KR20070115114A - 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 타이어 내부에 설치된 센서에 의해 측정된 신호를 무선으로 타이어의 외부로 송신하는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기에 있어서, 일정한 주파수의 RF신호를 발생시키는 펄스발생기; 상기 펄스발생기로부터 RF신호를 인가 받아 이를 제1표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)로 변환시켜 출력하는 기준IDT; 상기 펄스발생기로부터 RF신호를 인가 받아 이를 제2표면탄성파로 변환시켜 출력하는 발진IDT; 상기 센서에 의해 가변된 임피던스에 의해 상기 발진IDT로부터 전달받은 상기 제2표면탄성파의 진폭을 변화시켜 출력하는 감지IDT; 상기 기준IDT와 상기 발진IDT의 사이에 배치되며, 상기 기준IDT로부터 인가되는 상기 제1표면탄성파와 상기 감지IDT로부터 인가되는 제2표면탄성파를 순차적으로 RF신호로 변환시키는 출력IDT; 및 상기 출력IDT에 연결되어 상기 출력IDT로부터 전달받은 RF신호를 무선으로 전송하는 안테나를 포함하여 이루어지는 점에 특징이 있다.
송신기, SAW트랜스폰더, TPMS

Description

타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기{Transmitter for TPMS}
도 1은 종래의 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100..타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기 10....펄스발생기
20...기준IDT 30....발진IDT
40...감지IDT 50....출력IDT
60....안테나 70....압력센서
본 발명은 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 RF신호를 인가 받아 표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)를 발생시켜 압력센서에서 감지된 압력 신호를 외부로 송신함에 있어서, 소비전력을 감소시키고 외부로 전달되는 신호의 세기를 향상시키고 신호의 송신거리가 증가되도록 구 조가 개선된 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기에 관한 것이다.
자동차의 타이어 내부 압력을 운전자가 실시간으로 감지할 수 있게 함으로써, 타이어 내부의 압력변화로 인해 발생할 수 있는 주행중의 위험을 사전에 감지할 수 있게 하는 타이어 압력 감지 시스템(TPMS; Tire Pressure Monitoring System)의 상용화가 현재 진행되고 있다.
타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기는 자동차의 타이어 내부에 설치된 상태에서, 타이어 내부의 압력을 감지하여 외부에 무선으로 전달함으로써, 외부의 송수신 장치에서 타이어 내부의 압력을 파악할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기의 개략도이다.
도 1의 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(1; transmitter for TPMS)는 압전특성(Piezoelectricity)을 갖는 LiNbO3 등과 같은 소재로 된 압전기판(2) 위에 다수의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속 전극들이 표면탄성파의 전파방향(propagating direction)을 따라서 배치된 구조를 가진다.
외부의 송수신 장치(미도시)에서 무선으로 RF펄스 신호인 질의 펄스 신호(Interrogation Pulse Signal)를 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(1)로 송신하면, 이 펄스 신호는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(1)의 안테나(7)를 통해 송수신IDT(3)로 인가된다. RF신호가 송수신IDT(3)에 입사되면, 압전기판(2)에 의해 응력-발전의 과정이 반복되면서 표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)가 생성된다.
기준IDT(4)와 감지IDT(5)는, 상기 송수신IDT(3)에서 발생된 표면탄성파의 진행 경로 상의 기판(2) 위에 순차적으로 배치되어 있다. 상기 송수신IDT(3)에서 발생되어 상기 기준IDT(4)에 도달한 표면탄성파의 일부는 반사되어 상기 송수신IDT(3)로 되돌아가고 다른 일부는 상기 기준IDT(4)를 통과하여 상기 감지IDT(5)에 이르게 된다. 상기 감지IDT(5)에 도달한 표면탄성파의 일부는 반사되어 상기 기준IDT(4)로 되돌아가고 다른 일부는 상기 감지IDT(5)를 통과하여 계속 진행하게 된다.
상기 감지IDT(5)에는 압력의 변화에 따라 임피던스(impedance)값이 변화하는 압력센서(6)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 감지IDT(5)에 연결된 압력센서(6)의 임피던스변화에 따라, 상기 감지IDT(5)에서 반사되어 상기 기준IDT(4)로 전달되는 표면탄성파의 진폭이 변화하게 된다.
상기 기준IDT(4)에서 반사되어 상기 송수신IDT(3)로 전달되는 제1반사파와 상기 감지IDT(5)에서 반사되어 상기 기준IDT(4)를 거쳐서 상기 송수신IDT(3)로 전달되는 제2반사파는 각각 상기 송수신IDT(3)에서 다시 RF신호로 변환되어 상기 안테나(7)를 통하여 외부의 송수신 장치(미도시)로 전달된다.
외부의 송수신 장치는 상기 제1반사파와 제2반사파의 파형을 분석하여 상기 압력센서(6)가 설치된 곳의 압력, 즉 타이어 내부의 압력을 감지할 수 있게 된다.
이와 같은 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(1)는, 표면탄성파가 각 IDT에서 반사되거나 IDT를 통과하면서 크게 감쇠하는 문제점이 있다. 예컨대 상기 제2반사파의 경우, 상기 송수신IDT(3)에서 발생된 표면탄성파가 상기 기준IDT(4)를 통과하면서 감쇠하고, 상기 감지IDT(5)에서 반사되면서 감쇠하고, 다시 상기 기준IDT(4)를 거쳐서 상기 송수신IDT(3)로 전달되면서 감쇠하게 된다. 따라서, 상기 안테나(7)를 통하여 외부로 전달되는 제2반사파의 세기가 너무 약해서 외부의 송수신 장치에서 타이어 내부의 압력을 파악하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 경우에 따라서는 외부로부터 질의 펄스를 받지 않고 타이어 내부에 설치된 배터리와 펄스발생기에 의해 발생된 질의 펄스를 상기 송수신IDT(3)에 인가하고 그에 의해 발생된 표면탄성파가 상기 감지IDT(5)에서 반사되어 되돌아오면 상기 안테나(7)를 통하여 외부로 전달하는 형태의 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기를 구성할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 형태의 종래 타이어 압력 감지 시스템에서도 각 IDT에서 표면탄성파가 감쇠되는 것을 피할 수 없기 때문에, 충분한 세기로 원거리까지 압력신호를 전달하기 위해서는 질의 펄스의 에너지가 커야하고 결과적으로 배터리의 전력소모량이 커지게 된다. 일단 타이어의 내부에 설치된 배터리는 교체가 거의 불가능하기 때문에 이와 같이 소비전력이 큰 타이어 압력 감시 시스템용 무선 송신기는 상용화되기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 안출된 것으로, 각 IDT에서의 감쇠량이 적어서 저전력만으로도 충분한 세기의 압력신호를 안테나를 통하여 멀리 송신할 수 있도록 구조가 개선된 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기를 제공함에 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기는, 자동차의 타이어 내부에 설치된 센서에 의해 측정된 신호를 무선으로 타이어의 외부로 송신하는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기에 있어서, 일정한 주파수의 RF신호를 발생시키는 펄스발생기; 상기 펄스발생기로부터 RF신호를 인가 받아 이를 제1표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)로 변환시켜 출력하는 기준IDT; 상기 펄스발생기로부터 RF신호를 인가 받아 이를 제2표면탄성파로 변환시켜 출력하는 발진IDT; 상기 센서에 의해 가변된 임피던스에 의해 상기 발진IDT로부터 전달받은 상기 제2표면탄성파의 진폭을 변화시켜 출력하는 감지IDT; 상기 기준IDT와 상기 발진IDT의 사이에 배치되며, 상기 기준IDT로부터 인가되는 상기 제1표면탄성파와 상기 감지IDT로부터 인가되는 제2표면탄성파를 순차적으로 RF신호로 변환시키는 출력IDT; 및 상기 출력IDT에 연결되어 상기 출력IDT로부터 전달받은 RF신호를 무선으로 전송하는 안테나를 포함하여 이루어지는 점에 특징이 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(100)는 펄스발생기(10)와 기준IDT(20)와 발진IDT(30)와 감지IDT(40)와 출력IDT(50)와 안테나(60)를 포함하여 이루어진다.
상기 펄스발생기(10)는 압전발전기(11)로부터 전력을 공급받아 일정한 주파 수의 RF신호를 발생시킨다. 상기 펄스발생기(10)는 용이하게 원하는 주파수의 RF신호를 얻을 수 있는 전압제어발진기(VCO; Voltage Controlled Oscillator)를 사용하는 것이 좋다.
상기 펄스발생기(10)의 전원으로 사용되는 압전발전기(11)는 자동차의 주행중에 발생하는 타이어 내부의 압력변화에 의한 기계적에너지를 전기적으로 변환할 수 있는 압전현상을 이용한 발전기로서, 별도의 배터리를 필요로 하지 않고 타이어의 수명이 다할 때까지 반영구적으로 사용할 수 있다.
상기 기준IDT(20)와 발진IDT(30)와 감지IDT(40)와 출력IDT(50)는 압전특성(Piezoelectricity)을 갖는 LiNbO3 등과 같은 압전소재로 된 압전기판(101) 위에 형성된 다수의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속 전극들로 이루어진다. 또한 상기 기준IDT(20)와 발진IDT(30)와 감지IDT(40)와 출력IDT(50)는 상기 기준IDT(20)와 발진IDT(30)에서 발생된 표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)의 진행방향을 따라 일렬로 상기 압전기판(101) 위에 배치된다.
상기 기준IDT(20)는 상기 펄스발생기(10)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 펄스발생기(10)로부터 RF신호를 인가 받아 이를 제1표면탄성파로 변환시켜 출력한다.
상기 발진IDT(30)는 상기 펄스발생기(10)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 펄스발생기(10)로부터 RF신호를 인가 받아 이를 제2표면탄성파로 변환시켜 출력한다.
상기 감지IDT(40)는 상기 발진IDT(30)로부터 상기 제2표면탄성파를 전달받아 이를 그 제2표면탄성파의 진행방향(propagation direction)으로 전달한다.
한편, 상기 감지IDT(40)에는 압력센서(70)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 압력센서(70)는 주변압력의 변화에 따라 정전용량이 가변되는 가변정전용량 압력센서(70)인 것이 좋다. 상기 압력센서(70) 또는 가변정전용량 압력센서(70)의 임피던스는 주변압력의 변화에 따라 변하게 된다. 상기 가변정전용량 압력센서(70)를 사용하는 경우에는 압력센서(70)를 위한 별도의 전원이 필요 없으며, 상기 제2표면탄성파로 인해 상기 감지IDT(40)에서 발생하는 전류를 이용하여 상기 가변정전용량 압력센서(70)의 임피던스를 파악할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 상기 감지IDT(40)에는 상기 압력센서(70)가 연결되어 있으므로, 상기 감지IDT(40)가 상기 제2표면탄성파를 그 진행방향으로 전달할 때 상기 압력센서(70)의 임피던스에 따라 상기 제2표면탄성파의 진폭을 변화시켜 그 진행방향으로 전달하게 된다.
상기 출력IDT(50)는 상기 기준IDT(20)와 상기 발진IDT(30)의 사이에 배치되며, 상기 기준IDT(20)로부터 인가되는 상기 제1표면탄성파와 상기 감지IDT(40)로부터 인가되는 제2표면탄성파를 순차적으로 RF신호로 변환시킨다. 이때 상기 출력IDT(50)는 상기 기준IDT(20)에 대한 거리와 상기 발진IDT(30)에 대한 거리가 서로 다르도록 상기 기준IDT(20)와 발진IDT(30) 사이에 배치되면, 상기 제1표면탄성파와 제2표면탄성파가 서로 겹치지 않고 각각 시차를 두어 상기 발진IDT(30)에 도달하게 되므로, 외부 수신장치(미도시)가 본 발명에 따른 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(100)에서 송신되는 신호를 분석하는 것이 용이해 진다.
한편, 상기 감지IDT(40)는 상기 발진IDT(30)와 상기 출력IDT(50)의 사이에 배치되어, 상기 출력IDT(50)에 전달되는 제2표면탄성파의 손실을 최소화하는 것이 좋다.
상기 안테나(60)는 상기 출력IDT(50)에 전기적으로 연결되어 있어서, 상기 출력IDT(50)에서 RF신호로 변환된 상기 제1표면탄성파와 제2표면탄성파를 각각 외부로 송신한다.
이하, 본 실시예에 따른 상기 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(100)의 기능에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 상기 압전발전기(11)로부터 전력을 공급받은 상기 펄스발생기(10)는 일정한 주파수의 RF신호를 발생시켜 상기 기준IDT(20)와 상기 발진IDT(30)로 인가한다.
상기 기준IDT(20)는 상기 펄스발생기(10)에 의해 인가된 RF신호에 의해 제1표면탄성파를 출력하고, 그 제1표면탄성파는 상기 출력IDT(50)로 전달된다.
한편, 상기 발진IDT(30)는 상기 펄스발생기(10)에 의해 인가된 RF신호에 의해 제2표면탄성파를 출력하고, 그 제2표면탄성파는 상기 감지IDT(40)로 전달된다. 상기 감지IDT(40)에 도달한 상기 제2표면탄성파는 상기 감지IDT(40)에 연결된 압력센서(70)의 임피던스로 인해 진폭이 변화되어 상기 출력IDT(50)로 전달된다.
상기 출력IDT(50)는 순차적으로 도착한 상기 제1표면탄성파와 제2표면탄성파를 각각 RF신호로 변환하고, 상기 안테나(60)는 그 RF신호를 외부로 송신한다.
외부의 수신장치는 무선으로 전달받은 RF신호를 분석하여 상기 기준IDT(20)에서 발생한 제1표면탄성파에 의한 RF신호와 상기 감지IDT(40)에 의해 진폭이 변화된 제2표면탄성파의 RF신호를 비교함으로써 상기 압력센서(70)에 감지된 타이어 내부의 압력을 파악하게 된다. 다시 말해, 상기 제1표면탄성파는 상기 기준IDT(20)에서 발생되어 상기 출력IDT(50)로 바로 전달되므로 진폭의 변화가 없고 상기 제2표면탄성파는 상기 감지IDT(40)에서 진폭의 변화가 일어나므로, 상기 제1표면탄성파와 제2표면탄성파에 의한 RF신호의 파형을 비교함으로써 상기 압력센서(70)에 감지된 타이어 내부의 압력을 용이하게 파악할 수 있게 된다.
도 1을 참조하여 설명한 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(1)와 달리, 본실시예의 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기(100)는, 상기 펄스발생기(10)에서 발생된 RF신호가 상기 기준IDT(20)에 직접 인가되어 제1표면탄성파가 발생되고, 상기 제2표면탄성파는 중간에 다른 장애물을 거치지 않고 상기 감지IDT(40)만을 거쳐서 바로 상기 발진IDT(30)에 전달되기 때문에, 표면탄성파의 감쇠량이 대폭 줄어들게 된다. 즉, 상기 펄스발생기(10)에서 발생된 RF신호의 에너지가 상기 안테나(60)를 통하여 외부로 전달되는 과정에서 발생하는 에너지의 손실이 대폭 감소하게 되므로, 소비전력도 감소하고 외부로 전달되는 RF신호의 세기도 강해져서 먼 거리까지 RF신호를 전달할 수 있게 된다.
이상, 본 발명에 대해 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기가 앞에서 설명되고 도면에 도시된 형태의 구조로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 상기 감지IDT(40)에는 가변정전용량 압력센서(70)가 연결되는 것으로 설명하였으나, 압력변화에 따라 임피던스가 가변되는 다양한 형태의 압력센서가 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 압력센서 대신에 주위 온도의 변화에 따라 임피던스가 변화하는 온도센서를 상기 감지IDT에 연결하여 타이어 내부의 온도 신호를 외부로 전달하는 무선 송신기를 구성할 수도 있다.
또한, 앞에서 설명한 바와 같이 압전발전기(11)에 의해 상기 펄스발생기(10)에 전원을 공급하지 않고, 배터리를 사용하여 상기 펄스발생기에 전원을 공급하도록 본 발명에 따른 타이어 입력 감지 시스템용 무선 송신기를 구성할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어 입력 감지 시스템용 무선 송신기는 매우 적은 전력을 소비하며, 그 적은량의 소비전력에도 불구하고 먼 거리까지 RF신호를 송신할 수 있기 때문에, 충분한 용량의 배터리를 사용하면, 타이어의 수명이 다 할 때까지 배터리의 교체 없이 본 발명에 따른 무선 송신기를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명은 상기 실시예를 통하여 설명한 바와 같이 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기의 구조를 개선하여, 발진IDT에서 발생된 표면탄성파의 감쇠가 적게 일어나면서 압력신호를 안테나를 통하여 외부로 전달할 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기는 표면탄성파의 감쇠량이 적기 때문에 소비전력이 적으면서도 충분한 세기의 압력신호를 먼 거리까지 송신할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 자동차의 타이어 내부에 설치된 센서에 의해 측정된 신호를 무선으로 타이어의 외부로 송신하는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기에 있어서,
    일정한 주파수의 RF신호를 발생시키는 펄스발생기;
    상기 펄스발생기로부터 RF신호를 인가 받아 이를 제1표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)로 변환시켜 출력하는 기준IDT;
    상기 펄스발생기로부터 RF신호를 인가 받아 이를 제2표면탄성파로 변환시켜 출력하는 발진IDT;
    상기 센서에 의해 가변된 임피던스에 의해 상기 발진IDT로부터 전달받은 상기 제2표면탄성파의 진폭을 변화시켜 출력하는 감지IDT;
    상기 기준IDT와 상기 발진IDT의 사이에 배치되며, 상기 기준IDT로부터 인가되는 상기 제1표면탄성파와 상기 감지IDT로부터 인가되는 제2표면탄성파를 순차적으로 RF신호로 변환시키는 출력IDT; 및
    상기 출력IDT에 연결되어 상기 출력IDT로부터 전달받은 RF신호를 무선으로 전송하는 안테나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스발생기는 전압제어발진기(VCO; Voltage Controlled Oscillator)인 것을 특징으로 하는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 출력IDT는 상기 기준IDT에 대한 거리와 상기 발진IDT에 대한 거리가 서로 다르도록 상기 기준IDT와 상기 발진IDT의 사이에 배치되며,
    상기 감지IDT는 상기 발진IDT와 상기 출력IDT의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감지IDT에는 연결된 센서는 가변정전용량 압력센서인 것을 특징으로 하는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 펄스발생기에는 타이어 내부의 압력을 이용하여 전력을 발생시키는 압전발전기가 연결되어 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 감지 시스템용 무선 송신기.
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