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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein Luftdruckwächtersysteme und spezifischer
passive Reifenluftdruckwächtervorrichtungen
und -systeme und Verfahren zu deren Nutzung.
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Hintergrund
der Erfindung
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Sicherer,
effizienter und wirtschaftlicher Betrieb eines Kraftfahrzeugs ist
zu einem beträchtlichen
Grad von der Aufrechterhaltung des korrekten Luftdrucks in allen
(jedem) der Reifen des Fahrzeugs abhängig. Betreiben des Fahrzeugs
mit niedrigem Reifendruck kann zu übermäßiger Reifenabnutzung, Lenkschwierigkeiten,
schlechter Straßenlage
und erhöhtem
Kraftstoffverbrauch führen,
welche alle verschlimmert werden, wenn der Reifendruck im Fall eines "platten" Reifens auf Null
sinkt.
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Die
Notwendigkeit der Überwachung
des Reifendrucks, wenn der Reifen in Gebrauch ist, wird im Kontext
von "Notlauf"- Reifen bzw. Reifen
mit erweiterter Mobilität,
Reifen, die in der Lage sind, in einem komplett abgelassenen Zustand
verwendet zu werden, besonders betont. Solche Notlaufreifen, wie
beispielsweise in US-A-
5,368,082 offenbart, können
verstärkte
Seitenwände,
Mechanismen zum Befestigen des Reifenwulsts an der Felge und einen
nicht-Luftreifen innerhalb des Luftreifens beinhalten, um es dem
Fahrer zu ermöglichen,
nach einem katastrophalen Druckverlust die Kontrolle über das
Fahrzeug zu behalten, und haben sich bis zu dem Punkt entwickelt,
wo es für
den Fahrer immer weniger wahrnehmbar wird, dass der Reifen abgelassen
ist. Der allgemeine Zweck hinter der Verwendung von Notlaufreifen
ist es, einem Fahrer eines Fahrzeugs zu ermöglichen, das Fahren auf einem
abgelassenen Luftreifen vor der Reparatur des abgelassenen Reifens
für eine
begrenzte Distanz fortzusetzen. Daher ist es generell wünschenswert,
ein Reifenniederdruck-Warnsystem innerhalb des Fahrzeugs zu verschaffen,
um den Fahrer mittels eines Lämpchens
oder eines hörbaren
Alarms auf den Luftdruckverlust in einem Luftreifen aufmerksam zu
machen. In einem allgemeinen Sinn kann ein solches Warnsystem auch
genutzt werden, um den jeweiligen Reifen zu identifizieren, der den
Luftdruckverluft erfährt,
und automatische Mittel auszulösen,
um die Kilometer zu erfassen, die der Reifen in dem abgelassenen
Zustand gefahren worden ist.
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Zu
diesem Zweck ist eine Anzahl elektronischer Vorrichtungen und Systeme
bekannt, um den Druck von Luftreifen zu überwachen und um der Bedienperson
des Fahrzeugs entweder einer Anzeige des aktuellen Reifendrucks
zu verschaffen oder die Bedienperson zu warnen, wenn der Druck unter
einen vorbestimmten Schwellenwert gefallen ist. Es ist auch bekannt,
den Reifendruck mit einer elektronischen Vorrichtung zu überwachen,
die nicht nur ein passiver Rensonanzkreis ist, sondern vielmehr
in der Lage ist, ein Hochfrequenz(HF)-Signal, das den Reifendruck
anzeigt, zu einem entfernt aufgestellten Empfänger zu übertragen. Eine solche "Übertragungsvorrichtung" kann ihre eigene
Energieversorgung haben oder kann alternativ durch ein HF-Signal
von dem entfernt aufgestellten Empfänger aktiviert werden. In der
letzteren Form wird die Übertragungsvorrichtung "passiv" genannt.
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Ein
typisches Reifenwächtersystem
wird einen Empfänger
mit einer oder mehreren Antennen zum Empfangen von Signalen von
den Tags in jedem der Reifen an dem Fahrzeug aufweisen. Die Tags
können innerhalb
des Reifenhohlraums untergebracht und montiert oder alternativ in
Kommunikation mit dem Reifenhohlraum am Ventilschaft montiert sein.
Um Reifenbedingungen zu melden, die richtig mit jedem der Reifen
an dem Fahrzeug identifiziert sind, muss der Empfänger des
Wächtersystems
in der Lage sein, festzustellen, von welchem Reifen die empfangenen
HF-Signale stammen. Entsprechend ist es bekannt, in jedes Tag einen
eindeutigen Identifikationscode (ID) einzubauen und das Tag so zu
konfigurieren, dass es seine ID in einen von dem Tag übertragenen
Datenstrom einschließt.
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Innerhalb
bekannter Reifendruckwächtersysteme
werden verschiedene Mittel zur Luftdruckmessung genutzt. Es ist
bekannt, wie in US-A- 4,578,992, einen druckempfindlichen Kondensator
zu verwenden, der einen passiven Schwingkreis mit einer mit dem
Reifendruck schwankenden Resonanzfrequenz bildet. Andere in der
Technik bekannte geeignete Drucktransducer umfassen piezoelektrische
Vorrichtungen; Silikon-kapazitive Drucktransducer, Laminate mit
variabler Leitfähigkeit
aus Konduktanztinte; und aus einer Elastomerzusammensetzung mit
variabler Konduktanz gebildete Vorrichtungen. Während diese Geräte in der
Theorie funktionell adäquat
sind, sind sie jedoch relativ teuer und sind aufgrund der Schwierigkeit
bei der Eichung der Vorrichtungen und der präzisen und vorhersagbaren Messung
von Analogfrequenz- oder Spannungsschwankungen weniger als zufriedenstellend.
Zusätzlich
sind solche Vorrichtungen im Zusammenhang mit elektronischer Schalttechnik
für die Übertragung
von Druckdaten, durch Schwierigkeiten geplagt worden, die in der
Reifenumgebung inhärent
sind. Solche Schwierigkeiten umfassen die effektive und verläßliche Kopplung
von HF-Signalen
in den und aus dem Reifen, den rauhen Gebrauch, dem Reifen und Elektronikbauteile
unterzogen werden, sowie die Möglichkeit
schädlicher
Auswirkungen auf den Reifen aufgrund der Integration des Drucktransducers
und der Elektronik in ein Reifen-Rad-System. Im Kontext passiver
HF-Transponder, die von einem externen Leser mit Energie versorgt
werden, ist ein anderes Problem das Erzeugen vorhersagbarer und
stabiler Spannungswerte in dem Transponder, sodass die Schalttechnik
in dem Transponder ihrer Konstruktionsspezifikation gemäß arbeiten
kann.
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Es
ist weiter bekannt, in akustische Oberflächenwellen(SAW)-Geräten eine
programmierbare Reflektionspulssequenz zu integrieren, indem mehrerer
Sätze zusätzlicher
leitfähiger
Streifen hinzugefügt
und diese dann selektiv erdfrei gemacht und geerdet werden. Eine
akustische Oberflächenwelle
wird von jeder akustischen Impedanzdiskontinuität reflektiert, die sie in ihrer
Bahn antrifft. Durch Erdung des interdigitierten Transducers an
der Oberfläche
der Vorrichtung (d.h. in der Bahn der SAW-Welle) tritt eine Änderung
in der Impedanzdiskontinuität
auf und wird die akustische Reflektion erhöht. Durch elektrisches Nichterden
des interdigitierten Transducers wird die akustische Impedanzdiskontinuität verringert,
wodurch die akustische Reflektion minimiert wird. Solche Vorrichtungen
werden von einem HF-Signal mit Energie versorgt; Daten werden auf
einem Festwertspeicher (ROM) gespeichert; und das System wird in
Abfrageposition versetzt.
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Solche
Vorrichtungen können
beispielsweise in einem Hochgeschwindigkeitszugverkehr-Kontrollsystem
Anwendung finden, wo ein vorbeifahrender Zug ein SAW-Gerät in der
Spur abfragt, wenn er vorbeifährt. Der
Reflektionsparameter von dem SAW-Gerät wird kontrolliert, indem
die auf dem ROM gespeicherten Daten auf die Reflektionstransducer
eingegeben werden. Somit wird das Reflektionsparametersignal in
Funktion der Zeit moduliert und werden die Daten dadurch von dem
ROM mittels des SAW-Geräts
zu dem Zugempfänger übertragen.
Die Daten können
dem Zug den Standort und andere Information von dem passiven SAW-Gerätesystem
beschreiben, wenn er vorbeifährt.
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Ein
SAW-Drucksensor, wie in
DD244818
A1 offenbart, umfasst einen akustische Oberflächenwellen leitenden
Körper
und einen benachbart zu dem akustische Oberflächenwellen leitenden Körper angeordneten Drucktransducer.
Der Drucktransducer ist als eine flexible leitende Membran ausgebildet,
wobei ein Hohlraum von der Membran auf einem voreingestellten Referenzdruck
verschlossen wird und die Membran sich in Reaktion auf äußeren Druck
auslenkt und das von dem akustische Oberflächenwellen leitenden Körper ausgestrahlte
elektrische Feld moduliert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Hochfrequenz(HF)-Transponder, wie in einem oder mehreren der beigefügten Ansprüche definiert, ist
in der Lage, Daten, die einen Luftreifen betreffen, und mit dem
Luftreifen zusammenhängende
Parameter, wie etwa Luftdruck, zu einem externen Leser zu übertragen.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist der Transponder vorzugsweise passiv, mit
Energie versorgt durch ein HF-Signal
von dem externen Leser. Die Prinzipien der Erfindung sind jedoch
derart, dass sie einen Nutzen in Nicht-Reifen-Anwendungen oder in
Anwendungen, die eine örtliche
Transponderenergie vorsehen, haben können.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung setzt ein Drucksensor auf Basis akustischer
Oberflächenwellen (SAW)
ein Kodierschema ein, um den Reifendruck innerhalb eines Reifenhohlraums
zu messen und den individuellen Reifen zu identifizieren. Ein System
im Kontext einer Reifenanwendung kann aus zumindest einem aktiven
HF-Übertrager
und zumindest einem an jedem Reifen montierten passiven Drucksensor
bestehen. Die SAW-Vorrichtung
ist mit einem Drucktransducer kombiniert, um einen passiven Druckmesssensor
oder -vorrichtung zu bilden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Sensorvorrichtung einen
Hohlraum, der mit einer flexiblen leitfähigen Membran verschlossen
ist und einen Normüberdruck
in dem Hohlraum hat. Wenn ein gleicher Druck auf die Membran angelegt
wird, kommt die Membran mit zumindest einer Rippe an der Rückseite
der SAW-Vorrichtung
in Kontakt. Die Rippe(n) ist/sind elektrisch an leitfähige Finger
der SAW-Vorrichtung angeschlossen, die normalerweise elektrisch
erdfrei sind. Wenn der Druck korrekt ist, werden ausgewählte Finger
an der SAW-Vorrichtung
geerdet, wodurch sie gemusterte akustische Reflektionen zu einem
Impuls-HF-Signal produzieren. Wenn der Druck der Atmosphäre (Reifenhohlraumdruck)
hoch genug ist, um das Gas in dem abgedichteten Hohlraum zu komprimieren,
wird die Membran auf die leitenden erhabenen Flächen heruntergedrückt, wodurch
sie dementsprechend die Reflektionstransducer überbrückt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann die Sensorvorrichtung in einer
bi-stabilen Weise oder alternativ in einer Messbetriebsart zur quantitativen
Druckmessung konfiguriert sein. Die Vorrichtung kann weiter konfiguriert
sein, um in Reaktion auf ein HF-Impulssignal
ein Identifikationssignal zu verschaffen, wobei der Standort des
Drucksensors ermittelt werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Reflektionstransducer
eine Vielzahl leitfähiger
Finger, die entlang dem leitfähigen
Körper
angeordnet sind, wobei zumindest ein leitfähiger Finger durch elektrischen
Kontakt mit der leitfähigen
Membran zwischen einem elektrisch erdfreien Zustand und einem elektrisch
geerdeten Zustand hin- und herschaltet. Das Ausmaß der Membranauslenkung
wird vorzugsweise durch das Außendruckniveau
bestimmt. Ein von dem einen leitfähigen Finger reflektiertes
Signal wird vorzugsweise vom elektrischen Kontakt mit der leitfähigen Membran
moduliert. Dies gestattet die Beförderung von Information, welche
den Drucksensor wirksam identifiziert. Bevorzugter wird der eine
leitfähige
Finger der Vielzahl leitfähiger
Finger, der von der Membran berührt
wird, durch das Ausmaß der
Membranauslenkung bestimmt. Somit ist das Ausmaß der Membranauslenkung Indikativ
für das
Außendruckniveau.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtasten von
Druck gemäß Anspruch
10 offenbart.
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Gemäß einem
Aspekt dieses Verfahrens schließt
das Verfahren die Nutzung eines Reflektionstransducers ein, der
eine Vielzahl leitfähiger
Finger umfasst, und wobei einer der Finger von der ausgelenkten
Membran berührt
wird, um das von dem einen leitfähigen
Finger reflektierte Signal zu modulieren. Gemäß einem weiteren Aspekt dieses
Verfahrens schließt
das Verfahren die Nutzung eines Reflektionstransducers ein, der eine
Vielzahl leitfähiger
Finger umfasst, wobei die Membran selektiv mit einem alternativen
leitfähigen
Finger in Kontakt kommt, abhängig
von einem Grad der Auslenkung, dem die Membran in Reaktion auf das
Außendruckniveau
unterzogen wird. Das Verfahren kann auch den Schritt der Nutzung
eines Sensorkörpers
mit einem leitfähigen
Kontaktbereich umfassen, welcher sich zwischen dem Reflektionstransducer
und der Membran in einem ausgelenkten Zustand erstreckt, und/oder
den Schritt des Übertragens
eines Eingangssignals zu dem Sensorkörper, um die Übertragung
der akustischen Welle in Gang zu setzen und das modulierte reflektierte
Signal von dem Reflektionstransducer zu empfangen.
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Die
vorliegende Erfindung ist repräsentativ
in einer bevorzugten Ausführungsform
gezeigt, welche nachfolgend detailliert beschrieben und durch die
begleitenden Zeichnungen illustriert ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines SAW-Drucktransducersystems und eines Graphen
des Eingangs-HF-Signals und reagierenden Rück-HF-Signals;
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines SAW-Drucktransducersystems, das zum Messen
des aktuellen Drucks außerhalb
der Vorrichtung konfiguriert ist;
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3 ist
ein schematisches Diagramm des Messgeräts zur Beobachtung der Reflektion
der akustischen Wellen von der SAW-Vorrichtung; und
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4 ist
ein Graph von SAW-Reflektion, der einen erdfreien Transducer mit
einem geerdeten Transducer vergleicht.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
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Anfänglich bezugnehmend
auf 1 schlägt
die vorliegende Erfindung vor, eine preisgünstige, passive Druckmessvorrichtung 10 herzustellen,
die eine akustische Oberflächenwellen(SAW)-Vorrichtung 12 mit
einem mikro-maschinell bearbeiteten Drucktransducer 14 kombiniert.
Die Vorrichtung 10 kann in einem Einweg-Ventilschaft (nicht dargestellt) eines
Reifens auf eine weise installiert sein, die für verfügbare Druckmessvorrichtungen
konventionell ist. Während
die vorliegende Vorrichtung 10 insbesondere zur Messung
des Luftdrucks innerhalb eines Luftreifens anwendbar ist, sollte
ihre Nutzung nicht so eingeschränkt
werden. Andere Anwendungen, die eine preisgünstige Druckmessvorrichtung
erfordern oder davon profitieren, werden die vorliegende Erfindung
nützlich
finden. Zusätzlich
ist, während
beabsichtigt ist, dass die bevorzugte Ausführung passiv ist, das heißt, durch
HF-Erregung von
einem Transmitter/Empfänger
mit Energie versorgt wird, wie erläutert werden wird, ist wiederum
nicht beabsichtigt, dass die Erfindung so eingeschränkt ist.
Die Anwendung der hierin ausgeführten
erfinderischen Prinzipien wird auch für einen Nutzen bei "aktiven" Sensorkonfigurationen
sorgen, wobei die Vorrichtung direkt von einer Kraftquelle mit Energie
versorgt werden könnte.
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Unter
fortgesetztem Verweis auf 1, ein mikromaschinell
bearbeiteter Hohlraum 16, der mit einer flexiblen leitfähigen Membran 18 verschlossen
ist und einen Normüberdruck
in dem Hohlraum Po hat. Einer von mehreren
akzeptablen Werten für
Po ist, zum Zweck der Illustration, 35 psi.
Die Membran 18 kann aus jedem geeigneten flexiblen, leitfähigen Material
geformt sein.
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Ohne
die Absicht, den Umfang geeigneter Materialien einzuschränken, ist
ein solches Material dünnes Polysilikon.
Die Membran 18 ist so produziert, dass, wenn ein gleicher
Druck auf die Membran angelegt wird, die Membran mit mehreren, an
der Rückseite
der SAW-Vorrichtung
hergestellten Rippen 20 in Kontakt kommt. Die Rippen sind
elektrisch an die leitfähigen
Finger 24 (auch als "Reflektionstransducer" bezeichnet) der SAW-Vorrichtung angeschlossen,
welche normalerweise elektrisch erdfrei sind. Wenn der Druck korrekt
ist, so werden ausgewählte
Finger 24 der SAW-Vorrichtung geerdet, wodurch gemusterte
akustische Reflekionen auf ein Impuls-HF-Signal produziert werden.
In 1, wo Pa der Atmosphärendruck
ist und Po der Druck ist, unter dem die
Transducermembran verschlossen wird, sind drei Membrankonfigurationen 26, 28, 30 für drei Bedingungen
gezeigt: Pa = Po;
Pa > Po; und Pa < Po.
Der Wert Po kann auf den Nennreifendruck
oder jeden anderen Referenzdruck eingestellt werden.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die Vorrichtung 1 vorzugsweise
aus einer SAW-Vorrichtung mit einem Einzelsatz interdigitierter
Transducer (IDT) 32, die mit einer Antenne 34 verbunden
sind, konstruiert. Ein schmaler HF-Puls wird von einem Übertrager/Empfänger 36 erzeugt,
von der Antenne 38 zur SAW-Antenne 34 übertragen
und von der Antenne/dem IDT mittels der auf der Substratoberfläche angelegten
piezoelektrischen Belastung in einen akustischen Puls umgewandelt.
Der Puls pflanzt sich nach links fort, wie in 1 ersichtlich. Wenn
der Druck der Atmosphäre über der
Membran hoch genug ist, um das Gas in dem abgedichteten Hohlraum 16 zu
komprimieren, wird die Membran 18 auf die leitfähigen erhabenen
Flächen
oder Rippen 16 kollabieren, wodurch sie die Reflektionstransducer 24 überbrückt. Aus 1 ist
zu bemerken, dass nur mehrere ausgewählte Reflektionstransducer 40 mit
den leitenden erhabenen Flächen
verbunden sind. Dies gestattet es dem Konstrukteur, einen Sensor
zu produzieren, der eine eindeutige Identifikationspulsserie reflektiert.
Somit misst der Sensor nicht nur den Druck, sondern identifiziert
sich auch mittels der für
den Sensor eindeutigen Identifikationspulsserie. 1 stellt
den Eingangspuls 42 und die eindeutige reflektierte Identifikationspulsserie
bei 44 als Graph dar.
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Wenn
Pa kleiner ist als der Druck Po,
schwebt die Membran 18 über
den leitenden erhabenen Flächen 20,
was zu einem verringerten reflektierten Signal zum Empfänger 36 führt. Damit
ist die Vorrichtung 10 auch selbstüberprüfend, da das Identifikationssignal
nur vorhanden ist, wenn der Druck hoch genug ist. Wenn die Membran
oder SAW-Vorrichtung defekt ist, wird ein reduziertes oder null
reflektiertes Signal oder ein inkorrektes Muster von der Vorrichtung
vorliegen, was es dem System gestattet, ein Schaltkreisversagen
zu erkennen. Für
die in 1 gezeigte Konfiguration wird der Druck gemessen
als entweder größer als
der oder gleich dem eingestellten Druck Po oder
niedriger als der eingestellte Druck. Eine solche bi-stabile Betriebsart
ist für
viele Anwendungen, wie etwa das Erfassen plötzlichen Reifendruckverlusts
bei Kraftfahrzeuganwendungen, präzise
genug. Die vorliegende Erfindung kann daher als ein digitaler An/Aus-Anzeiger
fungieren, der den Reifendruck gegen einen Referenz-Membrandruck
misst und signalisiert, wenn der Reifendruck unter den Schwellenwert
abfällt.
Ein solches Abfallen kann elektronisch als das Auftreten eines "platt"-Zustands interpretiert werden
und den Fahrzeugcomputer aktivieren, um die Kilometerleistung festzulegen.
Das dem Fahrer eine Warnung über
die auf einem Reifen in einer "Notlauf"-Betriebsart gefahrenen
Kilometer zukommen lassen kann somit verhindern, dass das Fahrzeug über die
konstruierte Notlaufhöchstgrenze
des Reifens hinaus auf einem platten Reifen gefahren wird.
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Für eine Anwendung,
wo die Identifikation der Vorrichtung nicht erforderlich ist, können die
zusätzlichen
Reflektionstransducer 24 verwendet werden, um eine Messung
des Drucks zurückzusenden,
die höher aufgelöst ist als
in dem oben beschriebenen bi-stabilen Fall, welcher im Wesentlichen
An oder Aus ist. Diese Konfiguration ist in 2 gezeigt,
wo die Höhe
der leitenden erhabenen Flächen 20 so
eingestellt ist, dass eine feste Druckänderung die Membran 18 mit
einer benachbarten erhabenen Fläche
in Kontakt bringen wird. Somit wird ein gegebener Eingangs-HF-Puls 46 in
einem vom Transducer zurückgesandten
Signal 48 resultieren. Die in dem Rücksignal 48 gezeigte
Anzahl rückgesendeter
Pulse ist ein Maßstab
des Atmosphärendrucks über dem
Sensor. Die Anzahl von Reflektionstransducern 24 und erhabenen
Flächen 20 kann
variiert werden, um die Auflösung
der Vorrichtung festzulegen.
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Wenn
keine Vorspannung in der Membran
18 vorliegt, kann die
Auslenkung eines Punkts (d
x) der Membran
aus der nachfolgenden Gleichung berechnet werden.
wobei
x die Position entlang der Membran ist, wie in
2 illustriert,
E ist der Young'sche
Modul für
das Membranmaterial, h ist die Dicke der Membran und α ist die
Länge der
Membran. Die Höhe
der erhabenen Flächen kann
somit als eine Funktion des Drucks berechnet werden, wodurch eine
Kalibrierung des Maßes
gestattet wird.
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Ein
funktionelles System ist in 3 gezeigt.
Eine doppelte SAW-Vorrichtung 50 ist in eine messingabgeschirmte
Fassung plaziert, die den Anschluss an einen HF-Synthesizer 52 (beispielsweise
den von der Hewlett Packard Corporation vertriebenen Synthesizer
HP8657A) mittels der normalerweise offenen Seite eines Einzelpol-HF-Umschalters 54 gestattet.
Die SAW-Vorrichtung 50 kann
optimiert sein, um auf 97 MHz zu funktionieren, und der Synthesizer 52 ist
so eingestellt, dass er ein kontinuierliches Signal auf dieser Frequenz produziert.
Der HF-Schalter 54 (Mini Circuits Modell ZFSW-2-46) kann
an den Synthesizer 52 und an einen Pulsgenerator 62 (HP8082A)
angeschlossen sein, der die normalerweise offene Seite 56 des Schalters 54 für etwa 0,1 μsec schließt, wodurch
er einem gepulsten HF-Signal erlaubt, die SAW-Vorrichtung 50 zu
erreichen. Der HF-Schalter kann dann in seine normale Position 58 rückgestellt
werden, wodurch das Messen des reflektierten Signals von der SAW-Vorrichtung
unter Verwendung eines Oszilloskops (HP54522A) gestattet wird. Die Ergebnisse
der Messung sind in 4 gezeigt.
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4 ist
ein Graph der Reflektion als eine Funktion der Zeit von einem Eingabe-Ausgabe-interdigitierten
Transducer 12 (IDT) mit 8 μm breiten Spuren und 8 μm breiten
Räumen
(32 μm akustische
Wellenlänge). Unter Verweis
auf die 3 und 4 befindet
sich der Ankopplungstransducer A 5,7 μm von dem Reflektionstransducer
B entfernt und die Transducer sind 1,6 mm breit (fünfzig (50)
Fingerpaare × 32 μm = 1,6 mm), was
zu einer doppelten Transitzeit von 4,7 μsec führt, gemessen zwischen den
zwei in 2 ersichtlichen Hauptreflektionsmerkmalen.
Zusätzlich
sind die beobachteten Oszillationen mit einer Zeitspanne von 0,35 μsec ein Ergebnis
der Ausrichtung der 97-MHz-Reflektionen
zu dem Abtastzeitraum des Oszilloskops. Die Hüllkurven umschließen tatsächlich HF-Signale,
die eine Zeitspanne von 10 nsec haben, die mit einer schmaleren
Zeitskala auf dem Oszilloskop individuell beobachtet werden können. Zusätzlich ist
die Breite der Hüllkurve
2,4 μsec,
was die Zeitspanne darstellt, in der eine akustische Welle 7,6 mm
zurücklegen
kann. Da außer dem
Abstand der Transducer keine Merkmale an der SAW-Vorrichtung vorhanden sind, die Abmessungen
dieser Größenordnung
haben, kann geschlussfolgert werden, dass stehende Wellen in der
Resonanzstruktur der SAW-Vorrichtung
erregt werden und sie eine Dämpfungszeit
von 2,4 μsec
haben. Somit verringert die Resonanzstruktur der Vorrichtung die
erzielbare zeitliche Auflösung.
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Ein
Vergleich der Amplitude der Hüllkurve
der Reflektion zwischen dem geerdeten Transducer (Graph 66) und
dem ungeerdeten Transducer (Graph 64) illustriert, dass die akustische
Impedanz des geerdeten Transducers größer als die des erdfreien Transducers
ist, was dazu führt,
dass mehr Energie reflektiert wird. Die Gestaltung des vorliegenden
Transducers ist nicht optimal, da er eine Resonanzstruktur für den Reflektor hat,
wie in 4 gezeigt. Andere Gestaltungsformen, welche den
Fachleuten in der Technik deutlich sein werden, können ausgearbeitet
werden, um die Resonanzstruktur des Reflektors zu minimieren oder
zu eliminieren.
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Derzeit
bestehen kommerziell kleine mikro-maschinell bearbeitete Drucktransducer.
Manche sind jedoch auf Folien basiert, deren Widerstand sich als
eine Funktion der Beanspruchung aufgrund der Durchbiegung einer
Membran ändert.
Somit benötigen
sie empfindliche Elektronik, um die geringen Spannungsänderungen
in der Folie zu messen und den Druck aufzuzeichnen. Sie erfordern
weiterhin den Anschluss an eine Elektrizitätsquelle, um zu funktionieren.
Das Vorsehen einer solchen Energiequelle erfordert entweder eine Modifikation
der Radnabe, im Fall einer rotierenden Reifenanwendung, oder eine
Batterie. Batterien haben jedoch eine begrenzte Lebensdauer. Das
vorliegende System eliminiert solche Konstruktionshindernisse. Der Energietransfer
kann mittels HF-Pulsen vollzogen werden, da keine aktiven Vorspannungen
in dem rotierenden Reifen erforderlich sind. Somit ist die vorliegende
Vorrichtung wirklich passiv. Zusätzlich
ist der vorliegende Sensor in Vergleich zu alternativen Systemen
und Gestaltungsformen relativ preisgünstig zu fertigen-und zusammenzubauen.
Der Sensor kann am Ventilschaft eines Reifens montiert sein.
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Aus
dem Vorangehenden wird gewürdigt
werden, dass die Erfindung Unzulänglichkeiten
bei den derzeit erhältlichen
Drucksystemen überwindet.
Der Sensor kann in einer wirklich digitalen Betriebsart funktionieren,
wobei der Druck eines Reifens erfasst und mit einem voreingestellten
Schwellenwert (Druck innerhalb der Membran) abgeglichen werden kann.
Entweder ist der Druck in dem Reifen akzeptabel oder ist er es nicht.
Der Sensor kann nicht nur den Druckzustand des Reifens zu seinem
zugehörigen
entfernt aufgestellten Leser übertragen,
sondern kann auch eine Identifikationssequenz übertragen, womit der Reifen
spezifisch identifiziert wird. Die in alternativen Sensorgestaltungen
erforderliche problematische Anwendung von Vorspannungen wird vermieden.
Demzufolge ist nicht nur der Sensor preisgünstig und einfach zu fertigen
und zusammenzubauen, sondern ist auch ein solche Sensoren integrierendes
System weniger zu Druckablesefehlern infolge von Vorspannungsschwankungen
geneigt.