JP2004511766A

JP2004511766A - 表面弾性波装置内蔵の圧力モニター

Info

Publication number: JP2004511766A
Application number: JP2002534796A
Authority: JP
Inventors: フリークス　グラハム　マイケル; ヴィル　デヴィッド　ダニエル　ジョージ; カリニン　ヴィクトル　アレクサンドロヴィッチ; ベックレー　ジョン　ピーター; レイ　アーサー　ジョン
Original assignee: トランセンス　テクノロジーズ　ピーエルシー
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: DE60136943D1; EP1325296A1; CN1221793C; CN1479862A; EP1325296B1; AU2001293996A1; WO2002031461A1; ATE417253T1; US20040020299A1; JP4088921B2; GB0024813D0; GB2372328B; US6865950B2; GB2372328A; GB0124343D0

Abstract

圧力監視用装置には、剛性の基部（２）が備わっており、この基部は蓋（５）に固定されて、気密状に封止されたチャンバー（６）が画定されている。蓋（５）は可撓性金属材料から作られており、また、この蓋の主面（５Ａ）によって、このモニターの周囲における圧力の変化に応じて撓むことになるダイアフラムが形成されている。複数の表面弾性波装置が置かれる基板（７）は、その中央部位が端部（１１、２）どうしの間で支持されないように、基部の剛性フレーム（３Ａ）の上に支持されている。蓋部（５）には小さい窪み（１０）が形成されており、これが基板（７）の中央部位を押圧している。従って、圧力の変化によって、基板の中央部位のひずみが引き起こされるであろう。基板（７）の端部部位（８、９）によって、さらに別の表面弾性波装置が担持されており、その結果、すべての表面弾性波装置における諸特性の変化を解析することで、これらの表面弾性波装置に問いただすことによって、圧力変化の温度補償表示と絶対温度の表示とをもたらすことができる。基部（２）と蓋部（５）とは、両方とも合金から作られているのが好ましく、また、はんだ付けによって互いに固定することができる。これらの表面弾性波装置に関連したアンテナは、軌道として、基部（２）の表面に置くことができる。

Description

【０００１】
本発明は、表面弾性波装置内蔵の圧力モニターに関するものである。
【０００２】
表面弾性波装置内蔵の圧力モニターは、例えばわれわれの英国特許出願ＧＢ−Ａ−２３５２８１４号に提案された。その表面弾性波装置は、変化する圧力を受けるチャンバーから基準圧力の含まれているチャンバーを分けるために使われる、例えばダイアフラムのような感圧部材の位置を表示する電気信号を作り出すために、使われている。本発明は、この種の圧力モニターの改良に関するものである。
【０００３】
本発明の第１の観点によれば、圧力モニターは、剛性フレームのある基部と、この基部に固定されて基部とともに実質的に流体耐密のチャンバーを画定する蓋部であって、その少なくとも一部が可撓性のあるものであり、かつ、このモニターの周囲における流体圧力の変化に応じて撓むダイアフラムを形成している蓋部と、前記チャンバーの内部に支持された少なくとも一つの表面弾性波装置および、この表面弾性波装置への前記ダイアフラムの伝達用動きのために前記フレームの端部から遠方にあり、それによって、このモニターの周囲における圧力変化で引き起こされた前記ダイアフラムの動きが前記表面弾性波装置のひずみになる手段とを備えてなる。
【０００４】
この表面弾性波装置は、表面弾性波装置のひずみをそのひずみで作り出された共鳴振動数の変化の測定によって測定することのできる共鳴器型のものであってもよく、あるいは、表面弾性波装置のひずみをそのひずみで作り出された群遅延特性の変化の測定によって測定することのできる遅延線型のものであってもよい。
【０００５】
本発明の特に好ましい実施形態では、表面弾性波装置は、前記フレームによって支持されているとともに、前記の剛性フレームと蓋部とによって包囲された前記チャンバーの長さに沿って延出している。従って、ダイアフラムとして作用する前記蓋部の撓みによって、この表面弾性波装置に結果として生じる出力変化とともに、表面弾性波装置の曲がりが引き起こされることになる。
【０００６】
好ましくは、相異なる共鳴振動数が備わっている三つの共鳴器型表面弾性波装置であって、これらの表面弾性波装置のうち一つの装置におけるひずみによって作り出された振動数偏移の解析によって、その表面弾性波装置のひずみの温度補償表示と、従って前記ダイアフラムの変位量とを、その表面弾性波装置の温度表示とともに得ることのできる三つの共鳴器型表面弾性波装置が提供されることである。これら三つの共鳴器型表面弾性波装置は、共通基板の同じ側面に配置することができ、あるいは、二つの装置を共通基板の一方側面に配置するとともに、もう一つの装置を共通基板の他方側面に配置することができる。この代わりに、別々の二つの基板、すなわち、そのうちの一つが二つの共鳴器型表面弾性波装置を担持しており（その同じ側面にあるいは両側面のそれぞれに）、他の一つが一つの共鳴器型表面弾性波装置を担持している二つの基板を設けることができ、あるいは、それぞれが一つの共鳴器型表面弾性波装置を担持している実に三つの基板を設けることができる。二つ以上の基板を設けるときには、その配置は、一つの共鳴器型表面弾性波装置が前記蓋部の撓みによるひずみを受け、かつ、他の二つの共鳴器型表面弾性波装置がひずみを受けることなく圧力および温度の測定についての基準値をもたらすように、することができる。
【０００７】
本発明における前記の好ましい実施形態では、表面弾性波装置への前記ダイアフラムの伝達用動きのために前記フレームの端部から遠方にある手段には、前記蓋部に設けられて表面弾性波装置の基板を押圧することができるものの、その表面弾性波装置に引張り力を及ぼすことができない一つまたはそれ以上の隆起が備わっている。この隆起またはそれぞれの隆起は、前記蓋部の材料の中に形成された窪みによって、あるいは前記蓋部に固定された適切な部材によって設けることができる。
【０００８】
一つの実施形態では、前記チャンバーは基準圧力で気密状に封止されている。この基準圧力は、この装置が操作帯域の内部に配置されたときに、前記ダイアフラムが前記基部の内方へ撓むとともに、これらの表面弾性波装置にあるいはこれらの装置のうち一つに力を及ぼすような結果の備わっている基準圧力よりもこの装置の周囲の圧力が高くなるように、選ばれる。
【０００９】
基部は蓋部が固定されるセラミック製あるいは金属製の基部であるのが好ましい。
【００１０】
本発明における一つの実施形態では、片面型の表面弾性波装置が、背面から押圧するダイアフラムの隆起の備わった基部によって、取付面を下にして支持されているとともに、第２基板が、ひずみのない区域に取り付けられており、かつ、二つの基準用表面弾性波装置（一つは圧力用で一つは温度用）を担持している。本発明のさらに別の実施形態によれば、両面型の表面弾性波装置が、二つの隆起によって伝達された圧力を検出するために使われているとともに、基準用表面弾性波装置が、温度基準情報のために、前記チャンバーの中におけるひずみのない部位に取り付けられている。
【００１１】
本発明の第２の観点によれば、圧力モニターは、剛性フレームのある基部と、この剛性フレームに固定されて基部とともに実質的に流体耐密のチャンバーを画定するダイアフラムとして作用する蓋部であって、そのダイアフラムが、その中に形成されて前記チャンバーの中へ突出する少なくとも一つの突条を画定する少なくとも一つの刻み目を有している蓋部と、前記チャンバーの内部に取り付けられ、かつ前記突条に固定された少なくとも一つの表面弾性波装置とを備えてなる。
【００１２】
蓋部には、その中に形成されて、表面弾性波装置の前記基板が取り付けられる二つの対応突条を形成する少なくとも二つの刻み目が備わっているのが好ましい。この表面弾性波装置あるいはそれぞれの表面弾性波装置は、例えば、はんだを用いる接合方法によって前記蓋部に固定されているのが好ましい。
【００１３】
圧力の温度補償測定値を得ることができるように、少なくとも二つの表面弾性波装置を設けることが好ましい。これら二つの表面弾性波装置は、二つの基板の一方側面にそれぞれ取り付けることができ、あるいは、一つの基板の両側面にそれぞれ取り付けることができる。二つの基板を用意するときには、前記蓋部には、三つの刻み目が含まれているのが好ましく、それによって、これら二つの基板をそれぞれ、共通の突条によって一方端部に沿って支持することができ、かつ、それぞれの突条によって他方端部に沿って支持することができる。これらの基板は前記蓋部に沿って並んで延出しているのが好ましい。
【００１４】
圧力変化の所望の温度補償表示をもたらすために、二つの表面弾性波装置が設けられているのが好ましく、その一つは前記蓋部の動きによる圧縮力で変形し、他の一つは引張力で変形する。これらの表面弾性波装置は、共通基板の両側面に配置されてもよく、別々の基板に配置されてもよい。別々の基板が用いられるときには、それらは同時に、一つの表面弾性波装置が圧縮力で変形し、一つの表面弾性波装置が引張力で変形するように、配置すべきである。
【００１５】
ダイアフラムとして作用する前記蓋部は、例えば鉄合金、コバルト合金、ニッケル合金のような合金から作られているのが好ましい。例えば、前記蓋部はコバールから作ることができる。前記基部は、合金（例えばコバール）から作られているのが好ましいが、適切な任意の材料、例えばセラミック材料から作ることができる。
【００１６】
本発明は、この明細書における添付図面を参照して、例示としてだけ与えられた以下の好ましいいくつかの実施形態の記載から、いっそうよく理解されるであろう。
【００１７】
まず、図１Ａおよび図１Ｂによれば、圧力モニター１が模式的に示されているが、これには基部２が備わっており、この基部には、剛性フレーム３Ａと剛性基部３Ｂとがあり、両者によって、浅い長方形容器４が画定されている。この容器４は、適切な任意の材料から作ることができ、本発明におけるこの好ましい実施形態では、金属材料、例えばコバールから作られている。容器４は、蓋部５の開放端部に固定されており、その蓋部には、ダイアフラムとして作用する主面５Ａがある。この蓋部は、適切な任意の材料、例えばコバールから作ることができる。基部が作られる材料とダイアフラムとして作用する蓋部が作られる材料とは両方とも、気体に対して不透過性のものであるのが好ましく、また、蓋部と基部とのシールもまた、気体に対して不透過性のものであるのが好ましい。基部における蓋部との間のシールは、任意の適宜手段によって形成することができる。蓋部と基部との両方が適切な合金から作られているときには、これらの間のシールは、はんだ付け法によって形成することができる。ダイアフラムとして作用する蓋部５が基部４に固定されているときには、これらの蓋部と基部とによって密封チャンバー６が画定されている。チャンバー６の内部に封じ込められた絶対圧は、この装置が感知される圧力条件を考慮に入れて、製造時に決定される。例えば、この装置が乗物のタイヤの内部における圧力を監視するようにされているときには、この装置は、２〜１０バールの圧力があり、かつ、これらの状況の下でチャンバー６の内部に封じ込められた圧力が例えば２０℃の温度で１バールである帯域の内部で操作されるのが普通である。この代わりに、チャンバー６の中で真空部分を密封して、絶対圧読取値をもたらすことができる。
【００１８】
チャンバー６の内部には単一の基板７が取り付けられているが、これには、その上に三つの表面弾性波装置Ｘ、Ｙ、Ｚが形成されて、温度補償圧力および温度監視用出力がもたらされるようになっている。これらの表面弾性波装置は例えば、相異なる共鳴振動数のある共鳴器型表面弾性波装置であって、それぞれの表面弾性波装置における共鳴振動数の変化を、現存する従来の表面弾性波装置問いただし法を用いて決定することができる共鳴器型表面弾性波装置でもよい。
【００１９】
基板７は、基部２によって支持されているとともに、便宜上、軟性接着剤によって基部に固定することができる。この基板を定位置に固定するために接着剤が用いられるときには、その接着剤の軟性は、蓋部５と一体に形成され、あるいは蓋部５に固定された突起１０によって基板７が影響を受けるときに、基板７のそれぞれの端部部位８、９が自由に動くものであるようなものでなければならない。従って、これらの端部部位８、９は、前記ダイアフラムが動く結果として中央部位がひずんでいるときであっても、実質的にひずみがないであろう。
【００２０】
蓋部５には、主面５Ａの中央に、蓋部の材料の中にプレス加工で作られた小さい窪みによって形成された突起１０が設けられている。この突起１０の位置は、図１Ａにおける破線で示されている。突起１０は、基板の中央で下向きの力（図１Ｂに見られるような）を及ぼすことのできるものであるが、端部８、９では力を及ぼすことができない。
【００２１】
表面弾性波装置Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれについての励起信号を受けるために、また、表面弾性波装置Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれからの応答信号を送るために、適切ないくつかのアンテナが設けられている。これらのアンテナは容器４の外面に配置することができるが、その場合には、容器４の材料を通って延出している適切な電気結線を設けなければならない。この代わりに、これらのアンテナを、容器４の内面に、あるいはこれらの表面弾性波装置自体によって占有されていない基板７の適切な区域に、軌道として置くことができる。
【００２２】
使用に際して、前記のような圧力モニターを、圧力が監視される帯域の内部に配置する。この圧力モニターは、感知されるようにされている圧力を考慮に入れて選ばれ、またとりわけ、この装置が感知される部位に広く行き渡っている圧力によって前記ダイアフラムが基部３Ｂに向かって撓むように選ばれた、チャンバー６の内部に密封された絶対圧を考慮に入れて選ばれる。ダイアフラムがこのように撓むことで、フレーム３Ａの端部１１、１２の間だけにおける基板７の曲がりと、従って、中央の表面弾性波装置Ｙにおける共鳴振動数の変化とが引き起こされるであろう。
【００２３】
この装置の周囲にある帯域における圧力の変化があるときには、ダイアフラムとして作用する蓋部５が動くことになる。圧力の増大によって、ダイアフラムが基部３Ｂへ向かって動くことになり、また、圧力の減少によって、ダイアフラムが基部３Ｂから離れるように動くであろう。いずれかの変化によって、基板７の曲がりの変化と、中央の表面弾性波装置Ｙにおける共鳴振動数の変化とがもたらされるであろう。これらの表面弾性波装置における共鳴振動数の変化を監視することによって、圧力変化の表示をもたらすことができる。この装置は例えば、乗物のタイヤの内部に配置して、その乗物のタイヤの内部における圧力損失の遠隔的表示をもたらすことができる。
【００２４】
図１の実施形態は、一つの基板７が設けられ、かつ、表面弾性波装置を一つの面にだけ設けることができる、という点で特に好ましいものである。
【００２５】
本発明の前記実施形態は、組み立てが簡単であるとともに、４つだけの構成要素、すなわち、基部２、基板７（これに関連した表面弾性波装置が備わっている）、蓋部５および適切なアンテナ（図示略）を備えている、ということに気づくであろう。これらの構成要素は、簡単かつ論理的な工程によって、工場条件の下で組み立てることができ、すなわち、アンテナを適切な軌道として基部２の上に置くとともにそのアンテナに連結することができ、そして最後に、蓋部５を基部に固定してこのユニットを完成することができる。これらの簡単な組立技術によって、乗物のタイヤにおける内部圧力の監視のような比較的低コストの用途に使われる量産ユニットについての相当な実用的利点がもたらされる。このユニットは、いったん作られると、完全に自蔵式のものであり、従って定位置に固定するだけで足りる。このユニットを定位置に固定することは、工場環境の内部で、半熟練工あるいは未熟練工によって行なうことができる。
【００２６】
図２の第２実施形態では、図１の単一の基板７に代えて、二つの基板２０、２１が設けられているとともに、ひずみのない下側の基板２１の上に少なくとも二つの表面弾性波装置が設けられている。言い換えれば、図２の実施形態における作動に関するこれらの構成要素は、図１の実施形態におけるそれらと実質的に同じである。図１の実施形態の場合と同じように、これらの基板２０、２１は軟性接着剤によって定位置に具合よく保持することができる。
【００２７】
第３実施形態（図３）では、二つの基板３０、３１が設けられているとともに、ひずみのある上側の基板３０の両側に二つの表面弾性波装置が設けられている。その他の点では、図３の実施形態における作動に関するこれらの構成要素は、図１の実施形態におけるそれらと実質的に同じである。
【００２８】
さて、図４によれば、本発明のさらに別の実施形態が示されている。図１〜図３の実施形態の場合と同じように、この装置には、セラミック材料あるいは金属材料から作られた容器４が備わっている。容器４には、剛性のフレーム３Ａと基部Ｂとが備わっている。この容器の開口部はダイアフラムとして作用する蓋部５によって閉鎖され、気密状に封止されたチャンバー６が画定されている。この実施形態の場合には、ダイアフラム５の撓みの変化を検出するために、そのダイアフラム自体に表面弾性波装置４０が固定されている。この目的を達成するために、ダイアフラムの中に、プレス加工により作られた刻み目４２、４３が設けられている。これらの刻み目４２、４３によって、チャンバー６の内部に突条が画定されて、基板４０が例えばはんだ付けによって固定されるようになっている。この基板４０はその上に一つまたはそれ以上の表面弾性波装置が取り付けられている。チャンバー６におけるひずみのない区域には、さらに別の基板４１が取り付けられている。当業者によって分かるように、温度補償された圧力表示をもたらすためには少なくとも二つの表面弾性波装置が必要であり、また、圧力および温度の監視性能をもたらすためには、三つの表面弾性波装置が必要である。
【００２９】
図４の実施形態の場合には、圧力変化によって引き起こされた、ダイアフラムとして作用する蓋部５の変形は、取り付けられたこれらの表面弾性波装置における共鳴振動数のもたらされた変化を伴う基板４０の変形に直接、帰するであろう　。これらの表面弾性波装置のためのアンテナは、任意の適宜手段、例えば、容器４の表面に設けられた電気伝導性軌道、あるいは、容器４を貫通する外部アンテナへの電気結線によって、設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１Ａは、本発明の第１実施形態における、蓋部を取り付ける前の模式的平面図である。
図１Ｂは、本発明の第１実施形態における、蓋部が定位置にある、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿った模式的断面図である。
【図２】
図２Ａは、図１Ａに対応するが、本発明の第２実施形態を示している模式図である。
図２Ｂは、本発明の第２実施形態における、蓋部が定位置にある、図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線に沿った模式的断面図である。
【図３】
図３Ａは、図１Ａに対応するが、本発明の第３実施形態を示している模式図である。
図３Ｂは、本発明の第３実施形態における、蓋部が定位置にある、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線に沿った模式的断面図である。
【図４】
図４Ａは、本発明の第４実施形態を示している模式的平面図である。
図４Ｂは、本発明の第４実施形態における、図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線に沿った模式的断面図である。

Claims

剛性フレームのある基部と、この基部に固定されて基部とともに実質的に流体耐密のチャンバーを画定する蓋部であって、その少なくとも一部が、可撓性のあるものであり、かつ、このモニターの周囲における流体圧力の変化に応じて撓むダイアフラムを形成している蓋部と、前記チャンバーの内部に支持された少なくとも一つの表面弾性波装置と、この表面弾性波装置への前記ダイアフラムの伝達用動きのために前記フレームの端部から遠方にあり、それによって、このモニターの周囲における圧力変化で引き起こされた前記ダイアフラムの動きが前記表面弾性波装置のひずみになる手段とを備えてなる圧力モニター。
表面弾性波装置が、基板の上に置かれた表面要素を備え、この基板が、ダイアフラムの動きによってひずみを受ける帯域に加えて、ダイアフラムの動きの結果としての実質的なひずみを受けず、かつ、少なくとも一つのさらに別の表面要素の組が置かれて少なくとも一つのさらに別の表面弾性波装置が形成され、このモニターの出力値に温度補償をもたらす、少なくとも一つの他の部位を有している、請求項１に記載の圧力モニター。
三つの表面弾性波装置が設けられ、それによって、このモニターが、圧力変化の温度補償表示と同モニターの温度表示とをもたらす、請求項１または請求項２に記載の圧力モニター。
ダイアフラムの表面弾性波装置への伝達用動きのための手段が、蓋部の主面から延出している突起を備える、いずれかの先行する請求項に記載の圧力モニター。
突起が蓋部の材料を変形させることによって形成されている、請求項４に記載の圧力モニター。
表面弾性波装置への無線通信をもたらすための少なくとも一つのアンテナが基部の表面に置かれている、いずれかの先行する請求項に記載の圧力モニター。
蓋部が金属あるいは合金から作られており、かつ、はんだ付けによって基部に固定されている、いずれかの先行する請求項に記載の圧力モニター。
チャンバーが気密状に封鎖されており、かつ、所定絶対圧で気体を包含している、いずれかの先行する請求項に記載の圧力モニター。
複数の基板に上に設けられた複数の表面弾性波装置を含んでおり、これらの基板の少なくとも一つが、ダイアフラムの動きの結果としてのひずみを受けないようにして基部に固定されている、いずれかの先行する請求項に記載の圧力モニター。
表面弾性波装置の少なくとも一つの基板が、軟性接着剤によって基部に固定されている、いずれかの先行する請求項に記載の圧力モニター。
剛性フレームのある基部と、この剛性フレームに固定されて基部とともに実質的に流体耐密のチャンバーを画定するダイアフラムとして作用する蓋部であって、そのダイアフラムが、その中に形成されて前記チャンバーの中へ突出する少なくとも一つの突条を画定する少なくとも一つの刻み目を有している蓋部と、前記チャンバーの内部に取り付けられ、かつ前記突条に固定された少なくとも一つの表面弾性波装置とを備えてなる圧力モニター。