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CN101801692B - 传感器装置和用于运行传感器装置的方法 - Google Patents

传感器装置和用于运行传感器装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种传感器装置，它具有传感器模块和感应单元，其中，所述传感器模块具有第一天线并且所述感应单元具有第二和第三天线，其中，在第一天线和第二天线之间设置有信号的感应传输，其中由所述第三天线电磁地发射和/或接收所述信号。

Description

传感器装置和用于运行传感器装置的方法
技术领域
本发明涉及一种传感器装置，具有一传感器模块和一感应单元，其中，所述传感器模块具有第一天线。
背景技术
通常已知这样的传感器装置。例如由文献DE10240446A1已知一种传感器模块，其中，该传感器模块具有至少一个传感器元件和一个用于无线数据传输的传输装置。该传输装置集成到传感器模块中并且电地(galvanisch)耦合到传感器元件上。其缺点是：在要求相对严格的环境中、尤其是在轮胎中可靠地实现传感器元件和传输装置之间的导电接触，并且同时使具有接触引线的传感器壳体实现可靠密封、尤其是防湿气的可靠密封，这只能非常费事并因此成本昂贵地实现。
发明内容
按照本发明，提出了一种传感器装置，具有一传感器模块和一感应单元，其中，所述传感器模块具有第一天线，其中，所述感应单元具有第二天线和第三天线，其中，在所述第一天线和所述第二天线之间设置有信号的感应传输，并且，由所述第三天线电磁地发射和/或接收所述信号。
按照本发明，还提出了一种用于运行如上述方案所述的传感器装置的方法，其中，由至少一个结构元件产生的电信号通过所述第一天线感应地传输到所述第二天线并且由所述第三天线电磁地发射出去。
按照本发明，还提出了一种用于运行如上述方案所述的传感器装置的方法，其中，电磁信号由所述第三天线接收并且通过所述第二天线感应地传输到所述第一天线，其中，相应的电信号由所述第一天线传导到至少一个结构元件。
按照本发明，还提出了一种如上述方案所述的传感器装置的应用方法，其中，所述传感器装置应用在机动车轮胎中。
按照本发明的传感器装置和按照本发明的用于运行传感器装置的方法与现有技术相比的优点是：在传感器模块与用于接收和/或用于发射电磁信号的第三天线之间没有电耦合。因此，没有机械地或化学地要求的导电触点集成到传感器装置中，并且，传感器模块完全由封闭的、紧凑的模块壳体包围。因此，与现有技术相比，按照本发明的传感器装置可以显著更加成本有利地制造，并且同时保证明显提高的可靠性，尤其是在集成到轮胎中的情况下，在轮胎中不仅由于振动、应力、高加速力等对传感器装置产生强烈的机械负荷，而且由于发动机油、废气、湿气等对传感器装置产生高的化学负荷。本发明的另一优点是：传感器元件集成到相对紧凑的模块壳体中，其中，虽然具有紧凑性，但同时能实现传感器装置的高发射功率和/或接收功率。这一点通过模块壳体外部的感应单元实现，所述感应单元尤其是至少部分地包围传感器模块，其中通过第一和第二天线之间的纯感应传输实现传感器元件和感应单元之间的信号传输。通过这种纯感应的且相对短程的信号传输能够以相对小的尺寸实现第一和第二天线。所述感应的信号传输优选是这样一种信号传输，它以在第一或第二天线中根据磁通量随时间的变化而产生的第一电流为基础，其中，所述磁通量由流过第二或第一天线的第二电流的电流强度随时间的变化而引起。信号通过第三天线的发射和/或接收尤其以电磁交变场为基础，这些电磁交变场与感应的信号传输相比具有更大的有效范围。优选地，第三天线用于传感器元件与机动车控制系统的通讯，其中，特别优选的是，调取和/或发射轮胎监控数据。本发明的另一优点是：所述感应单元可以预装配在轮胎中，其中，优选的是确定标准化的特性，例如阻抗和天线品质，由此可以根据需要将任意的传感器模块在时间上稍后的另一个制造步骤中有选择地集成到轮胎中。特别优选的是，在轮胎的制造工艺中通过轮胎的直接硫化将传输单元集成到轮胎中。
由以下说明以及参照附图的描述可以给出本发明的有利扩展结构和改进方案。
按照一种优选的改进方案，所述第一天线包括金属丝线环、导线弓或印制导线圈，尤其在印制电路板上。因此有利地实现第一天线的特别有效的感应传输，其中，优选的是金属丝线环或印制导线圈配有多圈。特别有利的是，第一天线特别优选地、直接地集成到印制电路板中，因为这能够在印制电路板的制造工艺中成本有利且简单地制造第一天线，其中，印制电路板尤其用于传感器元件的、其它微电子结构元件的、第一天线的和/或其它无源结构元件的布线。
按照另一优选的改进方案，所述第二天线和/或第三天线包括金属丝线环天线、螺旋天线、环形天线和/或偶极天线，其中，优选的是第二和第三天线一体地构成，其中特别优选的是第二和/或第三天线具有多圈。有利的是，第二和第三天线的一体构造使得能够成本有利地在一个唯一的制造工艺中制造所述第二和第三天线。螺旋形的第二天线结构同样使感应的信号传输的效率增加。尤其是第一和第二天线的耦合平面基本上相互平行。
按照另一优选的改进方案，所述传感器模块设置在构造为金属丝线环或螺旋物的第二天线内部，其中，以有利的方式进一步提高感应传输的效率。这种布置能够附加地在模块壳体和感应单元之间实现易于实现的、机械的固定，其中，优选的是第二天线完全集成和/或卡锁或夹紧在模块壳体中或者第二天线粘接在模块壳体上。同样优选的是，第二天线布置在另一壳体中，其中，所述另一壳体与模块壳体卡锁和/或粘接。
按照另一优选的改进方案，所述第三天线具有两个部分区域，其中，第二天线设置在这两个部分区域之间，并且，优选的是这些部分区域构造为偶极天线。因此有利的是，信号通过第二天线特别有效地耦合输入到第三天线中，其中，构造为偶极的第三天线能够以简单的方式集成到机动车轮胎中。
按照另一优选的改进方案，所述传感器模块具有无源的、微电子的和/或微机械的结构元件，优选至少一个轮胎压力传感芯片，并且，所述结构元件设置在所述印制电路板和/或另一印制电路板上。在本发明的意义上，印制电路板不仅包括柔性的和刚性的印制电路板，而且也包括任意数量的单独的印制导线，这些印制导线构造为板和/或构造在板上或平面上。以有利的方式通过改进方案，能够通过结构元件和第一天线在印制电路板上的集成实现传感器模块的相对紧凑且可成本有利地制造的结构。将轮胎压力传感芯片加入到传感器模块中，这还能够使传感器装置作为无线的轮胎压力传感器实现。
按照另一优选的改进方案，尤其构造为金属丝线环的第一和第二天线的耦合平面垂直于轮胎胎面和/或钢带面定向。因此有利的是，在感应的信号在第一和第二天线之间传输时钢带面对耦合特性的影响最小化。
本发明的另一主题是一种用于运行传感器装置的方法，其中，由至少一个结构元件产生的电信号通过第一天线感应地传输到第二天线并且由第三天线电磁地发射出去，和/或，电磁的信号由第三天线接收并且通过第二天线感应地传输到第一天线，其中，相应的电信号由第一天线传导到至少一个结构元件。因此有利的是，通过紧凑的传感器装置能够实现可靠且安全的信号传输或信号接收和/或信号发射，该紧凑的传感器装置处于相对高的机械和/或化学负荷下。
本发明的另一主题是按照本发明的传感器装置在机动车轮胎中、优选在轮胎压力监控系统中的应用。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细解释。附图中：
图1以立体示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置，
图2以立体示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置的传感器模块，
图3以立体示意图示出按照本发明第二实施例的传感器装置，
图4以立体示意图示出按照本发明第二实施例的传感器装置的传感器模块，
图5以示意性俯视图示出按照本发明第三实施例的传感器装置，
图6a和图6b分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出按照本发明第四和第五实施例的传感器装置，
图7a和图7b分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出按照本发明第六和第七实施例的传感器装置，
图8以示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置的电的等效电路图，
图9以立体示意图示出按照本发明第八实施例的传感器装置，
图10以示意性侧视图示出按照本发明第九实施例的传感器装置，所述传感器装置集成到机动车轮胎中。
具体实施方式
在各种不同的附图中相同的部件总是以相同的附图标记表示并因此通常也分别仅命名一次。
在图1中以示例性的立体示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置1，其中，该传感器装置1具有传感器模块2和感应单元3，其中，该传感器模块2具有未示出的第一天线4，而该感应单元3具有第二和第三天线5，6，其中，信号在第一和第二天线4，5之间感应地传输，并且所述信号由第三天线6电磁地发射和接收。所述传感器模块2由圆柱形的模块壳体7和感应单元3包围，其中，第二和第三天线5，6一体地构成。第二天线5包括一圈半的螺旋形状，其中，第三天线6具有两个部分区域10，11，并且第二天线5设置在这些部分区域10，11之间，这些部分区域10，11构造成平行于直线12的偶极天线。所述传感器模块2设置在构造为螺旋物的第二天线5内部。
在图2中以示例的立体示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置1的传感器模块2，其中，该传感器模块2具有第一天线4，该第一天线4包括至少一个在印制电路板30上的印制导线圈，该传感器模块2在印制电路板30上还具有无源的、微电子的和微机械的结构元件9，尤其是轮胎压力传感芯片。第一和第二天线4，5的耦合平面基本上相互平行。
在图3中以示例的立体示意图示出按照本发明第二实施例的传感器装置1，其中，第二实施例与图1示出的第一实施例相同，只是未示出的第一天线4和示出的第二天线5的耦合平面垂直于未示出的钢带面31并由此也垂直于印制电路板30定向，并且其中第二天线5构造为矩形的一圈半的导体环，并且所述模块壳体7构造成方形的。
在图4中以立体示意图示出按照本发明第二实施例的传感器装置1的传感器模块2，其中，第二实施例与图2所示的第一实施例一致，只是模块壳体7构造成方形的，印制电路板30构造成矩形的，第一天线4构造成导线弓，其中，第一天线4的耦合平面垂直于印制电路板30并且平行于未示出的第二天线5延伸。
在图5中以示意性俯视图示出按照本发明第三实施例的传感器装置1，其中，第三实施例与图1所示的第一实施例一致，只是第三天线6的两个部分区域10，11相互连接，因而第三天线6包括一圈的环形天线，并且第二天线5同样仅具有一圈。
在图6a和图6b中分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出按照本发明第四和第五实施例的传感器装置，其中，第四和第五实施例基本与在图1和图2中所示的第一实施例一致，只是在图6a中示出的第四实施例中第二天线5集成到另一壳体7’中，在图6b中示出的第五实施例中第二天线5与另一壳体7’卡锁和/或粘接。第二壳体7’尤其具有与模块壳体7的材料锁合的、形状锁合的和/或力锁合的连接。
在图7a和图7b中分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出按照本发明第六和第七实施例的传感器装置，其中，第六和第七实施例基本上与在图1和图2所示的第一实施例一致，只是在图7a所示的第六实施例中第二天线5集成到模块壳体7中，在图7b所示的第七实施例中第二天线5与模块壳体7卡锁和/或粘接。为此尤其是使模块壳体在第二天线的区域中具有缺口。
在图8中以示例的示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置1的等效电路图，其中，传感器模块2中的结构元件9、尤其是压力传感器9’产生一个信号，该信号被耦合输入到第一天线4中。该信号被感应地传输到第二天线5上并且被耦合输入到第三天线6中，由此实现电磁地发射信号。同样一个相反的信号路径用于通过第三天线接收电磁的信号，其中接收到的信号通过从第二到第一天线5，4的感应耦合传导到传感器模块9的结构元件9。优选的是，压力传感器9’的信号在耦合输入到第一天线4中之前在HF末级97中放大，其中，在衔接在HF末级97上的适配网络98中进行阻抗适配。
在图9中以立体示意图示出按照本发明第八实施例的传感器装置，其中，第八实施例与图1示出的第一实施例一致，只是第三天线6构造为具有许多圈的螺旋物。
在图10中以示意性侧视图示出按照本发明第九实施例的传感器装置1，该传感器装置1集成到机动车轮胎32中，其中第九实施例基本上与图6a所示的第四实施例一致，只是感应单元3硫化到具有钢带面31的机动车轮胎32中。所示传感器模块2通过简单地按压到另一壳体7’中而集成到机动车轮胎32中，其中，另一壳体7’中的凸起41与模块壳体7中的对应缺口40卡锁。

Claims (19)

1.传感器装置(1)，具有一传感器模块(2)和一感应单元(3)，其中，所述传感器模块(2)具有第一天线(4)，其特征在于，所述感应单元(3)具有第二天线(5)和第三天线(6)，其中，在所述第一天线(4)和所述第二天线(5)之间设置有信号的感应传输，并且，由所述第三天线(6)电磁地发射和/或接收所述信号。
2.如权利要求1所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述传感器模块(2)被一模块壳体(7)包围和/或至少部分地被所述感应单元(3)包围。
3.如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第一天线(4)包括金属丝线环、导线弓或印制导线圈。
4.如权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第一天线(4)包括在一个印制电路板(30)上的金属丝线环、导线弓或印制导线圈。
5.如权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第二天线(5)和/或所述第三天线(6)包括金属丝线环天线、螺旋天线、环形天线和/或偶极天线。
6.如权利要求5所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述传感器模块(2)设置在构造为金属丝线环或螺旋物的所述第二天线(5)内部。
7.如权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第三天线(6)具有两个部分区域(10，11)，其中，所述第二天线(5)设置在这两个部分区域(10，11)之间。
8.如上述权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述感应单元(3)集成到一机动车轮胎(30)中。
9.如权利要求4所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述传感器模块(1)具有无源的、微电子的和/或微机械的结构元件(9)，并且，所述结构元件(9)设置在所述印制电路板(30)和/或另一个印制电路板上。
10.如权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第一天线(5)和第二天线(6)的耦合平面垂直于轮胎胎面和/或钢带面(31)定向。
11.如权利要求5所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第二天线(5)和所述第三天线(6)一体地构成，所述第二天线(5)和/或所述第三天线(6)具有多圈。
12.如权利要求7所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述两个部分区域(10，11)构造为偶极天线。
13.如权利要求8所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述感应单元(3)在机动车轮胎(32)的制造工艺中硫化到机动车轮胎材料中。
14.如权利要求9所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述结构元件(9)是至少一个轮胎压力传感芯片。
15.如权利要求10所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第一天线(5)和第二天线(6)构造为金属丝线环。
16.用于运行如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)的方法，其特征在于，由至少一个结构元件(9)产生的电信号通过所述第一天线(4)感应地传输到所述第二天线(5)并且由所述第三天线(6)电磁地发射出去。
17.用于运行如权利要求1至15中任一项所述的传感器装置(1)的方法，其特征在于，电磁信号由所述第三天线(6)接收并且通过所述第二天线(5)感应地传输到所述第一天线(4)，其中，相应的电信号由所述第一天线(4)传导到至少一个结构元件(9)。
18.如权利要求1至15中任一项所述的传感器装置(1)的应用方法，其特征在于，所述传感器装置(1)应用在机动车轮胎(32)中。
19.如权利要求18所述的应用方法，其特征在于，所述传感器装置(1)应用在轮胎压力监控系统中。
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