[发明专利]一种电容式微型胎压传感器

说明书

技术领域

本发明属于胎压传感器技术领域，涉及一种电容式微型胎压传感器。

背景技术

胎压监测系统通过监视轮胎内压力的变化，通过预警来预防爆胎事故的发生，以保护车辆行驶的稳定和驾乘人员的安全。胎压监测传感器则是整个系统中的核心部件，其工作性能直接决定了监测系统的准确性和可靠性。按照配置情况，可将胎压传感器分为有源式和无源式两种。有源式传感器需要附带电池供电，以满足传感器工作的能量需要；无源式传感器则依赖外部能量耦合进行工作。

目前，市场上商用的胎压传感器都为有源式，即将压力传感器、电源、微型处理器、及无线通讯模块集成封装起来，安装于轮辋内或轮胎气嘴上。由于其在外部附加的安装方式，在轮胎维修、调换过程中容易造成气嘴或发射模块的损坏，使胎压监测系统失效。其次，内置电源模块供系统进行胎压测量、信号调制、无线通信等，因而电池的工作寿命必须满足一定的标准和要求。由于轮辋的屏蔽作用和系统待机，导致电池电量快速消耗，形成巨大的浪费。制造、更换电池所带来的环境污染也是一个不可忽视的因素。有源式胎压传感器由于需要内置电池提供能量，体积和重量都比较大，安装不便且寿命受限、功能单一，更换电池导致使用维护成本高、并随之带来了环境污染问题，已经不能满足节能、环保的新技术标准和要求，

无源传感器的优势在于无需内置电源模块，具有体积小、成本低、寿命长的优点，最终实现植入式安装和免维护使用，是下一代胎压监测系统的发展方向，无源无线的工作方式，克服了内置电池的使用寿命限制，降低了系统的制造和维护成本，减少更换电池带来的环境污染。由于体积小和免维护性，可以实现植入轮胎安装，将“on-rim”安装转变为“in-tire”模式，解决了胎压传感器的在轮辋（气嘴）上的安装问题，减少轮胎维修带来的传感系统容易损坏的问题。同时，还可以提高轮胎的互换性，避免了胎压传感系统在轮胎更换、调换后需要重新设定的问题。可植入式安装方式，不仅便于安装和维护，也是实现智能轮胎主要研究目标和发展方向。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种电容式微型胎压传感器，能够植入轮胎内部工作，以无源无线方式实现对轮胎压力的测量和结果传输，具有体积小、质量轻、成本低、免维护的优点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种电容式微型胎压传感器，包括上层板、支撑板和下底板，上层板上设有对压力敏感的多层复合薄膜，多层复合薄膜中设有电容上极板；支撑板的上表面设有电容下极板，电容上极板、电容下极板形成的检测电容；下底板上设有相连接的声表面波器件和微型天线，声表面波器件包括压电材料和两组叉指电极，其中一组叉指电极与微型天线相连接，为通讯端；另一组叉指电极分别与电容上极板、电容下极板相连接，为测量端。

所述外界压力作用引起多层复合薄膜变形，此变形引起检测电容的电容性负载以及检测电路的输出信号变化；检测电容作为测量端电路的负载，其数值变化直接导致测量端电路输出包含压力变化的信息；该信息经过声表面波器件变换为无线信号，并经微型天线发送出去，供接收器端接收并处理。

当微型天线接收到外部工作脉冲信号，声表面波器件从天线耦合中的高频信号中获取工作能量，并由通讯端开始在声表面波器件上产生振荡声波场，声波场传播至测量端后，重新变化为测量电路的振荡信号，用于压力测量；

外部压力变化引起检测电容变化，并最终导致振荡信号的特性发生改变，完成测量过程；包含了外部压力信息的测量信号，再次由测量端进入声表面波器件，并在通讯端转变为无线信号，经过微型天线发送回接收器接接收并处理。

所述的电容式微型胎压传感器依赖微型天线与接收器端的天线的无线电磁能量耦合，将接收器端的天线发出的电能耦合转化为声表面波的机械振动能，并获得工作所需能量。

所述的多层复合薄膜向外凸起呈杯型，并在上层板、支撑板之间为电容下极板留有凹坑；

支撑板的下表面也设有凹坑，为声表面波器件和微型天线留有封装孔隙；支撑板上还设有供电容上极板、电容下极板与声表面波器件相连接的通孔。

所述的多层复合薄膜从外到内依次包括：Si₃N₄层、多晶硅层、第一绝缘层、导线层、第二绝缘层，电容上极板设置在导线层与第二绝缘层之间；

多层复合薄膜外凸为矩形、圆形或多边形。

所述的第一绝缘层和第二绝缘层为Parylene绝缘层，用于多层复合薄膜的成型及电极绝缘，Si₃N₄层和多晶硅层实现键合封装和外部保护，导线层以铝作为材料。