超聲波轉(zhuǎn)換裝置和具有超聲波轉(zhuǎn)換裝置的機(jī)動(dòng)車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超聲波轉(zhuǎn)換裝置，其被設(shè)置用于發(fā)射和/或接收超聲波信號(hào)并且 具有至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件，所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件彼此間隔布置并且被設(shè)置用于發(fā)射和/或 接收超聲波信號(hào)。
[0002] 本發(fā)明此外涉及一種用于制造這種超聲波轉(zhuǎn)換裝置的方法和一種機(jī)動(dòng)車，在所述 機(jī)動(dòng)車中設(shè)有這種超聲波轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 與機(jī)動(dòng)車、運(yùn)動(dòng)的或靜止的機(jī)械一一例如機(jī)器人、農(nóng)用機(jī)械或建筑機(jī)械相結(jié)合地， 轉(zhuǎn)換裝置用于基于超聲波的環(huán)境感測(cè)。為了取得高的發(fā)射強(qiáng)度和/或接收靈敏度，在此主要 涉及由固體和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換元件組成的共振振蕩器。
[0004] US 5950291公開了一種聲學(xué)轉(zhuǎn)換器，其具有所謂的轉(zhuǎn)換元件陣列，這些轉(zhuǎn)換元件 按照1-3技術(shù)布置并且它們的上端和下端以硬的聚合物板封裝。通過由聚酰亞胺材料組成 的柔性導(dǎo)線載體接觸轉(zhuǎn)換元件，所述聚酰亞胺材料在兩側(cè)上涂覆有銅導(dǎo)體。
[0005] EP 0 697 257 A2示出具有2-2結(jié)構(gòu)或1-3結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換元件，其中，彼此相對(duì)置的主 面上的元件與電極接觸。在由電極接觸的壓電元件之間設(shè)有無源的聚合物層，從而產(chǎn)生陣 列結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，設(shè)置用于發(fā)射和/或接收超聲波信號(hào)的超聲波轉(zhuǎn)換裝置 包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件、一個(gè)膜片和至少一個(gè)背面質(zhì)量。所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件彼此間隔 地布置。所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件在一個(gè)端側(cè)上間接或直接地與所述膜片耦接并且在相對(duì)置 的一側(cè)上間接或直接地與所述至少一個(gè)背面質(zhì)量耦接。
[0007] 有利地提出一種新型接觸方式的隱蔽裝配的陣列傳感器，其安裝在外殼上。所提 出的設(shè)計(jì)非常簡單地構(gòu)成、緊湊和成本低廉地實(shí)施。
[0008] 術(shù)語"轉(zhuǎn)換元件"在此應(yīng)廣義理解并且例如包括電聲轉(zhuǎn)換器，所述電聲轉(zhuǎn)換器按照 靜電效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)、壓電效應(yīng)或這些效應(yīng)的組合進(jìn)行工作。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，所述 轉(zhuǎn)換元件尤其可以是壓電元件，并且所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置可以稱為壓電式超聲波轉(zhuǎn)換裝 置。
[0009] 所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置的膜片例如通過機(jī)動(dòng)車的保險(xiǎn)杠的、側(cè)后視鏡的或車門區(qū)域 的外殼形成，其中，轉(zhuǎn)換元件隱蔽地布置在外殼的后面。
[0010] 通過從屬權(quán)利要求中所列舉的措施，可以實(shí)現(xiàn)在獨(dú)立權(quán)利要求中給出的主題的有 利擴(kuò)展和改進(jìn)。
[0011] 優(yōu)選地設(shè)置，所述膜片由薄的材料層形成，所述材料層例如由聚合物材料制成。優(yōu) 選地，膜片具有0 · Imm到5mm之間的厚度，特別優(yōu)選小于2mm或小于Imm。轉(zhuǎn)換元件與膜片的親 接可以間接或直接地進(jìn)行，但在任何情況下均使得在足夠的程度上實(shí)現(xiàn)聲耦合，也就是說， 可以傳遞適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)。所述耦接例如可以通過壓配合、夾配合一一例如通過擰入或也可以 通過粘接實(shí)現(xiàn)。所述耦接也可以通過利用外殼的材料包覆共振體進(jìn)行，這也可以稱為嵌入。 間接耦接可以意味著，在轉(zhuǎn)換元件與膜片之間設(shè)有另一材料層，例如液體，如凝膠或油。所 述另一材料層尤其可以設(shè)置用于優(yōu)化轉(zhuǎn)換元件與膜片之間的聲耦合，例如補(bǔ)償部件尺寸方 面的容差或耦接對(duì)象表面的粗糙度。
[0012] 按照一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置具有2至50個(gè)轉(zhuǎn)換元件。因此，有 利地以所謂的隱蔽裝配提供高性能的多元件傳感器，也就是說，具有2至50個(gè)轉(zhuǎn)換元件的陣 列。
[0013] 按照一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)換元件通過塑料復(fù)合元件彼此間隔。所述塑料 復(fù)合元件布置在轉(zhuǎn)換元件之間，從而這些轉(zhuǎn)換元件在電方面和在機(jī)械方面足夠地彼此隔離 地存在。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，這種類型的轉(zhuǎn)換元件布置也稱為嵌入塑料復(fù)合質(zhì)量，其中，理 解為，所述轉(zhuǎn)換元件基本上完全被塑料復(fù)合質(zhì)量包圍。"基本上"的限制在此例如涉及用于 轉(zhuǎn)換元件的必要的電接觸的所設(shè)置的通道。
[0014]按照優(yōu)選的實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)換裝置具有由不同材料制成的至少一個(gè)正面質(zhì)量 (Vordermasse)和至少一個(gè)背面質(zhì)量(Riickmasse)。特別優(yōu)選地，對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)換元件單獨(dú)設(shè) 有正面質(zhì)量和/或背面質(zhì)量。由轉(zhuǎn)換元件為了進(jìn)行環(huán)境感測(cè)發(fā)出的電聲輻射于是優(yōu)選朝轉(zhuǎn) 換元件端側(cè)的方向離開轉(zhuǎn)換裝置，向后的輻射受到抑制。背面質(zhì)量充當(dāng)所謂的慣性質(zhì)量，也 就是說，所述背面質(zhì)量能夠通過它的質(zhì)量慣性(Massetragheit)將力導(dǎo)入正面體中并且因 此也用于相對(duì)于在其中不希望照射的區(qū)域衰減振動(dòng)。
[0015] 優(yōu)選地，正面質(zhì)量由熱固性聚合物或熱塑性聚合物或由彈性體制成并且背面質(zhì)量 由金屬制成，例如由鋁、鋼或黃銅制成。通過有關(guān)超聲波轉(zhuǎn)換裝置的待實(shí)現(xiàn)的接收靈敏度或 發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度的限制或規(guī)定可以確定合適材料的選擇。但是，特別地也可以考慮其他的環(huán) 境影響，例如環(huán)境溫度或例如通過晃動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械負(fù)荷，以便確定合適的材料。
[0016] 所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置具有用于接觸轉(zhuǎn)換元件的電極。在此，優(yōu)選單獨(dú)地電接觸所 述轉(zhuǎn)換元件。特別優(yōu)選地使用所謂的柔性膜(Flexfolie)作為至少一個(gè)電極，所述柔性膜適 合于轉(zhuǎn)換元件的接觸。在此，所述柔性膜例如可以借助導(dǎo)電粘接劑粘接到轉(zhuǎn)換元件上。 [00 17]按照一種實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)換元件在端側(cè)上與第一電極親接。按照一種實(shí)施方式， 第一電極是第一柔性膜。此外，第一電極或者柔性膜固定在所述膜片上。在此，特別優(yōu)選地， 第一電極或者柔性膜例如借助導(dǎo)電粘接劑粘貼接到膜片上。
[0018] 替代地可以設(shè)置，至少一個(gè)正面質(zhì)量粘接到第一電極或者柔性膜上并且所述正面 質(zhì)量布置在轉(zhuǎn)換元件與第一電極或者柔性膜之間。在此，所述正面質(zhì)量優(yōu)選導(dǎo)電地構(gòu)造，例 如由導(dǎo)電塑料或由金屬一一例如鋁制成。
[0019] 按照另一種替代實(shí)施方式，設(shè)有在轉(zhuǎn)換元件的側(cè)面上與轉(zhuǎn)換元件接觸的柔性膜， 這稱為所謂的3-1效應(yīng)。為此，轉(zhuǎn)換元件在其側(cè)面上具有通過柔性膜接觸的電極。這種類型 的電極例如可以濺射到轉(zhuǎn)換元件上。在此，所述柔性膜可以布置在轉(zhuǎn)換元件的端側(cè)上并且 一方面粘接到轉(zhuǎn)換元件的端側(cè)上而另一面粘接到膜片上，或者可以設(shè)置，柔性膜設(shè)在轉(zhuǎn)換 元件的相對(duì)置的一側(cè)上，由此所述柔性膜一方面粘接到轉(zhuǎn)換元件上而另一方面粘接到背面 質(zhì)量上。
[0020] 按照一種實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)換元件在相對(duì)置的一側(cè)上與第二電極耦接。按照一種 實(shí)施方式，第二電極是第二柔性膜。
[0021] 本發(fā)明尤其可以出于泊車輔助和/或碰撞避免的目的用于例如車輛的前保險(xiǎn)杠 和/或后保險(xiǎn)杠中的環(huán)境傳感器。在此，通常超聲波信號(hào)通過諸如空氣或水的介質(zhì)從發(fā)射器 傳送到接收器或從發(fā)射器傳送到周圍環(huán)境中，或檢測(cè)從位于周圍環(huán)境中的物體反射的超聲 波信號(hào)以及測(cè)量超聲波信號(hào)的傳播時(shí)間和/或傳播時(shí)間差和/或其他參量一一例如振幅和 相位。典型的是，在此使用既可以發(fā)射超聲波也可以接收超聲波的超聲波轉(zhuǎn)換器。但也可以 設(shè)置，超聲波轉(zhuǎn)換器也可以僅作為接收器或僅作為發(fā)射器使用。
[0022] 所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置尤其可以安裝在包括一組超聲波傳感器的超聲波系統(tǒng)中，其 中，至少一個(gè)、優(yōu)選所有超聲波傳感器包括所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置的特征。所述超聲波系統(tǒng)例 如可以設(shè)置用于檢測(cè)機(jī)動(dòng)車的部分周圍環(huán)境。例如，正面區(qū)域中用于檢測(cè)正面車輛周圍環(huán) 境的超聲波傳感器和/或側(cè)面區(qū)域中用于檢測(cè)車輛側(cè)面區(qū)域的超聲波傳感器和/或尾部區(qū) 域中用于檢測(cè)車輛后面周圍環(huán)境的超聲波傳感器可以分別對(duì)應(yīng)一個(gè)這種類型的超聲波系 統(tǒng)。典型的是，在此在一個(gè)保險(xiǎn)杠中可以安裝四到六個(gè)傳感器，其中，僅安裝最多四個(gè)具有 幾乎相同視向的傳感器。為了尤其也檢測(cè)車輛旁邊的區(qū)域，還在前保險(xiǎn)杠中如此定位傳感 器，使得其具有向左和向右的檢測(cè)區(qū)域。附加地或替代地，在后保險(xiǎn)杠中傳感器也可以如此 定位，使得其檢測(cè)機(jī)動(dòng)車旁邊的左側(cè)區(qū)域和右側(cè)區(qū)域。所述超聲波系統(tǒng)此外還具有一個(gè)與 各自組對(duì)應(yīng)的控制裝置和一個(gè)信號(hào)處理裝置。為了檢測(cè)車輛的側(cè)面區(qū)域，既可以使用側(cè)面 安裝在前保險(xiǎn)杠和后保險(xiǎn)杠中的超聲波傳感器，也可以使用安裝在側(cè)后視鏡中或車門部分 中的傳感器。
[0023] 本發(fā)明提供一種超聲波轉(zhuǎn)換器，所述超聲波轉(zhuǎn)換器還適用于特別是機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域中 的進(jìn)氣管中和/或排氣管中和/或廢氣回收管中和/或內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓器后面的流動(dòng)介質(zhì)的 流測(cè)量。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于制造這種類型的超聲波轉(zhuǎn)換裝置的方法， 所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置用于發(fā)射和/或接收超聲波信號(hào)。所述制造方法在此包括以下步 驟：
[0025] a)制造具有至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件的陣列，所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件彼此間隔布置并且 所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件在與端側(cè)相對(duì)置的一側(cè)上間接或直接地與至少一個(gè)背面質(zhì)量耦接，
[0026] b)將所述陣列固定在通過部件的外殼形成的膜片上，其中，所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換元 件在所述端側(cè)上間接或直接地與所述膜片耦接。
[0027] 在此，所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置的膜片通過諸如機(jī)動(dòng)車的保險(xiǎn)杠、側(cè)后視鏡或車門區(qū) 域的部件的外殼形成。所述轉(zhuǎn)換元件隱蔽地布置在所述外殼的后面。
[0028] 按照本發(fā)明的另一方面，機(jī)動(dòng)車具有保險(xiǎn)杠、側(cè)后視鏡或車門部分和以上描述的 超聲波轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置的膜片通過保險(xiǎn)杠的、側(cè)后視鏡的或車門部分 的外殼形成，其中，轉(zhuǎn)換元件隱蔽地布置在所述外殼的后面。
[0029]如果在其中安裝有所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置的保險(xiǎn)杠或側(cè)后視鏡或車門部分的外殼 的厚度不相應(yīng)于對(duì)于聲傳遞而言優(yōu)選的上述厚度，則機(jī)動(dòng)車的保險(xiǎn)杠、側(cè)后視鏡或車門部 分在要安裝所述超聲波轉(zhuǎn)換裝置的區(qū)域中可以比其他部位相應(yīng)更薄地構(gòu)造。這種類型的局 部變薄既可以通過事后的機(jī)械加工一一例如通過銑削進(jìn)行也可以在制造過程中一一例如 在注塑時(shí)已經(jīng)進(jìn)行。
【附圖說明】
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