专利名称：结合了表声波器件的压力监视器的制作方法
技术领域：
本发明涉及结合了表声波器件的压力监视器。
例如在我们的英国专利申请GB-A-2352814中建议了结合了表声波器件的压力监视器。表声波器件用于产生指示压敏元件例如隔膜的位置的电信号，其中隔膜用于将包含参考压力的腔与受到可变压力影响的腔分开。本发明涉及改进的这类压力监视器。
根据本发明的第一方面，压力监视器包括一具有刚性框架的底座；一固定在底座上的盖，该盖与底座限定基本不透流体的腔，至少盖的一部分是弹性的并且形成一个隔膜，该隔膜响应包围监视器流体压力的变化而挠曲；至少一个支撑在腔内的表声波器件；和远离框架边缘用于将隔膜的运动传递给表声波器件的装置，这样包围监视器区域内压力变化导致的隔膜运动会使表声波器件变形。
表声波器件可以是谐振器型的，在这种情况下可通过测量变形产生的共振频率变化来测量表声波器件的变形，表声波器件也可以是延迟线型的，在这种情况下可通过测量变形引起的延迟特性的变化来测量表声波器件的变形。相应地，可通过观察表声波器件特性的变化来确定监视器所受压力的变化。
在本发明的一个特别优选实施例中，表声波器件由框架支撑并沿由刚性框架和盖所封闭的腔的长度延伸。相应地，起隔膜作用的盖的挠曲导致表声波器件弯曲，从而导致表声波器件的输出发生变化。
最好提供具有不同共振频率的三个SAW谐振器，这样通过分析表声波器件之一的变形产生的频率偏移，就可获得由温度补偿的表声波器件变形指示并相应地获得隔膜的位移，以及表声波器件的温度指示。这三个表声波器件可位于共用基底的同一侧，或者两个表声波器件位于共用基底的一侧，而另一个位于共用基底的相反侧。作为另外一种选择，可以提供两个单独的基底，其中一个基底带有两个表声波器件(位于基底的同一侧或相反侧)，而另一个基底带有一个表声波器件，或者实际上可以提供三个单独的基底，每个基底带有一个表声波器件。如果提供了一个以上的基底，则可以这样布置，即一个SAW承受来自盖挠曲的应变，而另外两个表声波器件无应变地为压力和温度测量提供参考。
在本发明的优选实施例中，远离框架边缘用于将隔膜的运动传递给表声波器件的装置包括位于盖上的一个或多个凸起，这些凸起可压在表声波器件的基底上，但不能向表声波器件施加拉力。可通过在盖材料中形成的凹陷或借助固定在盖上的适当元件提供凸起或每个凸起。
在一个实施例中，该腔用参考压力密封。参考压力是这样选择的，即当装置位于其操作区域内时，包围装置的压力高于参考压力，其结果是隔膜向底座内挠曲并向表声波器件或表声波器件之一施加力。
最好底座是陶瓷或金属底座，盖固定在该底座上。
在本发明的一个实施例中，一个单侧表声波器件安装成正面朝下地由底座支撑，隔膜凸起从背面压在该表声波器件上，第二基底安装在无应变区域并带有两个参考表声波器件(一个用于压力测量，一个用于温度测量)。根据本发明的其它实施例，使用了一个双侧表声波器件，用于检测由两个凸起传递的压力，一个参考表声波器件安装在腔内无应变位置以提供温度参考信息。
根据本发明的第二方面，压力监视器包括一个具有刚性框架的底座；一个起隔膜作用的盖，该盖固定在刚性框架上用于与底座限定基本不透流体的腔，隔膜中形成有至少一个压痕以限定至少一个凸出到腔内的脊状物；和至少一个安装在腔内并固定在脊状物上的表声波器件。
最好盖中形成至少两个凹痕以形成两个相应的脊状物，表声波器件的基底附着在这些脊状物上。最好表声波器件或每个表声波器件通过粘结法，例如焊接固定在盖上。
最好提供至少两个表声波器件，这样可进行由温度补偿的压力测量。两个表声波器件可分别安装在两个基底的一侧上，或者一个基底的相反侧上。如果提供两个基底，盖最好包括三个凹痕，借此两个基底可分别沿一个边缘由共用的脊状物支撑，而沿相反的边缘由各自的脊状物支撑。最好基底沿盖并排延伸。
为提供希望的由温度补偿的压力变化指示，最好设有两个表声波器件，盖的运动使一个表声波器件受压缩变形，使另一个表声波器件受拉伸变形。这些表声波器件可安装在共用基底的相反侧上，或者安装在单独的基底上。如果使用单独的基底，它们应该这样布置，即一个表声波器件进行压缩变形、另一个表声波器件进行拉伸变形同时发生。
最好起隔膜作为的盖是用金属合金做的，例如铁，钴，镍合金。例如盖可以是科瓦铁镍钴合金。底座最好是金属合金(例如科瓦铁镍钴合金)，但可以是任何适当的材料，例如陶瓷材料。
下面参考附图仅通过实例描述本发明的优选实施例，这样可以对本发明进行更好的理解，其中
图1A是在上盖之前的本发明第一实施例的示意性平面图；图1B是盖就位时，沿图1A的线1B-1B的本发明第一实施例示意性横截面示图；图2A是对应图1A，但展示本发明第二实施例的示意性示图；图2B是盖就位时，沿图2A的线2B-2B的本发明第二实施例示意性横截面示图；图3A是对应图1A，但展示本发明第三实施例的示意性示图；图3B是盖就位时，沿图3A的线3B-3B的本发明第三实施例示意性横截面示图；图4A是展示本发明第四实施例的示意性平面图；图4B是沿图4A的线4B-4B的本发明第四实施例示意性横截面示图。
首先参考图1A和1B，这时示意性地示出了压力监视器1，其包括底座2，底座2具有刚性框架3A和刚性底座3B，刚性框架和底座一起限定浅矩形容器4。容器4可由适当的材料形成，在本发明的优选实施例中是由金属材料形成的，例如科瓦铁镍钴合金。容器4的开口端上固定一个盖5，盖5具有起隔膜作用的主表面5A。盖可用任何适当的材料制造，例如科瓦铁镍钴合金。制造底座的材料和制造起隔膜作用的盖的材料最好都是不透气的，并且盖和底座之间的密封最好也是不透气的。盖和底座之间的密封可用任何方便的方法形成。如果盖和底座都是用适当的金属合金制造的，则它们之间的密封可通过焊接方法实现。当起隔膜作用的盖5固定在底座4上时，盖和底座就限定了密封的腔6。腔6内包含的绝对压力是在制造时根据装置感测的压力环境确定的。如果，例如，装置用于监视车辆轮胎内的压力，则它通常在压力为两到十巴的区域内工作，在这种情况下，密封在腔6内的压力可以例如在20℃时为一巴。作为另外一种选择方案，在腔6内可以密封真空以提供绝对压力读数。
一个单个基底7安装在腔6内，基底上安装了三个表声波器件X，Y，Z以提供由温度补偿的压力和温度监视输出。表声波器件可以例如是具有不同共振频率的SAW谐振器，这样可以利用现有的传统表声波器件查询技术确定各个表声波器件的共振频率变化。
基底7由底座2支撑，为了方便，可以通过弹性粘接剂固定在底座上。如果使用粘接剂将基底固定就位，则粘接剂的弹性应该是这样的，即当在盖5上一体形成的或固定在盖5上的凸起10作用在基底7上时，基底7的端部区域8，9可自由移动。因此，即使由于隔膜的运动而使中心区域产生应变时，端部区域8，9也基本无应变。
通过在盖材料中压出的凹痕，在主表面5A的中心处为盖5提供凸起10。凸起10的位置在图1A中以虚线示出。凸起10能够在基底中心施加向下的力(如图1B中所示)，但不能向端部8，9施加力。
为了接收激励信号并发射从每个表声波器件的响应信号，为每个表声波器件X，Y，Z提供适当的天线。天线可位于容器4的外部，在这种情况下，必须提供穿过容器4材料的适当的电连接。作为另外一种选择，还可以把天线放到下面作为容器4内表面上或基底7未被表声波器件本身占用的适当区域上的轨道。
在使用中，上述压力监视器置于其要监视压力的区域内。压力监视器是根据其要感测的压力来选择的，特别是密封在腔6内的绝对压力应这样选择，即在压力监视器所感测的区域中主要的压力使隔膜向底座3B挠曲。隔膜的这种挠曲使基底7仅在框架3A的边缘11，12之间发生弯曲，从而使中心的表声波器件Y的共振频率发生变化。可通过已知的技术确定表声波器件共振频率来校准监视装置。
如果包围装置的区域中压力有变化，就会使起隔膜作用的盖5产生运动。压力的增加使隔膜向底座3B的方向运动，压力的减少使隔膜向远离底座3B的方向运动。每种变化都会使基底7的弯曲产生变化，从而使中心的表声波器件Y的共振频率发生变化。通过监视表声波器件共振频率的变化，就可提供压力变化的指示。装置可以，例如，位于车辆轮胎中以提供车辆轮胎压力降低的远程显示。
图1的实施例的特别可取之处在于提供了一个基底7，从而相应地可仅在一个表面上提供表声波器件。
注意到本发明的上述实施例制造特别简单，并且基本上仅包括四个元件，即底座2，基底7(带有其相关的表声波器件)，盖5和适当的天线(未示出)。这些组件可在工厂条件下通过简单且合乎逻辑的步骤装配，即天线可作为底座2上的适当轨道安装并连接到天线上，最后盖5可固定在底座上以完成单元。对于在例如监视车辆轮胎内压力这种较低成本应用中使用的大量生产的单元来说，简单的装配技术提供了相当大的实际应用优点。单元一旦制造出来就是完全独立的，仅需要固定就位。工厂环境中的半熟练或不熟练的工作者就能将单元固定就位。
在图2的第二实施例中，代替图1的单个基底7，提供了两个基底20，21，并且在下部不发生应变的基底21上提供了至少两个表声波器件。在其它方面，图2实施例操作中的部件与图1实施例的基本相同。和图1实施例中的情况一样，可方便地通过弹性粘接剂将基底20，21固定就位。
在第三实施例中(图3)，提供了两个基底30，31，并且在上面发生应变的基底30的相对侧上提供了两个表声波器件。在其它方面，图3实施例操作中的部件与图1实施例的基本相同。
现在参考图4，这里示出了本发明的另一个实施例。和图1-3中实施例的情况一样，该装置包括一个陶瓷或金属材料制造的容器4。容器4包括一个刚性框架3A和底座B。容器的开口由盖5封闭，盖5起隔膜作用以限定密封的腔6。在该实施例情况下，用于检测隔膜5挠曲变化的一个表声波器件基底40固定在隔膜本身上。为此，在隔膜上设置了压制的压痕42，43。压痕42，43限定位于腔6内的脊状物，基底40例如通过焊接固定在这些脊状物上。基底40上安装有一个或多个表声波器件。另一个基底41安装在腔6的不发生应变区域上。该技术领域的普通技术人员会明白，需要至少两个表声波器件以提供由温度补偿的压力指示，而且需要三个表声波器件以提供压力和温度监视能力。
在图4实施例情况下，由压力变化引起的起隔膜作用的盖5的变形会直接导致基底40的变形，从而导致安装在基底上的表声波器件共振频率发生变化。表声波器件的天线可通过任何方便的方法提供，例如在容器4表面上设置的导电轨道，或者与穿过容器4的外部天线的电连接。
权利要求
1.一个压力监视器，包括一个具有刚性框架的底座；一个固定在底座上的盖，该盖与底座限定基本不透流体的腔，至少盖的一部分是弹性的并且形成一个隔膜，该隔膜响应包围监视器流体压力的变化而挠曲；至少一个支撑在腔内的表声波器件；和远离框架边缘用于将隔膜的运动传递给表声波器件的装置，这样包围监视器区域内压力变化导致的隔膜运动会使表声波器件变形。
2.根据权利要求1中所述的压力监视器，其特征在于，表声波器件包括安装在一个基底上的表面元件，除其承受由隔膜运动引起的变形的区域外，基底具有至少一个不承受由隔膜运动产生的变形的其它区域，在该其它区域上安装有至少另一组表面元件以形成至少一个另外的表声波器件，以向监视器输出提供由温度补偿。
3.根据权利要求1或2中所述的压力监视器，其特征在于，设有三个表声波器件，借此监视器提供由温度补偿的压力变化指示，以及监视器温度指示。
4.根据任一前述权利要求所述的压力监视器，其特征在于，用于向表声波器件传递隔膜运动的装置包括从盖的主表面延伸出的凸起。
5.根据权利要求4中所述的压力监视器，其特征在于，凸起是通过使盖材料变形形成的。
6.根据任一前述权利要求所述的压力监视器，其特征在于，至少一个向表声波器件提供无线电通信的天线安装在底座的一个表面上。
7.根据任一前述权利要求所述的压力监视器，其特征在于，盖是用金属或金属合金制造的，并通过焊接固定在底座上。
8.根据任一前述权利要求所述的压力监视器，其特征在于，腔是密封的，并且包含预定绝对压力下的气体。
9.根据任一前述权利要求所述的压力监视器，包含在多个基底上设置的多个表声波器件，至少基底之一以这样的方式固定在底座上，即不承受由隔膜运动产生的变形。
10.根据任一前述权利要求所述的压力监视器，其特征在于，至少一个表声波器件的基底通过弹性粘接剂固定在底座上。
11.一个压力监视器，包括一具有刚性框架的底座；一个起隔膜作用的盖，该盖固定在刚性框架上，与底座限定基本不透流体的腔，隔膜中形成有至少一个压痕以限定至少一个凸出到腔内的脊状物；和至少一个安装在腔内并固定在脊状物上的表声波器件。
全文摘要
一个压力监视装置包括一个刚性底座(2)，一个盖(5)固定在该底座上以限定密封的腔(6)。盖(5)是用弹性金属材料做的，并且盖的主表面(5A)形成一个隔膜，该隔膜响应包围监视器的压力的变化而挠曲。上面安装有多个表声波器件的基底(7)支撑在底座的刚性框架(3A)上，这样基底的中心区域在边缘(11，12)之间不受支撑。在盖(5)中形成有一个凹窝(10)，该凹窝压在基底(7)的中心区域上。压力的变化会相应地引起基底中心区域的变形。基底(7)的端部区域(8，9)带有另外的表声波器件，这样通过分析所有SAW特性的变化，就可通过查询表声波器件提供由温度补偿的压力变化指示，以及绝对温度指示。底座(2)和盖(5)最好都用金属合金制做并可通过焊接固定在一起。与表声波器件相关的天线可作为底座(2)表面上的轨道安装。
文档编号G01L9/00GK1479862SQ0182035
公开日2004年3月3日 申请日期2001年10月10日 优先权日2000年10月10日
发明者G·M·弗雷克斯, D·D·G·维勒, V·A·卡利宁, J·P·贝克利, A·J·莱, G M 弗雷克斯, G 维勒, 卡利宁, 莱, 贝克利 申请人:传感技术有限公司