專利名稱：：一種無線傳輸將用于耦合裝置的測量結果的系統(tǒng)以及該系統(tǒng)在車輛中的使用的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種氣體和液體系統(tǒng)的耦合裝置，其包括無源式轉發(fā)器和用于測量一個或多個量的至少一個傳感器，該轉發(fā)器連接到傳感器并且通過通信協(xié)議無線傳輸并接收數(shù)據(jù)。
背景技術：
：這種耦合裝置在多種場合運用，例如車輛、固定裝置以及不同類型的機械結構。在多數(shù)情況下，耦合裝置的密封功能與可靠性、價格和安裝時間等機械處理特性同樣重要。此外，在例如性能、環(huán)境影響以及壽命等方面對發(fā)動機的要求持續(xù)增加。為了滿足這些要求，控制系統(tǒng)必須掌握發(fā)動機中的氣體和液體的流量和溫度等的當前狀態(tài)。因此，掌握發(fā)動機不同部件的實時信息得以進行最佳的操作。無線通信的一個示例在美國6,649,829中公開，該文獻使用RFID技術(RFID-無線電頻率識別)。但是，在該文獻中的傳感器制造成本相對較高并且還需要與例如電池的電源直接連接。調換電池需要額外的操作，因此對于用戶是不方j更的。RFID與"電子條形碼"類似，不同之處在于，RFID標記(RFID轉發(fā)器)不必用于可視閱讀。RFID系統(tǒng)通常包括具有天線的讀取器以及具有專用代碼的數(shù)據(jù)載體。通常，封裝該數(shù)據(jù)載體從而最佳地適于應用。最普通的封裝材料是不同類型的塑料；近似金屬的材料屏蔽產(chǎn)品，并且大大影響系統(tǒng)的性能。RFID系統(tǒng)可用于有源和無源轉發(fā)器。有源轉發(fā)器本身具有電源(電池)，從而能夠進行接收和傳輸，普通的讀取距離大約為10米。無源RFID系統(tǒng)可以描述為一種短距離無線電系統(tǒng)。該轉發(fā)器本身沒有電源，而是利用天線所感應的功率來工作。該讀取距離通常低于0.5米。讀取距離主要取決于讀取器的輸出功率、讀取器和轉發(fā)器的天線尺寸以及環(huán)境條件，其中金屬通常對性能有負面效果。
發(fā)明內容因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于無線信號系統(tǒng)的耦合裝置，該耦合裝置尤其是一種用于氣體和液體系統(tǒng)的快速耦合裝置，該耦合裝置與現(xiàn)有技術相比在制造和安裝時都更簡單并且成本低，并且其所需的維護費用低。"快速耦合"是指，組裝該耦合裝置不需要復雜和耗時的操作，并且其在組裝狀態(tài)下具有鎖定功能。根據(jù)本發(fā)明，上述目的可以通過權利要求1技術特征所限定的耦合裝置來實現(xiàn)。耦合裝置的優(yōu)選實施例在從屬權利要求中限定。該用于氣體和液體系統(tǒng)的本發(fā)明耦合裝置尤其是快速耦合裝置，包括無源轉發(fā)器和測量至少一個量的至少一個傳感器，該轉發(fā)器連接到傳感器并且通過通信協(xié)i^無線傳輸和接收數(shù)據(jù)，其中該傳感器是無源傳感器并且與轉發(fā)器集成，以及其中該傳感器由轉發(fā)器感應的能量觸發(fā)。"無源"是指，不提供能量，只通過感應進行傳感器的讀取。"集成，，進一步指，多個部件組成不可拆卸的單元。此外"快速耦合裝置"是指連接氣體或液體通路的耦合裝置不需要工具進行安裝，并且可以在組裝狀態(tài)下鎖定。液體冷卻系統(tǒng)和氣體渦輪系統(tǒng)具有多種應用場合。"智能"冷卻系統(tǒng)是適用的，并且通過電驅動泵和閥門系統(tǒng)將冷卻劑導入當前所需的位置。傳感器的精確度的只需"通常"精確度即可，但是對于環(huán)境以及對壽命及維護自由度的要求卻是苛刻的。能夠獲得的好處是冷卻系統(tǒng)的重量/體積的減少量，這會轉而降低制造以及操作的成本。因為信息用來控制發(fā)動機等的輸出功率等等，因此渦輪系統(tǒng)的傳感器必須比冷卻系統(tǒng)具有明顯短的響應時間。在最壞的操作情形下，傳感器還必須承受相當高的溫度。至于其它方面，對于環(huán)境以及壽命的需求與液體系統(tǒng)是相同的。這種系統(tǒng)可以預期獲得的好處是改善發(fā)動機的性能和/或降低燃料消耗量。合適量的信息包括例如壓力、溫度以及流量。優(yōu)選的是，耦合裝置包括優(yōu)選與傳感器和轉發(fā)器集成的處理器/信號處理單元。在本發(fā)明變型實施例中，傳感器、或傳感器和轉發(fā)器設置在耦合裝置的密封環(huán)內。這產(chǎn)生的優(yōu)點在于，不論在例如凹形部件和凸起部件之間的連接是否利用壓力變換器鎖定在最終位置，傳感器都可以容易進行傳感。可選或者另外的是，可以設置位置檢測傳感器。壓力和溫度可以通過集成傳感器部件來測量，其中集成傳感器部件利用稱作MEMS技術(微電子機械系統(tǒng))的方法來制造。該技術在加工集成電子產(chǎn)品中獲得了最多的工藝特性，該技術包括硅片上的高清晰度圖形。MEMS技術的新特性在于對集成整個機械功能元件進行選擇。在壓力傳感器中，膜與真空腔結合作為真空基準。提供表示壓力、溫度、流量等之一的信號作為變化阻抗(壓阻技術)或電容值，并且這些信號需要進行特定的信號處理來^^作例如數(shù)字數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。壓阻技術是最常用的技術，這是因為該技術的優(yōu)點在于其不受噪音和簡單電路的影響，但是在多數(shù)情況下，電容技術僅消耗較少的功率并且可以用于較高的溫度。但是，在大部分情況下，封裝對于溫度阻抗來說是一個限制性的因素。優(yōu)選的是，在耦合裝置中設置兩個或更多的傳感器。在多數(shù)情況下，希望獲得流量、溫度以及壓力的值，但是還可能希望獲得其它的物理量。根據(jù)本發(fā)明的耦合裝置優(yōu)選適應于高頻系統(tǒng)。低頻系統(tǒng)LF(125kHz)通常是在例如存取控制系統(tǒng)中的標準系統(tǒng)，這些低頻系統(tǒng)用于不同的環(huán)境中，例如金屬等。但是，僅僅少數(shù)的ISO標準適用于該頻率。直徑為50毫米的轉發(fā)器天線通常繞有大約500匝，這使得制造更復雜。根據(jù)現(xiàn)有技術，高頻范圍HF(13.56MHz)似乎對于本發(fā)明最合適。這部分是因為具有兩個可接受的標準的原因，一個標準是標準IS014443，它使用非接觸技術，適用于支付交易系統(tǒng)，例如公共交通工具領域，另一個標準是IS015693，適用于邏輯推算，也適用于很多其它領域，這是因為根據(jù)該標準具有許多類型的芯片。用于HF的直徑為50毫米的轉發(fā)器天線通常大約具有10匝，這表示其制造比低頻產(chǎn)品簡單得多，例如它可以與印制板類似蝕刻天線。超高頻UHF(>400MHz)在無源RFID系統(tǒng)中是相對較新的。轉發(fā)器通常具有蝕刻的偶極天線，該天線必須適用于其所用的基座。在不同的頻帶都有不同類型的芯片，但是根據(jù)當前的標準，高頻帶的分類和變型目前最多。如果使用較小的天線，每個測量點使用一根天線，那么對于具有高輸出功率的讀取器的需求則減少。但是，必須增加輪詢功能來讀取按預定順序和準確間隔的所有測量點。在定位轉發(fā)器和讀取器天線時，必須進行測試來確定讀取器單元的輸出功率。本發(fā)明還涉及一種用于車輛的無線信號傳輸系統(tǒng)，特別是包括上述耦合裝置的發(fā)動機艙。完整的系統(tǒng)優(yōu)選集成為幾個系統(tǒng)級1)車輛系統(tǒng)級，通過CAN總線系統(tǒng)優(yōu)選產(chǎn)生"向上"/"向外"通信。這使得由各個車輛制造商定制該系統(tǒng)成為可能。2)中央單元/讀取器優(yōu)選位于發(fā)動機艙(例如閥帽下側)中。當多個連接點/傳感器分別尋址從而沒有串擾/干擾的問題時，還可以使用多個天線線圏。中央單元優(yōu)選以普通硬件為基礎，但具有可交換和定制的軟件。3)轉發(fā)器單元優(yōu)選制成幾種型號(物理尺寸、設計、測量量的選擇)。例如，它們可以設立在柔性印制卡疊層上，該柔性印制卡疊層還包括天線線圏，并且^t制到快速耦合裝置中。4)每個傳感器芯片都可以具有ASIC(專用集成電路)，以侵^;部處理傳感器信號。這產(chǎn)生的優(yōu)點是，傳感器信號不需要校準。轉發(fā)器的局部微處理器優(yōu)選是標準IC、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)或ASIC。還可以將多個ASIC電路組合成單電路，從而額外節(jié)省成本，但是會增加復雜性以及低產(chǎn)出的風險。以下，本發(fā)明還將通過實例并且參考附圖進行描述。圖la是根據(jù)本發(fā)明的耦合裝置的一部分的透視圖；圖lb是根據(jù)本發(fā)明的耦合裝置的分解圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的基本構造；圖2是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的框圖的一個示例。具體實施例方式圖la示出了具有密封環(huán)2的耦合裝置1，該密封環(huán)2具有傳感器/轉發(fā)器3。圖lb示出了根據(jù)本發(fā)明的耦合裝置的可選實施例。和圖la類似，耦合裝置包括轉發(fā)器3和密封環(huán)2。在該實施例中，傳感器/轉發(fā)器3通過耦合部件4連接到天線線圈5。在組裝狀態(tài)下，由于該實施例中的傳感器/轉發(fā)器3與天線線圏5接觸，因此看不見耦合部件4。示出耦合部件4是為了便于理解。通過天線線圈5,當從控制單元(未示出)傳輸磁場時產(chǎn)生功率。在另一個可選實施例中，天線線圏5通過第二耦合部件6連接到用于外部通信的單元7。和上述耦合部件4類似，在組裝狀態(tài)下看不見該實施例中的耦合部件6。在一個可選實施例中，傳感器是與密封環(huán)相鄰設置的單元，即由標記3表示的單元。此時，轉發(fā)器是由標記7表示的單元。圖2示意性地示出了本發(fā)明的該系統(tǒng)的結構。傳感器或轉發(fā)器應用于或嵌入快速耦合裝置和/或密封環(huán)中，并且包含測量溫度和壓力的傳感器芯片、一個或多個用于進行信號處理和數(shù)據(jù)通信的電子芯片以及接收來自連接到中央單元的較大天線的無線電波的天線，通過其進行所有對數(shù)據(jù)通信的控制和檢查。此外，例如除了測量壓力和溫度，傳感器還應當提供位置指示以對快速耦合裝置進行迅速鎖定。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的基本框圖。用于測量壓力和溫度、迅速鎖定和/或流量的傳感器將測量信號提供給轉發(fā)器側的微處理器。該微處理器是中央單元處理器的"從設備"，該中央單元處理器提供命令并且控制與轉發(fā)器的數(shù)據(jù)通信。圖3中不同的塊具有如下的功能塊"溫度，，、"壓力"、"流量""迅速就位"表示分別用于測量上述量的傳感器。來自各個傳感器的信號由模擬/數(shù)字轉換器數(shù)字化，根據(jù)現(xiàn)有技術，該模擬/數(shù)字轉換器通常集成在標記為'、P"的塊中，并且根據(jù)現(xiàn)有技術其表示通用微處理器。微處理器具有執(zhí)行連續(xù)、邏輯以及算術操作的能力，并且受存儲在集成存儲單元中的程序控制，該集成存儲單元可以對信息進行暫時和永久性存儲。來自微處理器的輸出信息控制開關，該開關直接連接到轉發(fā)器(在圖中以向上的箭頭表示)的天線線圏。該開關還可以通過天線接收脈沖信息。此外，轉發(fā)器部分還包括進行功率管理的電子電路。該電路控制對特別是傳感器和微處理器饋送功率，并且在例如饋送功率不足時提供信號。微處理器、開關以及進行功率管理的電路優(yōu)選可以集成在同一個芯片上，并且不必具有比平方毫米大的物理尺寸。由于可以同時制造數(shù)千的單元，因此制造的成本將會非常低。中央單元還包括在圖3中標記為'、P"的孩i處理器，由于中央單元是系統(tǒng)的主控制單元，并且在一般情況下用來管理對多個轉發(fā)器的操作，因此該微處理器比轉發(fā)器部件中的微處理器具有更強的容量。單元"X"是開關的緩沖級，該開關則又連接到天線線圏(由向上的箭頭表示)。該緩沖級允許向天線線圏提供具有相對高功率的無線電頻率信號，從而使轉發(fā)器部件具有合理的讀取距離。例如通過在兩個功率級之間進行轉換，該開關可以控制從中央單元到轉發(fā)器部件的串行數(shù)字信息傳輸。該開關還可以用來使信息反向流動。當轉發(fā)器的天線線圏在低阻抗和高阻抗狀態(tài)之間轉換時，可以檢測到在中央單元的天線線圈中無線傳輸負載的變化。該通信協(xié)議可從免費可用標準獲得或以特許軟件產(chǎn)品的形式獲得，其中特許軟件產(chǎn)品與處理器芯片一同出售。許多主流半導體制造商都在出售這種產(chǎn)品。該中央單元由車輛中的蓄電池驅動，目前多數(shù)情況為12V直流電，在接下來的幾年中也可能增加到48V。與其它車輛單元的數(shù)據(jù)通信通常通過CAN總線產(chǎn)生，其中該CAN總線是在車輛領域為數(shù)據(jù)通信所建立的標準。應用領域的兩個實例的具體參數(shù)要求參見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>測量流量的一個方法是，分別使用取自在具有已知流阻的導管的入口和出口處的兩個或多個壓力或溫度傳感器的信息進行測量?？梢岳斫猓景l(fā)明的上述實施例的多種變型都落在所附權利要求所限定的本發(fā)明的范圍之內。權利要求1.一種用于氣體和液體系統(tǒng)的耦合裝置(1)，包括無源轉發(fā)器和用于測量至少一個量的至少一個傳感器，所述轉發(fā)器連接到所述傳感器并且通過通信協(xié)議無線傳輸和接收數(shù)據(jù)，其特征在于，所述傳感器是無源傳感器，其連接到所述轉發(fā)器并與所述轉發(fā)器集成，所述傳感器由所述轉發(fā)器感應的能量激勵。2.如權利要求1所述的耦合裝置(1)，還包括處理器/信號處理單3.如權利要求2所述的耦合裝置(1)，其中所述處理器/信號處理單元與所述傳感器和所述轉發(fā)器集成。4.如權利要求1-3中任一項所述的耦合裝置(1)，其中所述傳感器和所述轉發(fā)器位于所述耦合裝置的密封環(huán)(2)中。5.如權利要求1-4中任一項所述的耦合裝置(1)，所述耦合裝置是快速耦合裝置。6.如權利要求1-5中任一項所述的耦合裝置(1)，其適用于高頻系統(tǒng)。7.—種用于車輛尤其是發(fā)動機搶的無線信號傳輸系統(tǒng)，包括如權利要求1-6中任一項所述的耦合裝置(1)。8.如權利要求7所述的無線信號傳輸系統(tǒng)，還包括微處理器。9.如權利要求7或8所述的無線信號傳輸系統(tǒng)，還包括天線。10.如權利要求7-9中任一項所述的無線信號傳輸系統(tǒng)，還包括天線以及單元中的微處理器，該單元設置為與所述耦合裝置(1)無線通信。全文摘要一種用于氣體和液體系統(tǒng)的耦合裝置(1)，包括無源轉發(fā)器和測量至少一個量的至少一個傳感器。該轉發(fā)器連接到傳感器并且通過通信協(xié)議無線傳輸和接收數(shù)據(jù)。此外，該傳感器是無源傳感器，它連接到轉發(fā)器并與轉發(fā)器集成，該傳感器由轉發(fā)器感應的能量激勵。從屬權利要求中限定了一種在車輛使用的無線傳輸系統(tǒng)。文檔編號F16L41/00GK101443262SQ200780016967公開日2009年5月27日申請日期2007年5月7日優(yōu)先權日2006年5月9日發(fā)明者摩根·呂曼申請人:摩根·呂曼