CN1950174A

CN1950174A - 传感器预加载和焊接固定装置和方法

Info

Publication number: CN1950174A
Application number: CNA2005800138699A
Authority: CN
Inventors: G·W·小埃森霍维; B·J·马斯; W·L·伊勒斯
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2007-04-18
Also published as: EP1720681A1; US20050194362A1; WO2005084878A1; JP2007526132A; US7070086B2

Abstract

公开了一种传感器预加载和焊接装置和方法。焊接固定装置包括一种其上设置了具有传感器底座和传感器盖子的传感器组件的固定底座，和与弹簧相关联的加载棒，其中所述加载棒向所述固定底座提供特定重量，用于协助将所述传感器盖子和所述传感器底座在所述固定底座上维持相互平行。可调节的加载支脚大体上设置在所述固定底座上方，使得可调节的加载支脚可向传感器底座施加具有特定重量的预定载荷，以便在为了构造所述传感器组件而将所述传感器底座和所述传感器盖子焊接到一起时使所述传感器盖子和所述传感器底座牢固地保持到位。

Description

传感器预加载和焊接固定装置和方法

技术领域

[001]一些实施例一般涉及传感方法和系统。一些实施例也涉及压力和温度传感器。一些实施例附加地涉及声表面波(SAW)器件和传感器。一些实施例附加地涉及焊接固定装置和焊接技术。

发明背景

[002]在压力和温度传感技术中已知有各种传感器。对于处于恒定温度下的并且可能受到温度条件严重影响的任何装置来说，具有探测压力和/或温度的能力是一个优点。这种装置的一个示例是汽车轮胎，当然，汽车轮胎的温度和压力都是变化的。许多不同的技术已被提议用于感知轮胎中的压力和/或温度并将此信息传递给车辆中心位置上的驾驶员，以便他知道轮胎处于低气压还是高气压。

[003]这些压力传感器通常与车辆通信，使得感知的压力和/或温度可在车辆移动例如车轮相对车辆主体转动时显示给驾驶员。这些装置通常相对复杂且昂贵，或者不是十分可靠。

[004]一些轮胎压力和/或温度传感器系统采用固定在主体上的传感器，这样，旋转的车轮和底盘间无需转动电气接触。在此系统中，当轮胎压力较低时，轮胎胎壁发生变形，与胎壁接触的传感器杆因而发生偏斜。此系统为低轮胎气压提供一种指示，但不够可靠。例如车轮上的泥土或其他杂物可能引起错误的读数。此外，此系统仅在轮胎压力大为降低时才提供指示，这是轮胎发生较大的膨胀所必需的。很明显这样的系统无法提供轮胎实际压力的读数。

[005]在另一种形式的固定式传感器中，可以探知车辆的高度，高度降低时认为轮胎压力低。然而，如果轮胎在车辙中或停在不平整的地面上，则很有可能产生错误的低压读数。

[006]更加复杂的系统可监视轮胎压力。例如，一些压力传感器系统采用由多磁极环构成的旋转编码器，该多磁极环由不同极性的磁性段以均匀的间隔且极性交替的方式分布在圆周上形成。与该环和固定捡拾器(一种感应线圈系统)共轴的传送器线圈受在传送器线圈内流通的交变的电流激励，产生一个磁场叠加在多磁极环产生的磁场上，多磁极环产生拾取的信号，并传送与车轮的转动特性即车轮的状态有关的信号。

[007]一些轮胎压力系统也利用车轮系统，其中每个车轮上的每个传感器都带有无线电发射器，该发射器从车轮向车辆主体上的无线电接收器发送轮胎压力等信息，此发送的信号被解码以提供轮胎压力等信息，并使得驾驶员可获得这些信息。然而，常规的无线系统不耐用且设计和生产成本很高。

[008]在压力和温度传感应用中如汽车轮胎中得到广泛采用的一种传感器是声表面波(SAW)传感器，这种传感器可由底座上的传感元件和压力变换器传感器隔板组成，该压力变换器传感器隔板是盖子的一部分。为了使SAW传感器正常工作，传感器隔板一般应与传感元件在各种压力水平和温度下保持紧密接触。

[009]为补偿封装中的膨胀，当传感元件和传感器隔板被装配起来使输出频率偏移已知的量时，它们必须被预先加载，这保证了始终是接触的。在常规的传感器设计中，盖子和底座间的干涉配合可保持一个预加载，直到盖子和底座用熔焊、锡焊或其他连接方法固定到位。

[0010]为了正确地构造传感器，如SAW传感器，传感装置应包括传感器盖子和传感器底座，它们被焊接起来，以便由它们形成气密封接。常规的焊接装置和用于形成传感器装置的固定的问题之一是传感元件常常受固定载荷的支配，该载荷可以使传感器元件在传感器组件内受到损伤和/或妨碍形成真正的气密密封封装。因此，为了正确地构造传感器组件，需要一种改进的焊接固定装置和可以与焊接固定装置一起使用的焊接方法。

发明概述

[0011]以下本发明的概要是为了有助于更好地理解本发明特有的一些创新性特征，而不是作为详细的说明。将全部说明书、权利要求书、附图以及摘要作为一个整体可获得对本发明各方面的全面了解。

[0012]因此，本发明的一个方面是提供一种改进的传感器装配方法和系统。

[0013]本发明的另一个方面是提供一种在传感器装配期间用于将元件焊接到传感器上的改进的方法和系统。

[0014]本发明的另外一个方面是提供一种在装配传感器组件，例如SAW传感器器件时采用的焊接固定技术。

[0015]前面提到的本发明的各方面以及其他目的和优点现在可以依照这里的说明获得。这里公开了一种传感器预加载和焊接系统和方法，其包括具有固定底座的焊接固定，其上安置具有传感器底座和传感器盖子的传感器组件，和与弹簧相关联的加载棒，其中加载棒将特定重量提供到固定底座上，以便协助将传感器盖子和传感器底座在固定底座上维持相互平行。可调节的加载支脚大体上设置在固定底座的上方，使得可调节的加载支脚向传感器底座施加具有特定重量的预定载荷，以便在为了构造传感器组件而将传感器底座和传感器盖子焊接到一起时使传感器盖子和传感器底座牢固地保持到位。

[0016]为了协助将传感器盖子和传感器底座在固定底座上维持相互平行，也可以将多个导向柱与加载棒制成一体。传感器本身例如可以是包括一个或多个石英元件的SAW传感器。此外，可以提供焊接机构，用于将传感器盖子点焊(tack welding)到传感器底座，以便密封传感器组件。点焊可以经由低激光功率产生。在实施点焊时，传感器盖子和传感器底座优选设置得垂直于焊接机构产生的激光光束。也可以实施叠焊(stitch welding)，以便由用于密封传感器组件的多个叠焊焊缝将传感器盖子焊接到传感器底座上。最后，大功率激光器可以实施固定上的传感器底座与传感器盖子的最后焊接。

附图简单说明

[0017]附图进一步说明了本发明，并与本发明的详细描述一起说明本发明的原理。在各个视图中相同的标号表示相同或功能相似的元件，这些视图结合在这里并作为说明的一部分。

[0018]图1示出了一种可依照本发明的优选实施例实施的焊接固定固定装置的各种视图；

[0019]图2示出了图1中所示的依照本发明的优选实施例的焊接固定装置的立视侧视图；

[0020]图3示出了图1和2中所示的依照本发明的优选实施例的焊接固定装置的立视底视图；

[0021]图4示出了可依照本发明的优选实施例实施的传感器组件的分解图；和

[0022]图5示出了说明可依照本发明的优选实施例实施的焊接方法的高级流程图。

发明的详细说明

[0023]这些非限制性实例中说明的的特定数值和构造可被改变，在此处例举只是为了说明本发明的至少一种实施例，而不是限制本发明的范围。

[0024]图1示出了可依照本发明的优选实施例实施的焊接固定固定装置100的各种视图。焊接固定装置100的顶视图和底视图连同后侧视图和前侧视图一起都在图1公开。图2示出了图1中所示的依照本发明的优选实施例的焊接固定装置100的立视侧视图。此外，图3示出了图1和2中所示的依照本发明的优选实施例的焊接固定装置100的立视底视图。在图1-3中，一般用相同的标号表示相似或相同的部分。

[0025]焊接固定装置100一般包括固定底座102，具有传感器底座(没有在图1中示出)和传感器盖子(也没有在图1中示出)的传感器组件101可以被定位和设置在该固定底座上，以便经由焊接固定装置100进行焊接。固定底座102可以由诸如铜这样的材料制成。一般地，固定底座102起着定位器的作用，并且包括定位器保持器120，用于经由焊接机构(例如激光焊接机构)的上次位置，此处将对其做详细说明。加载棒110通常与弹簧194相关联，使得加载棒110可将特定重量提供给固定底座102，以便协助将传感器组件101的传感器盖子和传感器底座在固定底座102上维持相互平行。

[0026]传感器组件101优选设置在加载棒110的中心部分107的下面。弹簧194由带有台肩帽的螺杆106从上面压紧。此外，可以将可调节的加载支脚108设置在固定底座102的上方，使得可调节的加载支脚108可以将具有特定重量的预定载荷施加到传感器底座上，以便在为了构造传感器组件101而将传感器底座和传感器盖子相互焊接在一起时，使传感器盖子和传感器底座牢固地保持到位。

起着定位器杆作用的多个导向柱112和113可以与加载棒110相关联或者与其制成一体，以便协助将传感器组件101的传感器盖子和传感器底座在固定底座102上维持相互平行。注意传感器组件101可以构造成SAW传感器装置(例如SAW″按钮″传感器)，其包括一个或多个石英元件。这种SAW传感器装置的一个示例在这里对照图4做详细的说明，图中包括它的传感器底座和传感器盖子部件。固定底座102此外包括孔123和122，其可以用于分别接合位于固定底座102上的导向柱112和113。

一般地，当将传感器盖子焊接到传感器组件101的底座上时(即，参见图4中的传感器盖子和传感器底座)，传感器组件101，例如SAW传感器组件，要求不会影响传感器组件101内的任何SAW石英元件上的预定载荷的焊接工艺。因此，焊接固定装置100可以用于在特定载荷下保持传感器盖子和传感器底座相互平行。此外，如这里将要详细说明的，可以实施的焊接方法包括在各种功率和焊接尺寸设置下的点焊、叠焊和最后焊接，使得不会施加附加的载荷或者导致对传感器组件101内的石英元件的卸载。

[0027]图4示出了可依照本发明的优选实施例实施的传感器组件400的分解视图。图4的传感器组件400大体上类似于图1的传感器组件101。传感器组件400例如可以用作压力传感器，其包括传感元件406、传感器底座408和盖子404，该盖子具有弹性隔板403和凹座402。

[0028]为使传感器达到应用所需的精度，凹座402应与传感元件406在各种压力水平和温度下保持紧密接触。为了补偿封装材料(即，底座408和盖子404)的热膨胀，传感元件406(例如石英传感元件)和传感器隔板403可以在装配时预先加载，以便使输出频率偏移已知的量以确保始终保持接触。

[0029]注意，虽然传感器组件400可作为SAW压力传感器实施，可以理解的是本发明的备选实施例可在非SAW传感器的条件下实施。例如，与其采用石英传感元件相比，也可依照本发明的备选实施例采用其他类型的传感元件(如陶瓷、硅及类似材料)。

[0030]凹座402可在盖子制造时形成在盖子404的压力传感器隔板403部分的中心。凹座402大体上与石英传感元件406上的平表面接触。通常，传感器组件400可做成小的圆形元件。这种设计构造通常实施为小的圆形密闭按钮组件。示例尺寸包括直径约12mm，厚度约2mm。当然可以理解这里提及的这些尺寸仅作为示例，而不应被认为限制本发明的特征。传感器组件400的尺寸可以依照这种装置的需要和使用而改变。

[0031]盖子404和底座408设计成通常使得组件的公差可降低。底座408和盖子404的传感器材料可用不锈钢17-7PH制成。这种材料的优点将详细说明。压力传感器也可与接口设计板联合构造。例如，PCB或柔性电路互连可安放在压力传感器按钮组件和一个或多个天线间以发送和接收无线数据。

[0032]传感器组件400通常包括封装盖子404，该盖子包括形成于隔板403中心的凹座402。在图4中，隔板403的隔板区域大体用圆形虚线表示。类似地，凹座402也大体用圆形虚线表示。隔板403是盖子402顶部上的平表面。

[0033]传感元件106例如可实施为石英传感元件、陶瓷传感元件、硅传感元件以及类似元件。例如，SAW薄片可用作传感元件106。底座408包括底座部分220，底座部分220可以凹入底座408且传感器元件或传感元件406可安置在该底座部分中。

[0034]盖子404开始可由退火状态下约0.50mm厚的平板料制成。盖子可随后被冲压成圆形，并深拉成杯形。接下来，凹座402可制作在盖子404的隔板403部分的中心，使得凹座402深入盖子404约0.6mm。显然可以理解这里说明的这些尺寸仅作为示例目的，不应被认为是本发明特性的限制。盖子404的尺寸也可以依照这种装置的需要和使用改变。

[0035]底座408也可由不锈钢如不锈钢17-7PH材料制成。将约2mm厚的退火材料冲压成圆盘可形成底座408。这种盘可被制成使得两个小鞍座从底座408突出，传感器片(如传感元件406)可安放其上。孔416和孔418因而可冲在底座408中，以利于该处的玻璃金属封接。孔416与杆412相关联，而孔418与杆414相关联。杆412和414可用于穿过密封进行电气连接。

[0036]图5示出了显示可依照本发明的优选实施例实施的焊接方法的高级流程图500。该焊接工艺可以大体上包括三个单独的步骤。采用钟表面命名法表示圆形部件上的所以位置。第一步骤是点焊，其大体上由流程图500的框502表示。在框502处显示的操作可以使用低激光功率焊接机构来完成，使得要焊接的部件垂直于焊接机构产生的激光光束。该部件分别在12、6、3和9点钟处的四个点处用一个点焊焊缝焊接。

[0037]第二工艺步骤涉及叠焊，其大体上从所示的框504处开始。叠焊工艺包括三组叠焊焊缝，其分别显示于框506、508和510处。要被焊接的部件大体上设置在与焊接机构产生的激光光束成大约65度的角度上。第一组叠焊焊缝，如示于框506处，可以在9、3、6和12点钟处开始并且其长度可以为逆时针方向1小时。显示于框508处的第二组叠焊焊缝可以从第一组叠焊焊缝结束的8、2、5和11点钟处开始。第三组即最后一组叠焊焊缝，如显示于框510处，可以在7、1、4和10点钟处的第二组叠焊焊缝结束处开始。一旦第三组叠焊焊缝完成时，该部件或元件就被围绕整个周边完全焊接起来(例如图4所示的传感器组件400的周边)。焊接工艺的第三即最后步骤是最后焊接，其大体上表示于框512处。该焊接可以用更高功率的激光来完成，其从12点钟处开始并且完全圈绕该部件直到结束于12点钟处，此时部件大体上与激光光束成大约65度的角度。

[0038]基于上面所述，可以理解本发明的实施例总体上描述了一种焊接固定装置和一种用于将传感器盖子焊接到传感器底座使得SAW石英上的任何预定载荷不受影响的技术。首先，提出了一种其中传感器盖子和传感器底座设置得相互平行和处于特定的载荷下的固定装置。其次，描述了一种焊接工艺，其包括在各种功率和焊接尺寸设置值下实施的点焊、叠焊和最后焊接，使得不必在组件内部施加附加的载荷或者使石英卸载。

[0039]焊接固定装置一般包括底座、加载棒、加载支脚和导向柱。固定的加载棒可以由弹簧加载和通过可调节的加载支脚而处于特定重量下，该可调节的加载支脚向底座施加预定的载荷并且也保持底座和盖子相互平行。可以在焊接工艺实施时保持对SAW石英上的预加载。

[0040]这里给出的实施例和实例被列出来最佳地说明了本发明及其实际应用，因而使得本领域的技术人员可制造和使用本发明。然而，本领域的技术人员将看出，前述说明和实例仅被列出用作说明和示例的目的。本发明的其他变型和改进对于本领域的技术人员将很明显，且所附的权利要求的目的是包括这些变型和改进。

[0041]前述说明不是为了详尽说明本发明或限制本发明的范围。依照以上说明，很多改进和变型都是可能的，且不偏离接下来的权利要求的范围。预期本发明的使用可包括不同特征的部件。本发明的范围应该由本文所附的权利要求限定，提供对等同物各方面的完全认知。

Claims

要求独占产权或权利的本发明的实施例限定如下。对本发明作出说明后，权利要求如下：

1.一种焊接固定装置，包括：

其上设置了具有传感器底座和传感器盖子的传感器组件的固定底座；

与弹簧相关联的加载棒，其中所述加载棒向所述固定底座提供特定重量，用于协助将所述传感器盖子和所述传感器底座在所述固定底座上维持相互平行；和

设置在所述固定底座上方的可调节的加载支脚，其中所述可调节的加载支脚向所述传感器底座施加具有特定重量的预定载荷，以便在为了构造所述传感器组件而将所述传感器底座和所述传感器盖子焊接到一起时使所述传感器盖子和所述传感器底座牢固地保持到位。
2.权利要求1的装置，其特征在于，为了协助将所述传感器盖子和所述传感器底座在固定底座上维持相互平行，所述装置还包括与所述加载棒制成一体的多个导向柱。
3.权利要求1的装置，其特征在于，所述传感器组件包括SAW传感器。
4.权利要求3的装置，其特征在于，所述SAW传感器包括至少一个石英元件。
5.权利要求1的装置，其特征在于，还包括用于将所述传感器盖子点焊到所述传感器底座上以便密封所述传感器组件的焊接机构。
6.权利要求5的装置，其特征在于，所述点焊由用于密封所述传感器组件的所述焊接机构在低激光功率下提供。
7.权利要求6的装置，其特征在于，所述传感器盖子和所述传感器底座设置得垂直于由用于密封所述传感器组件的所述焊接机构产生的激光光束。
9.权利要求1的装置，其特征在于，还包括用于将所述传感器盖子经由用于密封所述传感器组件的多个叠焊焊缝叠焊到所述传感器底座上的焊接机构。
10.权利要求1的装置，其特征在于，还包括用于将所述传感器盖子焊接到所述传感器底座的焊接机构，其中所述焊接机构包括大功率激光器。
11.一种焊接固定装置，包括：

其上设置了具有传感器底座和传感器盖子的SAW传感器组件的固定底座，

与弹簧相关联的加载棒，其中所述加载棒向所述固定底座提供特定重量，用于协助将所述传感器盖子和所述传感器底座在所述固定底座上维持相互平行；

与所述加载棒制成一体的多个导向柱，以便协助将所述传感器盖子和所述传感器底座在固定底座上维持相互平行；

设置在所述固定底座上方的可调节的加载支脚，其中所述可调节的加载支脚向所述传感器底座施加具有特定重量的预定载荷，以便在为了构造所述SAW传感器组件而将所述传感器底座和所述传感器盖子焊接到一起时使所述传感器盖子和所述传感器底座牢固地保持到位。
12.一种焊接固定方法，包括步骤：

提供其上设置了具有传感器底座和传感器盖子的传感器组件的固定底座，

使加载棒与弹簧相关联，其中所述加载棒将特定重量提供给所述固定底座，以便协助将所述传感器盖子和所述传感器底座在固定底座上维持相互平行；和

将可调节的加载支脚设置在所述固定底座上方，其中所述可调节的加载支脚向所述传感器底座施加具有特定重量的预定载荷，以便在为了构造所述SAW传感器组件而将所述传感器底座和所述传感器盖子焊接到一起时使所述传感器盖子和所述传感器底座牢固地保持到位。
13.权利要求12的方法，其特征在于，还包括将多个导向柱与所述加载棒制成一体以便协助将所述传感器盖子和所述传感器底座在固定底座上维持相互平行的步骤。
14.权利要求12的方法，其特征在于，所述传感器组件包括SAW传感器。
16.权利要求12的方法，其特征在于，还包括初始时将所述传感器盖子点焊到所述传感器底座上以便密封所述传感器组件的步骤。
17.权利要求16的方法，其特征在于，所述点焊通过使用低激光功率来提供。
18.权利要求17的方法，其特征在于，所述传感器盖子和所述传感器底座设置得垂直于由所述低功率激光器产生的激光光束。
19.权利要求16的方法，其特征在于，还包括在其之后将所述传感器盖子叠焊到所述传感器底座上的步骤。
20.权利要求19的方法，其特征在于，还包括在此之后使用大功率激光器将所述传感器盖子焊接到所述传感器底座上的步骤。