專利名稱：機(jī)械電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前言所述的機(jī)械電子裝置。
背景技術(shù)：
所考慮的普通類型的機(jī)械電子裝置可從EP 1180602A1中了解到，其中描述了一種帶有電子元件箱的控制閥裝置，該電子元件箱含有用來安裝電子元件的印刷電路板，并可與外部母線相連接?？蓪⒁粋€(gè)或多個(gè)電磁閥插接到電子元件箱上并因而實(shí)現(xiàn)電接觸。來自母線的電控信號(hào)經(jīng)由電子裝置處理并配送給相關(guān)的閥。該已有的控制閥裝置并無任何傳感器。
從DE 100 49 958 A1中還可得到一種流體裝置以及閥門陣列及其致動(dòng)器。該相連的致動(dòng)器設(shè)有帶有活塞的工作缸，該活塞的位置可通過位移傳感器或限位開關(guān)來檢測。傳感器的輸出信號(hào)可有選擇地用金屬導(dǎo)線或無線的方式來傳輸。在無線通信的情況下，這些傳感器構(gòu)成為脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器。
在機(jī)械電子裝置中，尤其是在那些帶有電磁閥的裝置中，經(jīng)常需傳感一個(gè)或多個(gè)壓力并在相關(guān)的系統(tǒng)電子元件中對這些壓力進(jìn)行加工處理，這些系統(tǒng)電子元件可容納在一公共罩殼中(EP 1 152 231 A2)。為此目的而將適宜的壓力傳感器安設(shè)到這些裝置中。這些壓力傳感器必須密封地與相關(guān)的壓力管道連通，并固定成可檢測出壓力。此外，還必須在壓力傳感器和系統(tǒng)電子元件之間建立電連接(通常是三線類型的)。
這就隱含著某些可靠性方面的危險(xiǎn)性。例如，溫度波動(dòng)以及與壓力波動(dòng)相結(jié)合在一起的傳感器固定的彈性有可能會(huì)造成壓力傳感器相對于機(jī)械電子裝置或系統(tǒng)電子元件的其它部分的移動(dòng)。結(jié)果，其電接頭會(huì)經(jīng)受到不可接受的機(jī)械應(yīng)力。例如，其觸頭會(huì)因摩耗而受損，粘結(jié)接頭會(huì)因疲勞而裂開，且焊接接頭也會(huì)疲勞，并因此形成間斷接觸。
另外，氣壓或液壓管道的接口也會(huì)有所泄漏。
此外，這些電接頭還常常會(huì)對生產(chǎn)工藝造成阻礙或使其復(fù)雜化，例如由于必須進(jìn)行額外的焊接工藝。最后，機(jī)械電子裝置的周圍環(huán)境，尤其是如果它是安裝在機(jī)動(dòng)車輛中的話，常常是暴露在由無線電波所引起的電干擾影響之中。這就會(huì)對信號(hào)傳送起到不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于要在機(jī)械電子裝置中、尤其是帶有包括傳感器在內(nèi)的內(nèi)藏式電子裝置的閥中實(shí)現(xiàn)特別是傳感器信號(hào)無干擾的通信。
本目的可通過在權(quán)利要求1的主體中詳細(xì)說明的本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求詳細(xì)說明了那些簡便合宜的改進(jìn)。
本發(fā)明通過將傳感器模塊直接設(shè)置在壓力傳送管道內(nèi)或與其連通的空腔內(nèi)而無需特殊密封和電接頭，并通過采用無線電技術(shù)或發(fā)光元件(或稱為LED)的無線傳輸技術(shù)在機(jī)械電子裝置罩殼內(nèi)作短距離的數(shù)據(jù)傳輸，就可實(shí)現(xiàn)提高工作的可靠性。結(jié)果，上述的電接點(diǎn)對因溫度波動(dòng)而引起的長度變化的敏感性也不再存在了。此外，還無需進(jìn)行連接傳感器模塊的額外的焊接作業(yè)。可免除用在傳感器和罩殼壁之間界面處的、復(fù)雜的氣壓或液壓密封件。最后，在采用發(fā)光元件時(shí)，數(shù)據(jù)鏈對有干涉作用的無線電波的敏感性也消除了。
對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人而言，本發(fā)明所用的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳輸技術(shù)或無線電技術(shù)是已從采用種種方法的不同實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中有所了解的。
一種已知的方法是脈沖轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。藉助于這種方法，例如，就可從車身中不接觸地測量出車輛輪胎的輪胎壓力(DE 199 24 830A1)。為些目的就無需有電池來對輪胎中的傳感器提供電力。
作為一個(gè)例子，傳輸可如下地進(jìn)行首先將所要的信號(hào)(振蕩信號(hào))向外部發(fā)送，從而激發(fā)傳感器中的隨壓力而變化的振蕩電路，然后它很快就返回相應(yīng)的隨壓力變化的模擬信號(hào)。由于脈沖轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用穩(wěn)定地增加，可以預(yù)期到所需模塊(收發(fā)信機(jī))的成本將會(huì)下降。
另一種已知的方法是藍(lán)牙技術(shù)。從標(biāo)題為“藍(lán)牙-頻率能源載波”(Bluetooth-frequcncy erergy carners)(“Auto & Eldktronik”2000年第1期)中也可得到一種用于監(jiān)測輪胎壓力的方法，其中，壓力信號(hào)和供給壓力傳感器的能量都是采用藍(lán)牙技術(shù)通過無線電波來無線傳輸?shù)摹?br> 通過根據(jù)本發(fā)明所進(jìn)一步提出的、采用光來傳輸數(shù)據(jù)，就可實(shí)現(xiàn)高的傳送可靠性。這在特別暴露在諸如在機(jī)動(dòng)車輛中的有干涉輻射的周圍環(huán)境中時(shí)，尤為確實(shí)。


以下將參見附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，在這些附圖中圖1是帶有電磁閥、電子控制單元和安設(shè)在壓力傳送管道中的傳感器模塊的機(jī)械電子裝置的簡圖，圖2是電子電印刷電路板高度處穿過圖1的機(jī)械電子裝置的一剖視圖，圖3是穿過圖1帶有輸入和輸出閥以及壓力口的機(jī)械電子裝置的另一剖視圖，圖4是穿過圖1帶有輸入和輸出閥以及電子控制單元的機(jī)械電子裝置的又一剖視圖，圖5是在電子控制單元和傳感器模塊之間傳輸能量和數(shù)據(jù)的簡圖，圖6是穿過帶有與兩個(gè)傳感器模塊相結(jié)合的兩個(gè)讀數(shù)站的電子單元的剖視圖，圖7是穿過帶有與兩個(gè)傳感器模塊相結(jié)合的一個(gè)公共讀數(shù)站的電子單元的剖視圖，圖8是穿過帶有一個(gè)讀數(shù)站和僅僅部分地位于壓力傳送管道中的傳感器模塊的電子單元的剖視圖，圖9是穿過帶有一個(gè)被夾緊在位的傳感器模塊的壓力傳送管道的剖視圖，圖10是穿過帶有一個(gè)被粘結(jié)在位的傳感器模塊的壓力傳送管道的剖視圖，圖11是穿過帶有兩個(gè)被螺旋旋入在位的傳感器模塊的壓力傳送管道的剖視圖，圖12是帶有電磁閥、電子控制單元和安設(shè)在壓力傳送管道中的傳感器的機(jī)械電子裝置的另一簡圖，圖13是在電子印刷電路板高度處穿過圖12的機(jī)械電子裝置的剖視圖，圖14是穿過圖12帶有輸入和輸出閥以及壓力口的機(jī)械電子裝置的另一剖視圖，圖15是穿過圖12帶有輸入和輸出閥以及電子控制單元的機(jī)械電子裝置的又一剖視圖，圖16a是在電子控制單元和壓力傳感器模塊之間傳輸能量和數(shù)據(jù)的簡圖，圖16b是在電子控制單元和帶有兩個(gè)讀數(shù)站的兩個(gè)壓力傳感器模塊之間傳輸能量和數(shù)據(jù)的簡圖，
圖16c是在電子控制單元和帶有一個(gè)公共讀數(shù)站的兩個(gè)傳感器模塊之間傳輸能量和數(shù)據(jù)的簡圖，圖17是穿過帶有與兩個(gè)傳感器模塊相結(jié)合的兩個(gè)讀數(shù)站的電子單元的剖視圖，圖18是穿過帶有與兩個(gè)傳感器模塊相結(jié)合的兩個(gè)讀數(shù)站的電子單元的剖視圖，以及圖19是穿過帶有與一個(gè)讀數(shù)站和僅僅部分地位于壓力傳送管道中傳感器模塊的電子單元的剖視圖，圖20是穿過帶有一個(gè)被夾緊在位的傳感器模塊的壓力傳送管道的剖視圖，圖21是穿過帶有一個(gè)被粘接在位的傳感器模塊的壓力傳送管道的剖視圖，圖22是穿過帶有兩個(gè)被螺旋旋入在位的傳感器模塊的兩個(gè)壓力傳送管道的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是機(jī)械電子裝置的簡圖，在此例中該裝置用來使閥門陣列工作，它具有罩殼1，該罩殼包括下部21和罩蓋20。該機(jī)械電子裝置還包括機(jī)械部分2和電子部分3。
該電子部分3可設(shè)置在公共罩蓋20內(nèi)。不過，它也可設(shè)置在獨(dú)立的電子罩殼26中(參見圖6)，該電子罩殼安裝在罩殼1的機(jī)械部分2上。
在公共罩蓋20下設(shè)有由輸入閥5和輸出閥6所組成的電磁閥對5、6(參見圖3)。在此僅可見到輸入閥5。該閥設(shè)有閥門關(guān)閉元件31，它能藉助于密封件32來關(guān)閉閥座27。結(jié)果，可將用于壓縮空氣或流體的通道打開或關(guān)閉。
為了要將該閥連接到外部壓力管道上，設(shè)有至少一個(gè)壓力口16，該壓力口設(shè)置在罩殼21的下部21中。設(shè)置有壓力傳送管道7以將壓力口16連接到閥座27上。
圖中僅僅簡要地示出閥門陣列加上相關(guān)的壓力傳送管道。作為一個(gè)例子，它可用來升高、降低或保持容器中的壓力。壓力傳送管道7、8、9既可以是圓形截面的也可以是矩形截面的。
在另一個(gè)壓力傳送管道9或在與其連通的空腔中設(shè)有傳感器模塊13。它包括壓力傳感器29和脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器30(參見圖5)。采用合適的方法將壓力傳感器模塊13固定在壓力傳送管道9內(nèi)。
可通過例如夾緊力(參見圖9)來將傳感器模塊13保持在位。為此目的，設(shè)有支靠在壓力傳送管道7、8、9中的一個(gè)的內(nèi)壁上的彈簧35、36。該壓力傳送管道的內(nèi)壁可以是平面的或圓柱面形的。
也可藉助于粘接劑37來將傳感器模塊13固定到壓力傳送管道7、8、9中的一個(gè)的壁上(參見圖10)。
也可給傳感器模塊40提供具有外螺紋41的圓柱形罩殼，用它來將該傳感器模塊螺旋旋入到從壓力傳送管道7、8、9延伸出去的盲孔38中(參見圖11，右面)。
此外，還可藉助于螺紋41來將圓柱形傳感器模塊40螺旋旋入兩個(gè)壓力傳送管道9之間的通孔中(參見圖11、左面)。在這種情況下，必定要通過例如形成諸如平行孔42之類的通道以供加壓流體通過。
圖1中的壓力傳送管道9部分地由中間板19來形成，該中間板系由諸如塑料之類的非金屬材料制成。相反，包括帶有壓力傳送管道7以及壓力口16的下部21的機(jī)械部分2則較佳地由諸如鋁之類的金屬制成，而罩蓋20也同樣。
不管如何，也可將整個(gè)機(jī)械電子罩殼1都用塑料來制成。
壓力傳送管道7、8、9可有任何所要的形狀。可將它們構(gòu)成孔、空腔或者甚至盲孔，傳感器螺旋旋入其中。
罩殼1的電子部分3包含有裝有電子元件11的電子印刷電路板10。它又包含有讀數(shù)站12，該讀數(shù)站根據(jù)本發(fā)明藉助于無線電技術(shù)與傳感器模塊13來通信?？赏ㄟ^構(gòu)設(shè)塑料制中間板19來進(jìn)行雙向無線傳輸能量或電氣數(shù)據(jù)。
為了將電子部分3與例如安裝在車輛中的其它電子單元相連，采用連接電纜18來將電子印刷電路板10與電氣插接連接件17相連。
圖2是在電子印刷電路板10的高度處穿過圖1的機(jī)械電子罩殼1的剖視圖。如明顯可見的，在電子印刷電路板10上設(shè)置有包括微處理器28和讀數(shù)站12在內(nèi)的電子元件11。讀數(shù)站采用無線電技術(shù)來與兩個(gè)傳感器模塊13、14來通信。它們設(shè)置在壓力傳送管道9中，兩管道9取決于需要可有不同的形狀。壓力傳送管道9可完全地或部分地設(shè)置在中間板19中，中間板19由絕緣材料制成(參見圖1)。
圖3是穿過圖1的機(jī)械電子罩殼1的另一個(gè)剖視圖，在此可看到兩個(gè)電磁閥5、6，它們用作輸入閥和輸出閥。還可看到兩個(gè)傳感器模塊13、14，在此情況下，它們置于中間板19和罩殼1的金屬制下部21之間的中間間隔中。還可看到用于將機(jī)械電子裝置連接到空氣壓縮系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)的兩個(gè)壓力口15、16。
圖4是在電子印刷電路板10的高度處穿過機(jī)械電子裝置的又一剖視圖。又一次可看到兩個(gè)電磁閥5、6、帶有元件11的組合印刷電路板10、傳感器模塊13、14以及與其相關(guān)的相鄰的公共讀數(shù)站12。
圖5是在設(shè)置在電子印刷電路板10上的電子控制單元或系統(tǒng)電子元件與傳感器模塊13之間傳輸能量和數(shù)據(jù)的簡圖。
除了這里未圖示的其它元件以外，電子印刷電路板10還包含有讀數(shù)站12和微處理器28。還將電磁閥5、6的磁性繞組24、25進(jìn)一步連接到印刷電路板10上。一個(gè)例如可呈印刷在印刷電路板10上的線圈形式的天線22與讀數(shù)站12相連。
在傳感器模塊13上設(shè)置有脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器30。它也與天線23相連，它也可呈印刷在印刷電路機(jī)10上的線圈形式。脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器30又連接到傳輸能量的一線路和接收從壓力傳感器29返回的數(shù)據(jù)的另一線路上。它可將外界壓力P轉(zhuǎn)換成與該壓力成正比的電壓U、并將之通信給脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器30。
至于其工作情況，或換句話說，當(dāng)需要測量值時(shí)，在電子印刷電路板10和傳感器模塊13之間的箭頭表明能量如何首先藉助于將脈沖從讀數(shù)站12傳輸給傳感器模塊13而發(fā)生、接著又返回傳送數(shù)據(jù)(在此時(shí)為壓力值)。取決于設(shè)計(jì)方案，能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸也可同時(shí)進(jìn)行。
在多個(gè)傳感器模塊的情況中，除了數(shù)據(jù)的返回傳輸外，還能返回傳輸用于識(shí)別相應(yīng)的傳感器模塊13的編碼信號(hào)。
還可通過例如采用不同的頻率激發(fā)需要由其發(fā)出測量值的不同的傳感器模塊來對傳輸脈沖進(jìn)行編碼。
如以上已說明的，壓力傳感器29也可以是脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器30的一部分。而返回響應(yīng)的共振頻率取決于外界壓力。在此情況下，就無須將傳感器模塊13中的能量和信號(hào)傳輸分開來說明。
圖6示出電子印刷電路板10，在此情況下它是安裝在單獨(dú)的罩殼26中的。在印刷電路板10上設(shè)置有兩個(gè)讀數(shù)站12、12a，它們通過天線22、22a與傳感器模塊13、14通信。它們是直接設(shè)置在壓力傳送管道9中的，在此情況下，它們具有管子形狀。當(dāng)然，此時(shí)必須留出足夠的橫截面以供加壓流體流動(dòng)。
與圖6相類似，圖7也示出安裝在電子罩殼26中的電子印刷電路板10，但此時(shí)只裝備有單個(gè)的公共讀數(shù)站12。從而它通過單個(gè)天線22與兩個(gè)傳感器模塊13、14通信。
為了區(qū)分這兩個(gè)傳感器模塊，在此情況下還必需有額外的用于傳感器模塊13、14的相應(yīng)編碼的傳輸。這種編碼例如可通過采用不同的數(shù)據(jù)編碼或者采用對傳輸脈沖以及返回傳輸測量值的不同的載波頻率來實(shí)現(xiàn)。
圖8給出又一個(gè)實(shí)例，其中傳感器13僅僅部分地設(shè)置在壓力傳送管道9中。在此情況下，傳感器模塊的傳感器部分33延伸到壓力傳送管道9中，而收發(fā)信部分34設(shè)置在電子罩殼26內(nèi)，與帶有天線22的讀數(shù)站12很靠近。
該替代方案具有中間板19并非一定要用絕緣材料來制成的優(yōu)點(diǎn)。可是，另一方面，它卻需要在電子罩殼26中有更大的空間。而且，在壓力傳送管道的布置方面自由度小，在此情況下，它必須設(shè)置在電子罩殼26的下面。此外，還必須確保傳感器模塊13和中間板19之間的足夠的密封。
圖9、10和11已在前面作了說明。
在所有的實(shí)例中，讀數(shù)站12、12a和傳感器模塊13、14可簡便合宜地設(shè)置成在空間上彼此靠近。這就具有在設(shè)計(jì)上可使讀數(shù)站12、12a和天線22、22a、23的傳輸功率降低的優(yōu)點(diǎn)。這里，“在空間上彼此靠近”是指距離大約在1～5cm，這取決于機(jī)械電子裝置的大小。
除了壓力以外，傳感器模塊13、14也可傳感和傳輸其它物理變量。在此情況下可設(shè)想到的例子包括溫度、質(zhì)量流量(諸如壓縮空氣或流體的質(zhì)量流動(dòng))、位移(諸如閥元件的位移)、磁場強(qiáng)度(諸如電磁閥磁性繞組的磁場強(qiáng)度)或者在壓力傳送管道中流動(dòng)的氣體或流體的化學(xué)成分的數(shù)據(jù)傳輸。
作為無線電技術(shù)，可采用前面已提及的脈沖轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)或者也已提及的藍(lán)牙技術(shù)。這兩種技術(shù)早就為人們所知并已被標(biāo)準(zhǔn)化了，因此，可認(rèn)為是足夠可靠和成本經(jīng)濟(jì)的。
以下的實(shí)例涉及藉助于光線來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
圖12是機(jī)械電子裝置的簡圖，在此情況下，用于使閥門陣列工作，它具有罩殼1，該罩殼1包括下部21和罩蓋20的。該機(jī)械電子裝置還包括機(jī)械部分2和電子部分3。
可將該電子部分3設(shè)置在公共罩蓋20內(nèi)。不過，它也可設(shè)置在單獨(dú)的電子罩殼26中(參見圖6)，該罩殼26安裝在罩殼1的機(jī)械部分2上。
在公共罩蓋20下設(shè)置有包括輸入閥5和輸出閥6的電磁閥對5、6(參見圖14)。這里只看到輸入閥5。它設(shè)有閥門關(guān)閉元件31，該元件可藉助于密封件32關(guān)閉座27。結(jié)果，就可將用于壓縮空氣或流體的通道打開或關(guān)閉。
閥門可以不同的方式工作，例如壓力閥也可替代電磁閥。也可將機(jī)械電子裝置構(gòu)成在帶有致動(dòng)器和/或電動(dòng)機(jī)(未圖示)的機(jī)械部分2中，它也能由電子部分3來控制。
為了將閥連接到外部壓力管道上，設(shè)置至少一個(gè)壓力口16，該壓力口16設(shè)置在罩殼1的下部21中。設(shè)有壓力傳送管道7以將壓力口16與閥座27相連。
僅僅簡要地示出了閥門陣列加上相關(guān)的壓力傳送管道。作為一個(gè)例子，它能用來升高、降低或者保持容器內(nèi)的壓力。壓力傳送管道7、8、9(參見圖12～14)既可具有圓形橫越面，也可具有矩形橫截面。
在壓力傳送管道9或與其連通的空腔中設(shè)置有傳感器模塊13。它大體上包括(參見圖16a)壓力傳感器29、信號(hào)調(diào)整電路30、發(fā)光元件45、能量接收線圈23和整流器50。采用合適的方法將傳感器模塊13固定在壓力傳送管道9中。
例如可通過夾緊力(參見圖20)將傳感器模塊13和發(fā)光元件45一起保持在位。為此目的，它裝備有支持在壓力傳送量道7、8、9中的一個(gè)的內(nèi)壁上的彈簧35、36。該壓力傳送管道的內(nèi)壁可以是平面的或圓柱面形的?？赏ㄟ^透明的中間板19來得到光的向外通路。
也可藉助于粘接劑37(參見圖21)來將傳感器模塊13固定到壓力傳送管道7、8、9中的一個(gè)的壁上。
根據(jù)圖22，還可簡便合用地給圓柱形傳感器模塊40a設(shè)置具有外螺紋41的圓柱形罩殼，用它可將該傳感器模塊螺旋旋入從壓力傳送管道7、8、9延伸出去的盲孔38(參見圖22，右面)。
此外，還可藉助于螺紋41將圓柱形傳感器模塊40螺旋旋入在兩個(gè)壓力傳送管道9、9a之間的通孔(參見圖22，左面)。在此情況下，必須通過例如平行孔42之類的通道來使加壓流體可流通經(jīng)過。
圖22還示出兩塊電子印刷電路板10、10a，其上裝有光敏元件44、44a。這些光敏元件接收來自傳感器模塊40、40a的發(fā)光元件45、45a的數(shù)據(jù)。
通過可透過紅外線的部分47來進(jìn)行左面?zhèn)鞲衅髂K40的數(shù)據(jù)傳輸，該部分47是以壓緊的方式螺旋旋入不透光的下部21的。
通過可透過紅外線的中間板19來進(jìn)行右面?zhèn)鞲衅髂K40a的數(shù)據(jù)傳輸。
通過用諸如塑料之類的非金屬材料制成的中間板19來部分地形成圖12中的壓力傳送管道9。至少其一部分包括可透過紅外線的材料。相反，包括帶有壓力傳送管道7、9以及壓力口16的機(jī)械部分2較佳地用諸如鋁之類的金屬材料來制成，而罩蓋20也如此。
不管如何，還可使整個(gè)機(jī)械電子罩殼1都用塑料來制成。
壓力傳送管道7、8、9可具有任何所要的形式。可將它們構(gòu)成為孔、任何所要形狀的空腔或者甚至是盲孔，傳感器螺旋旋入其中。
根據(jù)圖12，罩殼1的電子部分3包含裝備有電子元件1的電子印刷電路板10(系統(tǒng)電子元件)。它又包含光敏元件44，光敏元件可藉助于紅外線以無線方式接收來自安裝在傳感器模塊13上的發(fā)光元件45的數(shù)據(jù)(參見圖16a～16c)。
電子印刷電路板10(系統(tǒng)電子元件)還包含用于給傳感器模塊13提供電能的發(fā)射線圈22。為此目的，傳感器模塊13包含接收線圈23(參見圖16a)。
通過將中間板19構(gòu)造成至少部分用透明材料來制成就可實(shí)現(xiàn)藉由紅外線的電氣數(shù)據(jù)的無線傳送。還可插入單獨(dú)的光導(dǎo)部件47，它可穿透不透光的罩殼下部21(參見圖22)。
為了將電子部分3連接到例如安裝在車輛中的其它電子單元上，可通過連接電纜18來將電子印刷電路板10連接到電氣插接連接器17上。
圖13是在電子印刷電路板10的高度處穿過圖12的機(jī)械電子罩殼1的剖視圖。如明顯可見的，在電子印刷電路板10上設(shè)置有包括微處理器28和兩個(gè)讀數(shù)站12、12a在內(nèi)的電子元件11。讀數(shù)站以無線方式與兩個(gè)傳感器模塊14、13通信。它們都設(shè)置在壓力傳送管道9中，壓力傳送管道可根據(jù)需要而有不同的形狀。壓力傳送管道9可完全或部分地設(shè)置在中間板19中，而中間板19至少部分地由透明的絕緣材料來制成(參見圖12)。
包括光敏元件44、44a和放大器48、48a的單元被指定用作讀數(shù)站12、12a(參見圖16b)。在某些情況下甚至可以無需有放大器48、48a。
圖14是穿過圖12的機(jī)械電子罩殼1的另一剖視圖。這里可看到兩個(gè)用作輸入閥和輸出閥的電磁閥5、6。還可看到兩個(gè)傳感器模塊13、14，在此情況下，它們設(shè)置在中間板19和機(jī)械電子罩殼1的金屬下部21之間。還可看到用于將機(jī)械電子裝置連接到壓縮空氣系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)上的兩個(gè)壓力口15、16。
圖15是在電子印刷電路板10的高度處穿過機(jī)械電子裝置的又一剖視圖。再次可看到兩個(gè)電磁閥5、6、帶有電元件11的組合印刷電路板10、傳感器模塊13、14和與其相關(guān)的相鄰的公共讀數(shù)站12、12a。在印刷電路板10上還設(shè)置有公共的能量發(fā)射線圈22。
圖16a～16c是在電子控制單元或設(shè)置在電子印刷線路板10上的系統(tǒng)電子元件與傳感器模塊13、14之間進(jìn)行能量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮唸D。
除了這里未圖示的其他元件以外，圖16a中的電子印刷電路板10(系統(tǒng)電子元件)還包含帶有光敏元件44(在此情況下為光電三極管)的讀數(shù)站12和微處理器28。還將電磁閥5、6的磁性繞組24、25進(jìn)一步連接到印刷電路板10上。用于能量傳輸，將可具有例如印刷電路板10上的線圈形式的發(fā)射線圈22與交流電壓發(fā)生器46相連接。
在相關(guān)的傳感器模塊13上設(shè)置有壓力傳感器29，而將其輸出信號(hào)饋送給信號(hào)調(diào)整電路30。其上連接有用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶x數(shù)站12的發(fā)光元件45，在此情況下為紅外LED。
采用接收線圈23來將能量供給壓力傳感器29，該接收線圈23可構(gòu)成為印刷在印刷電路板上的線圈，且它可以電感形式從發(fā)射線圈22接受其能量。整流器50與接收線圈23相連接。為了暫時(shí)儲(chǔ)存能量，在整流器50中可包含有電容或電池(蓄電池)(未圖示)。
至于工作情況，或換句話說，在需要測量值時(shí)，在電子印刷電路板10(系統(tǒng)電子元件)和傳感器模塊13之間的箭頭表明首先是如何藉助于將脈沖從交流電壓發(fā)生器46傳輸?shù)絺鞲衅髂K13上、接著通過發(fā)光元件45將數(shù)據(jù)(此時(shí)為壓力值)返回傳輸而進(jìn)行能量傳輸?shù)摹ＨQ于傳感器模塊13的設(shè)計(jì)方案，也可同時(shí)進(jìn)行能量傳輸和數(shù)據(jù)的返回傳送。
在圖16b中，信號(hào)從兩個(gè)傳感器模塊13、14傳送到電子印刷電路板10(系統(tǒng)電子元件)上。通過帶有公共發(fā)射線圈22的公共交流電壓發(fā)生器46而給兩個(gè)模塊供應(yīng)能量。當(dāng)所要供給能量的傳感器模塊位于相距不太遠(yuǎn)時(shí)建議采用公共的能量傳輸。對每個(gè)傳感器模塊分別將數(shù)據(jù)返回傳輸給兩個(gè)讀數(shù)站12、12a，每個(gè)讀數(shù)站具有一個(gè)光敏元件44、44a。
如圖16c所示，在兩個(gè)發(fā)光元件45、45a的情況下，在返回?cái)?shù)據(jù)傳輸時(shí)不僅可以回輸實(shí)際的壓力數(shù)據(jù)，還可回輸用于識(shí)別相應(yīng)的傳感器模塊13、14的編碼信號(hào)。在此情況下，在電子印刷電路板10系統(tǒng)電子元件上只需要一個(gè)具有僅僅一個(gè)光敏元件44的公共讀數(shù)站12。可藉助于帶有公共發(fā)射線圈22的公共交流電壓發(fā)生器46來將能量傳輸給傳感器模塊13、14。
此外，甚至還可通過采用交流電壓發(fā)生器46的不同頻率來對能量傳送脈沖進(jìn)行編碼。結(jié)果，可單獨(dú)激發(fā)需要發(fā)出測量值的不同的傳感器模塊，從而可節(jié)省能源。
圖17包含兩個(gè)與圖16a中所示同樣類型的電路。在一個(gè)簡圖中，它示出了電子印刷電路板10(系統(tǒng)電子元件)，在此情況下，該電路板10安裝在單獨(dú)的電子元件罩殼26中。在電子印刷電路板10上設(shè)置有兩個(gè)將能量發(fā)射給兩個(gè)傳感器模塊13、14的發(fā)射線圈22、22a。當(dāng)所提供的模塊相互距離較遠(yuǎn)時(shí)建議采用單獨(dú)的能量發(fā)送線圈。
印刷電路板10還包含兩個(gè)接受來自傳感器模塊13、14的數(shù)據(jù)的光敏元件44、44a。傳感器模塊13、14可直接設(shè)置在壓力傳送管道9中，此時(shí)傳感器模塊13、14具有管子形狀。當(dāng)然，還必須留出足夠的供加壓流體流動(dòng)的橫截面。
通過傳感器模塊13、14的紅外發(fā)光元件45、45a向光敏元件44、44a進(jìn)行數(shù)據(jù)返回傳輸。
為了能夠接收光，將印刷電路板10設(shè)置在帶有穿孔或打孔的光敏元件44、44a的區(qū)域中，且將光敏元件44、44a向下插入穿過其中。中間板19是可透過紅外線的材料制成的。
圖18與圖16b的電路相應(yīng)。如圖17所示，它示出安裝在電子罩殼26中的電子印刷電路板10，但此時(shí)只裝有單個(gè)公共能量發(fā)射線圈22。能量根據(jù)要求或連續(xù)不斷地經(jīng)過單個(gè)發(fā)射線圈22供給兩個(gè)傳感器模塊13、14。如果暫時(shí)不需要任何傳感器數(shù)據(jù)，也可停止能量傳輸以節(jié)省能量。
再次經(jīng)過發(fā)光元件45、45a向兩個(gè)光敏元件44、44a進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
為了區(qū)分兩個(gè)傳感器模塊13、14之間的返回響應(yīng)，還可進(jìn)行附加的、傳感器模塊13、14輸出信號(hào)的相應(yīng)編碼的傳輸。例如，可通過在測量值的返回傳輸時(shí)的不同的數(shù)據(jù)編碼來實(shí)現(xiàn)這種編碼。
圖19給出本發(fā)明的又一實(shí)例，其中傳感器模塊13僅僅是部分地設(shè)置在壓力傳送管道9中。在此情況下，傳感器模塊13的傳感部分33延伸到壓力傳送管道9中，而收發(fā)信部分34設(shè)置在電子罩殼26內(nèi)很靠近帶有發(fā)射線圈22的讀數(shù)站22處。在此進(jìn)行從傳感器模塊13的發(fā)光元件45至與讀數(shù)站12相連的光敏元件44的測量值數(shù)據(jù)傳輸。
該替代方案具有中間板19并非一定要用可透過紅外線的絕緣材料來制成的優(yōu)點(diǎn)。可是，另一方面，它卻需要在電子罩殼26中有更大的空間。而且，在壓力傳送管道的布置方面自由度小，在此情況下它必須設(shè)置在緊靠電子罩殼26的下面。此外，還必須確保傳感器模塊13和中間板19之間界面足夠的壓緊密封。
圖20、21和22已在前面作了說明。
在所有的實(shí)例中，讀數(shù)站12、12a和傳感器模塊13、14可簡便合宜地設(shè)置成在空間上彼此靠近。這就具有在設(shè)計(jì)上可使用于能量傳輸?shù)慕涣靼l(fā)電機(jī)46和能量發(fā)射接收線圈22、23的傳送功率降低的優(yōu)點(diǎn)。這里，“在空間上彼此靠近”是指距離大約在1～5cm，這取決于機(jī)械電子裝置的大小。
除了壓力以外，傳感器模塊13、14也可傳感和傳送其它物理變量。在此情況下可設(shè)想的例子包括溫度、質(zhì)量流量(諸如壓縮空氣或流體的質(zhì)量流動(dòng))、位移(諸如閥元件的位移)、磁場強(qiáng)度(諸如電磁閥磁性繞組的磁場強(qiáng)度)或者在壓力傳送管道中流動(dòng)的氣體或流體的化學(xué)成分的數(shù)據(jù)傳輸。
至于壓力測量，可根據(jù)需要采用絕對值傳感器或者甚至是壓差傳感器。后一傳感器可檢測壓力傳送管道9與電子罩殼26內(nèi)部的壓力差，尤其是在根據(jù)圖19的結(jié)構(gòu)中。相反，將完全安裝在壓力傳送管道中的壓力傳感器設(shè)計(jì)成絕對值壓力傳感器。
在機(jī)械電子裝置中可以采用任何所要數(shù)量的傳感器，并且，隨著所集成的傳感器的數(shù)量增加，上述的數(shù)據(jù)傳輸方法的優(yōu)點(diǎn)就變得更加突出。
除了更好地消除干擾以外，與也可采用的脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器相比，采用LED的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧硪粌?yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)更佳的傳輸動(dòng)力學(xué)特性。這就意味著當(dāng)需要時(shí)可更迅速地獲得測量值。
較佳的是，采用紅外光發(fā)光二極管(IR LED)來作為發(fā)光元件。這些元件為大家所熟知已很長時(shí)間并被標(biāo)準(zhǔn)化了，因此，被認(rèn)為是足夠可靠和成本經(jīng)濟(jì)的。藉助于IR LED來進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸例如從電視接收機(jī)的遙控中已早就為大家所知并已被證實(shí)了。
與其它在可見光范圍內(nèi)的LED相比較，IR LED具有即使壓力傳送管道9的表面沾污時(shí)也能確保其數(shù)據(jù)傳輸可靠的優(yōu)點(diǎn)。
還可采用激光二極管來代替IR LED，尤其是在傳送距離較長時(shí)。
可采用的光敏元件的例子為光電三極管或光電二極管。
權(quán)利要求
1.一種具有罩殼(1)的機(jī)械電子裝置，尤其是一種閥門陣列，它包括機(jī)械部分(2)和電子部分(3)，其中，所述機(jī)械部分(2)包括至少一個(gè)或多個(gè)電磁閥(5、6)以及與所述電磁閥(5、6)相連接的壓力傳送管道(7、8、9)，而所述電子部分(3)包括電子控制單元，該電子控制單元具有帶有電子元件(11)的至少一塊印刷電路板(10)，該印刷電路板(10)安裝在所述罩殼(1)的空腔內(nèi)，或者安裝在附連于所述罩殼(1)的單獨(dú)的電子元件罩殼(26)內(nèi)，其特征在于，在一根或多根所述壓力傳送管道(7、8、9)或與其連通的空腔內(nèi)，安裝有用于測量物理變量的傳感器模塊(13、14、40)，這些傳感器藉由無線電技術(shù)用無線方式與設(shè)置在所述印刷電路板(10)上的至少一個(gè)讀數(shù)站(12、12a)通信。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述物理變量為壓力、溫度、質(zhì)量流量、位移、磁場強(qiáng)度或化學(xué)成分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述罩殼(1)的所述機(jī)械部分(2)完全或部分地由塑料來制成。
4.如權(quán)利要求1～3中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，將塑料制的中間板(19)安裝在所述電子部分(3)和包含有壓力傳送管道(7、8、9)的所述罩殼(1)的所述機(jī)械部分(2)之間。
5.如權(quán)利要求4所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述壓力傳送管道(7、8、9)形成為完全或部分地穿過所述中間板(19)。
6.如權(quán)利要求1～5中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述讀數(shù)站(12、12a)和所述傳感器模塊(13、14、40)設(shè)置成在空間上彼此靠近。
7.如權(quán)利要求1～6中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，每個(gè)傳感器模塊(13、14、40)都設(shè)有它自己的讀數(shù)站(12、12a)。
8.如權(quán)利要求1～6中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，為所有的傳感器模塊(13、14、40)設(shè)置公共的讀數(shù)站(12)。
9.如權(quán)利要求1～8中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述傳感器模塊(13、14、40)返回編碼數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求1～9中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述傳感器模塊(13、14)插入在所述壓力傳送管道(7、8、9)中，并用夾緊力保持在位。
11.如權(quán)利要求10所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述夾緊力系由彈簧(35、36)來產(chǎn)生的，所述彈簧(35、36)支靠在所述壓力傳送管道(9)的內(nèi)壁上。
12.如權(quán)利要求1～9中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述傳感器模塊(13、14)系由粘接劑(37)粘接于壓力傳送管道(7、8、9)的壁上的。
13.如權(quán)利要求1～9中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，采用帶有外螺紋(41)的圓柱形傳感器模塊(40)，這些模塊螺旋旋入所述壓力傳送管道(9)的盲孔(38)或者通孔(39)中。
14.如權(quán)利要求1～13中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，采用脈沖轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)或藍(lán)牙技術(shù)作為所述無線電技術(shù)。
15.如權(quán)利要求1～14中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述傳感器模塊(13、14、40)安裝成僅僅是傳感測量值的部分(33)設(shè)置在所述壓力傳送管道(7、8、9)中，而收發(fā)信部分(34)設(shè)置在所述電子元件罩殼(26)內(nèi)。
16.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，將數(shù)據(jù)從所述傳感器模塊(13、14、40、40a)發(fā)送到所述讀數(shù)站(12、12a)是通過至少一個(gè)發(fā)光元件(45、45a)到至少一個(gè)光敏元件(44、44a)來進(jìn)行的。
17.如權(quán)利要求16所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述物理變量為壓力、溫度、質(zhì)量流量、位移、磁場強(qiáng)度或化學(xué)成分。
18.如權(quán)利要求16～17所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述罩殼(1)的所述機(jī)械部分(2)完全或部分地由塑料來制成。
19.如權(quán)利要求16～18中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，在所述電子部分(3)和包含有所述壓力傳送管道(7、8、9)的所述罩殼(1)的所述機(jī)械部分(2)之間安裝有完全或部分地透明的塑料中間板(19)。
20.如權(quán)利要求16～19中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，在所述發(fā)光元件(45、45a)和所述光敏元件(44、44a)之間設(shè)置至少一個(gè)光導(dǎo)部件(47)，用以確保良好的光傳輸。
21.如權(quán)利要求20所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述壓力傳送管道(7、8、9)形成為完全或部分地穿過所述中間板(19)。
22.如權(quán)利要求16～21中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述讀數(shù)站(12、12a)和所述傳感器模塊(13、14、40、40a)設(shè)置成在空間上彼此靠近。
23.如權(quán)利要求16～22中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，每個(gè)傳感器模塊(13、14、40、40a)設(shè)有它自己的讀數(shù)站(12、12a)。
24.如權(quán)利要求16～22中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，為所有的傳感器模塊(13、14、40)設(shè)置公共的讀數(shù)站(12)。
25.如權(quán)利要求16～24中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，藉助于單獨(dú)的發(fā)射線圈(22、22a)為所有的傳感器模塊(13、14、40、40a)提供獨(dú)立的能源供給。
26.如權(quán)利要求16～24中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，藉助于公共的發(fā)射線圈(22)為所有的傳感器模塊(13、14、40、40a)提供公共的能源供給。
27.如權(quán)利要求16～26中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述傳感器模塊(13、14、40、40a)返回編碼數(shù)據(jù)。
28.如權(quán)利要求16～27中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述傳感器模塊(13、14)插入在所述壓力傳送管道(7、8、9)中，并用夾緊力保持在位。
29.如權(quán)利要求28所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述夾緊力系由彈簧(35、36)來產(chǎn)生的，所述彈簧(35、36)支靠在所述壓力傳送管道(9)的內(nèi)壁上。
30.如權(quán)利要求16～27中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，傳感器模塊(13、14)系由粘接劑(37)粘接于壓力傳送管道(7、8、9)的壁上的。
31.如權(quán)利要求16～27中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，采用帶有外螺紋(41)的圓柱形傳感器模塊(40)，這些模塊螺旋旋入所述壓力傳送管道(9)的盲孔(38)或者通孔(39)中。
32.如權(quán)利要求16～31中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，所述傳感器模塊(13、14、40、40a)安裝成僅僅是傳感測量值的部分(33)設(shè)置在所述壓力傳送管道(7、8、9)中，而收發(fā)信部分(34)設(shè)置在所述電子元件罩殼(26)內(nèi)。
33.如權(quán)利要求16～32中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，作為安裝在所述傳感器模塊(13、14、40、40a)中的所述壓力傳感器(29)采用差值或絕對值壓力傳感器。
34.如權(quán)利要求16～33中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，將紅外發(fā)光二極管(IR LED)或激光二極管設(shè)為所述發(fā)光元件(45、45a)，其至少部分地將編碼信號(hào)發(fā)送給至少一個(gè)光敏元件(44、44a)的。
35.如權(quán)利要求34所述的機(jī)械電子裝置，其特征在于，將光電三極管或光電二極管設(shè)為所述光敏元件(44、44a)。
全文摘要
揭示了一種帶有罩殼(1)的機(jī)械電子裝置，該裝置包括機(jī)械部分(2)和電子部分(3)。該機(jī)械部分(2)設(shè)有一個(gè)或幾個(gè)電磁閥(5、6)和壓力傳送管道(7、8、9)，而電子部分(3)裝有帶有電子元件(11)的印刷電路板(10)(系統(tǒng)電子元件)。將傳感器模塊(13、14、40、40a)裝入壓力傳送管道(7、8、9)中用以測量物理變量。為了省卻用于傳感器模塊(13、14、40、40a)的電氣連接導(dǎo)線和分別的密封件，所述傳感器模塊(13、14、40、40a)藉助于無線電技術(shù)或者發(fā)光元件(45、45a)和光敏元件(44、44a)以無線方式與位于電路板(10)上的至少一個(gè)讀數(shù)站(12、12a)通信。
文檔編號(hào)F16H61/00GK101057098SQ200580038234
公開日2007年10月17日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者A·泰西曼, K·阿倫斯 申請人:威伯科有限合伙公司