CN1365321A - 一种压力监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种压力监测系统包括被隔膜分隔开的第一腔(11)和第二腔(12)。隔膜在各侧面分别设置了SAW装置,各SAW装置具有不同的共振频率。第二腔(12)压力相对第一腔(11)压力的变化将导致隔膜偏移,可以分析所带来的SAW装置共振频率的变化得出压力腔之间的压力差。如图所示,压力测量装置结合在车辆轮胎阀门组件中,当车辆轮胎充气时,充气压力保留在第一腔中作为参考值,任何随后的第二腔(12)压力的损失,例如由爆胎导致的,都将使隔膜发生偏移,并使SAW装置的相应输出发生变化。
Description
发明领域
本发明涉及一种压力监测系统,具体涉及监测带有充气胎的车轮内的气压的系统。
背景技术
已经提出了各种的压力监测器。美国专利No.5289160公开了一种轮胎的压力监测系统,当轮胎压力下降到相对外部大气压的给定值以下时,压力传感器开关关闭并发出警告信号。压力敏感开关包括偏压机构,偏压机构需克服轮胎压力才能动作,但是如果轮胎压力相对大气压下降的过低,偏压机构可使一电气开关关闭,产生警告信号。该系统使用了声表面波(SAW)装置作为转发器将警告信号传递到远距离传感器。该专利还提到了在隔膜上直接使用SAW装置来测量隔膜的偏移并因此测量作用在隔膜上的相对大气压的压力的可能性。
美国专利No.558571披露了一种通过一对SAW装置测量应变的装置。在一个实施例中SAW装置安装在隔膜的相对侧面,一侧面暴露在大气中,另一侧暴露在轮胎压力下。两个SAW装置产生的信号然后进行混合,发出指示轮胎压力的温度补偿的信号。
发明内容
本发明的目的是对这些已知的系统进行改进。
根据本发明的第一方面,提出了一种压力监测系统。该系统包括被隔膜隔开的第一压力腔和第二压力腔。具有第一共振频率的第一SAW装置安装在所述隔膜的一侧,具有第二共振频率的第二SAW装置安装在所述隔膜的另一侧,所述第一腔加压到预定的压力P1并保持该压力,所述第二腔开始加压到与压力P1相等的压力P2,但是该压力会随时间变化。因此,如果所述第二腔的压力P2相对第一腔的压力P1上升或下降,将导致隔膜偏移,使所述隔膜的一侧承受拉伸,另一侧受到压缩;所述第一和第二SAW装置通过感应所述拉伸和压缩来检测这种偏移,因而提供显示相对所述第一腔压力P1的所述第二腔压力P2变化的输出。
因此SAW装置可以用来测量两个压力腔之间的压力差,第一腔的压力实际上可以设定成保持所希望的压力。因此,如果第二腔(第二腔可以与带有气胎的车轮中的气压相连通)压力相对该保留压力下降,这一对SAW装置就会产生警告信号。另外,SAW装置还提供了温度补偿的信号。SAW装置可以用作转发器将警告信号传递到远距离传感器。
本发明优选的和可选择的特点可从下面的介绍和附带的权利要求中得到更清楚的了解。
附图说明
本发明将通过示例的方式并参考附图进行进一步的介绍。其中:
图1A,1B,1C显示无源应变敏感SAW装置,该装置可以用作根据本发明的系统中的隔膜;
图2是根据本发明的压力监测系统的第一实施例的剖面图;
图3是显示这种系统如何在实际中使用的示意图;和
图4是结合在这种压力监测系统中的阀门的剖面图。
具体实施方式
图1A,1B,1C显示第一和第二SAW装置1和2,SAW装置固定在可以用作隔膜的中间基片的相对侧面上。各SAW装置被盖板4,5覆盖,盖板使SAW装置与环境隔离。各SAW装置固定在压电基片6(如石英,氧化锌薄膜)的相对侧面上,如图1A所示。中间基片的性能,如刚度和/或导电性,可以通过采用多层基片来改变。图1B显示固定在背对背固定在一起的压电基片6A,6B上的单侧SAW装置。图1C显示一个实施例,其中另外的金属或塑料层6C设置在压电基片6A,6B之间。
图1A,1B,1C还显示出电连接片3A,3B,可用来将SAW装置连接到天线和接地板。
这些装置可以按照同时待审的申请GB9902341.8中介绍的方式来制造和包装。
使用分别设置在隔膜两侧面的两个SAW装置使得SAW装置可以成为按照美国专利US5585571所介绍的方式来操作的差动应变传感器,美国专利介绍的内容结合到本说明书中。如本文所介绍的,两个SAW装置设计成具有稍微不同的共振频率。通过将一个SAW装置的输出从另一个SAW装置中减去,可以测定出差动应变的量度,而且该输出是温度补偿的,随着温度的变化可以进行有效的补偿,所以不再需要单独的温度测量。
这样的配置与许多传统的SAW装置的配置不同的地方在于传统的配置是一个装置作为测量元件而另一个用作参考。有了差动配置,就没有必要设置参考SAW装置,而且由于两个装置承受了相同但相反的应变,灵敏度得到提高。另外隔膜一般是不带载荷的(当相对侧的压力是相同时),所以避免了老化问题并可以测量较高的压力。
图2显示本发明的一个实施例,其中隔膜7在其相对的侧面设置了SAW装置8,9,可以如图1A,1B,1C中所介绍的方式设置,并固定在可由塑料形成的壳体10内部。壳体10限定了在隔膜7一侧的第一腔11和在隔膜另一侧的第二腔12。隔膜将两个腔11和12分隔开,并在其间形成了密封。第一腔11被单向阀13封闭,单向阀允许空气(或其它气体)进入腔11但防止空气从腔11逸出。第二腔12与被监测的压力相连通。
单向阀可以是带有一个槽孔的简单碟片,当一侧有压力时可以打开。但是其它类型的单向阀也可以使用。
图3是显示压力敏感系统操作方式的示意图。图中显示了上面介绍的隔膜7,壳体10和压力腔11和12。腔11和12可以从压力源经过带有管道14中示出的止回阀13的管道14和15来加压。
当系统开始加压时,腔11中的压力P1和腔12中的压力P2是相等的。然后当单向阀13阻止空气从腔11逸出时,腔11实际上保持了P1值。而另一方面,腔12与被监测的压力即轮胎压力连通,轮胎压力由于缓慢泄漏或爆胎会发生变化。如果腔12的压力P2相对腔11的压力P1下降,隔膜7将偏移,SAW装置将感应到这个变化,发出警告信号。
这种配置可以用于监测轮胎压力。当轮胎开始充气时,腔11保留该初始压力,当随时间的过去腔12的压力P2会相对此保留压力下降。警告信号发出。如果轮胎开始过量充气,该简单的实施例会在腔11保留不正确的过充气压力。然而,这个问题可以通过使用增压泵来避免,增压泵可以预先设置,将轮胎充气到所选择的压力。
图4是一个结合了上述压力监测器的如车轮阀门这样的阀门的实施例的剖面图。压力监测器固定在阀体18的内侧端部。第一Schraeder阀19提供了如同图3所示的单向阀13的功能,可使空气进入腔11但是不允许空气从中逸出。第二Schraeder阀20如同充气轮胎的普通充气阀,可允许轮胎充气但是防止空气从阀门逸出,除非通过促动释放杆21将阀门打开造成双向连通。最好是将两个Schraeder阀19和20连接起来,这样促动释放杆21经连接杆23同时也促动第一阀19的释放杆22。因此如果轮胎过量充气,空气可通过促动释放杆21经阀20排出,阀19也打开允许空气从腔11排出,这样就不会保留过压力。
压力监测器能够当第一腔11自动地保持在充气压力峰值时可以容易地通过简单将轮胎充气到要求的压力进行重新校正。
图4中的箭头显示用于对轮胎同时对压力腔11充气的空气路径。
在压电基片上设置SAW装置的优点是不需要如电池等外部能源而可以储存和转换能量,无线电频率信号可以用来联系如美国专利US5585571所介绍的装置。还有,SAW装置仅需要连接天线和地线板以便传递信号到远距离的传感器,而无需其它的线路。需要的话,一小型处理电路(未示出)可安装在阀体18内来处理从SAW装置接收到的信号。图4显示了可以用作天线的沿阀体18长度延伸的金属插入件24。地线板的连接是通过围绕阀体18的金属化环,该环在使用时与阀门插入的金属轮接触(这些部件和SAW装置的连接片3A,3B之间的电连接未在此图中显示)。
SAW装置发出的信号因此可以传递到远距离的传感器,比如设置在车辆轮子附近并可以向车辆仪表板发出警告信号的传感器,SAW装置还可以设置成各个传感器具有独特的输出,通过鉴别这些信号传感器可发出警告信号,并使得警告信号能够指示哪个或那些个轮子出现问题。
因此,上面介绍的监测器提供了用来测量轮胎压力的便宜且小型的装置。其体积之小和重量之轻令其对轮胎性能的影响可以忽略不计。另外还可以提供对轮胎内出现低压力的警告,还能够感应到压力的少量下降,如1或2磅/平方英寸(6.9-13.8×103牛顿/平方米),所以可提供对出现如缓慢漏气等问题的警告。此监测器还能够提供对由于爆胎而压力突然损失的警告,尤其在驾驶员不能马上清楚的如发生在卡车轮胎,拖车轮胎或备用轮胎的情况下。
Claims (13)
1.一种压力监测系统,包括被隔膜分隔开的第一腔和第二腔,具有第一共振频率的第一声表面波(SAW)装置安装在所述隔膜的一侧,具有第二共振频率的第二SAW装置安装在所述隔膜的另一侧;所述第一腔加压到预定的压力P1并保持该压力,所述第二腔开始加压到与压力P1相等的压力P2,但是该压力随时间变化,因此,如果所述第二腔的压力P2相对所述第一腔的压力P1上升或下降,将导致所述隔膜偏移,使所述隔膜的一侧承受拉伸,另一侧受到压缩;所述第一和第二SAW装置通过感应所述拉伸和压缩来检测这种偏移,因而提供显示相对所述第一腔压力P1的所述第二腔压力P2变化的输出。
2.根据权利要求1所述的压力监测系统,其特征在于,所述隔膜包括一层或多层压电材料。
3.根据权利要求1或2所述的压力监测系统,其特征在于,所述第一腔设置了可以防止空气逸出所述第一腔的第一单向阀。
4.根据权利要求1,2或3所述的压力监测系统,其特征在于,所述压力监测系统包括处理装置,可从所述第二SAW装置的输出中减去所述第一SAW装置的输出,或进行相反的处理;这样可以提供所述第一和第二腔之间压力差的指示。
5.根据权利要求4所述的压力监测系统,其特征在于,当发现压力差大于给定水平时所述处理装置可以发出警告信号。
6.根据前面权利要求中任一项所述的压力监测系统,其特征在于,所述压力监测系统包括转发器,可以在所述系统和远距离传感器之间建立无线通信联系。
7.一种基本上如前面所述并参考附图所介绍的压力监测系统。
8.一种包括如前面权利要求中任一项所述压力监测系统的充气阀。
9.根据权利要求8所述的充气阀,其特征在于,所述充气阀包括根据权利要求3或其从属权利要求所述的压力监测系统,所述充气阀具有充气的空气可从中通过的第二单向阀,和防止空气以相反方向流过的释放机构。
10.根据权利要求9所述的充气阀,其特征在于,所述第一单向阀也具有释放机构,可允许气流从所述第一腔排出,所述第一和第二单向阀互相连接,故促动所述第二单向阀的释放机构同时促动所述第一单向阀的释放机构。
11.根据权利要求8、9或10所述的充气阀,其特征在于,所述充气阀包括一用作天线的金属插入件
12.根据权利要求8到11中任一项所述的充气阀,其特征在于,所述充气阀包括充气轮胎的充气阀。
13.一种连接到充气轮胎的根据权利要求12所述的充气阀。
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