本发明专利技术涉及一种悬臂式多参量独立检测装置及检测方法，属于臂式传感器和检测方法。固定面选取的是车架的一个固定平面，底座和固定面通过螺栓一和螺栓二固定在一起，悬臂梁和底座固定连接，梁端磁体位于悬臂梁一端，且正对待测物，随动磁体和待测物通过结合层固定在一起，与梁端磁体相对。本发明专利技术结构新颖，安装简单，无需外部供电，节能环保，通过一套装置能独立准确检测三个待测物参量。
【技术实现步骤摘要】
一种悬臂式多参量独立检测装置及检测方法
本专利技术涉及一种悬臂式传感器和检测方法，特别涉及一种悬臂式待测物多参量独立检测装置和检测方法，尤指一种基于压电悬臂梁，通过梁端磁体和随动磁体的相互作用让压电悬臂梁产生响应，进而实现对待测物的转速，速度和形变(以及形变的衍生量，如，轮胎的压力或齿轮的内应力)的独立检测的传感器和检测方法。
技术介绍
新一代信息技术是国务院确定的七个战略性新兴产业之一，新一代信息技术分为六个方面，分别是下一代通信网络、物联网、三网融合、新型平板显示、高性能集成电路和以云计算为代表的高端软件。其中，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。而物联网的重要一环是智能传感器。在智能车和智能自动化无人机械加工设备中,传感器都是非常重要的,使车辆和机床能够感觉和与外界通信,因此他们可以安全地运行。直到今天,大量的传感器,如加速度计,ABS传感器,GPS,已经被广泛使用。以智能汽车为例，在所有的事故中,轮胎崩溃和超速是最常见的原因。因此,对高精度、可靠的轮胎信息传感器的需求越来越大。轮胎压力检测系统,也称为TPMS,由传感器单元、控制单元、电源单元和接口组成,其中最重要的部分是形变传感器。二十世纪八十年代初,TPMS首次被欧洲改装为豪华轿车。在1986年,TMPS是第一次使用在乘用车保时捷959。在1991年,通用手机使用TMPS来监测轮胎形变,并给出异常高和低形变警告。后来,从1996年到2000年,雷诺,标致和许多其他汽车制造商采用TPMS到各种大小的车辆。这一突破发生在2004年,当时倍耐力开发了一种可直接粘在轮胎上的TPM传感器。自2004年以来,世界各国都在制定有关TPMS的法规。例如,美国汽车工程师协会在2006年发布了国际TPMS标准ISO21750的轻型车辆和国际标准化组织的海运J2657标准。现在的轮胎形变检测系统主要有两种,直接tpms,放置在车轮凸台的表面上,并通过无线发射模块传递轮胎形变,和间接tpms,它使用车轮速度变化,因为轮胎半径变化,而形变变化和转速恒定。其中,直接TPMS是更准确的,因为它直接接触到轮胎。但它需要放在车轮,很难做任何修改后,传感部分建成。因此,更换传感器的电池很难。间接TPMS在放置和数据传输方面很方便，但它的缺点也是显而易见的，这是很难校准,并在很大程度上受到外部工作条件的影响。而且,当速度超过100公里/小时时,间接tpms无法分辨出形变变化造成的细微差异,使其不受直接tpms的影响。直接轮胎压力传感器可分为2种,由动力源决定。电池供电的轮胎形变传感器使用锂电池为传感器及其信号传输单元供电。大多数电池供电的轮胎压力传感器都使用压阻材料和电容。大多数压阻式轮胎压力传感器输出不稳定,受外界温度影响较大,功耗高。对于电容式轮胎压力传感器,它们通常利用硅膜形变引起的容量变化。因此，当车辆移动速度快时,它们对外部振动噪声非常敏感。而且，它们都需要使用惠斯通电桥来实现明显的输出。因此，它们的稳定性在很大程度上受桥电阻的限制,其功耗很高。因此，其输出不稳定，受外界温度影响较大，功耗高。自供电轮胎压力传感器通常使用磁性传感器和RF传感器，入美国专利US7,603,894B2和US2012/0000277A1。典型磁场传感器是霍尔效应传感器,用于测量与轮胎压力有关的永磁磁块的磁场变化，例如，RF传感器利用RLC串联电路的频率,与电容密切相关，可随轮胎压力改变。此外，还有一些新型胎压传感器，比如美国专利US6,854,335B1，利用螺旋结构检测气压，然而这种结构缺点很明显，智能检测阀门形变，而阀门形变在汽车运行过程中是不断变化的，难以实现准确检测。从上述简要介绍中可以看出,目前的间接轮胎压力传感器主要依赖于轮胎转速测量,因此精度较低。电池供电的直接轮胎压力传感器受限于电池的稳定性,它们需要放置在车轮凸台的表面上,因此很难更换电池,也可以很大程度上影响车辆的移动。至于自供电的，电池不是问题,但信号很容易受到噪音的影响，也很难安装在车辆上。同时也需要考虑检测点形变变化，应尽量让带检测点形变趋于恒定。同时，上述胎压检测传感器功能单一，只能检测胎压。在实际行驶过程中，轮胎的转速和线速度信息也至关重要，为了实现轮胎的智能化，乃至车的智能化，研发一款能同时针对轮胎转速、线速度和形变检测的传感器至关重要。因此,越来越需要开发一个安装简易、能实现自供电、能精确实现多种参量检测的轮胎压力传感器。同样的，在中国制造2025的趋势下，多参量独立检测装置在其他行业也有着很大应用前景，对传统机械零件智能化检测也是一个重要方面，如对齿轮的运行状态和应力的检测也逐渐成为社会关注的热点，是智能制造与新一代信息技术的重要一环。同时，为了立体地获取待测物的信息，更全面获取待测轮胎或者机械设备的运行参数，往往需要对多个参数进行同时获取。一般的方法是把不同检测装置进行简单的打包集成，但这样成本高昂，器件复杂，稳定性差，各种信号容易相互干扰。
技术实现思路
本专利技术提供一种悬臂式多参量独立检测装置及检测方法，以实现对轮胎、齿轮等关键部件的多参数立体化、独立化、无缘非接触化检测，在智能载具、非接触变形检测等领域有着极其重大的应用前景。本专利技术采取的技术方案是：包括固定面、底座、悬臂梁、梁端磁体、随动磁体，固定面选取的是车架的一个固定平面，底座和固定面通过螺栓一和螺栓二固定在一起，悬臂梁和底座固定连接，梁端磁体位于悬臂梁一端，且正对待测物，随动磁体和待测物通过结合层固定在一起，与梁端磁体相对；所述的固定面包括而不限于汽车或其他带检测载具、器件的车架，机身的任何一个合适的固定表面。所述悬臂梁是压电悬臂梁，悬臂梁主体上表面从上至下有依次溅射的正电极一、压电层一和负电极一，悬臂梁主体下表面从下至上有依次溅射的正电极二、压电层二和负电极二；所述磁体为能产生磁性的物体，包括而不限于永磁铁，通电线圈等能产生磁性的物体。所述随动磁体通过结合层与待测物结合在一起，结合方式包括而不限于物理粘接，机械结合。所述的梁端磁体和随动磁体磁极相对布置，且分别位于悬臂梁自由端和待测物侧表面。当待测物发生转动后，随动磁体和待测物一同旋转，周期性激励梁端磁体，进而改变悬臂梁的振动响应；胎压的变化会转换为磁体之间，悬臂梁长度方向距离变化。经过理论计算，输出的频率和转速正相关，输出信号的跨幅和待测物线速度正相关，幅值和胎压在一定范围内正相关。一种悬臂式多参量独立检测方法，包括下列步骤：(1)检测装置通过底座固定在固定面上，随动磁体固定在待测物上，随待测物运动，悬臂梁的正负电极用于采集压电层信号U,随动磁体和梁端磁体产生相对运动，位置变化转换为作用力的变化，并让悬臂梁产生形变，待测物周期运动，悬臂梁随之发生振动；(2)悬臂梁的振动让压电层产生电压输出，并触发检测系统，检测系统启动，采集压电层输出信号U；(3)信号通过信号处理系统，如计算机，单片机进行处理，得到信号的频率f、跨幅d、幅值A信息，本专利技术通过求解磁力作用下的检测装置的振动方程，首次发现待测物转速n和系统的输出信号U的频率f存在良好的线性关系，待测物线速度v和系统的输出信号U的跨幅d也存在良好的线性关系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种悬臂式多参量独立检测装置，其特征在于：包括固定面、底座、悬臂梁、梁端磁体、随动磁体，所述固定面选取的是车架的一个固定平面，底座和固定面通过螺栓一和螺栓二固定在一起，悬臂梁和底座固定连接，梁端磁体位于悬臂梁一端，且正对待测物，随动磁体和待测物通过结合层固定在一起，与梁端磁体相对。
【技术特征摘要】
1.一种悬臂式多参量独立检测装置，其特征在于：包括固定面、底座、悬臂梁、梁端磁体、随动磁体，所述固定面选取的是车架的一个固定平面，底座和固定面通过螺栓一和螺栓二固定在一起，悬臂梁和底座固定连接，梁端磁体位于悬臂梁一端，且正对待测物，随动磁体和待测物通过结合层固定在一起，与梁端磁体相对。2.根据权利要求1所述的一种悬臂式多参量独立检测装置，其特征在于：所述的固定面包括而不限于汽车或其他带检测载具、器件的车架，机身的任何一个合适的固定表面。3.根据权利要求1所述的一种悬臂式多参量独立检测装置，其特征在于：所述悬臂梁是压电悬臂梁，悬臂梁主体上表面从上至下有依次溅射的正电极一、压电层一和负电极一，悬臂梁主体下表面从下至上有依次溅射的正电极二、压电层二和负电极二。4.根据权利要求1所述的一种悬臂式多参量独立检测装置，其特征在于：所述梁端磁体或随动磁体为能产生磁性的物体，包括而不限于永磁铁，通电线圈等能产生磁性的物体。5.根据权利要求1所述的一种悬臂式多参量独立检测装置，其特征在于：所述随动磁体通过结合层与待测物结合在一起，结合方式包括而不限于物理粘接，机械结合。6.根据权利要求1所述的一种悬臂式多参量独立检测装置，其特征在于：所述的梁端磁体和随动磁体磁极相对布置，且分别位于悬臂梁自由端和待测物侧表面。7.一种悬臂式多参量独立检测方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)检测装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：王东方，万胜来，王昕，马文瑞，李文航，刘书溢，林源，杨旭，刘欣，殷志富，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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