用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器的制造方法
【專利摘要】一種用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，包括：集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊、殼體、基板、下墊片、上頂蓋、壓電單元，其特征在于所述集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊封裝在基板上，力傳感器的應(yīng)變片粘貼在殼體上，傳感器的外殼為圓柱形，基板安裝在外殼上端面的安裝槽內(nèi)，外殼的下端設(shè)有一下墊片，上頂蓋安裝在外殼的上端面之上，上頂蓋上設(shè)有用于安裝壓電單元的圓槽，集成多功能傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線發(fā)送給外圍接受設(shè)備。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)交通流、路況溫度濕度、路基受力、路基損失等多方面交通信息測(cè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)能量自管理和數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送，安裝容易，更換方便。
【專利說(shuō)明】用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器，特別涉及一種用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重視，我國(guó)對(duì)智能交通的建設(shè)，多參數(shù)傳感器在交通領(lǐng)域的應(yīng)用市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。多參數(shù)傳感器在工業(yè)控制，交通運(yùn)輸，物流管理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。而且多參數(shù)傳感器在智能交通中起著關(guān)鍵性作用。例如交通控制中需要了解道路的交通流量，便于采取相應(yīng)的管理措施。在道路監(jiān)測(cè)方面，了解路基的受力狀況、損傷情況可以對(duì)相應(yīng)的路段進(jìn)行壽命評(píng)估，以便于及時(shí)對(duì)道路進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。
[0003]在目前國(guó)內(nèi)將傳感器與交通結(jié)合的案例有很多，但是大多只是針對(duì)某一單個(gè)物理量的測(cè)量，例如地磅，ETC中的傳感器等。而且大多數(shù)都需要從外界提供電源和數(shù)據(jù)傳輸線，這些不利因素嚴(yán)重的影響了傳感器的應(yīng)用范圍和安裝，也嚴(yán)重阻礙了我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。能夠自供能量，而且便于安裝和檢修的多參數(shù)的傳感器克服了以上不利因素，將會(huì)在智能交通和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中得到重要應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器。
[0005]用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器用于測(cè)量道路的交通流量，路面溫度，路基受力狀況及道路損傷狀況監(jiān)測(cè)。這種用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器通過(guò)基于基板的封裝技術(shù)，將磁通量傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、力傳感器、信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路、校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路、SPI接口電路、CAN控制電路、數(shù)字控制電路、報(bào)警電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、無(wú)線接收發(fā)送器、電源、能量收集器、電源管理器通過(guò)封裝進(jìn)行集成。力傳感器與集成芯片進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)封裝集成。
[0006]本發(fā)明的用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器包括:集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊、殼體、基板、下墊片、上頂蓋、壓電單元，集成多功能傳感器模塊由力傳感器與磁通量傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器組成，信號(hào)控制及處理模塊由信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路、校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路、SPI接口電路、CAN控制電路、數(shù)字控制電路、報(bào)警電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、無(wú)線接收發(fā)送器、能量收集器組成，其特征在于所述集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊封裝在基板上，力傳感器的應(yīng)變片粘貼在殼體上，多參數(shù)組合傳感器的外殼為一薄壁圓柱形，在外殼的上端面設(shè)有一安裝集成多功能傳感器模塊的安裝槽，基板安裝在安裝槽內(nèi)，外殼的下端設(shè)有一下墊片，上頂蓋安裝在外殼的上端面之上，上頂蓋上設(shè)有用于安裝壓電單元的圓槽，集成多功能傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)連接導(dǎo)線傳遞給信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路和校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路，經(jīng)信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路和校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路處理后的數(shù)字信號(hào)，輸送到SPI接口電路和CAN控制器，經(jīng)無(wú)線接收發(fā)送器將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送給外圍接受設(shè)備。
[0007]所述多參數(shù)組合傳感器圓柱形外殼的薄壁上設(shè)有數(shù)個(gè)通孔及數(shù)個(gè)粘貼應(yīng)變片的槽，力傳感器的應(yīng)變片粘貼在槽內(nèi)，槽中填充有密封膠，力傳感器經(jīng)導(dǎo)線與信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路的輸入輸出端口連接。
[0008]所述上頂蓋設(shè)有均勻分布的用于安裝壓電單元的圓槽，圓槽內(nèi)設(shè)有一用于壓電單元與能量收集器的電路連接的通孔，上頂蓋的下表面邊緣設(shè)有一圈凸邊。
[0009]所述下墊片的邊緣凸起一圈起定位和保護(hù)作用的圓環(huán)。
[0010]所述集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊集成在一起，以芯片的形式被COB封裝在基板上，作為基板上芯片封裝的襯底為FR4材料或陶瓷襯底，集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊在基板的框架上成陣列分布，各傳感器和集成電路通過(guò)金凸點(diǎn)焊球與框架鏈接。
[0011]所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元與無(wú)線接收發(fā)送器連接，實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào)的無(wú)線發(fā)送與接收。
[0012]所述能量收集器與電源管理器互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)傳感器的能量管理與控制。
[0013]所述多參數(shù)傳感器被安裝在一路面的安裝孔內(nèi)，安裝孔處于需要收集交通流、監(jiān)測(cè)道路信息的路段路面上，孔徑及深度與多參數(shù)傳感器外殼相匹配，多參數(shù)傳感器的下墊片與安裝孔底相抵，上頂蓋與路面平齊，讓壓電單元能與車胎接觸。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)交通流、路況溫度濕度、路基受力、路基損失等多方面交通信息測(cè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)能量自管理和數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送，安裝容易，更換方便。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2本發(fā)明下墊片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3本發(fā)明安裝集成多功能傳感器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4本發(fā)明基板上集成芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5本發(fā)明的多參數(shù)組合傳感器結(jié)構(gòu)陣列分布框圖；
[0020]圖6本發(fā)明上頂蓋和壓電單元分布的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7本發(fā)明上頂蓋的反面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中:101下墊片、102殼體、103集成多參數(shù)組合傳感器封裝芯片、104上頂蓋、105壓電單元、201圓環(huán)、301橢形通孔、302肋柱、303應(yīng)變槽、304上端面、305安裝槽、401基板、402多功能傳感器模塊、403電源管理模塊、404信號(hào)控制及處理模塊、502磁通量傳感器、503溫度傳感器、504濕度傳感器、505超聲波傳感器、506力傳感器的輸入輸出接口、507電源、508電源管理器、509能量收集器、510CAN控制器、511SPI接口電路、512無(wú)線接收發(fā)送器、513數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、514校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路、515報(bào)警電路、516數(shù)字控制電路、517信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路、518數(shù)字處理電路、701通孔、702凸邊。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例:
[0024]參見1，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)由殼體102、集成多參數(shù)組合傳感器封裝芯片103、上頂蓋104和嵌入上頂蓋的壓電單元105、下墊片101組成。
[0025]參見圖2，用于調(diào)節(jié)多參數(shù)傳感器安裝的下墊片101，在邊緣凸起一圈起定位和保護(hù)作用的圓環(huán)201，對(duì)安裝完成后的多參數(shù)組合傳感器起定位和保護(hù)作用。
[0026]參見圖3，是整個(gè)傳感器的力傳感器部分，其作用是監(jiān)測(cè)道路上的載荷信息，為傳感器芯片提供安裝位置，支撐與保護(hù)傳感器芯片，是整個(gè)多參數(shù)傳感器的骨架部分。殼體的薄壁上開有數(shù)個(gè)通孔，這樣可以提高力傳感器的測(cè)量精度，亦可減輕整個(gè)多參數(shù)傳感器的重量。本實(shí)施例開有6個(gè)橢形通孔301，在肋柱302上加工出應(yīng)變槽303，力傳感器的應(yīng)變片粘貼其中，并做好密封防水的等保護(hù)措施。殼體的上端面304上加工有用于安放基板401的方形安裝槽305,大小與基板401相匹配?；?01安裝在方形安裝槽305內(nèi)。
[0027]參見圖4，經(jīng)COB封裝的集成多參數(shù)組合傳感器封裝芯片103，其組成部分為基板401、多功能傳感器模塊402，電源管理模塊403，信號(hào)控制及處理模塊404。基板上芯片封裝的襯底為FR4環(huán)氧玻纖布基板或陶瓷襯底，本實(shí)施例為FR4環(huán)氧玻纖布基板，集成多功能傳感器模塊402、信號(hào)控制及處理模塊404、電源管理模塊403在基板401的框架上成陣列分布，各傳感器和集成電路通過(guò)金凸點(diǎn)焊球與框架鏈接。
[0028]參見圖5，集成多功能傳感器模塊包括磁通量傳感器502、溫度傳感器503、濕度傳感器504、超聲波傳感器505、力傳感器的輸入輸出接口 506。信號(hào)控制及處理模塊包括CAN控制電路510、SPI接口電路511、無(wú)線接收發(fā)送器512、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元513、校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路514、報(bào)警電路515、數(shù)字控制電路516、信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路517。電源管理模塊包括電源管理器508、電源507和能量收集器509。能量收集器509將收集得到的能量和電源507提供的能量，通過(guò)電源管理器508調(diào)度分配給每一個(gè)傳感器單元和集成電路，保證各個(gè)單元正常工作。磁通量傳感器502、溫度傳感器503、濕度傳感器504、超聲波傳感器505、將采集得到的數(shù)據(jù)直接傳遞給信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路517和校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路514，力傳感器的應(yīng)變片通過(guò)基板上的力傳感器輸入輸出接口 505與信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路517和校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路514互聯(lián)。通過(guò)信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路517和校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路518處理后的數(shù)字信號(hào)，輸送到SPI接口電路511和CAN控制器510，交由無(wú)線接收發(fā)送器512、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元513。最后通過(guò)無(wú)線接收發(fā)送器512將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送給外圍接受設(shè)備。
[0029]參見圖6，上頂蓋104安裝在外殼的上端面之上，用于放置壓電單元105的圓槽均勻分布在上頂蓋104上，壓電單元105半球形凸起，充分與車胎受力，增大能量轉(zhuǎn)換效率。
[0030]圖7是上頂蓋的背面部分，圓槽內(nèi)設(shè)有一用于壓電單元與能量收集器的電路連接的通孔701，上頂蓋104的下表面邊緣設(shè)有一圈凸邊702。凸邊702起定位和保護(hù)作用。
[0031]多參數(shù)傳感器主要是針對(duì)智能交通中，測(cè)量道路的交通流量，路面溫度，路基受力狀況及道路損傷狀況監(jiān)測(cè)。主要安裝在需要檢測(cè)以上參數(shù)的交通路段或高速公路。安裝時(shí)將路面鉆出與傳感器外部尺寸大小相當(dāng)?shù)陌惭b孔，安裝孔的深度與多參數(shù)傳感器外殼相匹配，多參數(shù)傳感器的下墊片與安裝孔底相抵。要求路面與上頂蓋平齊，既可以保護(hù)路面有可以充分發(fā)揮傳感器的檢測(cè)功能，讓壓電單元能與車胎接觸。
【權(quán)利要求】
1.一種用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，包括:集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊、殼體、基板、下墊片、上頂蓋、壓電單元，集成多功能傳感器模塊由力傳感器與磁通量傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器組成，信號(hào)控制及處理模塊由信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路、校準(zhǔn)與數(shù)字處理電路、SPI接口電路、CAN控制電路、數(shù)字控制電路、報(bào)警電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、無(wú)線接收發(fā)送器、能量收集器組成，其特征在于所述集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊封裝在基板上，力傳感器的應(yīng)變片粘貼在殼體上，多參數(shù)組合傳感器的外殼為一薄壁圓柱形，在外殼的上端面設(shè)有一安裝集成多功能傳感器模塊的安裝槽，基板安裝在安裝槽內(nèi)，外殼的下端設(shè)有一下墊片，上頂蓋安裝在外殼的上端面之上，上頂蓋上設(shè)有用于安裝壓電單元的圓槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，其特征在于所述多參數(shù)組合傳感器圓柱形外殼的薄壁上設(shè)有數(shù)個(gè)通孔及數(shù)個(gè)粘貼應(yīng)變片的槽，力傳感器的應(yīng)變片粘貼在槽內(nèi)，槽中填充有密封膠，力傳感器經(jīng)導(dǎo)線與信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路的輸入輸出端口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，其特征在于所述上頂蓋設(shè)有均勻分布的用于安裝壓電單元的圓槽，圓槽內(nèi)設(shè)有一用于壓電單元與能量收集器的電路連接的通孔，上頂蓋的下表面邊緣設(shè)有一圈凸邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，其特征在于所述下墊片的邊緣凸起一圈起定位和保護(hù)作用的圓環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，其特征在于所述集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊集成在一起，以板上芯片封裝(COB)形式集成在基板上，作為基板上芯片封裝的襯底為環(huán)FR4環(huán)氧玻纖布基板或陶瓷襯底，集成多功能傳感器模塊、信號(hào)控制及處理模塊、電源管理模塊在基板框架上成陣列分布，各傳感器和集成電路通過(guò)金凸點(diǎn)焊球與基板框架鏈接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元與無(wú)線接收發(fā)送器連接，實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào)的無(wú)線發(fā)送與接收。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，其特征在于所述能量收集器與電源管理器互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)傳感器的能量管理與控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能交通的多參數(shù)組合傳感器，其特征在于所述多參數(shù)傳感器被安裝在一路面的安裝孔內(nèi)，安裝孔處于需要收集交通流、監(jiān)測(cè)道路信息的路段路面上，孔徑及深度與多參數(shù)傳感器外殼相匹配，多參數(shù)傳感器的下墊片與安裝孔底相抵，上頂蓋與路面平齊，讓壓電單元能與車胎接觸。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK104344851SQ201310329282
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】江浩, 付興銘, 劉勝, 王小平 申請(qǐng)人:無(wú)錫慧思頓科技有限公司, 武漢飛恩微電子有限公司