2.3 无源TMPS的实现

当前无源TPMS的实现有三种方案：

（1）在轮胎内的模块中内置发电装置，利用压电陶瓷的材料特性，将轮胎的机械能转化为电能，这就是压电发电方案。

压电陶瓷产生电能的原理是正反压电效应。压电陶瓷在压力的作用下可以在其两个面上聚集数量可观，电性相反的电荷，在工作物质上建立起较高的电势，形成一个可为TPMS系统提供能量的电源。

TPMS压电发电的实现，是利用在轮胎转动过程中轮胎和地面接触部分，由于汽车重力而产生形变，脱离接触后轮胎又恢复到形变前的状态，在轮胎上固定压电陶瓷周期性的产生形变，形成电势。然后利用超电容器储存电能，供发射模块使用。

但是压电陶瓷可以形变的次数有限，一般是几十万次。而一般轿车在运行状态中，以80KM/H的速度行驶，则每小时转动的圈数约为5万圈。目前这样的压电电源仅可以有效使用十几个小时左右，无法满足正常日常使用。

（2）从轮胎外通过外加电磁场传入能量，驱动轮胎内的能量系统工作，为监测系统供能，实现向外发射压力信息的目的。

其原理为电感耦合式变压器模型，即依据电磁感应定律，通过外加空间高频交变电磁场使轮胎内测量模块线圈感应出电压和电流，为轮胎内测量发射模块提供能量。

由于条件的限制，在实践中，电感耦合方式一般适合中、低频工作的近距离射频识别系统。而且电感耦合系统的效率不高，只适合低电流电路，作用距离短，而且需要足够强的磁场提供能量，致使其应用研究受到限制，没能推广开。

（3）轮胎外发射电磁波，电磁波在接触到轮胎内模块内置器件后，携带相应信息发射出来。即声表面波无源无线传感器方案

    声表面波（SAW—Surface Acoustic Wave）是英国物理学家瑞利在1886年研究地震波过程中发现的一种能量集中地表面传播的声波。1965年，美国科学家取得了声表面波技术的关键性突破，大大加速了声表面波技术的发展。而后人们发现在压电材料表面激励声表面波，扩大了其应用范围，逐渐发展出了各式各样的声表面传感器。

声表面波传感器是利用声表面波传播性能随压电基片表面外界变化的特性制成。利用声表面波器件的特性来感应外界物理量（如压力、温度、流量和加速度等）的扰动，外界物理量的变化会引起声表面波谐振变化，可以通过精确测量频率变化来度量物理量的变化。

声表面波传感器具有无线、无源、非接触、快速、抗电磁干扰能力强的优点，具有高精度、高灵敏度、高频率信号输出、多参数敏感性和低功耗的特点。因此，非常适合用于遥控信号的传感和传感器无源化的实现。而且通过实验发现，声表面波敏感器件的低损耗以及压电基片对电磁波能量的存储能力，可以达到声表面波传感器的无源化的目标。经过实验验证，典型作用距离为3～10m。因此声表面波传感器非常适合应用在封闭空间、旋转或移动部件场合的测量，如本文要讨论的轮胎胎压测量[1]。

从声表面波传感器的工作模式上，可分为延迟线型和谐振型两大类。

延迟型声表面波传感器主要是利用激励信号与接收信号在时间上的延时差或相位上的变化进行测量。当外界被检测量发生变化时，将影响时延或相位。检测出该时延，就可以感知被测量的大小。编码延迟线通过判断激励信号到达各个延迟抽头的相位是否同相或反相实现编码；而常用的带反射栅的延迟线则利用反射栅的位置不同，将延迟信号构成不同的编码，便于对多个传感器或标识器进行识别和测量。