CN201366912Y - 一种基于空载超声波的轮胎漏气检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，包括超声波传感器、前置放大电路、滤波电路、二次放大电路、DSP微处理器和声光报警电路，超声波传感器设置在轮胎附近并将检测得到的超声波信号由信号输出端传送给前置放大电路，前置放大电路将接收到的超声波信号放大后传送给所述滤波电路，滤波电路将接收到的超声波信号进行滤波处理传送给二次放大电路，二次放大电路将接收到的超声波信号进一步放大后传送给DSP微处理器，DSP微处理器进行数据处理，并驱动声光报警电路进行报警。装置能快速准确地测定四个车轮中的漏气轮胎并告警。不仅方法简单，而且快速、准确，可靠性高，并且还具有很好的人机交互界面。

Description

一种基于空载超声波的轮胎漏气检测装置

技术领域

本实用新型属于轮胎检测领域，涉及一种轮胎漏气检测装置，尤其是一种基于空载超声波的轮胎漏气检测装置。

背景技术

汽车轮胎漏气一直是汽车安全行驶的一大隐患，为了能使汽车安全高效行驶，大多数国家及企业都在沿着使轮胎具有高强度、可靠性方向发展，虽然此举能在一定程度上提高汽车的安全行驶，但不是解决问题的最终方法。轮胎漏气检测虽然一直都是检测的一个重要方向，但是，由于轮胎漏气自身所具有不可预测等特性，使得检测轮胎漏气一直没有被实际应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，根据轮胎漏气产生的超声波的特点，提供一种基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，这种轮胎漏气检测装置将超声波传感器安装于轮胎附近，来检测轮胎漏气时产生的超声波并在漏气时警报，该装置不仅精度和可靠性高，而且体积小、结构简单、便于携带，并且具有很好的人机交互界面。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，包括超声波传感器、前置放大电路、有源带通滤波电路、DSP微处理器和声光报警电路，所述超声波传感器设置在轮胎附近并将检测得到的超声波信号由信号输出端传送给前置放大电路的信号输入端，所述前置放大电路将接收到的超声波信号放大后由信号输出端传送给所述有源带通滤波电路的信号输入端，所述有源带通滤波电路将接收到的超声波信号进行滤波和放大处理，再通过有源带通滤波电路的信号输出端传送给DSP微处理器，所述DSP微处理器进行数据处理，并驱动声光报警电路进行报警。

上述DSP微处理器连接有LCD显示模块和键盘。

上述DSP微处理器为TMS320LF2407A。

上述前置放大电路由AD620芯片和无源高通滤波器组成，所述无源高通滤波器的信号输入端与所述超声波传感器输出端连接，所述无源高通滤波器的信号输出端与AD620芯片的输入端连接。

上述有源带通滤波电路包括第一运放和第二运放，所述第一运放和第二运放均为OP777，所述第一运放的信号输出端与第二运放的信号输入端连接。

上述有源带通滤波电路的通带为38kHz～42kHz。

本实用新型将超声波传感器安置到各车轮胎附近的底盘上，在车轮转动和正常轮胎气压条件下，分别对气门漏气和针扎小孔漏气进行测试。经过实验证明，该系统能快速准确地测定4个车轮中的漏气轮胎并告警。不仅方法简单，而且快速、准确，可靠性高。该装置具有精度高、体积小、便于携带和具有很好的人机交互界面等特点。

附图说明

图1为轮胎漏气时产生的超声波示意图；

图2为轮胎漏气所产生的频谱示意图；

图3为本实用新型的结构框图；

图4为本实用新型的信号放大电路图；

图5为LCD显示模块与DSP微处理器连接示意图。

其中：101为超声波传感器；102为前置放大电路；103为无源高通滤波器；104为有源带通滤波电路；105为第一运放；106为第二运放；107为AD620芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

图3为本实用新型的轮胎漏气检测装置结构框图，包括超声波传感器101、前置放大电路102、有源带通滤波电路104、DSP微处理器和声光报警电路。如图所示，超声波传感器101、前置放大电路102和有源带通滤波电路104分别设有四路，用于分别检测四个轮胎，四个超声波传感器101分别设置在四个轮胎附近并将检测得到的超声波信号由信号输出端传送给前置放大电路102的信号输入端，前置放大电路102将接收到的超声波信号放大后由信号输出端传送给有源带通滤波电路104的信号输入端，所述有源带通滤波电路104具有进一步滤波和信号放大的功能，其将接收到的超声波信号进行滤波和二次放大处理后，再通过有源带通滤波电路104的信号输出端传送给DSP微处理器，DSP微处理器进行数据处理，并驱动声光报警电路进行报警。其中DSP微处理器还连接有LCD显示模块、键盘以及外设RAM；所述DSP微处理器由专用电源供电。

图4为本实用新型的信号放大电路图，前置放大电路102由AD620芯片107和无源高通滤波器103组成，AD620芯片107是ADI公司的专用高精度仪器三运放，其是由三个精密运放集成的差分专用仪器运放，具有低偏移、高增益(信号可直接放大到1000倍)、高共模拟制比的特点，特别适用于放大传感器信号。由于超声波传感器101接收到的大量低频噪声(如50Hz的工频噪声)强度远大于它所接收到的超声信号，所以在超声波传感器101与AD620芯片107之间必须配置一个无源高通滤波器103。该无源高通滤波器103包括一个50kΩ的电阻、一个51kΩ的电阻和一个100pF的电容，所述无源高通滤波器103的信号输入端与超声波传感器101的信号输出端1管脚和2管脚连接，所述无源高通滤波器103的信号输出端与AD620芯片107的连接。具体如图所示，AD620芯片107的1管脚与8管脚之间串联一个51kΩ的电阻，AD620芯片107的3管脚通过一个100pF的电容与超声波传感器101的输出端2管脚连接，AD620芯片107的2管脚与超声波传感器101的输出端1管脚连接，AD620芯片107的2管脚与3管脚之间还连接有一个50kΩ的电阻。

有源带通滤波电路104的通带为38kHz～42kHz。有源带通滤波电路104可以滤掉前面无源高通滤波器103没有滤掉的大部分背景噪声和由器件或电路产生的噪声。其主要包括第一运放105和第二运放106，第一运放105和第二运放106均为OP777。第一运放105的3管脚通过一个10kΩ的电阻和400pF的电容与AD620芯片107的6管脚连接，其中所述10kΩ的电阻和400pF的电容之间还通过一个10kΩ电阻和18kΩ电阻与第一运放105的2管脚连接，第一运放105的7管脚接V3.3，4管脚接地。第二运放106的3管脚与第一运放105的6管脚连接，第二运放106的7管脚接VA3.3V，4管脚接-VA3.3V，第二运放106的6管脚接两个20kΩ的电阻，其中所述两个20kΩ之间还接入A/D电源；6管脚和7管脚之间还接一个200kΩ的可变电阻，可变电阻的活动端与2管脚连接；另外2管脚还连接有一个10kΩ的电阻。

ADI公司的OP777是一个超精密的低噪声运放，具有极低的电压和电流偏移以及很高的增益稳定性。经过第一运放105和第二运放106放大后，信号为-3.3～+3.3V，再经过图4所示的2个20kΩ电阻，并接上+3.3V的偏置电压，可使输入到DSP微处理器的A/D采样信号变为0～3.3V。

本实用新型的DSP微处理器采用美国TI公司新一代性能优良的芯片：TMS320LF2407A。其工作频率达40MHz，内部具有丰富的资源，如5KB RAM、64KB Flash ROM、16路PWM、4路QEP、16路10位500ns A/D、4个16位定时器和1个Watchdog；供电电压仅为3.3V，适应温度为-40℃～125℃；CAN/UART/SPI各1路，主要负责A/D转换，对A/D转换后的信号进行分析处理，对LCD显示模块及电源进行管理。该芯片40MIPS的处理速度可以提供远远超过传统的16位微控制器和微处理器的性能。其内置的10位A/D转换电路可以使电路简化。

如图5是LCD显示模块与DSP微处理器(TMS320LF2407A)连接示意图，LCD显示模块的作用是显示泄漏孔的声强、估算的泄漏值以及由键盘输入的数据。这里选用内藏三星公司的KS0713显示控制芯片的LCD显示模块。它有128×64点阵，供电电压只需3.3V。KS0713芯片速度相当快，内部晶振频率可达2MHz，非常适用于高速CPU芯片的场合。这里，采用DSP的数字I/O口控制LCD模块，如图所示。

本实用新型的装置是基于以下原理设计的：

汽车轮胎类似一个充满气体的容器，当其内部压强大于外部压强时，由于内外压差较大，一旦容器有漏孔(漏孔可以是扎破的小孔或者气门)，气体就会从漏孔冲出，当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时，冲出的气体就会形成湍流，湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波，如图1所示。声波振动的频率与漏孔的大小有关：漏孔较大时，人耳可听到漏气声；漏孔很小且声波频率高于20kHz时，人耳就听不到了。但它们能在空气中传播，这种波被称作空载超声波。超声波是高频短波信号，其强度随着离开声源(漏孔)距离的增加而迅速衰减。如下式：

$L=80+20\log \frac{D}{D_0}+10\log \frac{{\left(P{-P}_0\right)}^4}{P_0^2{(P-0.5P_0)}^2}$

式中：L为垂直方向距离漏孔1m处的声压级，单位为dB；D为漏孔直径，单位为mm；D0＝1mm；Po为环境大气绝对压力；P为漏气孔驻压。

可知，在与漏气孔的距离一定时，漏气超声波的声压级L是随漏气孔尺寸和系统压力的变化而变化的，其频谱峰值也是随漏气孔的尺寸和压力的变化而变化的。漏气产生的超声渡频带比较宽，一般为20kHz～100kHz。在一定的漏气孔径和压力下，如果漏气超声波的频谱峰值是在38kHz点，那么加大孔径以后，它的频谱峰值可能出现在36kHz点；如果孔径不变，则加大系统内外压差，频谱峰值可能会出现在43kHz点。图2为轮胎漏气产生的频谱示意图，由图可知，在40kHz点的漏气超声波能量都是比较大的，而且漏气声和本底噪声能量差值也最大。

本实用新型的基于空载超声波的轮胎漏气检测装置能快速准确地测定四个车轮中的漏气轮胎并告警。不仅方法简单，而且快速、准确，可靠性高。该装置具有精度高、体积小、便于携带和具有很好的人机交互界面等特点。

Claims (6)

1.一种基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，其特征在于：包括超声波传感器(101)、前置放大电路(102)、有源带通滤波电路(104)、DSP微处理器和声光报警电路，所述超声波传感器(101)设置在轮胎附近并将检测得到的超声波信号由信号输出端传送给前置放大电路(102)的信号输入端，所述前置放大电路(102)将接收到的超声波信号放大后由信号输出端传送给所述有源带通滤波电路(104)的信号输入端，所述有源带通滤波电路(104)将接收到的超声波信号进行滤波和放大处理，再通过有源带通滤波电路(104)的信号输出端传送给DSP微处理器，所述DSP微处理器进行数据处理，并驱动声光报警电路进行报警。

2.根据权利要求1所述的基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，其特征在于：所述DSP微处理器连接有LCD显示模块和键盘。

3.根据权利要求1或2所述的基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，其特征在于：所述DSP微处理器为TMS320LF2407A。

4.根据权利要求1所述的基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，其特征在于：所述前置放大电路(102)由AD620芯片(107)和无源高通滤波器(103)组成，所述无源高通滤波器(103)的信号输入端与所述超声波传感器(101)的输出端连接，所述无源高通滤波器(103)的信号输出端与AD620芯片(107)的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，其特征在于：所述有源带通滤波电路(104)包括第一运放(105)和第二运放(106)，所述第一运放(105)和第二运放(106)均为OP777，所述第一运放(105)的信号输出端与第二运放(106)的信号输入端连接。

6.根据权利要求1或5所述的基于空载超声波的轮胎漏气检测装置，其特征在于：所述有源带通滤波电路(104)的通带为38kHz～42kHz。

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