具有大于光发射器50的矩形截面，并且既保护光发射器50免受灌封材料72的影响，又允许光发射器50与光引导部56的正确配合(fitting)，即使电路板28在制造过程期间在横向上偏移。管70的内部容积也填充有透明(transparent)硅树脂材料，从而(/以便)进一步保护光发射器50免受灌封材料72的影响。
在一个实施方式中，光引导部56包覆成型在盖54上，从而形成壳体52。
在一个其他实施方式中，盖54可以包覆成型在光引导部56上，从而形成壳体52。
有利的是，盖54和光引导部56由聚合物制成。有利的是，光引导部56由半透明(translucent)聚合物制成，使得由光发射器50发射的光穿过光引导部56和通孔60。
Claims (10)
1.一种传感器模块(24)，被配置为检测组成部件(20)的机械振动，所述传感器模块(24)包括：
基部(10)，被构造为固定在所述组成部件(20)上；
光发射器(50)；
电路板(28)，机械地连接到所述基部(26)，并且具有面向所述基部(26)的第一侧(32)和背对所述基部(26)的第二侧(34)，所述光发射器(50)布置在所述第二侧(34)；以及
壳体(52)，所述电路板(28)容纳在所述壳体(52)内，
其特征在于，所述壳体(52)包括面向所述光发射器(50)的光引导部(56)和盖(54)，所述盖(54)包括通孔(60)，由所述光发射器(50)发射的光能够穿过所述通孔(60)，并且所述光引导部(56)在所述通孔(60)内延伸，所述盖(54)或所述光引导部(56)中的一者包覆成型在另一者上。
2.根据权利要求1所述的传感器模块(24)，其特征在于，所述盖(54)包括前部(58)和安装裙板(62)，所述前部(58)包括所述通孔(60)，所述安装裙板(62)从所述前部(58)延伸并围绕所述电路板(28)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器模块(24)，其特征在于，所述通孔(60)具有锥形形式。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(24)，其特征在于，所述光引导部(56)由半透明材料制成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(24)，其特征在于，所述光引导部(56)包括主基部(68)和从所述主基部(68)朝向所述光发射器(50)延伸的管(70)，所述主基部(68)完全绕着所述盖(54)的通孔(60)与所述盖(54)接触，所述管(70)围绕所述光发射器(50)，所述管(70)的宽度大于所述光发射器(50)的宽度。
6.根据权利要求5所述的传感器模块(24)，其特征在于，所述管(70)抵靠所述电路板(28)的第二侧(34)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(24)，其特征在于，包括在所述壳体(52)与所述电路板(28)的第二侧(34)之间的灌封材料(72)。
8.根据权利要求6所述的传感器模块(24)，其中，所述灌封材料(72)包括聚合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(24)，其特征在于，所述电路板(28)包括压电振动传感器(48)。
10.一种车轮组件(18)，包括：
轮子，具有包括螺柱(22)的组成部件(20)；以及
根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(24)，所述传感器模块(24)安装在所述轮子的螺柱(22)上。
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