具有无线微米和纳米传感器系统的弹性体技术方案

一种传感器系统，用于从包括至少一个无线传感器的弹性体获取数据。传感器是长度级从纳米至微米级范围内的装置，也就是说足够小以避免成为弹性体内部的阻塞物。弹性体可以包括嵌入弹性体材料之一内部的传感器、构建至弹性体中的传感器层，和设置在弹性体组件中或嵌入组件内部的绳型传感器。传感器可以配置成提供与温度、压力、侧壁挠曲、应力、应变及其它参数之中的一个或多个有关的数据。传感器可以是LCD传感器，和/或导电聚合物传感器，和/或生物聚合物传感器和/或聚合物二极管，用于感测在轮胎运行期间的数据。使用由轮胎产生的能量的电力电路可以为传感器提供电力。

【技术实现步骤摘要】

本申请的示例性实施方式涉及具有一体式传感器系统的弹性体。尤其涉及一种兼具可检测其物理和机械性能的具有嵌入式传感器的弹性体，并在下文中将具体结合车辆轮胎进行描述。然而，可以理解本申请的示例性实施方式还适用于其它类似应用，包括监测其他弹性体(例如能承受作用力的弹性体)的参数。2.
技术介绍
弹性体(例如空气弹簧和车辆轮胎)在使用期间经常受到各种各样的内外作用力。被粘弹性物质承受作用力后的结果可以通过温度、热量显示出来，可以通过热量损失的有用功来测量。轮胎被设计成能反复承受内外作用力以及在各种负载和内压的操作范围内产生的温度。当弹性体经受的条件超出这一操作范围时，弹性体的性能就会降低。例如，在一些情形下，被不适当使用的车辆轮胎可以包含能够在使用期间(例如反复周期性变形) 使其承受过度剪切力的细件。这些内力产生热量，这些热量将使轮胎内部温度上升。过热轮胎的细件可以最终毁坏和改变轮胎的性能。没有充气到工作条件所需压力的轮胎也可能产生过热现象，并可能最终遭受与热量相关的磨损，这些磨损可以降低它们的运行寿命。在车辆致力于执行工作任务，例如在采矿作业中的拉煤或在公路上运送货物的某些情况下， 降低轮胎寿命的冲击力能够对其工作任务产生不利影响，造成生产能力的损失和营运成本的增高。当今车辆还包括主动控制式悬架和制动系统。这些系统能推算或设定出有关轮胎和路面之间关系的数据。车辆制造商期望一种能够从轮胎中获得可测实时技术数据的系统，从而使这些数据可以用于主动控制车辆的运行。因此期望感测轮胎和轮胎组件经受到的参数，例如作用力(包括应力和应变)、温度、振动，以及其它可提供与轮胎状态及其组件相关的有用信息的条件。
技术实现思路
本专利技术提供一种传感器系统，其借助于设置于弹性体内部或连接到弹性体上的传感器从弹性体获得数据。这种传感器系统通过无线通讯获得数据。所述传感器为微米级或纳米级的传感器，它们足够小以便能够嵌入弹性体内部。这种传感器可以与弹性体材料结合配置以使其足够小，从而能够避免成为弹性体材料的阻塞物。在一种结构中，本专利技术提供了一种弹性体，其具有至少一个或者多个嵌入弹性体内部的传感器。这个传感器或这些传感器在尺寸上为微米级或者纳米级的传感器。至少多个传感器被配置成能够向读取器提供无线信号，从而提供所述弹性体的物理性能数据或者技术条件数据。在一种结构中，在所述弹性体组件的整个材料中都嵌入多个传感器。另一种结构中，在构成弹性体的传感器层中提供传感器。在一种进一步的结构中，采用嵌入弹性体的材料内部的多个传感器串列。在另一种结构中，本专利技术提供了一种轮胎，其具有多个嵌入轮胎内部的传感器。轮胎可以是实心轮胎、充气轮胎，或者免充气轮胎。这些传感器在尺寸上为微米级和纳米级传感器。至少多个传感器被配置成能够向读取器提供无线信号，从而提供所述轮胎的物理性能数据或者技术条件数据。在一种结构中，在所述轮胎组件的整个材料中都嵌入多个传感器。另一种结构中，在构成轮胎的传感器层中提供传感器。在一种进一步的结构中，采用嵌入轮胎组件内部或者作为轮胎组件一部分的多个传感器串列。在一种进一步的结构中，本专利技术提供一种具有多个传感器的弹性体，所述多个传感器配置成根据所达到的阈值改变它们的结构。在一种实施方式中，所述阈值是基于温度的。其它阈值包括应力、应变和振动。读取器被编程以寻找在改变传感器结构方面的改变。 对传感器结构的示例性改变包括传感器激励、去激励、改变传输频率，或者改变在两次传输之间的时间。一种所述弹性体的示例性实施方式是轮胎，尤其是充气轮胎。本专利技术的另一种结构提供了一种电路，该电路从弹性体自身产生的能量中为传感器提供电能。附图说明图1为示例出根据本专利技术的监测系统的框图。图IA为具有主动悬架系统的车辆的视图，该主动悬架系统包括本专利技术的监测系统以向悬架系统提供数据。图2为轮胎的部分放大断面图，该轮胎具有多个设置在带束层端部上的传感器。图3为轮胎的一部分的放大断面图，该轮胎具有多个嵌入示例性轮胎组件材料中的传感器。图4为轮胎的一部分的放大断面图，该轮胎具有设置在内衬和胎体帘布层之间的传感器层。图5为轮胎的一部分的放大断面图，该轮胎具有设置在胎体帘布层和带束层组件之间的传感器层。在本说明书中，相同的附图标记标引同样的部件。附图仅做示意性或图解性的说明。附图不允许被测量，以及选择用于附图的剖面线也并不表示对材料的限制。具体实施例方式参见图1，用于轮胎102的遥控式传感系统通常用100来表示。传感系统100包括一个或多个附着于和/或嵌入轮胎102的无线传感器104，用于感测各种参数，包括但不限于温度、压力、气压、应力、应变、振动、化学作用，以及其它参数。传感系统100获得有用的数据，用于监测轮胎性能或者特性，包括但不限于胎面磨损、轮胎气压、轮胎温度和侧壁挠曲。轮胎102中的不一致性还可以得到监测和/或发现，例如膨胀、刺穿、纤维或帘线断裂。其它不规则性也可以以这样的方式确定，例如由于不规则胎面磨耗或者接地印痕变化引起的车辆悬架异常。尽管此处描述的实施例是以充气车辆轮胎为参照，也应该能够理解其它轮胎(例如免充气和实心轮胎)以及其它弹性体(包括空气弹簧、传送带、护顶材料，体育用品等等) 也可以采用具有类似结构和执行过程的传感系统进行监测。无线传感器104向数据收集装置106提供感测数据，数据收集装置亦称读取器或者数据获取电路，其被设置于距离传感器较远处。数据收集装置106可以安装在轮胎102之中或之上、车辆之中或之上，或者距离二者的远处比如在测试站台设施上。无线传感器104 以电磁传感器信号的形式提供数据，这些信号可以被数据收集装置106以无线方式读取， 由此在它们之间避免了对物理连接的需要。在传感器104和收集装置106之间的无线通信， 由112所示，在将传感器安装至轮胎上或将传感器嵌入轮胎之内时提供了很大的通用性。数据收集装置106可以包括天线108，用于以电磁辐射的形式接收感测数据，比如在下文中将以无线电波输送为例进一步详细描述。单个收集装置106，或者多个收集装置可用于收集由无线传感器104感测到的数据。也可以使用继电机构，其中继电机构从弹性体收集数据，并向收集装置106转送数据。可以使用多个继电器。在一种结构中，继电器可以设置在车轮中或靠近车轮设置，而收集装置则由车辆承载或设置在固定位置处。数据处理器110可以与数据收集装置106连接，用于处理感测数据以合成与受监控轮胎的性能有关的信息。数据处理器110可以是计算装置，包括但不限于专用处理器、常规计算机(例如个人电脑或者膝上型电脑)，或其它已知的电子设备，用于收集和处理从无线传感器中获得的信号。一个或更多的收集装置106可以与一个或多个中央处理装置110 分开或集成在一起。如果需要的话，数据收集装置106和数据处理器110可以设置在车辆之上或之中， 以提供感测数据并处理与轮胎或车辆有关的实时测定数据。另外地，包括这些装置106和 110的试验台可以用于在轮胎测试期间提供数据。传感器104可以是非硅基的，例如LCD传感器、导电聚合物传感器，或者生物聚合物传感器。传感器104还可以是聚合物二极管，其具有可以在低频区提供数据的优点。低频能够使传感器输出穿过更厚的介质，并且这种传感器类型可嵌入更大范围的轮胎材料中， 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种充气轮胎，其包括：一对胎圈环；在所述胎圈环之间延伸的胎体帘线层；设置在所述胎体帘线层之内的内衬层；设置在所述胎体帘线层之外的带束层；设置在所述胎体帘线层之外的一对侧壁；以及传感器层，其包括多个微米级或更小尺寸的传感器，每个传感器提供与轮胎的一个或多个物理特性相关的无线信号数据。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·伦塞尔，P·威尔逊，F·梅拉特，
申请(专利权)人：普利司通美国轮胎运营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US