[发明专利]一种基于乐甫波传感器的飞机胎压监测系统及监测方法

权利要求书

1.一种基于乐甫波传感器的飞机胎压监测系统，由m个乐甫波传感器和1个阅读器构成；其中，所述乐甫波传感器的数量m与飞机上的机轮总数量一致且安装在机轮的轮毂外圈的轮辋上，所述阅读器包括发射模块、收发隔离模块、接收模块、信号处理模块、显示模块、单刀n掷开关以及n个阅读器天线，其特征在于：所述阅读器的发射模块、收发隔离模块、接收模块、信号处理模块、单刀n掷开关集成在一块电路板上，与显示模块一起安装在飞机驾驶舱内；所述阅读器天线的数量n与飞机的起落架数量一致，采用柔性微带贴片天线，安装在起落架的支柱上，经同轴电缆连接到驾驶舱内阅读器的单刀n掷开关的n个端口，以空分多址方式实现对位于不同起落架上的飞机轮胎的胎压监测；

所述乐甫波传感器采用双谐振腔单端谐振器型结构，每个乐甫波传感器的两个谐振腔具有互不重叠的频率带宽；m个乐甫波传感器共有p种类型，不同类型的乐甫波传感器的谐振腔具有各不重叠的频率带宽；乐甫波传感器的类型p与飞机上具有最多机轮的起落架上的机轮数量一致；在同一个起落架上的不同机轮中安装不同类型的乐甫波传感器，以频分多址方式实现对位于同一起落架上的不同飞机轮胎的胎压监测；

所述乐甫波传感器包括压电底座（1）、压电膜片（2）、第一叉指换能器（3）、第二叉指换能器（4）、第一反射栅阵列（5）、第二反射栅阵列（6）、第三反射栅阵列（7）、第四反射栅阵列（8）、波导层（9）、焊盘（10）、匹配电路（11）、柔性印制电路板（12）以及传感器天线（13）；

所述压电底座（1）和压电膜片（2）采用同一切型的石英材料；压电底座（1）为内部开有圆柱形凹槽的长方体结构；压电底座（1）与压电膜片（2）通过键合工艺组成全石英一体化结构，结构内部有一个圆柱形密封腔，并以密封腔内的气体作为参考气体，形成参考气压；

所述压电膜片（2）与压电底座（1）的非接触部分为气压敏感区，感受轮胎内部的气压而产生应变；压电膜片（2）与压电底座（1）的键合部分为非气压敏感区；

所述第一叉指换能器（3）沉积在压电膜片（2）的气压敏感区上表面中心处，第二叉指换能器（4）沉积在压电膜片（2）的非气压敏感区上表面；第一叉指换能器（3）与第二叉指换能器（4）的方向相同；

所述第一反射栅阵列（5）、第二反射栅阵列（6）分别沉积在第一叉指换能器（3）两侧，与第一叉指换能器（3）共同构成第一谐振腔；

所述第三反射栅阵列（7）、第四反射栅阵列（8）分别沉积在第二叉指换能器（4）两侧，与第二叉指换能器（4）共同构成第二谐振腔；

所述第一叉指换能器（3）、第二叉指换能器（4）、第一反射栅阵列（5）、第二反射栅阵列（6）、第三反射栅阵列（7）、第四反射栅阵列（8）均在圆柱形密封腔外部；

所述波导层（9）溅射在压电膜片（2）和第一谐振腔、第二谐振腔表面，宽度小于压电膜片（2）的宽度，以露出第一叉指换能器（3）和第二叉指换能器（4）的部分汇流条；

所述焊盘（10）、匹配电路（11）制作在柔性印制电路板（12）的上表面，匹配电路（11）由电容、电感组成；

所述压电底座（1）通过粘胶粘贴在柔性印制电路板（12）的上表面；

所述第一叉指换能器（3）、第二叉指换能器（4）的汇流条在压电膜片（2）的非气压敏感区上表面并且无波导层的位置并联，在并联点引出金属线与焊盘（10）连接，金属线表面涂敷一层硅胶；

所述传感器天线（13）采用平面倒F天线，以柔性印制电路板（12）作为平面倒F天线的接地面；

所述柔性印制电路板（12）的下表面粘贴在机轮的轮毂外圈的轮辋上。

2.如权利要求1所述的基于乐甫波传感器的飞机胎压监测系统，其特征在于：所述乐甫波传感器的压电底座（1）和压电膜片（2）的石英材料切型为欧拉角（0º，θ，90º），通过叉指换能器在压电膜片（2）表面激发的声表面波为水平剪切型；波导层（9）采用剪切波速小于石英材料切型的各向同性非压电材料，以保证波导层（9）溅射在压电膜片（2）和第一谐振腔、第二谐振腔表面之后，通过叉指换能器能够激发出乐甫波。

3.一种如权利要求1所述的基于乐甫波传感器的飞机胎压监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A：控制阅读器的收发隔离模块，使发射模块与单刀n掷开关接通，并控制单刀n掷开关，使单刀n掷开关经同轴电缆与安装在第1个起落架上的阅读器天线接通；

步骤B：控制阅读器的发射模块发射含有2q个载波的激励信号，依次经单刀n掷开关和同轴电缆进入安装在该起落架上的阅读器天线，以电磁波的形式向起落架上的q个机轮辐射，经机轮的轮胎被安装在各机轮轮辋上的乐甫波传感器接收，其中激励信号的各载波的频率值分别位于安装在q个机轮中的各乐甫波传感器的第一谐振腔、第二谐振腔的频率带宽范围内；

步骤C：各乐甫波传感器的传感器天线（13）接收到激励信号后，第一叉指换能器（3）将载波频率值位于第一谐振腔的频率带宽范围内的激励信号分量通过逆压电效应转换为第一乐甫波，并沿波导层（9）和压电膜片（2）向第一叉指换能器（3）两侧传播，经第一反射栅阵列（5）、第二反射栅阵列（6）多次相干反射并叠加后，在第一谐振腔内形成第一驻波；与之相似，第二叉指换能器（4）将载波频率值位于第二谐振腔的频率带宽范围内的激励信号分量通过逆压电效应转换为第二乐甫波，并沿波导层（9）和压电膜片（2）向第二叉指换能器（4）两侧传播，经第三反射栅阵列（7）、第四反射栅阵列（8）多次相干反射并叠加后，在第二谐振腔内形成第二驻波；

步骤D：在激励信号的持续时间大于乐甫波传感器的谐振腔的充能时间后，控制阅读器的收发隔离模块，使接收模块与单刀n掷开关接通；

步骤E：各乐甫波传感器的第一驻波通过第一叉指换能器（3）经正压电效应转换成电磁波，由传感器天线（13）经轮胎向机轮外辐射第一回波信号，其载波频率等于第一谐振腔的谐振频率；与之相似，第二驻波通过第二叉指换能器（4）经正压电效应转换成电磁波，由传感器天线（13）经轮胎向机轮外辐射第二回波信号，其载波频率等于第二谐振腔的谐振频率；

步骤F：各乐甫波传感器的第一回波信号、第二回波信号被安装在该起落架上的阅读器天线接收，合成为对应于该起落架的整体的回波信号，依次经同轴电缆和单刀n掷开关进入阅读器的接收模块，经滤波、放大等信号调理后进入信号处理模块，通过傅里叶变换获得安装在该起落架上q个机轮中的各乐甫波传感器的第一谐振腔、第二谐振腔的频谱信息，进一步通过频域插值方法准确获得q个乐甫波传感器的第一谐振腔、第二谐振腔的谐振频率；

步骤G：阅读器的信号处理模块对各乐甫波传感器的第一谐振腔、第二谐振腔的谐振频率求差值，根据胎压与谐振频率差值的对应关系进行相应的转换，以在消除共模干扰的同时实现对该起落架上q个机轮的轮胎胎压检测，并将检测结果显示在显示模块上；

步骤H：控制阅读器的收发隔离模块，使发射模块与单刀n掷开关接通，并控制单刀n掷开关，使单刀n掷开关经同轴电缆与安装在第2个起落架上的阅读器天线接通，重复步骤B、步骤C、步骤D、步骤E、步骤F、步骤G，实现对第2个起落架上所有机轮的轮胎胎压检测与显示；

步骤I：重复步骤H，直至实现对所有起落架上全部机轮的轮胎胎压检测与显示；

步骤J：不间断地重复步骤A、步骤B、步骤C、步骤D、步骤E、步骤F、步骤G、步骤H、步骤I，实现对飞机胎压的实时在线监测。