CN1206120C - 检测物品状态的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测物品状态的设备及方法，而且特别是涉及检测机动车辆轮胎的特定状态的设备及方法，但不是排他性的。本发明提供的设备(4)包括一种结构，该结构依据它对射频能量的接收来辐射射频能量；所述结构具有第一构形，在使用中，该第一构形随着所述物品达到所述特定状态而改变为第二构形；构形上的所述改变在所述结构辐射的射频能量上产生可检测的差异。由此根据本发明的设备可进行物品状态的远距离询问。

Description

检测物品状态的设备及方法

本发明涉及检测物品状态的设备及方法，而且特别是涉及检测机动车辆轮胎的特定状态的设备及方法，但不是排他性的。

众所周知，诸如机动车辆制动片的物品的不良状态要用合适的电气装置来检测。通常，制动片的过度磨损利用简单电路的闭合来指示。当制动片磨损至预定程度时，嵌入一个或多个制动片中的一对分隔的线变成暴露在外。在制动系统工作期间，暴露的线被压向金属制动盘而其结果是电路被闭合。然后用于警告机动车驾驶员的适当装置被触发。

虽然上述检测物品特定状态的装置能满足许多用途，但它不能方便地适用于某些环境，在这些环境中上述物品与电路的连接是成问题的。这是该物品需要以高角速度旋转的场合，例如机动车辆轮胎。

由于机动车辆轮胎工作在苛刻条件下，过去不可能提供备有方便、可靠和便宜地检测轮胎特定磨损程度的装置的车辆。因为无法获得用于指示机动车辆轮胎过度磨损的自动装置，过度磨损轮胎的不经意及高度危险地使用传统上只能通过频繁地目视检查每个机动车辆轮胎上的轮胎胎面来避免。然而，这种形式的检查费时又不方便，而且它们一般不能由机动车辆的使用者恰当地完成，特别是私有机动车辆的使用者。结果，许多机动车辆在不通知驾驶员的危险状态下运行。

本发明的一个目的是提供检测物品特定状态的设备，特别是位于外界环境中或暴露在苛刻条件下的物品(例如，机动车辆的轮胎)。

本发明的另一个目的是提供以方便、可靠及便宜的方式检测物品特定状态的设备。

本发明的再一个目的是提供不需维护的检测设备。

本发明的又一个目的是提供检测物品特定状态的方法，特别是位于外界环境中或暴露在苛刻条件下的物品(例如，机动车辆轮胎)。

本发明的又一个目的是提供以方便、可靠及便宜的方式检测物品特定状态的方法。

本发明的第一方面提供一种用于检测一受到磨损的物品何时已磨损到一预定程度的设备，该设备包括：一结构，该结构依据对射频能量的接收来辐射射频能量，该结构包含有一可磨蚀部分，当该可磨蚀部分被磨损时，在射频能量上产生一变化，该射频能量是依据该结构对射频能量的接收而由该结构所辐射的；用于在该物品上安装该结构的装置，使得当物品被磨损至所述预定程度时，该结构的可磨蚀部分被磨损；以及用于检测射频能量的变化的装置，该射频能量是当可磨蚀部分被磨损时由结构辐射的。

轮胎磨损的特定程度可通过恰当地使用根据本发明的设备来检测。例如，用于辐射射频能量的结构可在轮胎制造过程期间嵌入轮胎的橡胶胎面内。该结构置入胎面的深度将决定检测发生前允许的轮胎磨损程度。一旦轮胎胎面磨损到足以使本发明的所述结构变成暴露在外，轮胎的进一步使用及随后的磨损将导致所述结构反复地冲击道路表面而且其自身也被磨损。因此，当达到特定的轮胎状态(例如，过度磨损)时，所述结构可从第一构形改变为第二构形。由于所述结构在构形上变化的结果，所述结构对射频能量的接收的响应特性也改变了。因此，装设有根据本发明的设备的轮胎不管是否遭到过度磨损，都可以通过用射频能量周期地照射所述轮胎以及依据对嵌入轮胎胎面的所述结构辐射的射频能量的监测来确定。

最好，所述结构包括一种构件，它在使用期间当所述物品达到所述特定状态时适于被磨蚀。更加优选的是所述结构包括两个间隔开的构件，它们通过适于被磨蚀的所述构件互相连接。所述结构可包括多个在使用期间适于被磨蚀的构件。特别希望的是，所述多个构件中的至少一个构件在使用期间当所述物品达到一种状态时要适于被磨蚀，这种状态不同于所述多个构件中的另一个构件在使用期间被磨蚀时所达到的状态。所述结构可以是个整体部件。

此外，最好是所述结构包括两个细长的元件，两个元件的第一端部互相连接而且第二端部互相连接，每个元件包括两个间隔开的构件，它们由适于磨蚀的一构件连接在另一个上。构件由于所述构件从所述结构的剩余部分凸出而适于被磨蚀。另一种情况是，构件由于所述构件的材料不同于所述结构剩余部分的材料而适于被磨蚀。适于被磨蚀的构件可以是双金属带。

最好是，所述结构结合有至少一个细长槽。更优选的是所述结构是细长形状的。在第一构形中，所述结构理想地包括一个或多个桥形元件，该桥形元件从至少一个槽的一侧延伸至其另一侧。每个桥形元件最好凸出，以便留下限定槽的空的空间。适于磨蚀的桥形元件或构件可以是双金属带。至少一个槽的一侧通过线性的或非线性的混频器连接至槽的另一侧。

本发明的第二方面提供一种用于检测一受到磨损的物品何时已被磨损至一预定程度的方法，该方法包括：提供一结构，该结构依据对射频能量的接收来辐射射频能量，该结构包含有一可磨蚀部分，当该可磨蚀部分被磨损时，在射频能量上发生一变化，该射频能量是依据该结构对射频能量的接收而由该结构所辐射的；在该物品上安装该结构，使得当该物品磨损至所述预定程度时，该结构的可磨蚀部分被磨损；检测射频能量变化，该射频能量是当可磨蚀部分被磨损时由该结构所辐射的。

于是，本发明的设备及方法具有超过能自动检测特定的物品状态的现有技术的优点，即使上述物品处于外界环境中或暴露于苛刻的条件下。本发明的设备的功能是简单的和被动式的。因此，所述设备制造起来不贵并能方便地集成在要监测的物品内。所述设备的简单操作导致高度的可靠性。

此外，由于本发明设备以被动模式工作，所述设备不需维护。与其它传感装置不同，本发明的设备不需要安装和定期更换电池。

现将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是装设在机动车辆轮胎内的本发明第一实施例的示意图；

图2是图1中所示轮胎的局部剖面示意图；

图3是图1及图2中所示本发明第一实施例的剖面示意图；

图4是图3中所示第一实施例的平面示意图，该第一实施例被布置成第一构形；

图5是图3及图4中所示第一实施例的平面示意图，该第一实施例被布置成第二构形；

图6是本发明第二实施例的局部平面示意图；

图7是本发明第三实施例的侧视示意图；

图8是本发明第四实施例的平面示意图；

图9是第四实施例的侧视示意图；和

图10是本发明第五实施例的平面示意图。

装设有本发明第一实施例4的机动车辆车轮组件2示于附图的图1中。该车轮组件2是常用类型，具有位于车身10的车轮拱罩8下的车轮6，车轮6通过轴12及合适的悬架系统(未图示)安装在车身10上。第一实施例4是适于检测轮胎16的过度磨损的一种装置，轮胎16装设在车轮6上。

本发明的第一实施例4位于轮胎16的胎面橡胶部分14内。位于轮胎16内的第一实施例4的剖面放大视图示于图2中。可看到该第一实施例4延伸过轮胎16的全宽度，以便能够检测轮胎胎面的若干间隔开的区域中的轮胎状态。当使用轮胎16时，轮胎胎面的所述区域接触道路表面并且特别容易过度磨损。另一种情况是，第一实施例4可被布置成在轮胎16内圆周地延伸。

放置入轮胎16内之前的第一实施例4的两个视图示于图3及图4中。这些图清楚地显示第一实施例4的一般地平且细长的性质。第一实施例4由基体18限定，基体18取为薄且窄的材料带形式。基体18可用任何适于接收和辐射射频能量的材料(例如，金属材料)制成。基体18设置有3个细长槽20、22、24。该三个细长槽20、22、24彼此相同并延伸穿透基体18的全厚度。一个细长槽22位于沿基体18长度的中部，而余下的两个细长槽20、24位于基体18的相对端部。每个槽20、22、24都是矩形。细长槽20、22、24的纵轴线彼此都在一直线上，并与基体18的纵轴线都在一直线上。

每个细长槽20、22、24的宽度被两个纵向间隔开的桥形件26、28所横跨。这种布置最清楚地示于图4中。如可从图3的剖面图见到的，每个桥形件26、28从基体18上凸出。这个视图是沿基体18的纵轴线截取的，并清楚地显示出每个细长槽20、22、24的桥形件26、28在基体18的上表面30的上方延伸。每个桥形件26、28由足够软的材料制成，以使所述桥形件26、28在反复接触道路表面时容易地被磨掉。制造桥形件26、28的材料也是影响基体18辐射的射频能量的那种形式。

在图2中显示了第一实施例4完全被封装在轮胎16的胎面橡胶部分14之内。在轮胎16模压成型期间，第一实施例4被置于这个位置上。第一实施例4被布置成其基体18的纵轴线通过胎面部分14的宽度，并且桥形件26、28及基体18的上表面30从轴12径向地面朝外。基体18的上表面30位于与轮胎胎面的最小可接受深度相对应的位置。

当轮胎16磨损了并且胎面橡胶部分14的厚度减小时，隆起的桥形件26、28变得暴露出来。在此阶段，胎面部分14的磨损状态还是可接受的。然而，轮胎16的进一步使用导致两方面情况，即轮胎进一步磨损和桥形件26、28中的一个或多个被磨损。当轮胎16被磨损至胎面的最小可接受深度(即降至基体18上表面30的深度)时，位于这个磨损区域的桥形件26、28将完全分离，留下一个或多个部分地或全部地不能桥接的细长槽。下述的应用于过度磨损的轮胎中的第一实施例4的平面图示于图5中。该图显示了完全未桥接的中央细长槽22。这种构形可由过分充气的轮胎的过度磨损造成。

装设有第一实施例4的轮胎的状态可通过远距离询问(interrogate)第一实施例4来确定，以便评估是否有任何桥形件26、28已经分离。由于桥形件26、28的存在对基体18接收和辐射射频能量的能力有影响，上述询问可通过传送合适的射频能量及监测由第一实施例4辐射的射频能量来方便地进行，该辐射依据传送的射频能量而定。这可利用询问装置32来实现，该询问装置32结合有合适的天线及发送器/接收器电路。询问装置32安装在轮胎16上方的车轮拱罩8内(见图1)。类似的询问装置也可安装在道路表面内(例如，服务站的前院)。询问装置32的其它合适位置对本领域普通技术人员是显而易见的。

询问装置32适于在工业科学医疗(ISM)频率(即868MHz或2.45GHz)上工作。细长槽20、22、24的长度与询问装置32使用的询问频率相匹配。用这种方法，未桥接的槽将辐射强信号而桥接的槽将只辐射弱信号(或完全无信号)。于是，当桥形件26、28从一个或多个细长槽20、22、24上被磨去时，第一实施例4起到有效的槽天线的作用。由第一实施例4辐射的射频能量的幅度将与车轮的转动同步变化。然而，由该未桥接的槽或每个未桥接的槽辐射的信号将容易地由询问装置32检测到而轮胎磨损的相应指示可以呈现给车辆使用者。

如果认为需要，轮胎可结合有提供参照信号的装置，该信号不随轮胎状态而变化。这种装置可以是如图3及图4所示的设备，它们安装在轮胎上，以便在轮胎使用期间不会经历构形变化。用这种方法，桥接的槽的返回信号永远可有效地与未桥接的槽的返回信号相比较。

穿过胎面部分14宽度的特殊位置的或胎面部分14的特殊深度的轮胎磨损可通过应用不同长度的细长槽来检测。然后个别的槽(并因此邻近各槽的轮胎状态)可通过使用不同射频的询问装置32来询问。为给定的传送频率提供适当的返回信号所需的槽的形式对本领域普通技术人员是显而易见的。

本发明的第一实施例4适于检测除胎面磨损以外的轮胎的特定状态。例如，桥形件26、28可用在特定温度下熔化的材料制成，所述特定温度等于轮胎结构可安全承受的最高温度。用这种方法，当到达特定的轮胎温度时，一个或多个桥形件26、28设计成被熔化，以便留下干净的细长槽，用于有效地返回合适的询问信号。因此提供给车辆使用者一个指示，即已经产生了不希望有的轮胎温度。然后可以采取适当的补救措施。

本发明另外的四个实施例图示于附图的图6至图10中。第二图解实施例40(部分地示于图6中)类似于第一图解实施例4(示于图1至图5中)。如同第一实施例4，第二实施例40包括设置有3个细长槽20、22、24的基体18(只是中央槽22示于图6中)。然而，与第一实施例4相反，第二实施例40具有二极管42和跨越每个细长槽20、22、24宽度的短接线44。不包含桥形件26、28。由此第二实施例40像二极管混频器一样工作。

在第二实施例40的初始构形中，短接线44使二极管42短路，所以槽20、22、24根据对恰当的射频能量进行的询问来辐射强信号。然而，短接线44或者位于这种位置上或者是由那种材料制成，即一经达到轮胎磨损或轮胎温度的特定状态，它就断裂并不再使二极管42短接。在第二实施例40的这个第二构形中，一个或多个槽20、22、24的宽度只被二极管42所跨越。由于众所周知的二极管的电流与电压的非线性关系特点，第二实施例40在第二构形中辐射的射频不同于第一构形中的。第二构形中辐射的射频能量易于通过合适的询问装置32来检测。于是，可为车辆使用者提供特定轮胎状态的指示。

第三图解实施例50示于图7中。第三实施例50包括两个细长的材料带52、54，它们适于反射特定波长的射频能量。两个细长材料带52、54由连接件56连接。其布置是两个细长材料带52、54和连接件56构成笔直的细长件。使用中，以类似于在第一及第二实施例4、40相关部分中描述的方式，把第三实施例50固定在诸如轮胎的物品上。当达到特定物品状态时，连接件56被除去。这种去除是由连接件56的磨耗或熔化而产生的。由此第三实施例50的构形从一种改变为另一种，前一种是所述实施例50包括单个细长元件，而后一种是所述实施例50包括两个短的且间隔开的细长元件(即两个细长材料带52、54)。由于由第三实施例50辐射的射频能量的波长取决于它的长度，当连接件56被去除时，在辐射的能量上将产生可检测到的变化。因此，通过用适当的询问装置32进行监测，第三实施例50的构形(从而物品的状态)可被确定并指示给使用者。

第四及第五图解实施例60、70示于图8至图10中。这两个实施例60、70是第三实施例50的小改型并且其功能基于相同的原理。第四实施例60包括单个细长材料带，该材料带被弯曲以便形成有位于中央的隆起的可磨蚀折弯部分或桥形构件62。磨蚀的桥形构件62相应于第三实施例50的连接件56。桥形构件62连接着两个细长的带件64、66，并位于两个细长的带件64、66之间。两个细长带件64、66和桥形构件62由同一的整体细长材料带构成。如对第三实施例50的描述，使用中第四实施例60的构形可从一种改变为另一种，前一种中所述第四实施例60包括单个细长元件，而后一种中所述第四实施例60包括两个短的且间隔开的细长元件(即两个细长带64、66)。

第五实施例70包括两个细长元件72、74，元件72、74安排成互相平行并通过跨接件76、78互相在端部连接。如同第四实施例60。两个细长元件72、74的每个的结构都相同。因此每个元件72、74是具有通过可磨蚀桥形构件连接起来的两个细长带的整体部件。第五实施例70可方便地这样制成，即通过由合适的片材压制出细长带来制成，由这样形成的细长带压制出细长孔，以及弯曲细长槽的剩余部以便构成两个可磨蚀的桥形构件。在使用中，桥形构件可由于磨耗而被除去。

根据本发明的设备可结合入传感器网络。在这种系统中，还可应用传送至本发明设备的射频能量照射一个或多个射频标记，在汽车的用途中，该标记可提供轮胎压力或温度的尺度。由于本发明的设备通常只检测物品状态变化的单个事件(例如，轮胎状态从安全磨损程度至非安全磨损程度的变化)，因此希望传送至所述设备的射频能量能被应用在其它装备的询问(和与其它装备进行一般的通讯)方面。

本发明不局限于特定实施例或上面描述的方法。对于本领域普通技术人员显然可有替代的布置及合适的材料。例如，在待检测的物品状态取决于温度的场合，可用双金属带替代短接线44、连接件56或桥形件26、28。双金属带可布置成在特定温度下弯曲并由此在该温度下赋予所需的构形变化。此外，本发明的实施例可结合有线性混频器，它与上面结合图6描述的非线性混频器不同。还有，混频器有可能同时使用一个以上的频率(例如，868MHz及2.45GHz)。频率的结合/混合导致从混频器辐射可检测的“频率差”。其它的变型对于本领域普通技术人员是显而易见的。

Claims (15)

1.一种用于检测一受到磨损的物品(16)何时已磨损到一预定程度的设备，该设备包括：一结构(4)，该结构依据对射频能量的接收来辐射射频能量，该结构包含有一可磨蚀部分(26、28)，当该可磨蚀部分(26、28)被磨损时，在射频能量上产生一变化，该射频能量是依据该结构对射频能量的接收而由该结构所辐射的；用于在该物品(16)上安装该结构(4)的装置，使得当物品被磨损至所述预定程度时，该结构的可磨蚀部分(26、28)被磨损；以及用于检测射频能量的变化的装置(32)，该射频能量是当可磨蚀部分被磨损时由结构(4)辐射的。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述结构包括两个间隔开的构件，它们通过所述可磨蚀部分(26、28)互相连接。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述结构包括多个可磨蚀部分(26、28)。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述结构(60、70)是一整体部件。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述结构(70)包括两个细长元件(72、74)，这些元件的第一端部(76)互相连接以及这些元件的第二端部(78)互相连接，每个元件包括通过一所述可磨蚀部分互相连接的两个间隔开的构件。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：该可磨蚀部分的材料不同于所述结构的剩余部分的材料。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述结构(4)限定有至少一个细长槽(20、22、24)。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述结构(4)是细长形状的。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：该可磨蚀部分包括一个或多个桥形元件，该桥形元件从至少一个槽的一侧延伸至其另一侧。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：每个可磨蚀部分从所述结构的剩余部分凸出，以便留下限定至少一个槽的空的空间。

11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：至少一个槽(22)的一侧通过一线性的或非线性的混频器(42、44)连接于其另一侧。

12.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：该可磨蚀部分包括一双金属带。

13.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：所述结构(4)限定有至少一个细长槽(20、22、24)。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于：每个可磨蚀部分包括一个或多个桥形元件，该桥形元件从至少一个槽的一侧延伸至其另一侧。

15.一种用于检测一受到磨损的物品(16)何时已被磨损至一预定程度的方法，该方法包括：提供一结构(4)，该结构依据对射频能量的接收来辐射射频能量，该结构包含有一可磨蚀部分(26、28)，当该可磨蚀部分被磨损时，在射频能量上发生一变化，该射频能量是依据该结构对射频能量的接收而由该结构所辐射的；在该物品(16)上安装该结构(4)，使得当该物品磨损至所述预定程度时，该结构的可磨蚀部分被磨损；检测射频能量变化，该射频能量是当可磨蚀部分(26、28)被磨损时由该结构(4)所辐射的。

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