[发明专利]表面横向波动模式轮胎压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械传感器技术领域的装置，具体涉及一种表面横向波动(STW)模式轮胎压力传感器。

背景技术

高速公路汽车爆胎易引起的重大交通事故，倘若轮胎的内压过低，则轮胎变形，轮胎的下沉量增大，因此由于摩擦的增加，使得胎温急剧升高，从而导致轮胎变软，强度下降。此外，过热状态会加速子午胎钢丝与橡胶的老化和变形，甚至造成轮胎内部断裂。这些因素都可能产生爆胎事故。在汽车行驶之中，由于轮胎变形，会使得胎肩磨损加剧，出现不规则的磨损。另外，由于轮胎与地面的摩擦力增大，导致行驶阻力增加，造成燃料消耗增加。

当轮胎气压不正常行驶时，油耗的增加必然会引起废气排放的增加，这对环境也是一种污染。据资料报导，轮胎缺气行驶时，当气压从正常值下降10％时，其轮胎寿命将减少15％；如果气压低于正常值0.21KPa，那么油耗将增加1.5％。倘若轮胎气压过高，则将使轮胎伸张变形，胎体弹性降低，汽车在道路上行驶时所受到的动负荷也增大。此时若遇到机械冲击，则会产生内裂或爆胎。如果轮胎的压力过高，那么轮胎的接地面积减少，从而胎冠中部将会很快磨损，这样也会造成轮胎冠部的爆破。

不久前问世的“智能轮胎”能够实时地监测轮胎压力、温度等参数，可以对轮胎爆裂提前预警，避免意外灾难的发生，同时可以有效地改进车辆的可操纵性、节省燃油、延长轮胎的使用寿命和提高车辆的舒适性。声表面波(SAW)压力-温度传感器的稳定性高、频率信号输出，能够采用无线询问式工作，在轮胎中可以勿需安装电源，是“智能轮胎”之中的佼佼者。

现有技术中的轮胎压力传感器存在下述缺点：SAW智能轮胎压力传感器几乎全部采用瑞利波模式工作，其缺点是Q值(品质因数)不高，对晶片表面的缺陷(划痕、孪晶、气孔)很敏感，耐表面污染(灰尘、油污、水气)能力差，老化特性欠佳；力传导机构以及弹性元件都是采用水晶杯结构，不仅量程窄，而且压力灵敏度低，水晶杯的膜片厚度很难加工均匀，从而导致膜片的应变分布不对称，线性特性不良，压力过载能力差，一致性欠佳；压力——力转换器和力的传递结构全都是采用压力传感器的金属封装盒和盒上的凸起结构，金属盒盖凸起结构的弹性系数和温度系数与弹性元件体和敏感装置(皆采用石英晶体材料)的弹性系数和温度系数通常并不相等，它们之间的不匹配往往会产生“导力介质和弹性介质之间的滑移”以及“在敏感装置内出现热应力”。

经对现有专利文献检索发现，专利申请号200810200032.0记载了一种“采用复合模的声表面波压力传感器”，该技术采用掠面体波模式和具有盲孔的圆筒形导力筒的新式悬臂梁结构，针对上述问题做了较大的改进，但由于压力传感器的厚度较厚，外形尺寸较大。此外，结构复杂，该技术适宜高精密压力传感器使用，而不太适合量大面广的普通压力传感器使用。

发明内容

本发明的目的是改进现有技术的不足，提供一种表面横向波动模式轮胎压力传感器，本发明具有较强的耐机械振动和冲击的能力以及很高的应力灵敏度，而且其灵敏度不随施力位置改变；能够解决目前声表面波压力传感器设计和生产的主要难题，能够解决同一个压力传感器勿需调整就能够适宜量程0～1MPa轮胎压力测量的要求。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：壳体、盖板、悬臂梁支座和力敏石英悬臂梁元件，其中：壳体和盖板密封连接，悬臂梁支座和力敏石英悬臂梁元件分别固定设置于壳体内部。

所述的壳体为矩形框体结构，该壳体的顶面为波浪状曲面结构或平面结构，壳体的底面为平面，壳体的内侧壁上设有壳体凹槽。

所述的平面结构的壳体顶面的中部设有一个顶针，该顶针与悬臂梁支座相接触。

所述的盖板包括：前盖板和后盖板，该前盖板和后盖板分别与壳体的前侧面和后侧面密封连接。

所述的悬臂梁支座包括载荷物和平衡体，其中：载荷物为球形或圆柱形结构；平衡体为矩形体结构，平衡体的一侧与载荷物的边沿固定连接，载荷物与壳体的底面内侧相接触，平衡体悬置于壳体内并与壳体的顶面或底面相平行。

所述的载荷物上设有三角形缺口槽和微型调节装置，其中：缺口槽与力敏石英悬臂梁元件的一端匹配连接，微型调节装置位于载荷物的上方，其相对于载荷物的重心的位置可以前后、左右改变。

所述的力敏石英悬臂梁元件为等腰三角形或等腰梯形结构，其厚度为0.2mm～2mm。该力敏石英悬臂梁元件的两端分别为固定端和自由端。其中：固定端的宽度大于自由端的宽度。

所述的力敏石英悬臂梁元件的上表面和下表面分别经过光学研磨和抛光，并且在上表面设有表面横向波动模式的单端口谐振器，下平面设有应变强化槽。