厚度平面模式传感器及相关设备制造技术

提供了传感器，包括：压电块，其具有相对的第一表面和第二表面；在压电块的第一表面上的第一导电柔性支撑层，第一柔性支撑层具有第一厚度；以及，在压电块的第二表面上的第二柔性支撑层，第二柔性支撑层具有第二厚度。还提供了相关设备。

Thickness Plane Mode Sensor and Related Equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】厚度平面模式传感器及相关设备相关申请的交叉引用本申请与2016年12月9日提交的名称为“ThicknessModeTransducersandRelatedDevicesandMethods”的美国申请序列号15/374,044(代理案卷号170084-00003)相关，该申请的公开内容以引用的方式以其整体并入到本文中，如同在本文中进行阐述一样。
本专利技术构思总体上涉及传感器，并且更具体地，涉及超声波传感器以及相关的方法和设备。
技术介绍
超声波传感器优选包括小的但尺寸精确的压电块，以便以低材料成本提供高度的部件间可重复性。常规设备通常包括圆柱形压电块，其具有限定压电块的谐振频率的厚度。在这些设备中，例如，当在170kHz下操作时，元件厚度可以是大约7.0mm，以及当在400kHz下操作时，元件厚度可以是大约3.0mm。然而，制造这种尺寸和形状的精确尺寸的压电圆柱体可能非常昂贵，因为圆柱体面必须在烧制后加工。此外，常规设备通常使用焊接导线提供与压电块的电连接。然而，焊料可能是不可靠的，并且由于焊料的质量和放置没有得到严格控制，所以可能导致部件之间的可变性增加，并且可能对传感器振动性能产生显著影响。随着压电块尺寸的减小，这些问题通常变得更加严重。
技术实现思路
本专利技术构思的一些实施例提供了传感器，包括：压电块，其具有相对的第一表面和第二表面；在压电块的第一表面上的第一导电柔性支撑层，第一柔性支撑层具有第一厚度；以及，在压电块的第二表面上的第二柔性支撑层，第二柔性支撑层具有第二厚度。在进一步的实施例中，第一厚度和第二厚度可以基本相同，并且可以显著小于压电块的厚度。在又一些实施例中，第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层可以包括薄金属材料片。薄金属材料片可以包括不锈钢材料片。在一些实施例中，第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层可以是具有铜迹线的柔性电路。在进一步的实施例中，第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层可以具有大约0.025mm到大约0.1mm的厚度。在另外的实施例中，压电块可以包括软PZT材料，软PZT材料选自P5A级材料和P5H级材料中的一种。在一些实施例中，压电块可以具有大约0.5mm到大约5.0mm的厚度。在进一步的实施例中，传感器的谐振频率可以是大约400kHz，并且第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层的尺寸可以是4.2×4.2×0.1mm；并且压电块的尺寸可以是4×4×2mm。在另外的实施例中，第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层可以使用粘合剂分别耦合到压电块的第一表面和第二表面。在一些实施例中，压电块与第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层之间的电接触可以使用粘合剂获得，而无需在压电块与第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层之间焊接导线。在进一步的实施例中，传感器可以进一步包括在第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层之一的面向气体和面向液体的表面之一上的声学匹配层。在另外的实施例中，传感器可以是被配置用于燃气表、水表和热量表之一的超声波传感器。本专利技术构思的一些实施例提供了一种包括至少一个传感器的电子设备。该至少一个传感器包括：压电块，其具有相对的第一表面和第二表面；在压电块的第一表面上的第一导电柔性支撑层，第一导电柔性支撑层具有第一厚度；以及，在压电块的第二表面上的第二导电柔性支撑层，第二导电柔性支撑层具有第二厚度。附图说明图1是示出根据本专利技术构思的一些实施例的包括导电柔性支撑层的传感器的框图。图2A和2B是示出根据本专利技术构思的一些实施例的包括金属垫片的厚度平面模式传感器的图。图3和图4是示出轴对称传感器模拟结果的等值线图，绘制了传感器中心的轴向速度(m/s)；图3示出了压电厚度(y_pzt)的变化，半径(r_面)=2.3mm(参考：A)，以及图4示出了变化的半径，以及压电厚度=2mm(参考：B)。图5是比较图1中所示的本专利技术构思的实施例的轴向速度和通过引用并入到本文中的相关申请中讨论的实施例的曲线图。图6是示出包括根据本专利技术构思的实施例的传感器的示例燃气表的框图。图7是示出根据本专利技术构思的一些实施例的包括声学匹配层的传感器的图。具体实施方式下面将参考附图更全面地描述本专利技术的构思，附图中示出了本专利技术构思的实施例。然而，本专利技术构思可以以多种替代形式实施，并且不应该被解释为局限于这里阐述的实施例。因此，虽然本专利技术构思易于进行各种修改和具有各种替代形式，但是其具体实施例在附图中以示例的方式示出，并且将在这里详细描述。然而，应该理解的是，并不意图将本专利技术构思限制于所公开的特定形式，而是相反，本专利技术构思将覆盖落入权利要求所定义的本专利技术构思的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。贯穿附图的描述，相同的附图标记指代相同的元件。这里使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，而不是意图限制本专利技术的构思。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，术语“包含”、“含有”、“包括”和/或“具有”当在本说明书中使用时，指定所叙述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。此外，当一个元件被称为“响应于”或“连接到”到另一个元件时，它可以直接响应于或连接到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接响应于”或“直接连接到”到另一个元件时，不存在中间元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合，并可以缩写为“/”。除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本专利技术构思所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。还应该理解，这里使用的术语应该被解释为具有与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非这里明确这样定义，否则不会被解释为理想化或过于正式的含义。应该理解，尽管术语第一、第二等可以在这里用于描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本公开的教导的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。虽然一些图表包括在通信路径上的箭头以示出主要通信方向，但是应当理解，通信可以以与所描绘的箭头相反的方向发生。如在本专利技术构思的背景中所讨论的，常规的圆柱形压电块可能制造起来较为昂贵，并且焊接电连接可能会提供较差的传感器性能。切割锯可以用来解决圆柱形压电元件的困难的和高成本的制造。切割锯可以用来形成立方体形压电元件，而不是圆柱形压电元件，这是产生精确尺寸部件的成本有效的方法。然而，这通常需要小于大约2.5mm的厚度。结果，需要一种传感器设计，其中压电元件尺寸足够小，以通过用晶片切割锯切割压电瓦片来成本有效地制造。如共同转让的美国专利申请序列号15/374,129中所讨论的，可以提供一种厚度模式超声波传感器，该传感器使用减少的压电材料量来降低制造成本，该专利申请的内容以引用的方式以其整体并入到本文中，如同在本文中进行阐述一样。压电元件可以是圆形的，或者优选为立方体形，以允许使用晶片切割锯进行精确制造。在给定目标操作频率的情况下，可以使用附加的非压电层或部件来减小压电材料的厚度，并增加声学传输面积；然而，这可能增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器，包括:压电块，其具有相对的第一表面和第二表面；在所述压电块的第一表面上的第一导电柔性支撑层，所述第一导电柔性支撑层具有第一厚度；和在所述压电块的所述第二表面上的第二导电柔性支撑层，所述第二导电柔性支撑层具有第二厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.09 US 15/3741291.一种传感器，包括:压电块，其具有相对的第一表面和第二表面；在所述压电块的第一表面上的第一导电柔性支撑层，所述第一导电柔性支撑层具有第一厚度；和在所述压电块的所述第二表面上的第二导电柔性支撑层，所述第二导电柔性支撑层具有第二厚度。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一厚度和所述第二厚度基本相同，并且其中所述第一厚度和所述第二厚度显著小于所述压电块的厚度。3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一导电柔性支撑层和所述第二导电柔性支撑层包括薄金属材料片。4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述薄金属材料片包括不锈钢材料片。5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一导电柔性支撑层和所述第二导电柔性支撑层包括具有铜迹线的柔性电路。6.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一导电柔性支撑层和所述第二导电柔性支撑层具有大约0.025mm到大约0.1mm的厚度。7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述压电块包括软PZT材料，所述软PZT材料选自P5A级材料和P5H级材料中的一种。8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述压电块具有大约0.5mm到大约5.0mm的厚度。9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器的谐振频率大约为400kHz，并且所述第一导电柔性支撑层和所述第二导电柔性支撑层的尺寸为4.2×4.2×0.1mm；并且所述压电块的尺寸为4×4×2mm。10.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一导电柔性支撑层和所述第二导电柔性支撑层使用粘合剂分别耦合到所述压电块的相对的第一表面和第二表面。11.根据权利要求10所述的传感器，其中所述压电块与所述第一导电柔性支撑层和所述第二导电柔性支撑层之间的电接触是使用所述粘合剂获得的，并且无需焊接在所述压电块与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR巴克兰，
申请(专利权)人：申舒斯美国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US