专利名称：压力检测装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种压力检测装置，其中发动机的燃烧压力通过一个杆状压力传递元件传递到一个传感单元，其根据该传递压力输出一个信号。该压力检测装置可以应用在燃烧压力传感器上。
背景技术：
压力检测装置，各包括一个可根据压力来输出信号的传感单元，和一个杆状压力传递元件，该元件的一端设置在该传感单元的一侧，另一端伸出传感单元，这种压力检测装置已经被公开了(例如，JP-5-34231A)。例如将应变计用作传感单元。
该带有杆状压力传递元件的压力检测装置应用在发动机或类似产品的燃烧压力(所谓的气缸压力)传感器上。
具体来说，该杆状压力传递元件伸出传感单元的一端插入到发动机的一个孔中。作用在该杆状传递元件端部上的发动机燃烧压力通过该压力传递元件传递到传感单元上以进行燃烧压力检测。
当燃烧压力传感器测量到爆震信号时，传感器压力传递元件的共振点与爆震信号频率叠加，且小幅压力的爆震信号就会被压力传递元件的共振噪音淹没。因此，爆震信号的检测相对较难。
参考图5来对上述问题进行更详细的说明。图5示出了燃烧压力的普通波形Wo。将爆震波形Wn加在燃烧压力波形Wo上。图5中“fo”和“fn”分别表示燃烧压力频率和爆震频率。
由于爆震频率fn远远高于燃烧压力频率fo，因而低于爆震频率fn的燃烧压力频率fo就会被低通滤波器(LPF)滤掉。所以，可以抽出爆震的压力信号。
然而，爆震的压力信号与燃烧压力的信号相比非常小。此外，各种噪音比如爆震时压力传递元件的共振以及发动机的机械噪音、或者伪爆震都会叠加到爆震压力信号上。
在这种情况下，爆震的压力信号就被这些噪音掩盖了，而难以从这些噪音中区别出压力信号来。因此，压力传递元件的共振频率必须被排除在爆震的频带之外，比如通过调节压力传递元件的尺寸等等来实现。
如果将压力传递元件的共振频率被排除在爆震的频带之外，那么压力传递元件的共振所产生的噪音就不会与爆震的压力信号重叠，但爆震压力信号仍然很小，而将爆震压力信号从噪音中区别出来仍然会产生误差。
在上述传统压力检测装置中，本发明尝试将一个压力传感元件放置在靠近压力检测环境的一侧上，从而可以改善传感器特性。即，发明人试图通过缩短压力传递元件来减小压力接收膜和压力传感元件之间的距离。
缩短压力传递元件的原因如下当压力检测装置应用在例如发动机的燃烧压力传感器上时，如果压力传递元件很长，压力传递元件的共振频率就会与爆震信号的频率重叠，其会引起压力传递元件的共振。
那么，小幅压力的爆震信号就会被压力传感器的共振噪音所淹没。
并且，如果压力传递元件较长，压力传递元件本身就易于变形。从而，压力传递元件与压力接收膜之间的接触条件以及压力传递元件和压力传感元件之间的接触条件就会改变。当这种接触条件发生变化时，就会引起压力传递精确度的恶化，从而影响传感器特性。
出于这点考虑，如果将压力传感元件置于靠近压力检测环境的一侧，压力传感元件就会更靠近压力接收膜，从而减小压力传递元件的长度。因此，长压力传递元件所带来的共振问题和变形就会被最小化。
传统地，在这类压力检测装置中，构成该装置本体的外壳上设有信号处理单元，例如一个连接器单元以抽取来自压力传感元件的信号。在这种传统装置中，压力传感元件和信号处理单元通过引线接合或类似方式进行电连接。
然而，当将压力传感元件放置在靠近压力检测环境的一侧上时，压力传感元件与信号处理单元之间所增加的距离几乎等于压力传递元件缩短的长度。因此，当电连接压力传感元件和信号处理单元时，传统的引线接合方法就不能完成其目的了。
在压力传感元件与信号处理单元距离较远的情况下，引线接合法不再适用，考虑到易于处理、尺寸紧凑、易于连接等方面，发明人决定采用一种柔性印刷电路板来作为连接装置。
通过缩短压力传递元件的长度来减小压力传感元件与压力接收膜之间的距离，以及用一个柔性印刷电路板来连接压力传感元件和包括连接器单元的信号处理单元，发明人建立了如图10所示的压力检测装置的原型。
图10是发明人建立的压力检测装置原型的整个结构的剖面示意图。
该压力检测装置可以应用在发动机的燃烧压力传感器上。在这种情况下，壳体310的管部分312与发动机的发动机气缸体上的螺纹孔螺纹连接，且该压力检测装置检测发动机燃烧室内的压力(气缸压力)。
金属壳体310包括一个圆柱体311和从该圆柱体311上伸出的圆柱管部分312。在壳体310的管部分312的外周上设有外螺纹部分313用于与发动机气缸体螺纹连接。
在该压力检测装置中，壳体310的管部分312的端部上装有一个压力传感元件330，其可根据压力来输出信号。作用在压力传感元件330上的压力在图10种用箭头“Y”表示。
压力传感元件330通过熔融态玻璃安装在空心圆柱体金属管座320的膜322的表面上。该金属管座320用作支撑件，且一端上具有开口321，膜322位于另一端上。
在金属管座320的空心部分内设有压力传递元件316，且压力接收膜315焊接在金属管座320的顶部以盖住开口321。
如图10中箭头Y所示的压力通过压力传递元件316，从而压力接收膜315传递到金属管座320的膜322的后表面上。
当金属管座320的膜322在压力作用下变形时，就从压力传感元件330中输出一个相应于变形的电信号。
如图10所示，在壳体310的圆柱体311上设有一个电路板340。并且一个IC芯片342通过胶粘固定在电路板340的上表面上，且在IC芯片342上设有一个电路来处理压力传感元件330输出的信号。
IC芯片342和电路板340通过接合线344电连接。此外，电路板340和压力传感元件330通过一个柔性印刷电路板350电连接。该柔性印刷电路板350被设成在壳体310的管部分312内沿着管部分312的长度延伸。
该柔性印刷电路板350的一端351与压力传感元件330电连接，另一端352侧的部分向着电路板340延伸穿过管部分312。该柔性印刷电路板350的另一端352与电路板340通过焊接或类似方式电连接。
此外，一个带有一终端361连接器壳体360设置在壳体310内电路板340下方。该连接器壳体360被用作一个连接器单元，以收取压力传感元件330的信号。
连接器壳体360的终端361和电路板340通过一个弹簧362电连接。从而，压力传感元件330与连接器壳体360或连接器单元360通过柔性印刷电路350和电路板340电连接。
根据图10所示的压力检测装置，压力传感元件330被放置在管部分312的顶端上，从而与现有技术相比缩短了沿管部分整个长度延伸的压力传递元件的长度。在该实施例中，压力传递元件316被容纳在金属管座320内，前者和后者基本一样短。
与传统的制造这类压力检测装置的方法一样，在本设计原型中，将压力传感元件330用熔融态玻璃或类似物固定到作为支撑件的金属管座320之后，将压力接收膜315焊接到金属管座320上，同时将压力传递元件316放在压力传感元件330与压力接收膜315之间。
然后，在金属管座320的组装过程中，将压力传感元件330、压力接收膜315、柔性印刷电路板350连接到压力传感元件330上，并且在将柔性印刷电路板350插入到壳体310的管部分312中时，将金属管座320安装到管部分312的端部上。
焊接压力接收膜315的同时在压力接收膜315的表面上施加一个载荷，从而使压力接收膜315的后侧通过压力传递元件316压在金属管座320的膜322上。
在这种制造方法中，当焊接压力接收膜315时，压力传递元件316在作为支撑件的管座320的膜322和压力接收膜315上施加一个载荷。为什么要在焊接时施加一个载荷有下述两个原因。
第一原因是如果压力传递元件316的两端部都与金属管座320的膜322及压力接收膜315接触，且几乎不在其上施加载荷时，那么当压力传递元件316由于其线性膨胀系数而收缩时，压力传递元件316就会与膜322和315中的至少一个脱开接触。
第二个原因是当该压力检测装置用在发动机燃烧压力传感器上时，燃烧室内的压力可能变为负压。因此，压力接收膜315会向外鼓而与压力传递元件316脱开接触。
因此，为了确保压力传递元件316与金属管座320及压力接收膜315之间的接触，就要在焊接压力接收膜315的同时施加一个载荷，从而在组装后压力传递元件316的两端就都与金属管座320的膜322以及压力接收膜315相接触，从而在该膜322及315上施加一定负载。
然而，在将压力传感元件330通过熔融态玻璃或类似物固定到作为支撑件的金属管座320上之后再将压力接收膜315焊接到金属管座320上的方法存在如下问题。
第一个问题是焊接所产生的热效应是不能忽略不计的，因为压力传递元件316被缩短了而且压力接收膜315的焊接部分与压力传感元件330之间的距离也减小了。因此，压力接收膜315的焊接生热会对金属管座320上的压力传感元件330产生热损伤。
第二个问题是在将压力传感元件330胶粘在金属管座320之上后，焊接压力接收膜315的同时一个载荷从压力传递元件316通过金属管座320的膜322施加到压力传感元件330上。因此，在焊接完压力接收膜315之后所施加的载荷仍留在压力传感元件330上，而该剩余载荷会引起输出的偏差。
因此，在该压力检测装置中，可根据压力来输出信号的压力传感元件固定到支撑件上，压力传递元件被置于压力传感元件和压力接收膜之间，且压力接收膜焊接到该支撑件上，这种压力检测装置存在诸如在焊接压力接收膜过程中对压力传感元件产生热损伤以及由于焊接期间的载荷而引起的输出偏差的问题。
发明内容
基于这种情况，本发明的目的是提供一种压力检测装置，其中发动机的燃烧压力通过一个杆状压力传递元件传递给一传感单元，该传感单元根据所传递的压力输出一个信号，从而可以更可靠的检测爆震。
同样，基于上述内容，本发明的另一目的是提供一种压力检测装置，其中当压力接收膜焊接到该支撑件上时，可以防止压力传感元件受到热损伤以及暴露在会引起偏差的载荷下。
本发明的压力检测装置包括一个传感单元，其可根据压力输出信号，和一个杆状压力传递元件，其一端设置在传感单元的一侧上另一端伸出传感元件且伸入到发动机的孔中。作用在该压力传递元件插在孔中的一端上的燃烧压力可以通过该压力传递元件传递给传感单元以检测该燃烧压力。该压力传递元件被设计成以发动机的爆震频率共振，并且可基于该压力传递元件的共振来检测该爆震频率。
由于根据本发明爆震频率是基于压力传递元件的共振导出的，所以不管爆震频率信号的幅度大还是小，都可以检测出是否有爆震频率信号输出，从而完成爆震的检测。
因此，本发明的压力检测装置可以比现有技术的压力检测装置更可靠地检测爆震。
为了实现上述目的，根据本发明，下述内容特征在于制造一种压力检测装置的方法，其中根据压力来输出信号的压力传感装置固定到支撑件上，压力接收膜焊接到支撑件上，同时一个压力传递元件放置在该压力传感元件和压力接收膜之间，且作用在压力接收膜上的压力通过压力传递元件传给压力传感元件以检测该压力。
即，根据本发明的制造方法，该压力传递元件被置于支撑件和压力接收膜之间，且压力接收膜焊接到该支撑件上的同时该压力接收膜通过压力传递元件向该支撑件施加一个载荷，然后压力传感元件固定到支撑件上。
根据这种方法，在将压力传感元件固定到支撑件上之前，该压力接收膜焊接到支撑件上的同时压力接收膜通过压力传递元件在支撑件上施加一个载荷。
因而，可以保证压力传递元件与支撑件以及压力传递元件与压力接收膜之间的接触。
另外，当压力接收膜焊接到支撑件且同时施加一个载荷时，该支撑件不装配到压力传感元件上；因此压力传感元件不会受到焊接热损伤或者暴露在载荷之下。
因而，根据本发明，当压力接收膜焊接到支撑件上时，该压力传感元件可以避免受到热损伤以及暴露在会引起偏差的负载下。
图1是本发明压力检测装置实施例的剖面示意图；
图2A至图2E是该压力检测装置的压力传递元件的剖面示意图；图3示出了该压力检测装置的压力传递元件的另一实施例，该压力传递元件具有凹陷处以调节重量；图4是该压力检测装置的检测电路的方块图；图5示出了燃烧压力的波形图；图6是本发明压力检测装置第二实施例的剖面示意图；图7是图6所示管部分顶端的放大剖面示意图；图8A至8D是根据上述实施例的压力检测装置的制造过程的剖面图；图9是上述实施例改型的剖面示意图；图10是一个作为本发明人建立的设计原型的压力检测装置的剖面示意图。
具体实施例方式
(第一实施例)下面将参照附图描述本发明的第一实施例。图1是根据该第一实施例的压力检测装置的剖面示意图。压力检测装置100安装到一个发动机200上。
该压力检测装置100具有一个带一管部分10c的壳体10，该管部分10c与发动机200上的孔201螺纹连接。该压力检测装置100可以应用在一个所谓的燃烧压力传感器上以检测发动机200的燃烧室202内的压力(气缸压力)。
该壳体10具有一个第一中空圆柱体部分10a和一个第二部分10b，该第二部分10b具有管部分10c，其比第一部分10a薄。该第一和第二部分10a和10b通过切割及冷锻金属制成。
壳体10是由不锈钢或类似材料制成，第一部分10a的一个端部通过压配合插入到第二部分10b的扩张部分中。从而，将第一部分10a固定到第二部分10b上。
第一部分10a可以通过焊接或者胶粘连接到第二部分10b上，或者将前者螺纹连接到后者上。
管部分10c在其外周上有一个外螺纹部分11，在发动机200的孔201内侧设有内螺纹，从而管部分10c可以螺纹连接到孔201内。
将管部分10c插入到孔201中，并通过外螺纹部分11固定到孔201内，从而使管部分10c的顶端10d面向燃烧室202。从而将压力检测装置100安装到发动机200上。
通过螺纹联接或压配合将传感单元20安装到壳体10的第一部分10a中。从而将传感单元20容纳在壳体10内。
传感单元20包括一个中空圆柱形金属管座21和一个应变计30。从图1中可以看到该金属管座21在其顶部具有一个开口22，在其底部具有一个膜23。该应变计30通过熔融态玻璃固定到膜23上。
金属管座21是一个中空圆柱形金属部件，其压配合并固定到壳体10第一部分10a的中空部分内。该金属管座21可以螺纹连接在壳体10内。
如图1所示，金属管座21的开口22被置于靠近第一部分10a顶部的位置上，金属管座21的膜23被置于靠近第一部分10a底部的位置上。
应变计30可以是一个硅半导体芯片，其具有一扩散电阻元件的桥接电路等。
当金属管座21的膜23在压力作用下变形时，应变计30变形并因此改变其电阻值。电阻值的改变被转化成一个电信号并输出。金属管座21的膜23和应变计30决定了该压力检测装置100的基本性能。
金属管座21的材料必须结实且具有较低的热膨胀系数，因为金属管座21会暴露在高压下，且包括硅半导体等元件的应变计30必须通过低熔点的玻璃固定到金属管座21上。
具体地，金属管座21可以由铁镍钴合金或者含有钛铌铝或钛铌淀积增强材料的铁镍合金制成。金属管座21可以通过压制、切割或冷锻制成。
一个包括一陶瓷板等元件的第一电路板40被设置在金属管座21的膜23周围。该第一电路板40通过胶粘固定到壳体10的第一部分10a上。
该应变计30和第一电路板40通过铝(Al)、金或类似材料的接合线42电连接。
如图1所示，一个包括一陶瓷板等元件的第二电路板50设置在第一电路板40之下。如图1所示，一个IC芯片44胶粘在第二电路板50的顶面之上。
IC芯片44具有一个电路以放大和调制从应变计30输出的信号。该第二电路板50和IC芯片44通过铝(Al)、金或类似材料的接合线42电连接。
弹簧45设在第一电路板40和第二电路板50之间，以将两者电连接起来。
弹簧45是一个导电弹性体，例如，它通过硬焊或软焊连接到第一电路板40和第二电路板50中之一上，并通过其弹性保持与两个电路板中的另一个相接触。这样，第一电路板40和第二电路板50就电连接起来。
在第二电路板50的底面上设有带终端61的连接器壳体70，用于外部连接。
连接器壳体70由PPS(聚苯撑硫)树脂或类似物制成，终端61被插入到连接器壳体70中，两个部件形成一个单元。
导电接线柱63位于第二电路板50和终端61之间，以将它们电连接起来。导电接线柱63可以为其中非均匀地布置有多个金属插脚的橡胶块，或者可以为弹簧或导电粘结剂。
应变计30、IC芯片44、第一电路板40、第二电路板50、以及终端61可以通过上述接合线42、弹簧45、以及导电接线柱63以外的其他连接方式来连接。
如图1所示，壳体10的底端12弯向连接器壳体的一部分，从而将壳体10和连接器壳体70连接成一个单元。终端61可以通过电缆或类似媒介与车辆的ECU电连接。
另一方面，如图1所示，第二部分10b的管部分10c从壳体10容纳传感单元20的部分上伸出。
将一个压力接收膜13焊接到管部分10c的顶端10d上。顶端10d的开口被压力接收膜13封挡住。
该压力接收膜13朝向燃烧室202内侧，并暴露在燃烧室202内的压力之下，如图1的箭头Y所示。该压力接收膜是用不锈钢或类似材料制成的。
将一个压力传递元件80插入到管部分10c中。从图1中可以看到，压力传递元件80的底端放在传感单元20一侧，而压力传递元件80的顶端如图1所示位于压力接收膜13一侧。该压力传递元件80是用不锈钢或类似材料制成的。
该压力传递元件80的底端插入到金属管座21内，从而与膜23相接触并在其上施加一个载荷。压力传递元件80的顶端插入到管部分10c内，以与压力接收膜13相接触并在其上施加一个载荷。
这样，压力传递元件80的两端分别与膜13和23接触，并在其上施加一定负载，下面将对其原因进行描述。
如果压力传递元件80的两个端部与膜13和23相接触，且几乎不在其上施加载荷时，那么当压力传递元件80由于其线性膨胀系数而收缩时，压力传递元件80就会与膜13和23中的至少一个脱开接触。
此外，当燃烧室202内的压力可能变为负压时，压力接收膜13会向外鼓进燃烧室202中而与压力传递元件80脱开接触。
因此，为了确保压力传递元件80与膜13和23之间的接触，前者的两端就要与后者相接触，从而在后者上施加一定载荷。
如上文所述，杆状压力传递元件80被放置成使其一端放在传感单元20的一侧上，另一端伸出传感单元20，伸入并穿过在发动机200的孔201内的管状部分10c。
燃烧室202内的压力通过压力接收膜13和压力传递元件80传递到传感单元20，如图1的箭头所示。
然后，金属管座21的膜23在传递压力的作用下发生变形，且应变计30也因而变形。根据应变计30的变形，从应变计30输出一个电信号，从而基于该信号检测出燃烧压力。
压力传递元件80被设计成以发动机200的爆震频率fn共振(参见图5)，可根据压力传递元件80的共振检测出爆震频率fn。
为使压力传递元件80以爆震频率fn共振，因而将压力传递元件80的共振频率调节成等于或者接近爆震频率fn。
爆震频率fn对于每个发动机来说是一个特定值，由气缸的内径决定；因此，压力传递元件80的共振频率可根据发动机200的爆震频率fn进行调整。
调整压力传递元件80的共振频率并将其设定为发动机200的一个频率，在该频率下不存在活塞、气缸的机械振动。即，需要将压力传递元件80的共振频率与发动机200的伪爆震频率区别开，并且将共振频率设定在爆震频率附近。
压力传递元件80的共振频率可以按如下方式调整。该压力传递元件80的共振频率f由下述表达式表示f＝(1/2π)·(k/m)1/2(1)其中m和k分别是压力传递元件80的质量和弹簧常数。因此，可以仅通过改变传递元件80的长度、直径、材料密度等来调节其质量和弹簧常数，从而调整压力传递元件80的共振频率f。
此外，该压力传递元件80的共振频率f可以通过将部分或整个的压力传递元件80做成空心的来进行调整。比如，很容易通过挤出成型来形成一个管状压力传递元件。
现有技术的压力检测装置的压力传递元件是实心杆件。
另一方面，通过将压力传递元件80的至少一部分制成空心的，还可以减轻其重量并改变其共振频率，而无须改变其长度、直径或材料。
如果压力传递元件80的是部分中空的，其可以通过将一个空心部分和一个实心部分相接合来制成，或者通过用构成该压力传递元件80的材料或者另一种共振频率类似于构成压力传递元件80的材料来填充空心部分制得。
图2A至2E示出了部分空心结构的压力传递元件80。图2A至2E的每个压力传递元件80都是通过将一个实心杆80b插入到管或管组80a中并将其硬焊接或软焊接到一起制成的。
此外，如图3所示，可以在压力传递元件80的表面上制出凹陷81以减轻其重量。可以通过切割或压制来制出这些凹陷81。在这种情况下，也可以减轻压力传递元件80的重量并改变压力传递元件80的共振频率而无需改变其长度、直径或材料。
因此，如果发生爆震，压力传递元件80就以爆震频率fn共振。
然后，共振通过金属管座21的膜23传递到应变计30上，应变计30变形，再从应变计30上输出一个根据变形的电信号。
下面介绍组装该压力检测装置100方法的实施例。首先，将该金属管座21压配合装配到壳体10的第一部分10a中，其中应变计30通过熔融态玻璃固定到该金属管座21上。
接下来，第一电路板40通过胶粘或其他方式固定到第一部分10a上，以将第一电路板40绕金属管座21放置，接着，用接合线42将第一电路板40和应变片30连接起来。
第一电路板40和第二电路板50通过弹簧45连接，其中IC芯片通过引线接合安装在第一电路板40和第二电路板50上。
接下来，将连接器壳体70装配到壳体10的第一部分10a内，并将第一部分10a的底端12弯向该连接器壳体70的一部分上，从而将连接器壳体70和第一部分10a固定到一起。然后，用导电接线柱63连接第二电路板50和终端61。
因而，传感单元20以及电路板40、50所在的第一部分10a和连接器壳体70被组装成一个单元。另一方面，压力接收膜13被焊接到第二部分10b的管部分10c顶端10d上。
接下来，将压力传递元件80的一端插进金属管座21的开口22中，压力传递元件80的另一端插入到管部分10c中。然后，将第一部分10a压配合到第二部分10b中。这样就完成了该压力检测装置100 。
通过将壳体10的外螺纹部分11螺旋进发动机200的孔201中来将该压力检测装置100安装到发动机200内。
当将该压力接收膜13暴露在如图1中箭头Y所表示的燃烧室202内部压力中时，该压力通过该压力传递元件80传递给传感单元20。
该压力使金属管座21的膜23产生变形，应变计30将该变形转化成一个电信号并输出该电信号以检测压力。该电信号由IC芯片44进行处理并通过终端61向外输出。
下面将通过参考图4来更具体地介绍该压力检测装置100的工作过程。图4表示该压力检测装置100的检测电路90的结构。
该检测电路90用于检测应变计30输出的电信号，包括上述的IC芯片和第一、第二电路板40和50。
如图4所示，该检测电路90包括一个带通滤波器(BPF)91和一个带阻滤波器(BEF)92。该滤波器92可以是一个低通滤波器(LPF)。
该带通滤波器91只允许爆震频率fn的信号通过(参见图5)。该带阻或低通滤波器92滤掉爆震频率fn的信号而让燃烧压力的频率信号通过。
将应变计30输出的电信号传送给该带通滤波器91和带阻或低通滤波器92。
因此，如果发生爆震，应变计30输出一个根据压力传递元件80的共振而产生的频率fn的电信号，且该电信号通过带通滤波器91，并被检测为一个爆震信号。从而可以检测到爆震。
当未发生爆震时，应变计30不输出根据压力传递元件80的共振而产生的频率fn的电信号，从而没有信号通过带通滤波器91。因此，检测到没有爆震。
另一方面，因为燃烧压力的信号穿过带阻或低通滤波器92，所以可以检测到这些信号将其作为输出信号，且如果发生爆震时爆震频率fn的信号被滤掉了。
如上所述，根据本发明的第一实施例，提供了一种压力检测装置100，其包括(i)可以根据压力来输出信号的传感单元20和(ii)杆状压力传递元件80，其一端放在传感单元20中而另一端伸出传感单元20伸入并穿过发动机200的孔201。该压力传递元件80的顶端(参见图1)所暴露在的燃烧压力通过压力传递元件80传递给传感单元20以检测该燃烧压力。压力检测装置100的特征在于该压力传递元件80以发动机200的爆震频率fn共振，且发动机200的爆震频率fn是基于压力传递元件80的共振检测到的。
因为可以基于压力传递元件80的共振来导出爆震频率fn，所以不管爆震频率fn信号的幅度大还是小，都可以检测出是否有爆震频率fn信号输出，从而完成爆震的检测。
因此，该压力检测装置100可以比现有技术的压力检测装置更可靠地检测爆震。
即，如前面所述的，现有技术的压力检测装置的压力传递元件的共振频率被排除在爆震频率波段之外从而使由于压力传递元件的共振而产生的噪音不会盖过爆震的压力信号。然而根据本发明的第一实施例，压力传递元件80可以随爆震共振，并检测到共振频率信号。
如果采用带有用来调节重量的凹陷81的压力传递元件80，该凹陷81可以在将该压力检测装置100安装到发动机200(如图1所示)上之前就做好，或者可以在将该压力检测装置100安装到发动机200(如图1所示)上之后做出。
在后一种情况中，壳体10具有适当布置的孔。在将压力检测装置100安装到发动机200上之后，将一个切割工具插入到每个孔中以制出凹陷81。
(改型)尽管上述压力检测装置100的壳体10被分成了容纳传感单元20的第一部分10a和装配压力接收膜13的第二部分10b，但该壳体10也可以制成一个整体件。
尽管上述传感单元20包括一个金属管座21和一个应变计30，但该传感单元20也可以被构造成其它方式，只要它能够根据压力传递元件80传递的压力来输出信号即可。
尽管在图1中传感单元20和连接器壳体70之间设有电路板40和50、IC芯片44、接合线等元件，但这种结构也可以改变。
检测电路90的结构并不限于图4所示的结构，只要该检测电路90可以检测到基于压力传递元件80共振的爆震频率fn即可。
本发明的主要内容是通过棒状压力传递元件80来将发动机200的燃烧压力传递给传感单元20，该压力传递元件80可以以发动机200的爆震频率fn共振，且可以基于该压力传递元件80的共振来检测爆震频率fn。本发明的其它内容可以进行适当的改变。
(第二实施例)图6是本发明压力检测装置300的第二实施例整个构造的剖面示意图。图7是图6所示管部分312的顶端部分的放大剖面示意图。
该压力检测装置300可用作一个燃烧压力传感器。在这种情况中，管部分312螺纹接合到发动机的发动机气缸体的螺纹孔中，该压力检测装置300检测发动机燃烧室内的压力。
该压力检测装置300具有一个壳体310，该壳体包括一个中空圆柱形本体311和上管部分312，该上管部分为薄长空心圆柱体形状且比本体311薄。本体311和管部分312通过切割及冷锻不锈钢制成。该管部分312可以是一个矩形管。
该壳体310可以做成一体件，或者它也可以制成本体311与管部分312是分开的，然后再通过焊接、胶粘、压配合或螺纹连接以及其它方式来将两部分接合到一起。
此外，在管部分312的外周上设有外螺纹部分313以与发动机气缸体螺纹连接。从而，该壳体310被构造成具有从其端部伸出的薄长管部分312。
压力检测装置300通过将该外螺纹部分313螺纹连接到发动机气缸体上的螺纹孔中而安装到发动机气缸体上。
燃烧室内的压力作用在管部312的顶端上，如图6和7的箭头所示。
将管部分312的顶端与一个可根据压力来输出信号的压力传感元件330进行装配。该压力传感元件330可具有一个应变计功能，可根据压力产生变形并基于变形的幅度来输出一个与压力幅值成比例的信号。
具体而言，如图7所示，该压力传感元件330通过熔融态玻璃或其它方式装配到中空圆柱体金属管座320的膜322的下表面上。该金属管座320是支撑件且在其顶端具有一开口321，在其底部具有膜322，如图7所示。
一个凸缘323从金属管座320的开口321周围向外伸出。该金属管座320可以是长方管形的。
金属管座320在凸缘323下方的部分插入到管部分312的端部中。金属管座320的凸缘323和管部分312的顶端通过胶粘、焊接、压力焊接或类似方法接合到一起。
如图7所示，在金属管座320的顶端设有一个膜315以盖住开口321。这里的膜315称作“压力接收膜315”，以与金属管座320的膜322区分开来。
压力接收膜315由例如不锈钢的金属制成圆盘形，其外周焊接到金属管座320的凸缘322上。
从而，压力接收膜315与金属管座320连接到一起。该压力接收膜315面向燃烧室，燃烧压力作用在其上，如图6和7的箭头所示。
如图7所示，在金属管座320的中空部分内设有一个压力传递元件316。即，该压力传递元件316位于压力接收膜315与压力传感元件330之间。该压力传递元件316由陶瓷或金属材料制成。
从图7中可以看出，压力传递元件316的底部与膜322接触并在其上施加一个载荷，如图7所示，压力传递元件316的顶部与压力接收膜315接触并在其上施加一个载荷。
因此，如果压力传递元件316由于其线性膨胀系数而收缩或者燃烧室内压力变为负压时，可以适当的维持压力传递元件316与膜315和322之间的接触。
尽管图7中压力传递元件316是球形的，但它可以是任意形状的。燃烧室内部压力通过压力传递元件316和膜322从压力接收膜315传递到压力传感元件330。
该具有应变计功能的压力传感元件330可以是一个硅半导体芯片，其具有一扩散电阻元件的桥接电路等。
当膜322在压力作用下变形时，具有应变计功能的压力传感元件330也随之变形，并将其由于变形而产生的电阻值的改变被转化成一个电信号并输出该电信号。
金属管座320的膜322和压力传感元件330构成了一个可在压力作用下变形的变形单元。该变形单元决定了该压力检测装置100的基本性能。
金属管座320的材料必须结实且具有较低的热膨胀系数，因为金属管座320会暴露在高压下，且包括硅半导体等元件的压力传感元件330必须通过低熔点的玻璃固定到膜322上。
具体地，金属管座320可以由铁镍钴合金或者含有钛铌铝或钛铌淀积增强材料的铁镍合金制成，例如，沉淀硬化不锈钢。金属管座320可以通过压制、切割或冷锻制成。
如图6所示，一个带有一陶瓷板等元件的电路板340被设置在壳体310的本体311内。该电路板340被设置成可覆盖住管部分312的下开口。电路板340的外围通过胶粘或其它方式固定到壳体310上。
一个IC芯片342通过胶粘或类似方式固定在电路板340的上表面上，且在IC芯片342上设置一个电路以放大和调制从压力传感元件330输出的信号。
该电路板340和IC芯片342通过铝(Al)、金或类似材料的接合线344电连接。此外，压力传感元件330和电路板340通过一个接线元件350电连接。
图6和图7的接线元件350是一个柔性印刷电路板(FPC)，但也可以是一个导线或类似物。
该柔性印刷电路板350可以是一个上面铺设有例如铜等导体电路的聚亚胺树脂基板。如图6所示，该柔性印刷电路板350被放置成沿管部分312的纵方向延伸。
如图6所示，柔性印刷电路板350的上端351和下端352被弯曲。上弯曲端351通过焊接或其它方式与压力传感元件330电连接以及机械连接。具体地说，尽管图中未示，上弯曲端351的导电部分和压力传感元件330下表面上形成的焊点相连。
柔性印刷电路板350在上弯曲端351之下的部分穿过管部分312伸向电路板340。
该柔性印刷电路板350向下延伸穿过电路板340中的孔346，从而使其下弯曲端352置于电路板340的下表面之上。
柔性印刷电路板350的下弯曲端352通过焊接或类似方式与电路板340的下表面相连。
如图6所示，带有一终端361的连接器壳体360被置于电路板340之下。
连接器壳体360是由PPS(聚苯撑硫)树脂或类似物制成。终端361插入到连接器壳体360中，两个部件共同构成一个单元。该连接器壳体360作为一个连接器单元收取来自压力传感元件330的信号。
电路板340和终端361通过弹簧362连接。从而，压力传感元件330通过柔性印刷电路板350以及电路板340来和终端361电连接。
如图6所示，壳体310的本体部分311的底端314弯向连接器壳体360的一部分从而使它们固定在一起成为一个单元。
终端361可以通过电缆或类似物(未示出)与车辆的ECU或类似装置电连接。因而，该压力检测装置300可以向外界发送以及接收信号。
现在，通过图8A到8D来介绍该压力检测装置300的制造过程。图8示出了制造该压力检测装置300的过程，且主要是关于该压力传感元件330的焊接。
首先如图8A所示，将压力传递元件316放在金属管座320和压力接收膜315之间。具体地，将该压力传递元件316放在金属管座320之内，再将压力接收膜315放在金属管座320之上，从而使压力接收膜315盖住金属管座320的开口321。
接下来，当从压力接收膜315通过压力传递元件316向膜322施加一个负载时，将压力接收膜315焊接到金属管座320的凸缘323上。从而，将压力接收膜315和金属管座320连接到一起。
即，当分别从压力接收膜315和膜322向压力传递元件316施加一个向下的载荷和一个向上的载荷时，压力接收膜315的整个外周通过激光焊或类似方法焊接到凸缘323上。
这样，压力接收膜315、压力传递元件316和金属管座320就被组装成了一个单独的单元。然后，如图8B所示，将金属管座320与压力传感元件330进行装配。
具体来说，将低熔点的玻璃放在该膜322的下表面上，再将压力传感元件330放在玻璃上。然后，将玻璃烧熔以将压力传感元件330通过熔融态玻璃固定到膜322的下表面上。
接下来，如图8C所示，将柔性印刷电路板350的上弯曲端351通过焊接或类似方法连接到压力传感元件330上。
然后，如图8D所示，将柔性印刷电路板3 50插入管部分312中，且柔性印刷电路板的下弯曲端352插入到电路板340的孔346中。
接下来，柔性印刷电路板350的下端352被弯曲，且该下弯曲端352通过焊接连接到电路板340上。
下一步，将电路板340连接并固定到壳体310的本体311上。随后，将连接器壳体360装配到壳体310的本体311上，再将本体311的下端314弯向连接器壳体360一部分上。从而将壳体310和连接器壳体360连接到一起。
当连接器壳体360和壳体310连接到一起时，电路板340和终端361通过弹簧362电连接。这样如图6所示的压力检测装置300就完成了。
通过将外螺纹部分313螺纹接合到发动机气缸体的上述螺纹孔上来将该压力检测装置300安装到发动机气缸体上。
燃烧室内部压力作用在压力接收膜315上，如图6和7的箭头所示。该压力通过压力传递元件316传递到金属管座320的膜322上。该膜322在压力作用下变形，压力传感元件330将该变形转化成电信号以检测压力。
该电信号通过柔性印刷电路板350传递到给电路板340，并通过IC芯片342进行处理，且该处理过的信号通过终端361向外输出。
上述制造该压力检测装置300的过程的特征在于下述特点。
该特点是(i)该压力传递元件316被放在压力接收膜315和金属管座320之间，(ii)在该压力接收膜315通过压力传递元件316向金属管座320施加一个负载的同时将压力接收膜315焊接到金属管座320上，和(iii)该压力传感元件330固定到该金属管座320上。
因而，在将压力传感元件330固定到金属管座320上之前，在该压力接收膜315通过压力传递元件316向金属管座320施加一个负载的同时将压力接收膜315焊接到金属管座320上。
因此，适当地保证了压力传递元件316与压力接收膜315之间的接触以及压力传递元件316和金属管座320之间的接触。如果压力传递元件316由于其线性膨胀系数而收缩或者燃烧室内压力变为负压时，仍可以保持压力传递元件316与压力接收膜315之间以及压力传递元件316和金属管座320之间的接触。
此外，当该压力接收膜315通过压力传递元件316向金属管座320施加一个负载的同时将压力接收膜315焊接到金属管座320上时，该压力传感元件330还没有固定在金属管座320上。因此，压力传感元件330不会受到热损伤以及任何载荷。
因而，当将压力接收膜315焊接到金属管座320上时，就避免了使压力传感元件330受到热损伤以及暴露在可能引起偏差的负载下。
压力传递元件316可以和现有技术一样是杆形的。
在图6和7所示的球形压力传递元件316的情况下，压力传递元件316可以保证与压力接收膜315以及金属管座320的膜322稳定的点接触，并且可以减小压力传递元件316与膜315和322之间接触点的数量。
因此，压力传递元件与膜315和322之间接触条件的变化被保持为可控的，在每个接触点上都能保证稳定的接触条件，从而防止压力传递精度的下降。
与现有技术的杆状压力传递元件相比该球形压力传递元件316不易变形。这点非常有利于保证球形压力传递元件316与膜315和322之间的稳定接触条件。
图6和7所示的压力传递元件是一个理想球形，但其也可以是一个有某种程度变形的球，即椭圆球形或者橄榄球形。
该压力传递元件316可以是一个带有圆头端的柱形，其中圆头端与压力接收膜315以及金属管座320的膜322接触。
与现有技术相比，压力传感元件330放置在靠近压力接收膜315的位置上，以缩短压力传递元件316的长度。在该实施例中，压力传递元件316容纳在金属管座320内，前者和后者基本一样短。
这样由于长压力传递元件而易于发生的共振问题以及变形的问题都被避免了，这有利于改善压力传感元件330的特性以及压力检测装置300的敏感度。
图9是本发明第二实施例改进版的剖面示意图。
在图6和7所示的第二实施例中，金属管座320被设成作为一个支撑件，且将压力接收膜315焊接到金属管座320的凸缘323上。
在图9第二实施例的改进版中，金属管座320通过胶粘和焊接固定到一个直径类似于管部分312的管390的内侧，并且将压力接收膜315焊接到该管390上。压力传递元件316是圆柱形的。
该管390和金属管座320构成了一个支撑件。在将金属管座320固定到管390内侧之后，压力传递元件316被放在金属管座320和压力接收膜315之间，且在压力传递元件316上施加负载的同时将压力接收膜315焊接到管390上。
然后，压力传感元件330通过熔融态玻璃固定到金属管座320上，柔性印刷电路板350连接到压力传感元件330上，柔性印刷电路板350插入到管部分312中，且管390和管部分312接合到一起。
(其它实施例)该支撑件不限于上述金属管座320或上述金属管座320与管390的组件。
可以使用任意支撑件只要(i)其可以支撑压力传感元件330并将压力从压力传递元件316传递给压力传感元件330，和(ii)压力接收膜315可以焊接到其上。
压力传感元件330不是必需具备应变计的功能。可以使用任意压力传感元件只要其可以固定到金属管座320上并能根据压力传递元件316的压力输出一个信号。
此外，根据上述实施例，壳体310具有长的管部分312。由于管部分312的端部设有压力传感元件330、金属管座320和压力接收膜315，所以压力传感元件330和电路板340通过柔性印刷电路板350连接。
然而，压力传感元件330和电路板340在连接器单元的一侧之间的距离可以通过修整壳体的形状即减小管部分的长度或者去掉管部分来减小，从而压力传感元件330和电路板340可以通过接合线或类似物进行连接。
根据图6所示实施例，在壳体310内压力传感元件330和连接器单元360之间设有IC芯片342、电路板340以及各种电子连接器。然而，这部分的结构并不限于上述内容，其可以进行适当地改变。
本发明的主要内容在于在制造一个压力检测装置的方法中，(其中压力传感元件330被固定到支撑件320上且压力接收膜315焊接到该支撑件320上，同时压力传递元件316位于压力传感元件330和压力接收膜315之间)，压力传感元件330在焊接压力接收膜315之后被固定到支撑件320上，同时压力传递元件316放在支撑件320和压力接收膜315之间，且压力接收膜315通过压力传递元件316向支撑件320施加一个载荷。本发明的其它部分内容可以进行适当的变化。
此外，需要指出本发明的压力检测装置并不限于上述的燃烧压力(气缸压力)传感器。
权利要求
1.一种压力检测装置，其包括传感单元(20)，可根据压力输出信号，和杆状压力传递元件(80)，其一端设置在传感单元(20)上，另一端伸入并穿过发动机(200)的插入孔(201)中，从而可以通过该压力传递元件(80)将燃烧压力传递给传感单元(20)以检测该燃烧压力；其中，该压力传递元件(80)以发动机(200)的爆震频率共振，并且可基于该压力传递元件(80)的共振来检测该爆震频率。
2.根据权利要求1的压力检测装置，其特征在于，该压力传递元件(80)的至少一部分是空心的。
3.根据权利要求1或2的压力检测装置，其特征在于，在该压力传递元件(80)上制出有凹陷处以调节其重量。
4.一种制造压力检测装置的方法，包括将一个压力传感元件(330)固定到一个支撑件(320)上，将一个压力接收膜(315)焊接到支撑件(320)上，其中一个压力传递元件(316)设置在该压力传感元件(330)和压力接收膜(315)之间，该压力接收膜(315)接收一个压力，该压力通过压力传递元件(316)传给压力传感元件(330)以检测该压力，其中该压力传感元件(330)在将压力接收膜(315)焊接到支撑件(320)上之后再固定到该支撑件(320)上，同时该压力传递元件(316)被置于支撑件(320)和压力接收膜(315)之间，且压力接收膜(315)通过压力传递元件(316)向该支撑件(320)施加一个载荷。
全文摘要
一个杆状压力传递元件(80)的一端设置在传感单元(20)中，另一端伸入并穿过发动机(200)的插入孔(201)中。该杆状元件(80)的所述另一端所暴露在的燃烧压力通过压力传递元件(80)传递给传感单元(20)以检测该燃烧压力。该压力传递元件(80)以发动机(200)的爆震频率f
文档编号G01L9/04GK1707232SQ20051007657
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月10日 优先权日2004年6月11日
发明者小田辉夫, 丰田稻男 申请人:株式会社电装