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      新型超聲波傳感器的制作方法

      文檔序號(hào):8181624閱讀:211來源:國(guó)知局
      專利名稱:新型超聲波傳感器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種傳感器,特別是一種超聲波傳感器。
      背景技術(shù)
      超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波,由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的,它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小,特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波,碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測(cè)手段,必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器,習(xí)慣上稱為超聲換能器,或者超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片組成,既可以發(fā)射超聲波,也可以接收超聲波。超聲波傳感器的兩個(gè)重要性能指標(biāo)為靈敏度與余震。靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出信號(hào)的變化量與輸入變化量的比值。靈敏度可理解為放大倍數(shù),倍數(shù)越大,靈敏度越高。提高靈敏度,可增大測(cè)量的精度。余震是指?jìng)鞲衅髟诮拥揭粋€(gè)脈沖信號(hào)后從開始工作到最終停止工作的時(shí)間,余震消失前,不能啟動(dòng)接收回波信號(hào),它能擾亂回波信號(hào)的接收,因此它能決定近距測(cè)量的效果。目前市場(chǎng)上大部分壓電式超聲波傳感器主要是為壓電單晶片式超聲波傳感器,此種傳感器雖制作簡(jiǎn)單,但單晶片感應(yīng)到聲波后,振幅小,故靈敏度較低;同時(shí),為了滿足電容及頻率的要求,單晶片小而薄,質(zhì)量輕,因此余震較大。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種高靈敏度低余震的超聲波傳感器。為解決上述的技術(shù)問題,本發(fā)明的新型超聲波傳感器包括中空的柱狀金屬外殼,所述金屬外殼的一端用匹配層封蓋,所述匹配層內(nèi)側(cè)粘接有并聯(lián)壓電雙晶片,所述并聯(lián)壓電雙晶片為將兩個(gè)壓電晶片的兩個(gè)相反電極面分別粘接在金屬基片兩面,所述兩個(gè)壓電晶片的另外兩位兩個(gè)電極面電連接;所述兩個(gè)壓電晶片的公共連接端與金屬基片分別連接有接線端子。所述并聯(lián)壓電雙晶片與金屬外殼之間填充消音材料。所述消音材料為消音棉。所述消音材料外側(cè)的金屬外殼內(nèi)固定有屏蔽層,所述接線端子從消音材料和屏蔽層中伸出。采用上述結(jié)構(gòu)后,壓電雙晶片相當(dāng)于電容并聯(lián),這樣電容大,信號(hào)輸出電壓大;并且壓電雙晶片向同一方向振動(dòng),相當(dāng)于兩個(gè)壓電單晶片振動(dòng)的疊加,故振幅大,靈敏度高。同時(shí),壓電雙晶片的質(zhì)量高于單晶片,這一點(diǎn)就從本質(zhì)上降低了傳感器的余震,而非主要依靠消音材料及膠水的粘接來阻止壓電振子的余震。本發(fā)明的超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,靈敏度更高、余震更小。


      下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
      對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為本發(fā)明新型超聲波傳感器的剖視圖。圖2為本發(fā)明并聯(lián)壓電雙晶片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明并聯(lián)壓電雙晶片的原理不意圖。圖中:1為金屬外殼,2為匹配層,3為壓電雙晶片,4為第一接線端子,5為第二接線端子,6為消音棉,7為屏蔽層201為金屬基片,202為第一壓電陶瓷片,203為第二壓陶瓷片,204為編織線
      具體實(shí)施例方式如圖1所不,本發(fā)明的新型超聲波傳感器包括中空的金屬外殼1,所述金屬外殼I的一端用匹配層2封蓋,所述匹配層2內(nèi)側(cè)粘接有并聯(lián)壓電雙晶片3。匹配層2與壓電片直接用膠水粘接,匹配層的尺寸、致密度、熱膨脹系數(shù)、彈性模量及泊松比要與壓電片相互匹配,進(jìn)而決定超聲波傳感器的諧振頻率。如圖2和圖3所示,所述并聯(lián)壓電雙晶片3為將兩個(gè)壓電晶片的兩個(gè)相反電極面分別粘接在金屬基片兩面,即第一壓電陶瓷片202的負(fù)極面與金屬基片201的上表面粘接;第二壓電陶瓷片203的正極面與金屬基片201的下表面粘接。當(dāng)然也可以是第一壓電陶瓷片202的正極面與金屬基片201的上表面粘接;第二壓電陶瓷片203的負(fù)極面與金屬基片201的下表面粘接;但是第一壓電陶瓷片202和第二壓電陶瓷片203必須是相反電極面分別粘接在金屬基片201的上下兩面,這樣可以使得第一壓電陶瓷片202和第二壓電陶瓷片203的振動(dòng)方向一致。這樣兩個(gè)壓電陶瓷片的振動(dòng)方向一致,相當(dāng)于兩個(gè)壓電單晶片振動(dòng)的疊加,所以振幅大,靈敏度高;同時(shí),壓電雙晶片的質(zhì)量高于單晶片,這一點(diǎn)從本質(zhì)上降低了傳感器的余震。如圖1和圖2所示,所述兩個(gè)壓電晶片的另外兩位兩個(gè)電極面電連接,即第一壓電陶瓷片202的正極面與第二壓電陶瓷片203負(fù)極面通過編織線204電連接;所述兩個(gè)壓電晶片的公共連接端(即用編織線電連接的公共端)連接有第二接線端子5,所述金屬基片201連接有第一接線端子4。這樣,壓電雙晶片3相當(dāng)于并聯(lián)在第一接線端子4與第二接線端子5之間,這樣電容大,信號(hào)輸出電壓大。所述并聯(lián)壓電雙晶片與金屬外殼之間填充消音材料。所述消音材料為消音棉6,消音棉6的主要起減震吸音作用,壓電陶瓷片發(fā)生高頻震動(dòng)工作后,會(huì)向輻射面(金屬外殼)方向發(fā)出超聲波,實(shí)現(xiàn)探測(cè)距離的功能。但是,同時(shí)也會(huì)向反向(消音棉)方向產(chǎn)生超聲波信號(hào),為了不干擾和影響輻射面方向的超聲波正常工作,必須消除此部分超聲波。消音棉6將會(huì)吸收輻射面反面的超聲波,保證傳感器的正常測(cè)距不被干擾。 所述消音棉6外側(cè)的金屬外殼內(nèi)固定有屏蔽層7,所述第一接線端子4和第二接線端子5從消音棉6和屏蔽層7中伸出,通過第一接線端子4和第二接線端子5給并聯(lián)壓電雙晶片供電。當(dāng)然,本發(fā)明的并聯(lián)壓電雙晶片也可以采用兩個(gè)以上的壓電陶瓷片并聯(lián)的方式,這樣的變換均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
      ,但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,這些僅是舉例說明,可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改,而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。
      權(quán)利要求
      1.一種新型超聲波傳感器,包括中空的金屬外殼,所述金屬外殼的一端用匹配層封蓋,其特征在于:所述匹配層內(nèi)側(cè)粘接有并聯(lián)壓電雙晶片,所述并聯(lián)壓電雙晶片為將兩個(gè)壓電晶片的兩個(gè)相反電極面分別粘接在金屬基片兩面,所述兩個(gè)壓電晶片的另外兩位兩個(gè)電極面電連接;所述兩個(gè)壓電晶片的公共連接端與金屬基片分別連接有接線端子。
      2.按照權(quán)利要求1所述的新型超聲波傳感器,其特征在于:所述并聯(lián)壓電雙晶片與金屬外殼之間填充消音材料。
      3.按照權(quán)利要求2所述的新型超聲波傳感器,其特征在于:所述消音材料為消音棉。
      4.按照權(quán)利要求2或3所述的新型超聲波傳感器,其特征在于:所述消音材料外側(cè)的金屬外殼內(nèi)固定有屏蔽層,所述接線端子從消音材料和屏蔽層中伸出。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及一種傳感器,特別是一種新型超聲波傳感器,包括中空的金屬外殼,所述金屬外殼的一端用匹配層封蓋,所述匹配層內(nèi)側(cè)粘接有并聯(lián)壓電雙晶片,所述并聯(lián)壓電雙晶片為將兩個(gè)壓電晶片的兩個(gè)相反電極面分別粘接在金屬基片兩面,所述兩個(gè)壓電晶片的另外兩位兩個(gè)電極面電連接;所述兩個(gè)壓電晶片的公共連接端與金屬基片分別連接有接線端子。本發(fā)明的超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,靈敏度更高、余震更小。
      文檔編號(hào)B06B1/06GK103111410SQ20131002948
      公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
      發(fā)明者余方云, 李紅元, 鄒東平, 龍陽, 張堯, 倪雪晴 申請(qǐng)人:常州波速傳感器有限公司
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