ШИНА С БЕСПРОВОДНЫМ ИНДИКАТОРОМ
TIRE WITH WIRELESS INDICATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к шинам с электрическими индикаторами износа. Изобретение относится к шинам с индикаторами износа, в основе которых лежит LC- или LCR-резонатор, индуктивность и/или частота колебаний в котором изменяется по мере износа поверхности шины.
Уровень техники
Системы дистанционного контроля, в которых используются LCR-контур (индуктивно-емкостно-резистивная), известны, например, из патентного документ US 2005/0007239. Вместе со средствами опроса такие контуры позволяют осуществлять контроль множества характеристик, включая деформацию, температуру, давление, идентифицирующий признак, поведение, изменение химической фазы (например, плавление или отверждение), уровень жидкости, износ, скорость вращения, местоположение и приближение. В общем, LRC-контур является пассивным, например, в нем отсутствует источник электропитания, который преобразует химическую энергию в электричество, даже если индуктивность сама используется для получения электричества за счет изменяющегося магнитного поля. Однако, средства опроса являются активными, и включают в себя источник электропитания, который преобразует химическую энергию в электричество. Обычно средства опроса представляют собой устройство, которое держат в руке, или устройство, закрепленное в системе. Положение средств опроса относительно контура может быть выбрано свободно и целесообразно. Однако, потребление энергии средствами опроса зависит от дистанции считывания.
Раскрытие сущности изобретения
Установлено, что такие системы дистанционного контроля особенно целесообразны для реализации, когда необходимо, чтобы измеряемая поверхность, например, изнашиваемая поверхность шины, была герметичной по отношению к воде и/или другим жидкостям, или воздуху и/или другим газам. Указанная проблема имеет еще большую важность, если жидкость или газ находятся под давлением. В таком случае, провода, идущие от измерительного контура, сразу создавали бы проблему утечек. Однако, таких проблем не существует в беспроводных системах дистанционного контроля.
Некоторые проблемы имеют место, когда система, содержащая опрашивающее устройство и контур, используется для измерения по меньшей мере характеристики поверхности, например, износа протектора шины. Например, катушку при таких измерениях внедряют в часть материала, который подвержен износу, например, в материал протектора шины. Это влияет на чувствительность измерений. Отмечено, что чувствительность может быть увеличена, если опрашивающее устройство разместить в надлежащем положении. Опрашивающее устройство размещают в надлежащем положении относительно контура и устройства, т.е. шины, у которой производится измерение характеристики, например, износа. В каких-то случаях применения, указанное устройство, т.е. шина, обычно содержит некоторое количество металла между контуром и опрашивающим устройством. В таких системах беспроводная связь между компонентами нарушается за счет конструкции указанного устройства. В частности, в таких случаях взаимное положение контура и опрашивающего устройства становится важным. В настоящем изобретении указанное устройство представляет собой шину, содержащую электрический индикатор износа. Шина может представлять собой пневматическую шину. Шина или пневматическая шина обычно содержит металлический армирующий брекер, например, стальной брекер. Металлический брекер может мешать радиочастотной связи между опрашивающим устройством и контуром.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает на виде сбоку индикатор 190 износа,
фиг. 1b и 1 с изображают на виде сбоку устройство 100, содержащую индикатор 190 износа для измерения износа поверхности 120 устройства 100,
фиг. 1d изображает износ (w, w1, w2) в индикаторе износа фиг. 1а,
фиг. 1е изображает индикатор износа с фиг. 1с, в котором имел место износ (w, w1, w2) поверхности 120,
фиг. 1f изображает на виде сбоку индикатор 190 износа, содержащий две ферритовые пластины,
фиг. 1g изображает на виде сбоку индикатор износа, в котором емкостной компонент содержит несколько конденсаторов,
фиг. 2а-2е изображают варианты осуществления индикаторов износа и соответствующие устройства,
фиг. 3 изображает зависимость емкости с1 первичного емкостного компонента 210 от износа w для некоторых вариантов осуществления изобретения,
фиг. 4а показывает направления магнитных полей, создаваемых и/или принимаемых первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320,
фиг. 4 с и 4 с иллюстрируют магнитные поля, создаваемые и/или принимаемые первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320, когда в корпусе 110 размещена по меньшей мере армирующая структура 150, 155,
фиг. 5а и 5b показывают расположение первичного индуктивного компонента 220 относительно вторичного индуктивного компонента 320,
фиг. 6а - 6i иллюстрируют варианты осуществления первичного емкостного компонента 210,
фиг. 7 иллюстрирует систему, содержащую индикатор износа, шлюз 400 и облачный сервер 500.
Фиг. 8а и 8b изображают первичный емкостной компонент 210, размещенный в глухом отверстии 112 протектора 120 шины, и
Фиг. 9а и 9b изображают пневматическую шину 100, содержащую индикатор износа.
Осуществление изобретения
Далее, варианты осуществления изобретения будут рассмотрены в отношении индикатора износа. Однако, в настоящем описании индикатор износа используется в примере более общего устройства 100, в частности шины 100, такой как пневматическая шина, содержащая встроенный контур 200 и опрашивающее устройство 300. На фиг. 1а изображена принципиальная схема индикатора 190 износа. Индикатор износа содержит контур 200 и опрашивающее устройство 300. Опрашивающее устройство 300 выполнено с возможностью беспроводного взаимодействия с контуром 200, что будет подробно рассмотрено ниже. Это помогает в решении вышеупомянутых проблем утечек.
Индикатор 190 износа размещен в шине 100 таким образом, что емкостной компонент истирается по мере износа протектора 120 шины. Шина может представлять собой пневматическую шину. Однако, шина может быть и непневматического типа. Обычно, как пневматические шины, так и непневматические шины ограничивают некоторую полость (например, одну полость для сжатого воздуха), или несколько полостей (полостей в непневматической шине). Рассматриваемая шина может являться шиной для пассажирского транспортного средства, такого как пассажирский автомобиль. Рассматриваемая шина может являться тяжелой шиной, т.е. шиной для тяжелой машины, такой как форвардер, погрузчик, грузовик или машина на гусеничном ходу. Рассматриваемая шина может являться шиной для мотоцикла.
Контур 200 содержит первичный емкостной компонент 210 и первичный индуктивный компонент 220. Первичный емкостной компонент 210 электрически соединен с первичным индуктивным компонентом, так что образован электрический колебательный контур. Контур 200 может дополнительно содержать резистивный компонент (не показан). Таким образом данный колебательный контур является контуром LC-типа или LRC-типа. Контур 200 является энергетически пассивным, т.е. в нем отсутствует батарея, преобразующая химическую энергию в электричество. Первичный индуктивный компонент 220 преобразует магнитную энергию в электрическую, которая на время накапливается в первичном емкостном компоненте 210, что само по себе известно из техники колебательных контуров LC-типа или LCR-типа. Частота колебаний и/или индуктивность контура 200 зависит (зависят) от емкости первичного емкостного компонента 210 и индуктивности первичного индуктивного компонента 220. Обычно, угловая частота резонанса контура выражается формулой: ω=1/√(L1×с1), где L1 - индуктивность первичного индуктивного компонента 220, а с1 - емкость первичного емкостного компонента 210. Как будет более подробно рассмотрено ниже, согласно варианту осуществления изобретения, первичный емкостной компонент 210 выполнен с возможностью износа в процессе использования шины, в силу чего его емкость с1 изменяется. Это оказывает влияние, например, на угловую частоту со резонанса. Это также оказывает влияние на взаимную индукцию, в частности на определенной частоте, первичного индуктивного компонента 220 и вторичного индуктивного компонента 320. Таким образом, например, указанные величины являются показателями степени износа первичного индуктивного компонента 220. Однако, также и другие величины могут оказывать влияние на емкость с1 первичного емкостного компонента 210. Таким образом, например, вышеуказанные величины могут характеризовать также и другие параметры первичного емкостного компонента 210 или среды, которая окружает первичный емкостной компонент 210, например, наличие влаги вблизи первичного емкостного компонента 210 и/или наличие влаги, например, между двумя электродами (212, 214) первичного емкостного компонента 210.
Первичный емкостной компонент 210 не обязательно должен испытывать износ во время измерений. Можно, например, измерять влажность окружающей среды, когда производится внедрение контура в шину. Как известно, влажность влияет на диэлектрическую постоянную конденсатора, и таким образом, на угловую частоту со резонанса LC-контура. Дополнительно или как вариант, на индуктивность первичного индуктивного компонента 220 может оказывать влияние окружающая среда и/или использование шины 100. Например, если корпус 110 (блок протектора) шины 100 содержит магнитный материал, то индуктивность первичного индуктивного компонента 220 может изменяться по мере износа корпуса 110. Дополнительно или как вариант, контур 200 может содержать первичную систему 240 датчиков для измерения некоторых величин.
Опрашивающее устройство 300 содержит источник 330 электропитания, контур 310 связи, и вторичный индуктивный компонент 320. Источник электропитания необходим для снабжения опрашивающего устройства энергией. Источник электропитания может быть выполнен с возможностью преобразования, например, механической и/или химической энергии в электрическую энергию. Дополнительно или как вариант, источник электропитания может содержать компонент, выполненный с возможностью преобразования магнитной энергии в электричество. Дополнительно или как вариант, источник электропитания может содержать конденсатор большой емкости (например, суперконденсатор), запасающий электрическую энергию, как таковую. Такой конденсатор большой емкости можно заряжать, например, индуктивно или механически при помощи компонента, который преобразует магнитную или механическую энергию, соответственно, в электрическую энергию. Термин «конденсатор большой емкости» в данном контексте относится к конденсатору, обладающему электрической емкостью по меньшей мере 1 мкФ.
Вторичный индуктивный компонент 320 используется, чтобы выполнять опрос контура 200. Таким образом, благодаря формированию магнитного поля во вторичном индуктивном компоненте 320, магнитное поле также пронизывает первичный индуктивный компонент 220, оказывая таким образом влияние на взаимную индукцию опрашивающего устройства 300 и контура 200. Таким образом, может быть измерен коэффициент взаимной индукции и/или угловая резонансная частота (или резонансная частота) контура.
Контур 310 связи может быть использован для передачи измеренных данных в шлюз 400 (см. фиг. 7). Контур связи может содержать управляющую схему для измерения коэффициента взаимной индукции и/или резонансной частоты контура. В ином варианте опрашивающее устройство 300 может содержать отдельную управляющую схему для указанной цели. Согласно одному варианту осуществления изобретения, опрашивающее устройство 300 выполнено с возможностью измерения по меньшей мере одной из следующих величин: [i] коэффициента взаимной индукции вторичного индуктивного компонента 320 и контура 200, [ii] индуктивности контура 200, и [iii] резонансной частоты колебаний в контуре 200.
Согласно фиг. 1b, такой индикатор 190 износа может быть использован для измерения износа первой поверхности 120 корпуса 110, в частности, износа протектора 120 шины, часть которого образована корпусом 110. Первая поверхность 120 - это поверхность, которая изнашивается при эксплуатации. Когда используется такой индикатор 190 износа, контур 200 включают в изнашиваемую поверхность 120, например, протектор шины, таким образом, что первичный емкостной компонент 210 также изнашивается по мере износа поверхности 120. Конденсатор не обязательно должен доходить до верха неизношенной изнашиваемой поверхности, поскольку может быть достаточно измерять износ только таких поверхностей, износ которых составляет обоснованно необходимую величину. Однако, предпочтительно, чтобы происходил износ только первичного емкостного компонента 210, но не первичного индуктивного компонента 220. Поэтому, в соответствии с фиг. 1с, согласно варианту осуществления изобретения, контур 200 размещен в корпусе 110 таким образом, что первичный емкостной компонент 210 выполнен с расчетом его износа по мере износа первой поверхности 120 шины 100. Более того, по меньшей мере часть первичного емкостного компонента 210 расположена на первом расстоянии d1 от первой поверхности 120, и внутри корпуса 110. Кроме того, по меньшей мере часть первичного индуктивного компонента 220 расположена на расстоянии d2 от первой поверхности 120 корпуса 110, и внутри корпуса 110. В предпочтительном варианте в индикаторе износа второе расстояние d2 больше первого расстояния d1. Таким образом, когда первая поверхность 120 изнашивается, износ первого емкостного компонента 210 начинается прежде, чем начнется износ первичного индуктивного компонента 220. Индикатор 190 износа предпочтительно располагать так, чтобы при нормальной эксплуатации износ первичного индуктивного компонента 220 не происходил. Более того, как говорилось выше, в некоторых других вариантах осуществления изобретения второе расстояние d2 может быть меньше первого расстояния d1, потому что требуется чтобы не было износа ни первичного емкостного компонента, ни первичного индуктивного компонента.
Кроме того, опрашивающее устройство 300 расположено относительно контура 200 таким образом, что вторичный индуктивный компонент 320 находится с той же стороны от первой поверхности 120, что и первичный индуктивный компонент 220. Вторичный индуктивный компонент 320 может быть размещен внутри корпуса 110 или на другой стороне корпуса 110. К тому же, по меньшей мере часть вторичного индуктивного компонента 320 расположена на третьем расстоянии d3 от первой поверхности 120 шины, причем третье расстояние d3 больше, чем второе расстояние d2. В результате этого износ вторичного индуктивного компонента 320 не начнется, пока не начнется износ первичного индуктивного компонента 220 (если такой износ вообще предусмотрен). Дополнительный эффект такого размещения заключается в улучшении магнитной связи между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320.
В данном описании корпус 110 в сочетании с индикатором 190 износа, в соответствии с различным вариантами осуществления изобретения, образует шину 100. Согласно фиг. 9а и 9b, в некоторых вариантах осуществления корпус 110 является частью пневматической шины, причем устройство 100 представляет собой пневматическую шину, содержащую встроенный электрический индикатор износа. Корпус 110 может представлять собой блок протектора шины 100.
Согласно фиг. 1d, в общем величина износа обозначена символом "w". На фиг. 1d показаны две величины износа w1 и w2. Величина износа w1 относится к степени износа w1 поверхности 120 фиг. 1d. Поверхность 120 может быть, например, неизношенной, и величина износа w1 может быть равна нулю.
На фиг. 1е изображено устройство 100 фиг. 1d после того, как произошел некоторый износ поверхности 120. Величина износа на фиг. 1е соответствует w2. Таким образом, если сравнить фиг. 1d и фиг. 1е, то поверхность 120 износилась на величину w2-w1.
Согласно фиг. 1b, в соответствии с вариантом осуществления, опрашивающее устройство 300 расположено на второй поверхности 130 корпуса 110, причем вторая поверхность 130 противоположна первой поверхности 120. В качестве второй поверхности может выступать поверхность полости, которую ограничивает шина 100. Например, второй поверхностью 130 может служить внутренняя поверхность пневматической шины 100.
Поскольку первичный емкостной компонент 210 выполнен с возможностью износа на ту же самую величину, что и изнашиваемая поверхность 120, предпочтительно, чтобы первичный емкостной компонент 210 оказывал сопротивление износу максимум в той же степени, что и корпус 110. Другими словами, предпочтительно, чтобы материал первичного емкостного компонента 210 сопротивлялся износу максимум в той же степени, что и материал корпуса 110. Это гарантирует, что в процессе эксплуатации первичный емкостной компонент 210 будет изнашиваться на ту же величину, что и изнашиваемая поверхность 120; по меньшей мере, когда поверхность 120 будет изношена до границы, где начинается износ первичного емкостного компонента 210 (см. фиг. 2а).
На фиг. 2а-2е показаны некоторые варианты осуществления устройства 100. На указанных фигурах первичный емкостной компонент 210 содержит первый электрод 212 и второй электрод 214.
Как видно из фиг. 2а, согласно варианту осуществления, когда первая поверхность 120 не изношена, первичный емкостной компонент 210 расположен на расстоянии от первой поверхности 120. Таким образом, индикатор износа выполнен так, чтобы не измерять малые величины износа, а измерять только величины, превышающие некоторый предел. Такой предел определяется расстоянием между первичным емкостным компонентом 210 и поверхностью 120.
1
2
3
4
5
6
В варианте осуществления, представленном на фиг. 2b, первичный емкостной компонент 210 содержит базовый конденсатор 216. Базовый конденсатор выполнен так, чтобы он не испытывал износа при эксплуатации. В результате этого электрическая емкость первичного емкостного компонента 210 остается достаточно высокой на протяжении расчетного срока эксплуатации индикатора износа. Базовый конденсатор 216 может включать в себя часть электродов (212, 214; см. фиг 6b и 6d). Дополнительно или как вариант, базовый конденсатор 216 может включать в себя отдельные электроды (фиг. 6f). Дополнительно или как вариант, базовый конденсатор 216 может быть представлен отдельным емкостным компонентом (фиг. 6g). Отдельный емкостной компонент может быть использован также, когда первичный емкостной компонент 210 содержит дискретные конденсаторы 210, 210, 210, 210, 210 и 210, как показано на фиг. 1g.
Назначение базового конденсатора 216 заключается в настройке емкости с1 и таким образом угловой частоты со резонанса контура 200. Этим может быть увеличена чувствительность контура 200. В частности, этим может быть увеличена чувствительность пары «контур 200 - опрашивающее устройство 300», поскольку измерительная электроника опрашивающего устройства 300 может быть рассчитана на наиболее эффективную работу в определенном диапазоне частот. Однако, если опрашивающее устройство построено иным образом, то использование базового конденсатора 216 может быть необязательным.
6
Согласно одному варианту осуществления изобретения, базовый конденсатор 216 (или 210) образует по меньшей мере 25% емкости с1 первичного емкостного компонента 210. К примеру, базовый конденсатор 216 может быть расположен глубже в корпусе 110 (т.е. дальше от поверхности 120), чем изнашиваемая часть первичного емкостного компонента 210. Например, базовый конденсатор 216 может быть расположен на другой стороне 130 корпуса 110, чем изнашиваемая часть первичного емкостного компонента 210.
1
2
3
4
5
6
6
6
Когда первичный емкостной компонент 210 содержит несколько конденсаторов 210, 210, 210, 210, 210 и 210, как показано на фиг. 1g, элемент 210, расположенный дальше всего от поверхности 120, может служить в качестве базового конденсатора 216, который не рассчитан на изнашивание в процессе эксплуатации. Однако, в варианте осуществления, изображенном на фиг. 1g, может быть рассчитано, чтобы конденсатор 210 также изнашивался при эксплуатации.
Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 2с, компоненты опрашивающего устройства 300 расположены в корпусе 110. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 2d, у первого и второго электродов 212, 214 их ширина у изнашиваемой поверхности 120 имеет большую величину, чем их глубина внутрь корпуса. Такие электроды более подробно показаны на фиг. 6с и 6d. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 2е, опрашивающее устройство 300 дополнительно ко вторичному индуктивному компоненту 320 содержит вторичную систему 340 датчиков. Такая вторичная система 340 датчиков может включать в себя датчик или датчики, выполненные с возможностью измерения параметров среды, в которой находится опрашивающее устройство 300. Вторичная система 340 датчиков может содержать, например, по меньшей мере один из следующих датчиков: датчик температуры, датчик давления или датчик ускорения.
Согласно фиг. 2d, контур 200 также может содержать первичную систему 240 датчиков. Первичная система датчиков может включать в себя датчик или датчики, которым для своей работы требуется очень мало электроэнергии. Первичная система датчиков может содержать, например, по меньшей мере один из следующих датчиков: датчик давления, датчик влажности и датчик температуры.
Было отмечено, что по мере износа первичного емкостного компонента 210 может быть трудно обнаруживать изменения емкости для малых величин износа. Предполагается, что причина этого в том, что пропорциональное изменение емкости (изменение, пропорциональное емкости компонентов 210) может вначале быть меньше, чем в более позднее время, поскольку позднее сама величина емкости становится меньше. Эта проблема в некоторой степени может быть решена посредством базового конденсатора, о котором шла речь выше. Однако, предпочтительно, данную проблему также решать путем более тщательного проектирования первичного емкостного компонента 210. Не вдаваясь на данном этапе в детали структуры элемента, фиг. 3 изображает зависимость величины емкости с1 от износа w для четырех различных первичных емкостных компонентов 210.
1
2
3
4
5
6
Как показывает кривая 810 на фиг. 3, согласно варианту осуществления, емкость с1 первичного емкостного компонента 210 может уменьшаться при постоянном наклоне графика для всех значений износа w. Такая кривая может иметь место, если электроды имеют форму параллельных пластин (фиг. 6а) или в случае концентрических электродов (фиг. 6е) с базовым конденсатором 216 или без базового конденсатора (см. также фиг. 6b и 6f). Соответствующий результат может быть достигнут также путем использования отдельных конденсаторов 210, 210, 210, 210 и 210 (конденсатор 210 является базовым конденсатором), как показано на фиг. 1g, причем указанные конденсаторы равномерно разнесены в пространстве и имеют одинаковую емкость. Однако, поскольку емкость с1 также уменьшается для небольших величин износа, первичный емкостной компонент расположен так, чтобы он доходил до изнашиваемой поверхности 120, как на фиг. 1b, 1g, 2b, 2d и 2е.
Как показывает кривая 820 на фиг. 3, согласно варианту осуществления, емкость с1 первичного емкостного компонента 210 может уменьшаться при постоянном наклоне графика только для достаточно больших величин износа w. Поскольку емкость с1 вначале не уменьшается, первичный емкостной компонент размещен на расстоянии от изнашиваемой поверхности 120, как на фиг. 2а и 2 с. Поскольку кривая в дальнейшем приобретает постоянный наклон, то такая кривая может иметь место, если электроды имеют форму параллельных пластин (фиг. 6а) или в случае концентрических электродов (фиг. 6е) с базовым конденсатором 216 или без базового конденсатора (см. также фиг. 6b и 6f).
Как показывает кривая 830 на фиг. 3, согласно варианту осуществления, емкость с1 первичного емкостного компонента 210 может уменьшаться таким образом, что это уменьшение в функции износа вначале происходит быстрее, чем в дальнейшем. Формально, емкость с1 первичного емкостного компонента 210 является функцией износа c1=c1(w). Кроме того, скорость изменения емкости представляет собой производную dc1/dw емкости с1 по величине износа w. Для некоторой величины w1 износа производная dc1/dw в данной точке в настоящем описании и как общепринято обозначается dc1/w|w1. Как известно, производная представляет наклон касательной к кривой в данной точке. Соответствующая касательная к кривой 830 показана на фиг. 3 линией 831. Для другой величины w2 износа производная dc1/dw в данной точке в настоящем описании и как общепринято обозначается dc1/w|w2. Соответствующая касательная к кривой 830 показана на фиг. 3 линией 832. Как показано на фигурах, производная является отрицательной, поскольку емкость уменьшается по мере износа поверхности.
1
2
3
4
5
6
1
2
6
1
2
3
4
5
Как показывает кривая 830 на фиг. 3, согласно одному варианту осуществления, абсолютное значение производной для малых величин износа w больше, чем для больших величин износа w. Формально, ||dc1/w|w1 ||>||dc1/w|w2||, когда w2>w1. В данном случае ||dc1/w|w1 || обозначает абсолютное значение dc1/w|w1, a ||dc1/w|w2|| обозначает абсолютное значение dc1/w|w2. Как известно, электрическая емкость прямо пропорциональна площади электродов и обратно пропорциональна расстоянию между электродами. Таким образом, кривая 830 может иметь место, если, например, электроды имеют форму, как на фиг. 6с, при которой более широкая верхняя часть электродов 212, 214 будет изнашиваться раньше, чем более узкая нижняя часть электродов 212, 214. Дополнительно или как вариант, такое изменение емкости можно получить, если верхние части электродов 212, 214 расположить ближе друг к другу, чем нижние части, как на фиг. 6g. Соответствующий результат может быть получен путем использования отдельных конденсаторов 210, 210, 210, 210 и 210 (конденсатор 210 является базовым конденсатором), как показано на фиг. 1g. В этом случае конденсатор 210 ближний к поверхности 120 может иметь емкость большую, чем конденсатор 210, который расположен дальше от поверхности 120. Кроме того, емкость базового конденсатора 210 может быть больше емкости любого другого конденсатора 210, 210, 210, 210 и 210.
6
Как указывалось выше, может быть выгодным иметь достаточно большую емкость с1. Эта величина может быть рассчитана, например, таким образом, чтобы резонансная частота контура оставалась на приемлемом уровне на протяжении срока службы контура. Как показывает кривая 840 на фиг. 3, емкость с1 может быть увеличена (по сравнению с кривой 830). Такое увеличение может быть получено за счет базового конденсатора 216, например, базового конденсатора фиг. 6d или конденсатора 210, который расположен глубже всего.
Согласно варианту осуществления изобретения, первичный емкостной компонент 210 выполнен таким образом, что для первой величины износа w1 производная емкости с1 первичного емкостного компонента 210 по величине износа w имеет первое значение dc1/w|w1, а для второй величины износа w2 производная емкости с1 первичного емкостного компонента 210 по величине износа w имеет второе значение dc1/w|w2. Согласно одному варианту осуществления, первое значение производной dc1/w|w1 отличается от второго значения производной dc1/w|w2. Согласно предпочтительному варианту осуществления, первая величина износа w1 меньше второй величины износа w2, при этом первое значение производной dc1/w|w1 является отрицательным и меньшим второго значения производной dc1/w|w2. На практике указанные производные могут быть определены только как разности в двух разных измерениях. Производная dc1/w|w1 может быть вычислена, как разность результатов измерений в интервале 0,5 мм в диапазоне, который содержит малую величину износа w1. Производная dc1/w|w2 может быть вычислена, как разность результатов измерений в интервале 0,5 мм в диапазоне, который содержит большую величину износа w2.
Фиг. 6а - 6i изображают варианты осуществления контура 200. На фигурах показан только первичный емкостной компонент 210 и первичный индуктивный компонент 220. Контур 200 может дополнительно содержать резистивные компоненты. Кроме того, некоторым сопротивлением обладают электрические проводники между указанными компонентами.
На фиг. 6а первичный емкостной компонент 210 выполнен в виде первой пластины, образующей первый электрод 212, и параллельной второй пластины, образующей второй электрод 214. Между электродами 212, 214 находится некоторый материал 213, который не обладает электрической проводимостью. Удельное электрическое сопротивление такого материала может, например, составлять по меньшей мере 10 Ом⋅м при 20°С. Чтобы обеспечить механическую стабильность, материалом 213 предпочтительно должен служить твердый диэлектрик. Твердый диэлектрический материал 213 должен быть твердым по меньшей мере при типовых условиях применения, например, при температурах от -55°С до +150°С, таких как от -55°С до +100°С. Диэлектрический материал 213 может быть твердым также и при других температурах, однако, предпочтительно, чтобы он не плавился и не испарялся в указанных диапазонах температур.
На фиг. 6b часть электродов 212, 214 образует базовый конденсатор 216. В конфигурации, изображенной на фиг. 6с, предусмотрено, что вначале имеет место большее изменение емкости, чем в дальнейшем, что подробно обсуждалось выше. В конфигурации на фиг. 6d к электродам фиг. 6с добавлен базовый конденсатор 216.
На фиг. 6е электроды 212, 214 расположены концентрично. Наружный электрод 212 имеет форму цилиндра в общем смысле, например, эллиптического цилиндра; в предпочтительном случае наружный электрод имеет форму регулярного, например, кругового цилиндра. Внутренний электрод 214 может представлять собой стержень или цилиндр. Предпочтительно, чтобы между внутренним электродом и наружным электродом располагался какой-либо твердый диэлектрический материал 213. На фиг. 6f к электродам, изображенным на фиг. 6е, добавлен базовый конденсатор 216. На фиг. 6g наружный электрод 212 имеет меньший диаметр вблизи изнашиваемой поверхности, чем на удалении от изнашиваемой поверхности. В результате этого расчетное изменение емкости вначале является более интенсивным, чем в дальнейшем, о чем говорилось выше. Кроме того, вариант фиг. 6g содержит базовый конденсатор.
На фиг. 6h первичный емкостной компонент 210 содержит первый электрод 212, который образует электрическую емкость с заземляющим электродом 214, т.е. вторым электродом. Однако, как показано на фиги. 6i, рассматриваемый контур может функционировать и без заземляющего электрода 214. В данном варианте осуществления электрическая емкость создается между первым электродом 212 и окружающей средой, в которую электрод 212 помещен. Однако, было отмечено, что измерения имеют более высокую точность, когда первичный емкостной компонент 210 содержит первый электрод 212 и второй электрод 214. Точными являются также измерения, когда используются дискретные конденсаторы (фиг. 1g).
1
2
3
4
5
6
Согласно фиг. 1g, не обязательно, чтобы первичный емкостной компонент 210 состоял из пластин (электродов). Например, первичный емкостной компонент 210 может состоять из конденсаторов 210, 210, 210, 210, 210 и 210, которые могут являться дискретными компонентами. Когда шина изнашивается, указанные компоненты и/или их проводники также испытывают износ, в силу чего электрическая емкость первичного емкостного компонента 210 изменяется. В таком случае, указанные конденсаторы электрически соединяют параллельно, так чтобы каждый из конденсаторов увеличивал емкость элемента 210.
i
Согласно варианту осуществления, изображенному, например, на фиг. 8а и 8b, корпус 110 содержит первый материал и служит границей глухого отверстия 112 для контура 200. В рассматриваемом варианте контур 200 расположен в глухом отверстии 112. Кроме того, первичный емкостной компонент 210 содержит (a, i) по меньшей мере первый электрод 212 или (а, ii) конденсатор 210 (i=1, 2, 3, 4, 5, 6) и (b) диэлектрический материал 213 так, что по меньшей мере часть диэлектрического материала 213 оставлена между (с) частью корпуса 110 и (d, i) первым электродом 212 или (d, ii) конденсатором 210i в направлении перпендикулярном нормали N1 к первой поверхности 120. Более того, следует отметить, что электрод 212, 214 образует по меньшей мере часть конденсатора в целом. К тому же предпочтительно, чтобы диэлектрический материал 213 не был тем же самым материалом, что и первый материал. Такую конструкцию можно было бы получать в процессе производства, например, если формировать глухое отверстие 112 в изнашиваемой поверхности 120, например в протекторе 120 шины, а затем вставлять контур 200 в глухое отверстие 112. Такой способ изготовления в типичном случае был бы гораздо проще, чем, например, установка контура 200 в корпус 110, например, во время полимеризации корпуса 110. Более того, формирование глухого отверстия 112 в отвержденном или полученном по-иному твердом корпусе 110 гарантирует, что контур будет установлен в правильном месте и в правильном положении. Такое глухое отверстие может быть сформировано, например, во время вулканизации шины, путем использования литейной формы шины. Согласно другому варианту, глухое отверстие может быть изготовлено после вулканизации, например, путем сверления.
Как указывалось выше и в отношении фиг. 8а и 8b, согласно одному варианту осуществления, первичный емкостной компонент 210 содержит второй электрод 214, при этом по меньшей мере некоторое количество диэлектрического материала 213 помещено между первым электродом 212 и вторым электродом 214. Как показано на фиг. 8а и 8b, также некоторое количество диэлектрического материала 213 оставлено между корпусом 110 и первым электродом 212 в направлении перпендикулярном нормали N1 к первой поверхности 120.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, первичный индуктивный компонент 220 и вторичный индуктивный компонент 320 расположены друг относительно друга таким образом, что их магнитные поля сильно связаны между собой. Более того, в предпочтительном варианте корпус 110 выполнен из твердого материала, при этом первичный индуктивный компонент 220 и вторичный индуктивный компонент 320 жестко прикреплены к корпусу 110. В результате этого взаимная ориентация и расстояние между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320 в процессе эксплуатации шины остаются постоянными, что существенно повышает чувствительность измерений и упрощает анализ данных измерений.
Соответственно, согласно варианту осуществления изобретения, первичный индуктивный компонент 220 выполнен с возможностью формирования первичного магнитного поля В1, а вторичный индуктивный компонент 320 выполнен с возможностью формирования вторичного магнитного поля В2. Специалистам известно, что направление такого магнитного поля сильно зависит от точки наблюдения. Однако, в центре первичного индуктивного компонента 220 первичное магнитное поле В1 имеет направление dB1 (первичное направление). Это касается по меньшей мере центра первичной катушки 222, которая составляет первичный индуктивный компонент 220. Кроме того, в центре вторичного индуктивного компонента 320 вторичное магнитное поле В2 имеет направление dB2 (вторичное направление). Это касается по меньшей мере центра вторичной катушки 322, которая составляет вторичный индуктивный компонент 320. Чтобы иметь сильную связь между магнитными полями В1 и В2, согласно варианту осуществления, например, изображенному на фиг. 4а, угол а между первичным направлением dB1 и вторичным направлением dB2 составляет менее 30° или более 150°, предпочтительно менее 15° или более 165°. Более того, следует понимать, что угол а между двумя направлениями по определению всегда равен самое большее 180°. По меньшей мере из множества углов, которые могут быть определены теоретически, один находится в диапазоне от 0 до 180°, и именно к такому углу относятся приведенные рассуждения.
Однако, согласно фиг. 4с, угол а не обязательно должен быть малым. Например, первичный сердечник 224 (или первичная ось 224) может использоваться, чтобы задать направление первичного магнитного поля В1. Аналогично, вторичный сердечник 324 (или вторичная ось 324) может использоваться, чтобы задать направление вторичного магнитного поля В2. На фиг. 4с вторичный сердечник 324 повернут, в результате чего вторичный сердечник 324 направляет вторичное магнитное поле В2 таким образом, чтобы было сильное взаимодействие с первичным магнитным полем В1. На фиг. 4а первичный сердечник 224 (или первичная ось 224) расположен прямо. Однако, специалист может легко задать форму сердечникам 224, 324, чтобы усилить магнитное взаимодействие. Чтобы направить первичное магнитное поле В1, согласно варианту осуществления, первичный сердечник 224 содержит парамагнитный или ферромагнитный материал. Чтобы направить вторичное магнитное поле В2, согласно варианту осуществления, вторичный сердечник 324 содержит парамагнитный или ферромагнитный материал.
Более того, в предпочтительном варианте осуществления первичное направление dB1 по существу является параллельным нормали к изнашиваемой поверхности 120. Например, угол β между первичным направлением dB1 и нормалью N1 к первой поверхности 120 может быть меньше 30° или больше 150°, например, меньше 15° или больше 165°. В данном случае термин «нормаль N1» относится к нормали к поверхности 120 в точке ближайшей к первичному емкостному компоненту 210. В результате этого, когда вторичный индуктивный компонент 320 располагают на стороне корпуса 110, которая противоположна поверхности 120, и у которой предполагается измерять износ контура 200, первичный и вторичный индуктивные компоненты 220, 320 могут быть расположены близко друг к другу.
2
Согласно фиг. 4b, в одном варианте осуществления, устройство 100 содержит первую армирующую структуру 150. Назначение первой армирующей структуры 150 придание прочности устройству 100. Например, первая армирующая структура 150 может представлять собой металлическое покрытие корпуса 110, устроенное так, что первая армирующая структура 150 образует вторую поверхность 130 (фиг. 1b). В ином варианте первая армирующая структура 150 может представлять собой проволочную сетку или пояс, размещенный внутри корпуса 110. Первая армирующая структура 150 может представлять собой брекер шины 100. Поскольку назначение первой армирующей структуры - это упрочнение корпуса 100, предпочтительно, чтобы указанная армирующая структура не накладывала ограничений на большие отверстия. Точнее, предпочтительно, чтобы первая армирующая структура 150 не накладывала ограничений на отверстия площадью по меньшей мере 0,5 см. Большое отверстие ослабляло бы армирующую структуру. Однако, когда первая армирующая структура 150 не содержит отверстий, согласно одному варианту осуществления, часть первой армирующей структуры 150 размещают между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320.
-5
Армирующие структуры, такие как брекер, обычно содержат металл, поскольку металлы, как правило, обладают прочностью. Однако, металлы в общем также являются хорошими проводниками электричества, и тем самым они мешают магнитной связи между первичным и вторичным индуктивными компонентами (220, 320). Согласно варианту осуществления изобретения, первая армирующая структура 150 содержит материал, обладающий удельным электрическим сопротивлением не более 1 Ом⋅м при температуре 23°С, например, не более 10 Ом⋅м при температуре 23°С. В частности, в таком случае расстояние между индуктивными компонентами (220, 320) и их взаимное расположение становится важным. Первая армирующая структура 150 может содержать сталь, или она может состоять из стали. Первая армирующая структура 150 может представлять собой сетку из стальной проволоки.
Дополнительно или как вариант, первая армирующая структура 150, например, брекер, может содержать волоконный материал. Волоконный материал первой армирующей структуры 150 может содержать по меньшей мере одно из следующих волокон: хлопок, вискозу, полиамид (нейлон), полиэстер, полиэтилентерефталат, и поли-парафенилентерефталамид (кевлар).
Согласно варианту осуществления, изображенному на фиг. 4с, устройство 100 содержит вторую армирующую структуру 155. Также часть второй армирующей структуры 155 может быть расположена между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320. Однако, первая армирующая структура 150 может обеспечивать достаточной упрочнение, в силу чего вторая армирующая структура 155 может ограничивать отверстие, при этом между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320 не оставляют даже части второй армирующей структуры 155.
Вторая армирующая структура 155 может содержать волоконный материал. Волоконный материал второй армирующей структуры 155 может содержать по меньшей мере одно из следующих волокон: хлопок, вискозу, полиамид (нейлон), полиэстер, полиэтилентерефталат, и поли-парафенилентерефталамид (кевлар).
Согласно фиг. 1f, магнитная связь между индуктивными компонентами 220, 320 может быть улучшена путем использования одной или двух пластин 225, 325 из ферромагнитного или парамагнитного материала, такого как феррит или материал, содержащий железо. Индикатор 190 износа может содержать первичную пластину 225, выполненную с возможностью усиления магнитного поля первичного индуктивного компонента 220. Как показано на фиг. 1f, воображаемая ось, окруженная первичным индуктивным компонентом 220, пронизывает первичную пластину 225. Данная воображаемая ось может быть параллельна первичному магнитному полю В1, которое создает первичный индуктивный компонент 220, в частности, первичная катушка 222, в его центре. Таким образом, первичная пластина 225 имеет магнитную связь с первичной катушкой 222. Как показано на фиг. 1f, предпочтительно, чтобы первичная пластина 225 не была расположена между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320.
Дополнительно или как вариант, индикатор 190 износа может содержать вторичную пластину 325, выполненную с возможностью усиления магнитного поля вторичного индуктивного компонента 320. Как показано на фиг. 1f, воображаемая ось, окруженная вторичным индуктивным компонентом 320, пронизывает вторичную пластину 325. Данная воображаемая ось может быть параллельна вторичному магнитному полю В2, которое создает вторичный индуктивный компонент 320, в частности, вторичная катушка 322, в его центре. Таким образом, вторичная пластина 325 имеет магнитную связь со вторичной катушкой 322. Как показано на фиг. 1f, предпочтительно, чтобы вторичная пластина 325 не была расположена между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320.
Согласно фиг. 5а, в общем, первичный индуктивный компонент 220 содержит первичную катушку 222, намотанную вокруг первичной оси АХ1, а вторичный индуктивный компонент 320 содержит вторичную катушку 322, намотанную вокруг вторичной оси АХ2. Указанные оси (АХ1, АХ2) могут быть четко определены физическими осями, например, содержащими ферромагнитный или парамагнитный материал. К примеру, на фиг. 4с первичная катушка 222 намотана вокруг первичного сердечника 224, который является осью, образуя таким образом первичную ось АХ1 (как на фиг. 5а). Таким образом, первичный сердечник 224 имеет магнитную связь с первичной катушкой 222. Кроме того, также вторичный сердечник 324 имеет магнитную связь со вторичной катушкой 322. Также, согласно фиг. 4с, вторичная катушка 322 намотана вокруг части вторичного сердечника 324. Таким образом, указанная соответствующая часть (на которую намотана вторичная катушка 322) образует вторичную ось АХ2.
Однако, катушка может быть сформирована в планарном виде на печатной плате, при этом центр катушки определял бы соответствующую ось. Кроме того, не обязательно, чтобы катушка окружала какой-либо твердый материал. Специалистам должно быть понятно, что направление первичной оси АХ1 является параллельным (т.е. однонаправленным или обратно направленным) вышеупомянутому первичному направлению dB1, а направление вторичной оси АХ2 является параллельным (т.е. однонаправленным или обратно направленным) вышеупомянутому вторичному направлению dB2.
Согласно фиг. 5а, первичная катушка 222 имеет первичное поперечное сечение XS1 в плоскости, нормаль к которой параллельна первичной оси АХ1; а вторичная катушка 322 имеет вторичное поперечное сечение XS2 в плоскости, нормаль к которой параллельна вторичной оси АХ2. Выражаясь иным образом, первичная катушка 222 выполнена с возможностью формирования первичного магнитного поля В1, которое в центре катушки 222 имеет первичное направление dB1, при этом первичная катушка 222 имеет первичное поперечное сечение XS1 в плоскости, нормаль к которой параллельна первичному направлению dB1. Аналогичным образом, вторичная катушка 322 выполнена с возможностью формирования вторичного магнитного поля В2, которое в центре катушки 322 имеет вторичное направление dB2, при этом вторичная катушка 322 имеет вторичное поперечное сечение XS2 в плоскости, нормаль к которой параллельна вторичному направлению dB2. В данном случае первичное поперечное сечение XS1 ограничено наиболее удаленным от центра периметром первичной катушки 222. А вторичное поперечное сечение XS2 ограничено наиболее удаленным от центра периметром вторичной катушки 322. Катушки 222, 322 могут быть выполнены на печатной плате, например, на многослойной печатной плате.
Согласно фиг. 5b, чтобы была сильная связь между магнитными полями В1 и В2, согласно варианту осуществления, первичное поперечное сечение XS1 и вторичное поперечное сечение XS2 расположены относительно друг друга так, чтобы воображаемая прямая линия IML, которая параллельна первичному направлению dB1 и/или вторичному направлению dB2, пронизывала как первичное поперечное сечение XS1, так и вторичное поперечное сечение XS2. Данный вариант изображен на фиг. 5b.
Как показано на фиг. 5b, предпочтительно, чтобы первичное и вторичное поперечные сечения XS1 и XS2 перекрывались в достаточной степени. Как показано на фиг. 5b, направления dB1 и dB2 параллельны друг другу, при этом поперечное сечение XS1 и поперечное сечение XS2 могут быть спроецированы в направлении dB1 на одну и ту же плоскость Р, нормаль к которой имеет направление dB1. Перекрывающаяся часть XS12 указанных поперечных сечений является пересечением (в математике пересечение множеств обычно обозначается XS1∩⋅XS2) проекций сечений XS1 и XS2 на плоскость Р, как показано на фиг. 5b. В случае, если направления dB1 и dB2 не параллельны друг другу, то проекции XS1 и XS2 можно рассматривать, как проекции в любом из направлений dB1 или dB2 на одну и ту же плоскость Р, нормаль к которой имеет направление dB1 или dB2, соответственно.
Как показано на фиг. 5b, площадь Axs12 перекрывающейся части XS12 достаточно велика по сравнению с площадью Axs1 первичного поперечного сечения XS1 и/или площадью Ах2 вторичного поперечного сечения XS2. Следует отметить также, что площадь Axs1 первичного поперечного сечения XS1 равна площади Axs1 проекции первичного поперечного сечения XS1 на плоскость Р. Аналогично, площадь Axs2 вторичного поперечного сечения XS2 равна площади Axs2 проекции вторичного поперечного сечения XS2 на плоскость Р. Согласно предпочтительному варианту, площадь Axs12 перекрывающейся части XS12 первичного поперечного сечения XS1 и вторичного поперечного сечения XS2 составляет по меньшей мере 25%, например, по меньшей мере 33% или по меньшей мере половину той площади из двух следующих, которая меньше: площади Axs1 первичного поперечного сечения XS1 и площади Axs2 вторичного поперечного сечения. Более предпочтительно, чтобы площадь Axs12 перекрывающейся части XS12 составляла по меньшей мере 66%, по меньшей мере 75% или по меньшей мере 90% той площади из двух следующих, которая меньше: Axs1 и Axs2.
Кроме того, установлено, что магнитную связь катушек 222, 322 можно считать хорошей, когда размер сечения первичной катушки 222 имеет тот же порядок, что и размер сечения вторичной катушки 322. Поэтому, предпочтительно, чтобы отношение площадей поперечных сечений катушек 222 и 322, т.е. Axs2/Axs1, было в интервале 0,1-10, например, 0,2-5.
Однако, по меньшей мере в некоторых шинах может быть предпочтительным выдержать небольшой размер контура 200. Таким образом, согласно варианту осуществления, отношение Axs2/Axs1 площади Axs2 вторичного поперечного сечения XS2 к площади Axs1 первичного поперечного сечения XS1 составляет по меньшей мере 0,5 или по меньшей мере 0,75 или по меньшей мере 0,9. Однако, как было указано выше, если разность площадей слишком велика, магнитная связь начинает уменьшаться. Таким образом, отношение Axs2/Axs1 может находиться, например, в интервале от 0,5 до 10; или от 0, 75 до 7; или от 0,9 до 5.
Кроме того, установлено, что магнитную связь катушек 222, 322 можно считать хорошей, когда расстояние d12 (см. фиг. 4а) между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320 мало. Например, согласно варианту осуществления, расстояние d12 составляет не более 75 мм, например, не более 50 мм, не более 25 мм, не более 15 мм или не более 10 мм.
Согласно варианту осуществления изобретения, как показано на фиг. 7, опрашивающее устройство 300 выполнено с возможностью осуществления связи с шлюзом 400. Шлюз 400 может быть выполнен с возможностью отображения величины износа, например, для пользователя. Шлюз 400 может быть выполнен с возможностью сравнения величины износа с предельно допустимым износом. Шлюз 400 может быть выполнен с возможностью отправки аварийного сигнала, когда величина износа превышает предельно допустимый износ. Такой аварийный сигнал может быть оптическим (визуальным). Такой аварийный сигнал может быть отправлен пользователю.
Дополнительно или как вариант, шлюз 400 может быть выполнен с возможностью осуществления связи с сервис-провайдером, например, с сетью мобильной телефонной связи. Например, шлюз 400 может быть выполнен с возможностью осуществления связи с облачным сервисом через сеть мобильной телефонной связи. В ином варианте опрашивающее устройство 300 может осуществлять связь напрямую с сервис-провайдером, таким как провайдер сети мобильной телефонной связи или, например, через сеть мобильной телефонной связи. Однако, присутствие шлюза 400 достаточно близко к опрашивающему устройству 300 снижает энергопотребление опрашивающего устройства 300. Обычно это выгодно, поскольку может быть трудно производить замену или заряжать источник 330 электропитания опрашивающего устройства 300.
В предпочтительном варианте опрашивающее устройство 300 выполнено с возможностью отправки данных в шлюз 400, который расположен на расстоянии не более 50 м, предпочтительно не более 20 м, например, не более 10 м от опрашивающего устройства 300. В предпочтительном варианте шлюз 400 выполнен с возможностью передачи данных в облачный сервер 500 и приема данных от облачного сервера 500. Опрашивающее устройство 300 может быть выполнено с возможностью осуществления связи с шлюзом 400 по технологии Bluetooth. Опрашивающее устройство 300 может быть выполнено с возможностью осуществления связи с шлюзом 400 беспроводным способом, используя радиоволны в диапазоне частот от 2,4 ГГц до 2,485 ГГц.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, опрашивающее устройство 300 выполнено с возможностью измерения одного из следующих параметров: [i] коэффициента взаимной индукции вторичного индуктивного компонента 320 и контура 200, [ii] индуктивности контура 200, и [iii] резонансной частоты колебаний контура 200. Данные таких измерений характеризуют износ w первой поверхности 120, что было подробно рассмотрено выше. Кроме того, согласно варианту осуществления изобретения, опрашивающее устройство 300 выполнено с возможностью определения величины w износа путем использования данных измерений (т.е. данных, характеризующих износ). Опрашивающее устройство 300 может отправлять данные величины износа в шлюз 400 или непосредственно в облачный сервер 500. В ином варианте опрашивающее устройство 300 может отправлять данные, характеризующие износ в шлюз 400 или напрямую в облачный сервер 500. Соответственно, шлюз 400 или облачный сервер 500 могут быть выполнены с возможностью определения величины w износа на основе данных, характеризующих износ.
Вариантом осуществления изобретения также является система для измерения износа w поверхности 120. Такая система содержит устройство 100 (т.е. шину с прикрепленными к ней контуром 200 и опрашивающим устройством 300) и шлюз 400. Опрашивающее устройство 300 шины 100 выполнено с возможностью отправки данных в шлюз 400. Шлюз 400 выполнен с возможностью приема данных от опрашивающего устройства 300. Шлюз 400 может быть выполнен с возможностью осуществления связи с пользователем, о чем говорилось выше.
Шлюз 400 может быть выполнен с возможностью осуществления связи с облачным сервером 500, о чем говорилось выше.
Может быть подготовлен индикатор 190 износа (фиг. 1а), содержащий отдельный контур 200 и отдельное опрашивающее устройство 300. Кроме того, шина 100 с индикатором износа может быть сформирована путем размещения контура 200 и опрашивающего устройства 300 относительно друг друга и корпуса 110 шины согласно принципам, о которых шла речь выше. Соответственно, индикатор 190 износа размещают в корпусе 110. Как указывалось выше, корпусом 110 может служить протектор или блок протектора шины, например, пневматической шины.
Вариант осуществления такого способа содержит этап, на котором получают (например, располагают уже доступный) индикатор 190 износа. Как указывалось выше, индикатор 190 износа содержит [i] контур 200, содержащий первичный емкостной компонент 210, выполненный с возможностью износа, и первичный индуктивный компонент 220, а также [ii] опрашивающее устройство 300, содержащее источник 330 электропитания, контур 310 связи и вторичный индуктивный компонент 320. В указанном способе по меньшей мере часть первичного емкостного компонента 210 контура 200 размещают в корпусе 110, например, протекторе шины. Протектор может содержать блоки, при этом первичный емкостной компонент 210 может быть размещен в блоке протектора. Кроме того, вариант осуществления содержит расположение первичного индуктивного компонента 220 контура 200 относительно корпуса 110 так, чтобы по меньшей мере часть первичного емкостного компонента 210 располагалась ближе к изнашиваемой поверхности 120, чем по меньшей мере часть первичного индуктивного компонента 220. Кроме того, опрашивающее устройство 300 прикрепляют к корпусу 110 или к контуру 200. Опрашивающее устройство 300 прикрепляют так, чтобы по меньшей мере часть вторичного индуктивного компонента 320 располагалась дальше от изнашиваемой поверхности 120, чем часть первичного индуктивного компонента 220.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения содержит крепление опрашивающего устройства 300 на другой поверхности 130 шины 100. Этой поверхностью может быть поверхность 130 полости шины. Поверхность 130 может быть внутренней поверхностью шины, которая является шиной пневматического типа. Вариант осуществления содержит крепление опрашивающего устройства 300 по меньшей мере частично внутри шины 100.
На фиг. 9а изображена шина 100, которая является шиной пневматического типа. Как известно, шина содержит протектор 120. Протектор 120 представляет собой наружную поверхность шины. Протектор сформирован, как поверхность системы 114 блоков протектора. Система 114 блоков протектора включает в себя блоки 110 протектора, расположенные таким образом, что между блоками 110 оставлена канавка или канавки, как показано на фиг. 9а. Соответственно, одиночный блок 110 протектора образует по меньшей мере часть, а обычно только часть, протектора 120. Протектор 120 рассчитан на контакт качения с поверхностью 900, когда используют пневматическую шину 100. У протектора 120 существует нормаль к поверхности, которая, по существу, параллельна радиальному направлению SR шины 100, причем радиальное направление SR перпендикулярно оси вращения AXR шины 100.
Пневматическая шина 100 является примером устройства 100, которая была рассмотрена выше. Блоки протектора пневматической шины 100 образуют корпус, содержащий изнашиваемую поверхность 120. В случае пневматической шины изнашиваемой поверхностью 120 является протектор пневматической шины 100.
Согласно фиг. 9b, шина 100 содержит блоки 110 протектора. По меньшей мере один блок протектора оснащен контуром 200, как было указано выше. Контур 200 размещен в блоке протектора таким образом, что при износе протектора 120 происходит износ первичного емкостного компонента 210. Когда изнашивается протектор 120, также изнашивается та часть протектора 120, которая образована поверхностью блока 110 протектора, в котором находится контур 200. Первичный емкостной компонент 210 электрически связан с первичным индуктивным компонентом 220. Опрашивающее устройство 300 размещено на внутренней поверхности 130 пневматической шины 100. Первичный индуктивный компонент 220 совмещен своей осью с осью вторичного индуктивного компонента 320 таким образом, который рассматривался подробно выше.
В пневматической шине 100 расстояние d12 (фиг. 4а) между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320 обычно составляет не более 75 мм, как говорилось выше. Однако, магнитная связь между индуктивными компонентами 220, 320 обычно тем лучше, чем ближе индуктивные компоненты 220, 320 расположены друг к другу. Таким образом, расстояние d12 предпочтительно выбирают наименьшим, как указано выше.
В пневматической шине 100 блок 110 протектора содержит первый материал, такой как резина. Кроме того, согласно варианту осуществления изобретения, контур 200 помещен в глухое отверстие 112 блока 110 протектора. Таким образом, блок 110 протектора ограничивает глухое отверстие 112 для контура 200. Перед тем как помещать по меньшей мере часть контура 200 или весь контур 200 в глухое отверстие блока протектора, глухое отверстие может быть создано в блоке 110 протектора. Глухое отверстие может быть изготовлено в литейной форме во время вулканизации шины 100, или может быть изготовлено после вулканизации, например, путем сверления.
1
Также согласно фиг. 8а и 8b, в таком варианте осуществления по меньшей мере некоторое количество диэлектрического материала 213 первичного емкостного компонента 210 оставлено между частью блока 110 протектора и первым электродом 212 или конденсатором 210 в направлении перпендикулярном нормали N1 к протектору 120. Предпочтительно, диэлектрический материал 213 не является таким же материалом, что и первый материал. Однако, предпочтительно, чтобы первичный емкостной компонент 210 обладал такой же стойкостью к износу, что и протектор 120. Поэтому, диэлектрический материал 213 может быть умеренно мягким. Например, диэлектрический материал 213 может быть как максимум столь же стойким в отношении износа, что и протектор 120.
Когда контур 200 и опрашивающее устройство 300 расположены, как элементы пневматической шины 100, шлюз 400 (фиг. 7) может быть размещен в автомобиле, на колесе которого предполагается разместить указанную пневматическую шину.
-5
Согласно фиг. 9b, пневматическая шина 100 обычно содержит армирующий брекер 150. Армирующий брекер 150 содержит первые слои корда. По меньшей мере некоторые из первых слоев корда содержат металл, такой как сталь. Первые слои корда могут (как вариант или дополнительно) содержать волоконный материал, например, по меньшей мере один из следующих материалов: стекловолокно, углеволокно, арамидное волокно и пара-арамидное волокно (например, кевлар). Когда первый слой корда содержит сталь, армирующий брекер 150 обычно именуют стальным брекером. Наиболее типично для упрочнения шины 100 используют стальные брекеры. Согласно варианту осуществления изобретения, армирующий брекер 150 содержит материал, обладающий удельным электрическим сопротивлением не более 1 Ом⋅м при температуре 23°С, например, не более 10 Ом⋅м при температуре 23°С. В частности, в таком случае становится важным расстояние между индуктивными компонентами (220, 230) и их взаимное расположение.
Поскольку назначение армирующего брекера 150 заключается в упрочнении, армирующий брекер 150 предпочтительно является сплошным, т.е. в нем не предусмотрены большие отверстия. Соответственно, согласно варианту осуществления, часть армирующего брекера 150 расположена между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320. В частности, когда армирующий брекер 150 расположен между индуктивными компонентами 220, 320, армирующий брекер 150 содержит сталь, взаимная центровка первичного индуктивного компонента 220 и вторичного индуктивного компонента 320 представляет важность. В таких случаях магнитная связь может быть улучшена, если сократить расстояние d12 между индуктивными компонентами и/или обеспечить параллельность их магнитных полей, которые характеризуются направлениями dB1 и dB2.
Как показано на фиг. 9b, устройство пневматической шины 100 содержит слой 155 или слои 155. Слой или слои 155 содержат резину в качестве материала матрицы и вторые слои корда, интегрированные с матрицей. Вторые слои корда могут содержать волоконный материал. Волоконный материал вторых слоев корда может представлять собой по меньшей мере одно из следующих волокон: хлопок, вискозу, полиамид (нейлон), полиэстер, полиэтилентерефталат, и поли-парафенилентерефталамид (кевлар). Вторые слои корда упрочняют слой или слои 155.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, часть слоя 155 или часть по меньшей мере одного из слоев 155 расположена между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320. В результате этого слой или слои 155 также могут быть выполнены сплошными, т.е. могут не содержать больших отверстий. Таким образом, упрочняющий эффект указанных слоев используется в полной мере.
Однако, упрочняющий эффект брекера 150 может быть достаточным. В таком случае слой 155 или слои 155 могут ограничивать отверстие. В таком варианте осуществления первичный индуктивный компонент 220 и вторичный индуктивный компонент 320 располагают относительно отверстия таким образом, чтобы слой 155 или слои 155 не оставались между первичным индуктивным компонентом 220 и вторичным индуктивным компонентом 320.
В случае, если опрашивающее устройство 300 размещают внутри пневматической шины 100, то опрашивающее устройство 300 предпочтительно содержит вторичную систему 340 датчиков, о чем говорилось выше. Вторичная система 340 датчиков может включать в себя, например: (1) датчик давления, (2) датчик ускорения, (3) датчик давления и датчик ускорения, (4) датчик давления и датчик температуры, (5) датчик давления, датчик температуры и датчик ускорения; или любое другое сочетание датчика давления, датчика ускорения и датчика температуры.
В случае, если опрашивающее устройство 300 размещают внутри непневматической шины 100, то опрашивающее устройство 300 предпочтительно содержит вторичную систему 340 датчиков, о чем говорилось выше. Вторичная система 340 датчиков может включать в себя, например: (1) датчик ускорения, (2) датчик температуры или (3) датчик ускорения и датчик температуры.
Пневматическая шина 100 с индикатором 190 износа может быть изготовлена, например, путем расположения контура 200 и опрашивающего устройства 300, как подробно было рассмотрено выше. Кроме того, по меньшей мере часть первичного емкостного компонента 210 контура 200 размещают в блоке 110 протектора, а первичный индуктивный компонент 220 размещают в пневматической шине 100 так, чтобы по меньшей мере часть первичного емкостного компонента 220 располагалась ближе к протектору 120, чем по меньшей мере часть первичного индуктивного компонента 220. Также в предпочтительном варианте первичный индуктивный компонент 220 размещают в блоке 110 протектора. Как указывалось выше, контур 200 может быть размещен, например, в глухом отверстии 112 блока протектора.
Кроме того, опрашивающее устройство 300 прикрепляют к поверхности полости, которую ограничивает шина, например, к внутренней поверхности 130 пневматической шины 100, или по меньшей мере частично к шине 100 так, чтобы по меньшей мере часть вторичного индуктивного компонента 320 была расположена дальше от протектора 120, чем часть первичного индуктивного компонента 220. В предпочтительном варианте опрашивающее устройство 300 крепят к внутренней поверхности 130 пневматической шины 100.