基于薄膜压力传感器实现的汽车门密封压力测试系统

【文章摘要】

基于纳米技术发展而来的薄膜压力传感器日益应用于高精端生产系统中，随着其成本的下降，现在被越来越广泛的应用于精密的检测设备中，本文讨论的是利用薄膜压力传感器对汽车门密封性进行疲劳性测试， 将实时连续检测到的汽车门框边沿压力值传送给计算系统进行应力值换算。其结果将有利于更准确、更有效的改进设计结构，大大提高了设计效率。

【关键词】

薄膜压力传感器；汽车门；密封压力测试

0 引言

随着汽车工业高速发展的今天，各种品牌的车系日益同质化，各个车企都在寻求与众不同的创新设计，如何将汽车设计得更为精致和完美成为各商家必争之地。汽车门密封可靠性一直是传统设计师争论和设计的难点，由于其并非实时可观察性，需要经过长久时间和各种环境的相互影响下才会显现出来，因此设计的好坏很需要通过一种可靠且简单的实验器具来实时记录下来。

薄膜压力传感器是随着近代纳米技术发展而产生的，其利用离子束溅射技术在弹性体上淀积薄膜应变电阻，取代了常规金属传感器中的粘贴工艺， 消除了胶层引起的蠕变、老化等缺陷。产品具有精度高、性能稳定、温漂小、可靠性高等优点。其被广泛应用于人体医疗器械、工厂机械手张合力控制、足部按摩等场合。

本文将利用薄膜压力传感器易用性及精度高的特点，将其应用于测试汽车门等其它需要测试其密封性的部位，通过传感器的测试，将有利于我们找到更有效的设计结构，将大大提高了设计效率。

1 薄膜压力传感器的压力测试原理

薄膜压力传感器的数据检测、传送、分析系统如图 1 所示, 该系统检测部分是由薄膜压力传感器、信号处理电路、数据转换模块及数据传感接口组成，将采集到的信息收集到终端计算机系统中，通过计算机已经预编制的力学分析软件进行相关压力分析。

如图2 为单点薄膜压力传感器采集原理图，通过传感器应变电阻随外界压力的变化成对应关系，我们可以构造一个桥式电路，通过比较放大电路将输入的微量电压信号转换为信号处理电路可读取的0~5V 的信号，其电压信号的大小与实际中的压力值成曲线一一对应关系其公式如下：

其中为薄膜压力传感器的应变电阻、为比较电阻、为应变电压、为转换电压

2 薄膜压力传感器应用于某汽车门密封压力测试

如图3 选用感应区尺寸为90mm X210mm、节点最小尺寸为2mmX2mm、传感节点分布为52 列X44 行X2 则感应测试点位为4576 个，整体外形尺寸为300mmX26mm 、PET 厚度尺寸为18um， 该系统的数据扫描频率为30ms/Frame，将已经封装成阵列的薄膜压力传感器器件横跨于车门狭缝之间，当开闭车门时，车缝之间的压力值分布将通过该薄膜压力传感器通过USB HUB 传送给计算机，通过系统的力学软件分析得出相关应力分布图如图4。

图3 应用于现场的汽车门密封性压力测试

图4 汽车门密封性的压力分析

由图4 可知其大部分应力在靠近车门前端部位最为紧密，而边框中下部位存在间隙，有部分地方压力为0，可见这个部分存在需要改进的地方。

3 结束语

应用薄膜压力传感系统构建的压力分析系统直观的将被测几何物体之间相互力学关系顺畅的整合和显示出来。基于计算机系统的安全应力和应用疲劳程度的数据分析，将有利于对机构进行优化， 使得问题在提前发现和解决。

【参考文献】

[1] 郭新华，《汽车构造》高等教育出版社，2004

[2] 赵珺蓉，《传感器技术及应用》高等教育出版社，2010

[3]Y.Shibahata , K. Shinada,Tomari T., “Improvement of Vehicle Maneuverability by Direct Yaw Moment Control”, [ J ] , V e h i c l e S y s t e m D y n a m i c s , 22(1993).pp 235-381

图1 薄膜压力传感器数据检测、传送、分析系统