基于SAWR和轮胎阻抗的无源无线轮胎压力传感器研究

【摘要】：随着汽车的普及和人们对汽车安全行驶性能要求的提高,人们对汽车轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monitoring System,简称TPMS)性能的要求也越来越高。传统的TPMS的轮胎压力传感器大多采用有源传感的方式,存在着诸如电池寿命短、安装不便、废弃电池化学物质污染等缺陷,因此,研究无源无线的轮胎压力传感器成为TPMS发展的趋势。 无源无线声表面波(Surface Acoustic Wave,简称SAW)传感器被认为是目前最有希望代替有源器件的无线传感器。因此,将SAW传感器应用于轮胎压力传感器的无源化中,具有非常重要的社会和经济意义。 本文利用轮胎阻抗作为轮胎压力的表征量,并结合声表面波谐振器(SAW Resonator,简称SAWR),研究了一种基于轮胎阻抗和SAWR的无源无线轮胎压力传感器。与传统的SAW传感器大多采用将被测量直接加到其传播途径上的方式不同,该传感器首先将轮胎压力变化反应为轮胎阻抗的阻抗值变化,然后将这个阻抗值的变化转换为SAWR的频率变化,然后通过无线测量的方式测得这个频率的变化值,就可以得到最初的压力变化。 论文主要研究内容如下: (1)分析和研究了SAW器件及SAW无源无线传感技术,并着重分析了基于SAWR的无源无线外接阻抗传感器的时频特性,这些工作是对本文研究的轮胎压力传感器进行设计的理论基础。 (2)研究了轮胎阻抗与轮胎压力的表征关系,将轮胎阻抗作为SAW传感器的外接阻抗,组成了基于SAWR的轮胎压力传感器。通过对传感器匹配网络进行建模和分析,计算得到了轮胎压力传感器中各器件的具体参数,最终完成了无源无线轮胎压力传感器的设计。 (3)以CycloneⅢ为核心处理芯片,设计并实现了无源无线轮胎压力传感器的射频收发系统。系统设计完成后,对压力传感器进行了试验测试,并对得到的数据进行了分析。试验结果表明,所设计的基于SAWR和轮胎阻抗的无源无线轮胎压力传感器具有较高的测量精度,达到了传感器设计的预期目标。 论文主要取得了以下创新点: (1)利用轮胎阻抗和SAWR实现了轮胎压力的无源无线测量。 (2)使用CycloneⅢFPGA及相关外围电路,实现了对高频信号频率的测量。