用於智能交通的多參數組合傳感器的製造方法

2023-05-24 14:40:06

用於智能交通的多參數組合傳感器的製造方法
【專利摘要】一種用於智能交通的多參數組合傳感器,包括:集成多功能傳感器模塊、信號控制及處理模塊、電源管理模塊、殼體、基板、下墊片、上頂蓋、壓電單元，其特徵在於所述集成多功能傳感器模塊、信號控制及處理模塊、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，外殼的下端設有一下墊片，上頂蓋安裝在外殼的上端面之上，上頂蓋上設有用於安裝壓電單元的圓槽，集成多功能傳感器模塊採集到的數據經無線發送給外圍接受設備。本實用新型的優點是可實現交通流、路況溫度溼度、路基受力、路基損失等多方面交通信息測量，能夠實現能量自管理和數據無線發送，安裝容易，更換方便。
【專利說明】用於智能交通的多參數組合傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種傳感器，特別涉及一種用於智能交通的多參數組合傳感器。 【背景技術】
[0002]隨著國家對物聯網技術的重視，我國對智能交通的建設，多參數傳感器在交通領 域的應用市場正在快速增長。多參數傳感器在工業控制，交通運輸，物流管理等領域有廣泛 的應用。而且多參數傳感器在智能交通中起著關鍵性作用。例如交通控制中需要了解道路 的交通流量，便於採取相應的管理措施。在道路監測方面，了解路基的受力狀況、損傷情況 可以對相應的路段進行壽命評估，以便於及時對道路進行維護和保養。
[0003]在目前國內將傳感器與交通結合的案例有很多，但是大多只是針對某一單個物理 量的測量，例如地磅，ETC中的傳感器等。而且大多數都需要從外界提供電源和數據傳輸線， 這些不利因素嚴重的影響了傳感器的應用範圍和安裝，也嚴重阻礙了我國物聯網技術的發 展。

【發明內容】

[0004]本實用新型的是針對已有技術中存在的缺陷，提供一種用於智能交通的多參數 組合傳感器。一種能夠自供能量，而且便於安裝和檢修的多參數的傳感器克服了以上不利 因素，將會在智能交通和物聯網技術中得到重要應用。
[0005]用於智能交通的多參數組合傳感器用於測量道路的交通流量，路面溫度，路基受 力狀況及道路損傷狀況監測。這種多參數傳感器通過基於基板的封裝技術，將磁通量傳感 器、溫度傳感器、溼度傳感器、超聲波傳感器、力傳感器、信號調理與轉換電路、校準與數字 處理電路、SPI接口電路、CAN控制電路、數字控制電路、報警電路、數據存儲單元、無線接收 發送器、電源、能量收集器、電源管理器通過封裝進行集成。力傳感器與集成晶片進行系統 級封裝集成。
[0006]本實用新型的用於智能交通的多參數組合傳感器包括:集成多功能傳感器模塊、 信號控制及處理模塊、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、溼度傳感器、超聲波傳感器組成，信號 控制及處理模塊由信號調理與轉換電路、校準與數字處理電路、SPI接口電路、CAN控制電 路、數字控制電路、報警電路、數據存儲單元、無線接收發送器、能量收集器組成，其特徵在 於所述集成多功能傳感器模塊、信號控制及處理模塊、電源管理模塊封裝在基板上，力傳感 器的應變片粘貼在殼體上，多參數組合傳感器的外殼為一薄壁圓柱形，在外殼的上端面設 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，外殼的下端設有一下墊 片，上頂蓋安裝在外殼的上端面之上，上頂蓋上設有用於安裝壓電單元的圓槽，集成多功能 傳感器模塊採集到的數據經連接導線傳遞給信號調理與轉換電路和校準與數字處理電路， 經信號調理與轉換電路和校準與數字處理電路處理後的數位訊號，輸送到SPI接口電路和 CAN控制器，經無線接收發送器將檢測數據傳送給外圍接受設備。[0007]所述多參數組合傳感器圓柱形外殼的薄壁上設有數個通孔及數個粘貼應變片的 槽，力傳感器的應變片粘貼在槽內，槽中填充有密封膠，力傳感器經導線與信號調理與轉換 電路的輸入輸出埠連接。
[0008]所述上頂蓋設有均勻分布的用於安裝壓電單元的圓槽，圓槽內設有一用於壓電單 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有一圈凸邊。
[0009]所述下墊片的邊緣凸起一圈起定位和保護作用的圓環。
[0010]所述集成多功能傳感器模塊、信號控制及處理模塊、電源管理模塊集成在一起，以 晶片的形式被COB封裝在基板上，作為基板上晶片封裝的襯底為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金凸點焊球與框架連結。
[0011]所述數據存儲單元與無線接收發送器連接，實現測量信號和控制信號的無線發送 與接收。
[0012]所述能量收集器與電源管理器互聯，實現對整個傳感器的能量管理與控制。
[0013]所述多參數組合傳感器被安裝在一路面的安裝孔內，安裝孔處於需要收集交通 流、監測道路信息的路段路面上，孔徑及深度與多參數傳感器外殼相匹配，多參數傳感器的 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]本發明的優點是可實現交通流、路況溫度溼度、路基受力、路基損失等多方面交通 信息測量，能夠實現能量自管理和數據無線發送，安裝容易，更換方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1本實用新型的外形結構示意圖；
[0016]圖2本實用新型下墊片的結構示意圖；
[0017]圖3本實用新型安裝集成多功能傳感器模塊的結構示意圖；
[0018]圖4本實用新型的基板上集成晶片的結構示意圖；
[0019]圖5本實用新型的多參數組合傳感器結構陣列分布框圖；
[0020]圖6本實用新型上頂蓋和壓電單元分布的結構示意圖；
[0021]圖7本實用新型上頂蓋的反面結構示意圖。
[0022]圖中:101下墊片、102殼體、103集成多參數組合傳感器封裝晶片、104上頂蓋、105 壓電單元、201圓環、301橢形通孔、302肋柱、303應變槽、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信號控制及處理模塊、502磁通量傳感器、 503溫度傳感器、504溼度傳感器、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無線接收發送 器、513數據存儲單元、514校準與數字處理電路、515報警電路、516數字控制電路、517信號 調理與轉換電路、518數字處理電路、701通孔、702凸邊。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖進一步說明本實用新型的實施例:
[0024]參見圖1，本實施例的結構由殼體102、集成多參數組合傳感器封裝晶片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，用於調節多參數傳感器安裝的下墊片101，在邊緣凸起一圈起定位和保 護作用的圓環201，對安裝完成後的多參數組合傳感器起定位和保護作用。
[0026]參見圖3，是整個傳感器的力傳感器部分，其作用是監測道路上的載荷信息，為傳 感器晶片提供安裝位置，支撐與保護傳感器晶片，是整個多參數傳感器的骨架部分。殼體的 薄壁上開有數個通孔，這樣可以提高力傳感器的測量精度，亦可減輕整個多參數傳感器的 重量。本實施例開有6個橢形通孔301，在肋柱302上加工出應變槽303，力傳感器的應變 片粘貼其中，並做好密封防水的等保護措施。殼體的上端面304上加工有用於安放基板401 的方形安裝槽305,大小與基板401相匹配。基板401安裝在方形安裝槽305內。
[0027]參見圖4，經COB封裝的集成多參數組合傳感器封裝晶片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，信號控制及處理模塊404。基板上晶片封裝 的襯底為FR4環氧玻纖布基板或陶瓷襯底，本實施例為FR4環氧玻纖布基板，集成多功能傳 感器模塊402、信號控制及處理模塊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金凸點焊球與框架連結。
[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、溼度傳 感器504、超聲波傳感器505、力傳感器的輸入輸出接口 506。信號控制及處理模塊包括CAN 控制電路510、SPI接口電路511、無線接收發送器512、數據存儲單元513、校準與數字處理 電路514、報警電路515、數字控制電路516、信號調理與轉換電路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，通過電源管理器508調度分配給每一個傳感器單元和集成電路，保證各個 單元正常工作。磁通量傳感器502、溫度傳感器503、溼度傳感器504、超聲波傳感器505、將 採集得到的數據直接傳遞給信號調理與轉換電路517和校準與數字處理電路514，力傳感 器的應變片通過基板上的力傳感器輸入輸出接口 505與信號調理與轉換電路517和校準與 數字處理電路514互聯。通過信號調理與轉換電路517和校準與數字處理電路518處理後 的數位訊號，輸送到SPI接口電路511和CAN控制器510，交由無線接收發送器512、數據存 儲單元513。最後通過無線接收發送器512將檢測數據傳送給外圍接受設備。
[0029]參見圖6，上頂蓋104安裝在外殼的上端面之上，用於放置壓電單元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，增大能量轉換效率。
[0030]圖7是上頂蓋的背面部分，圓槽內設有一用於壓電單元與能量收集器的電路連接 的通孔701，上頂蓋104的下表面邊緣設有一圈凸邊702。凸邊702起定位和保護作用。
[0031]用於智能交通的多參數組合傳感器主要是針對智能交通中，測量道路的交通流 量，路面溫度，路基受力狀況及道路損傷狀況監測。主要安裝在需要檢測以上參數的交通路 段或高速公路。安裝時將路面鑽出與傳感器外部尺寸大小相當的安裝孔，安裝孔的深度與 多參數傳感器外殼相匹配，多參數傳感器的下墊片與安裝孔底相抵。要求路面與上頂蓋平 齊，既可以保護路面有可以充分發揮傳感器的檢測功能，讓壓電單元能與車胎接觸。
【權利要求】
1.一種用於智能交通的多參數組合傳感器，包括:集成多功能傳感器模塊、信號控制 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、溼度傳感器、超聲波傳感器組成，信號控制及處 理模塊由信號調理與轉換電路、校準與數字處理電路、SPI接口電路、CAN控制電路、數字控 制電路、報警電路、數據存儲單元、無線接收發送器、能量收集器組成，其特徵在於所述集成 多功能傳感器模塊、信號控制及處理模塊、電源管理模塊封裝在基板上，力傳感器的應變片 粘貼在殼體上，多參數組合傳感器的外殼為一圓柱形，在外殼的上端面設有一安裝集成多 功能傳感器模塊的安裝槽，基板安裝在安裝槽內，外殼的下端設有一下墊片，上頂蓋安裝在 外殼的上端面之上，上頂蓋上設有用於安裝壓電單元的圓槽。
2.根據權利要求1所述的用於智能交通的多參數組合傳感器，其特徵在於所述多參數 組合傳感器圓柱形外殼上設有數個通孔及數個粘貼應變片的槽，力傳感器的應變片粘貼在 槽內，槽中填充有密封膠，力傳感器經導線與信號調理與轉換電路的輸入輸出埠連接。
3.根據權利要求1所述的用於智能交通的多參數組合傳感器，其特徵在於所述上頂蓋 設有均勻分布的用於安裝壓電單元的圓槽，圓槽內設有一用於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有一圈凸邊。
4.根據權利要求1所述的用於智能交通的多參數組合傳感器，其特徵在於所述下墊片 的邊緣凸起一圈起定位和保護作用的圓環。
5.根據權利要求1所述的用於智能交通的多參數組合傳感器，其特徵在於所述集成多 功能傳感器模塊、信號控制及處理模塊、電源管理模塊集成在一起，以板上晶片封裝形式 集成在基板上，作為基板上晶片封裝的襯底為環FR4環氧玻纖布基板或陶瓷襯底，集成多 功能傳感器模塊、信號控制及處理模塊、電源管理模塊在基板框架上成陣列分布，各傳感器 和集成電路通過金凸點焊球與基板框架連結。
6.根據權利要求1所述的用於智能交通的多參數組合傳感器，其特徵在於所述數據存 儲單元與無線接收發送器連接。
7.根據權利要求1所述的用於智能交通的多參數組合傳感器，其特徵在於所述能量收 集器與電源管理器互聯。
8.根據權利要求1所述的用於智能交通的多參數組合傳感器，其特徵在於所述多參數 組合傳感器被安裝在路面的安裝孔內，安裝孔處於需要收集交通流、監測道路信息的路段 路面上，孔徑及深度與多參數傳感器外殼相匹配，下墊片與安裝孔底相抵，上頂蓋與路面平 齊。
【文檔編號】G01D21/02GK203422110SQ201320464715
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】江浩, 付興銘, 劉勝, 王小平 申請人:無錫慧思頓科技有限公司, 武漢飛恩微電子有限公司