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      表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器的制作方法

      文檔序號:3913753閱讀:212來源:國知局
      專利名稱:表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種機械傳感器技術(shù)領(lǐng)域的裝置,具體涉及一種表面橫向波動 (STW)模式輪胎壓力傳感器。
      背景技術(shù)
      高速公路汽車爆胎易引起的重大交通事故,倘若輪胎的內(nèi)壓過低,則輪胎 變形,輪胎的下沉量增大,因此由于摩擦的增加,使得胎溫急劇升高,從而導(dǎo)致 輪胎變軟,強度下降。此外,過熱狀態(tài)會加速子午胎鋼絲與橡膠的老化和變形, 甚至造成輪胎內(nèi)部斷裂。這些因素都可能產(chǎn)生爆胎事故。在汽車行駛之中,由于 輪胎變形,會使得胎肩磨損加劇,出現(xiàn)不規(guī)則的磨損。另外,由于輪胎與地面的 摩擦力增大,導(dǎo)致行駛阻力增加,造成燃料消耗增加。
      當(dāng)輪胎氣壓不正常行駛時,油耗的增加必然會引起廢氣排放的增加,這對 環(huán)境也是一種污染。據(jù)資料報導(dǎo),輪胎缺氣行駛時,當(dāng)氣壓從正常值下降10%時, 其輪胎壽命將減少15%;如果氣壓低于正常值0.21KPa,那么油耗將增加1.5% 。 倘若輪胎氣壓過高,則將使輪胎伸張變形,胎體彈性降低,汽車在道路上行駛時 所受到的動負荷也增大。此時若遇到機械沖擊,則會產(chǎn)生內(nèi)裂或爆胎。如果輪胎 的壓力過高,那么輪胎的接地面積減少,從而胎冠中部將會很快磨損,這樣也會 造成輪胎冠部的爆破。
      不久前問世的"智能輪胎"能夠?qū)崟r地監(jiān)測輪胎壓力、溫度等參數(shù),可以 對輪胎爆裂提前預(yù)警,避免意外災(zāi)難的發(fā)生,同時可以有效地改進車輛的可操縱 性、節(jié)省燃油、延長輪胎的使用壽命和提高車輛的舒適性。聲表面波(SAW)壓 力-溫度傳感器的穩(wěn)定性高、頻率信號輸出,能夠采用無線詢問式工作,在輪胎 中可以勿需安裝電源,是"智能輪胎"之中的佼佼者。
      現(xiàn)有技術(shù)中的輪胎壓力傳感器存在下述缺點SAW智能輪胎壓力傳感器幾乎 全部采用瑞利波模式工作,其缺點是Q值(品質(zhì)因數(shù))不高,對晶片表面的缺陷 (劃痕、孿晶、氣孔)很敏感,耐表面污染(灰塵、油污、水氣)能力差,老化特性欠佳;力傳導(dǎo)機構(gòu)以及彈性元件都是采用水晶杯結(jié)構(gòu),不僅量程窄,而且壓 力靈敏度低,水晶杯的膜片厚度很難加工均勻,從而導(dǎo)致膜片的應(yīng)變分布不對稱, 線性特性不良,壓力過載能力差, 一致性欠佳;壓力——力轉(zhuǎn)換器和力的傳遞結(jié) 構(gòu)全都是采用壓力傳感器的金屬封裝盒和盒上的凸起結(jié)構(gòu),金屬盒蓋凸起結(jié)構(gòu)的 彈性系數(shù)和溫度系數(shù)與彈性元件體和敏感裝置(皆采用石英晶體材料)的彈性系 數(shù)和溫度系數(shù)通常并不相等,它們之間的不匹配往往會產(chǎn)生"導(dǎo)力介質(zhì)和彈性介 質(zhì)之間的滑移"以及"在敏感裝置內(nèi)出現(xiàn)熱應(yīng)力"。
      經(jīng)對現(xiàn)有專利文獻檢索發(fā)現(xiàn),專利申請?zhí)?00810200032. 0記載了一種"采 用復(fù)合模的聲表面波壓力傳感器",該技術(shù)采用掠面體波模式和具有盲孔的圓筒 形導(dǎo)力筒的新式懸臂梁結(jié)構(gòu),針對上述問題做了較大的改進,但由于壓力傳感器 的厚度較厚,外形尺寸較大。此外,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,該技術(shù)適宜高精密壓力傳感器使 用,而不太適合量大面廣的普通壓力傳感器使用。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是改進現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種表面橫向波動模式輪胎壓 力傳感器,本發(fā)明具有較強的耐機械振動和沖擊的能力以及很高的應(yīng)力靈敏度, 而且其靈敏度不隨施力位置改變;能夠解決目前聲表面波壓力傳感器設(shè)計和生產(chǎn) 的主要難題,能夠解決同一個壓力傳感器勿需調(diào)整就能夠適宜量程0 1MPa輪 胎壓力測量的要求。
      本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的,本發(fā)明包括殼體、蓋板、懸臂梁支 座和力敏石英懸臂梁元件,其中殼體和蓋板密封連接,懸臂梁支座和力敏石英 懸臂梁元件分別固定設(shè)置于殼體內(nèi)部。
      所述的殼體為矩形框體結(jié)構(gòu),該殼體的頂面為波浪狀曲面結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu), 殼體的底面為平面,殼體的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有殼體凹槽。
      所述的平面結(jié)構(gòu)的殼體頂面的中部設(shè)有一個頂針,該頂針與懸臂梁支座相 接觸。
      所述的蓋板包括前蓋板和后蓋板,該前蓋板和后蓋板分別與殼體的前側(cè) 面和后側(cè)面密封連接。
      所述的懸臂梁支座包括載荷物和平衡體,其中載荷物為球形或圓柱形結(jié) 構(gòu);平衡體為矩形體結(jié)構(gòu),平衡體的一側(cè)與載荷物的邊沿固定連接,載荷物與殼體的底面內(nèi)側(cè)相接觸,平衡體懸置于殼體內(nèi)并與殼體的頂面或底面相平行。
      所述的載荷物上設(shè)有三角形缺口槽和微型調(diào)節(jié)裝置,其中缺口槽與力敏 石英懸臂梁元件的一端匹配連接,微型調(diào)節(jié)裝置位于載荷物的上方,其相對于載 荷物的重心的位置可以前后、左右改變。
      所述的力敏石英懸臂梁元件為等腰三角形或等腰梯形結(jié)構(gòu),其厚度為 0.2mm 2mm。該力敏石英懸臂梁元件的兩端分別為固定端和自由端。其中固 定端的寬度大于自由端的寬度。
      所述的力敏石英懸臂梁元件的上表面和下表面分別經(jīng)過光學(xué)研磨和拋光, 并且在上表面設(shè)有表面橫向波動模式的單端口諧振器,下平面設(shè)有應(yīng)變強化槽。
      所述的力敏石英懸臂梁元件的固定端插入殼體內(nèi)側(cè)壁的殼體凹槽中,力敏 石英懸臂梁元件的自由端插入微拱形懸臂梁支座的缺口槽內(nèi)。上述的連接處皆利 用膠粘劑粘結(jié),且在力敏石英懸臂梁元件表面的膠接處設(shè)置了 1-3個與表面垂直 的通孔,該通孔的圓心位于缺口槽對應(yīng)的位置內(nèi)部。
      所述的力敏石英懸臂梁元件選取歐拉角變化范圍為
      的石英 晶體材料制成。
      所述的單端口諧振器與力敏石英懸臂梁元件固定端和自由端的連接方向相 垂直,該單端口諧振器工作在表面橫向波動模式下。
      所述的懸臂梁支座的平衡體與殼體頂面上頂針以及懸臂梁支座的載荷物與 殼體底面內(nèi)側(cè)均為微接觸。
      所述的微接觸是指間距為零,接觸壓力小于100牛頓。 所述的殼體和頂針皆是由同一種材料,包括有機樹脂、塑料等構(gòu)成的。 本發(fā)明首先調(diào)整微型調(diào)節(jié)裝置以改變懸臂梁支座的力矩,使其與殼體底面 內(nèi)側(cè)的間距為零,對殼體底面內(nèi)側(cè)的作用力也為零。然后當(dāng)外界壓力作用在傳感 器上時,利用殼體波浪狀表面把被測"壓力"轉(zhuǎn)換為"集中力",并且利用頂面 把"集中力"傳遞到壓力敏感元件——STW壓敏元件上。
      本發(fā)明等腰三角形或等腰梯形結(jié)構(gòu)的力敏石英懸臂梁元件的邊緣有益于降 低STW波在晶片邊緣的反射。下表面設(shè)置的應(yīng)變強化槽(該殼體凹槽的中心線與 固定端和自由端的連接方向相垂直),可以增加在STW諧振器區(qū)域的應(yīng)力集中效 果,改善其應(yīng)變靈敏度,提高傳感器的分辨率和準(zhǔn)確度。在固定端的頂端區(qū)域,利用各向異性刻蝕法或超聲打孔法制作一些與力敏石英懸臂梁元件表面垂直的 通孔,以便防止外界機械振動、沖擊通過懸臂梁支座傳遞到力敏石英懸臂梁元件 表面,同時能夠減少熱應(yīng)力對壓敏元件特性的干擾。由于膠合點至應(yīng)變強化區(qū)的 距離很長,上述的干擾應(yīng)力衰減很大,因此,它絕不會把熱應(yīng)力引入懸臂梁,從 而本發(fā)明沒有以前懸臂梁式壓力傳感器遲滯誤差大、長期穩(wěn)定性欠佳的缺點。


      圖1為本發(fā)明剖面圖2a為懸臂梁支座剖面圖2b為懸臂梁支座俯視圖3a為實施例1中懸臂梁元件剖面圖3b為實施例1中懸臂梁元件俯視圖4a為實施例2中懸臂梁元件剖面圖4b為實施例2中懸臂梁元件俯視圖。
      具體實施例方式
      下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明,本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進行實施,給出了詳細的實施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護范圍不 限于下述的實施例。
      實施例1
      如圖1所示,本實施例包括殼體1、蓋板13、懸臂梁支座8和力敏石英 懸臂梁元件6,其中殼體1和傳感器蓋板13密封連接,懸臂梁支座8和力敏 石英懸臂梁元件6分別固定設(shè)置于殼體1內(nèi)部。
      所述的殼體1為矩形框體結(jié)構(gòu),該殼體1的頂面為波浪狀曲面,殼體1的 底面為平面,殼體1的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有殼體凹槽15,所述的殼體1由聚酰亞胺樹 脂制成。
      所述的蓋板13包括前蓋板和后蓋板,該前蓋板和后蓋板分別與殼體1的
      前側(cè)面和后側(cè)面密封連接,該蓋板13由聚酰亞胺樹脂制成。
      如圖2a和圖2b所示,所述的懸臂梁支座8包括圓柱形載荷物9和懸空 的平衡體12,其中平衡體12的一側(cè)與載荷物9的邊沿固定連接,載荷物9與 殼體1的底面內(nèi)側(cè)相接觸,平衡體12懸置于殼體9內(nèi)并與殼體9的頂面或底面相平行。
      所述懸臂梁支座8的圓柱形載荷物9上設(shè)有一個三角形的缺口槽10,該缺 口槽10與力敏石英懸臂梁元件6的一端匹配連接。
      所述的圓柱形載荷物9上還設(shè)有一個微型調(diào)節(jié)裝置11,以便調(diào)整力敏石英 懸臂梁元件6的力矩使其產(chǎn)生微應(yīng)變,呈微拱形,從而使圓柱形載荷物9與殼體 下底面14與所述的膜片相對的殼體內(nèi)表面的距離為零。通過設(shè)置圓柱形載荷物 9以及微型調(diào)節(jié)裝置11的目的是為了使力敏石英懸臂梁元件6產(chǎn)生微應(yīng)變,進 一步提高力敏石英懸臂梁元件6對集中力的靈敏度以及改善壓力傳感器的過載 保護能力,同時微型調(diào)節(jié)裝置ll也能夠調(diào)整產(chǎn)品的某些特性,改善產(chǎn)品的一致 性。
      所述的力敏石英懸臂梁元件6為等腰梯形結(jié)構(gòu),如圖3a和圖3b所示,該 力敏石英懸臂梁元件6的兩端分別是固定端19和自由端20,其中固定端19 的寬度大于自由端20的寬度。
      所述的自由端20與缺口槽10粘接,所述的固定端19與殼體凹槽15粘接。
      所述的力敏石英懸臂梁元件6的上表面和下表面皆經(jīng)過光學(xué)研磨和拋光, 該力敏石英懸臂梁元件6的上表面設(shè)有單端口 STW諧振器5,該單端口諧振器5 與力敏石英懸臂梁元件6的固定端19和自由端20的連接方向相垂直;力敏石英 懸臂梁元件6的下表面與單端口 STW諧振器5相對的位置上設(shè)有應(yīng)變強化槽7, 該殼體凹槽7的中心線與力敏石英懸臂梁元件6的固定端19和自由端20的連接 方向相垂直。等腰梯形19的石英晶片的第一邊緣17和第二邊緣18粗糙不光滑 且涂有吸聲膠,有益于降低STW波在晶片邊緣的反射。
      所述的STW力敏石英懸臂梁元件6采用的是BT切型,歐拉角為[O, 41°, O]的石英晶體片。陰影區(qū)域22代表插入上述的殼體凹槽15內(nèi),并以膠粘劑膠合 的區(qū)域。
      所述的力敏石英懸臂梁元件6上還設(shè)有2個通孔21,該通孔21具體位于力 敏石英懸臂梁元件6的自由端20上與圓柱形載荷物9相對的區(qū)域。該通孔21 可以防止外界機械振動、沖擊通過懸臂梁支座8傳遞到力敏石英懸臂梁元件6 表面,同時能夠減少熱應(yīng)力對壓敏元件特性的干擾。
      本實施例壓力靈敏度可比等石英厚度的常規(guī)SAW壓力傳感器的靈敏度高14倍,同時長期穩(wěn)定性佳,抗壓力過載能力強,而且體積小,生產(chǎn)成本低,適宜大 批量生產(chǎn)。
      實施例2
      如圖4a和圖4b所示,實施例2中涉及的力敏石英懸臂梁元件6為等腰三 角形結(jié)構(gòu),該力敏石英懸臂梁元件6的自由端20與缺口槽10粘接,力敏石英懸 臂梁元件6的固定端19與殼體凹槽15粘接。
      所述的STW力敏石英懸臂梁元件采用歐拉角為[O, 33°, O]的石英晶體片, 厚度為0.5mm。陰影區(qū)域22代表插入上述的殼體凹槽15內(nèi),并以膠粘劑膠合的 區(qū)域。
      本實施例壓力靈敏度可比等石英厚度的常規(guī)SAW壓力傳感器的靈敏度高16 倍,長期穩(wěn)定性佳,抗壓力過載能力強,而且體積小,在生產(chǎn)安裝時便于尋找力 的施加位置,適宜大批量生產(chǎn)。
      權(quán)利要求
      1、一種表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,包括殼體、蓋板、懸臂梁支座和力敏石英懸臂梁元件,其特征在于殼體和蓋板密封連接,懸臂梁支座和力敏石英懸臂梁元件分別固定設(shè)置于殼體內(nèi)部;所述的懸臂梁支座包括載荷物和平衡體,其中載荷物為球形或圓柱形結(jié)構(gòu);平衡體為矩形體結(jié)構(gòu),平衡體的一側(cè)與載荷物的邊沿固定連接,載荷物與殼體的底面內(nèi)側(cè)相接觸,平衡體懸置于殼體內(nèi)并與殼體的頂面或底面相平行。
      2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,其特征是, 所述的殼體為矩形框體結(jié)構(gòu),該殼體的頂面為波浪狀曲面結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu),殼體 的底面為平面,殼體的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有殼體凹槽。
      3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,其特征是,所述的平面結(jié)構(gòu)的殼體頂面的中部設(shè)有一個頂針,該頂針與懸臂梁支座相接觸。
      4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,其特征是,所述的載荷物上設(shè)有三角形缺口槽和微型調(diào)節(jié)裝置,其中缺口槽與力敏石英懸臂梁元件的一端匹配連接,微型調(diào)節(jié)裝置位于載荷物的上方。
      5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,其特征是,所述的力敏石英懸臂梁元件為等腰三角形或等腰梯形結(jié)構(gòu),該力敏石英懸臂梁元件表面的設(shè)有1-3個與表面垂直的通孔。
      6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,其特征 是,所述的力敏石英懸臂梁元件的兩端分別為固定端和自由端,其中固定端的寬度大于自由端的寬度。
      7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,其特征是,所述的力敏石英懸臂梁元件的上表面設(shè)有表面橫向波動模式的單端口諧振器,力 敏石英懸臂梁元件的下表面設(shè)有應(yīng)變強化槽。
      8、 根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,其 特征是,所述的力敏石英懸臂梁元件選取歐拉角變化范圍為
      的石英晶體材料制成。
      9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,其特征是, 所述的單端口諧振器與力敏石英懸臂梁元件固定端和自由端的連接方向相垂直, 工作在表面橫向波動模式下。
      全文摘要
      一種機械傳感器技術(shù)領(lǐng)域的表面橫向波動模式輪胎壓力傳感器,包括殼體、蓋板、懸臂梁支座和力敏石英懸臂梁元件,其中殼體和蓋板密封連接,懸臂梁支座和力敏石英懸臂梁元件分別固定設(shè)置于殼體內(nèi)部。力敏石英懸臂梁元件上的單端口諧振器工作在表面橫向波動模式。本發(fā)明具有耐機械振動、沖擊的能力、耐疲勞性以及很高的應(yīng)力靈敏度,勿需調(diào)整就能夠適宜量程0~1MPa輪胎壓力測量的要求。
      文檔編號B60C23/02GK101590790SQ200910053308
      公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
      發(fā)明者江 林, 韜 韓 申請人:上海交通大學(xué)
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