超声转换器和用于制造超声转换器的方法技术

描述一种超声转换器(1)，所述超声转换器具有：容器(2)，所述容器具有开口、底部(3)和壁(4)。压电盘(5)在容器(2)内设置在也用作为膜片的底部(3)上。超声转换器(1)还具有盖(6)，所述盖封闭容器(2)。电子装置(7)集成在盖(6)中，所述电子装置电接触压电盘(5)并且设计用于控制和读取压电盘(5)。制和读取压电盘(5)。制和读取压电盘(5)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声转换器和用于制造超声转换器的方法


[0001]本专利技术涉及一种超声转换器和一种用于制造超声转换器的方法。

技术介绍

[0002]超声转换器通常在不同的专业范围中用于距离测量。在发送运行中，在距离测量时由超声转换器发出超声信号作为短脉冲串，所述短脉冲串在其遇到物体或其他障碍物之后有时又反射回来。在接收运行中，探测所述反射回来的脉冲，由此能够确定渡越时间。因为超声波在空气中、但是也在水中以已知的声速传播，所以能够借助于渡越时间来计算距反射物体的距离。
[0003]所述技术在航运中例如长久以来作为声呐或回声探测器已知。沿主要水平方向的距离测量，即例如距其他船只的距离测量，称为声呐，而沿主要竖直方向的距离测量，例如用于测量水深或海底形貌的距离测量，称为回声探测器。较新的汽车例如在停车辅助系统中使用借助于超声的距离测量，所述距离测量在距附近物体的间距小时给驾驶员发送警报信号。超声转换器通常安置在保险杠中，所述保险杠提供相对多的空间用于装入超声转换器连同壳体和所需的电子装置。
[0004]新技术发展和应用，如无人机、吸尘机器人、割草机器人和自主机器人一般对适用于距离测量的超声转换器提出新的挑战。
[0005]因此，希望更紧凑和更鲁棒的超声转换器。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是，提供更紧凑和更鲁棒的超声转换器。
[0007]当前目的通过根据权利要求1的超声转换器来实现。另外的有利的实施方案和潜在的设置方案从另外的权利要求中得出。
[0008]描述一种超声转换器，所述超声转换器具有容器，所述容器具有开口、底部和壁。压电盘在容器内设置在底部上，所述底部也用作为膜片。此外，超声转换器具有封闭容器的盖。在盖中集成有电子装置，所述电子装置电接触压电盘并且设计用于控制和读取压电盘。
[0009]电子装置集成在盖中使超声转换器特别紧凑，使得所述超声转换器能够在对于超声转换器提供小空间的应用中使用。越来越小的机器人，如无人机、吸尘机器人、割草机器人或例如在物流中或在工业生产中使用的机器人，对于各个构件提供小空间，因此存在对于更小的更紧凑的传感器和尤其对于超声转换器的强烈需求。借助电子装置集成在盖中，与常见的超声转换器相反，不需要将超声转换器安装到装有电子装置的外部壳体中。通过将发出声波的容器的功能与传感器壳体的功能相结合，与传统的将发出声波的容器装入传感器壳体中的超声转换器相反地，本专利技术的超声转换器能够实施得紧凑得多。此外，能够节省生产时的成本，因为不需要附加的电的和机械的接口，并且能够省去超声转换器和壳体的组装。
[0010]在发送运行中，压电盘能够经由由电子装置施加的交流电压被激励成脉冲式振
动，所述脉冲式振动具有例如50kHz至100kHz的频率和预确定数量的周期。例如能够为8个周期。因为压电盘能够固定在底部处，所以底部能够作为膜片一起振动并且能够发出超声锥。如果超声锥遇到物体或其他障碍物，则超声锥能够有时又反射回来。反射的声脉冲又能够遇到底部或膜片并且能够不仅在底部中而且也在压电盘中引起具有与发出的声脉冲相同频率的机械偏转。压电盘的机械偏转能够引起所施加的电极处的电压变化，所述电压变化又能够由电子装置读取.从超声脉冲的确定的渡越时间和已知的声速能够计算距反射物体的距离。
[0011]在其上设置有压电盘的底部和盖之间能够设置有填满整个容器的衰减元件。衰减元件能够主要用于衰减从压电盘开始朝向盖的超声振动，然而也还能够附加地稳定容器。对于衰减元件的最重要的材料特性是衰减常数，所述衰减常数在50kHz和100kHz之间的典型超声频率下应尽可能大。合适的材料是橡胶或泡沫材料。由具有气体包封物的塑料，如例如硅树脂构成的泡沫材料尤其适合于衰减元件。其例如能够液态地添加到容器中，在那里硅树脂硬化并且形状配合地填满容器。
[0012]同样能够由硅树脂构成的弹性环设置在衰减元件和盖之间能够在此有助于，阻止振动从容器可能传输给盖。此外，弹性环能够用于盖和容器之间的密封，使得湿气或灰尘不能够到达容器中。
[0013]盖能够借助可重复封闭的紧固机构固定在容器中。因此，能够随时到达盖的下侧，以便例如检查或维修电部件或接触部。如果盖相对于容器的横截面接近地设计，则有利的是，在盖下方放置弹性环，以便在盖打开时获得一点自由空间。紧固机构能够明确地是能够将盖可脱开地固定在至少一个位置处的卡扣机构。
[0014]容器具有远离底部的开口。盖能够设置在所述开口中，使得盖不与开口的边沿齐平。盖能够设置在容器的壁中的台阶中并且台阶的尺寸能够设计成，使得平放的盖不与开口的边沿齐平。因此，盖能够与开口间隔开。盖能够从开口通过间距保持件缩回。间距保持件例如能够是硅树脂环。因此，集成在盖中的电子装置相对于撞击和其他机械应力受到保护。盖和开口的边沿之间的空间能够借助浇注料、如例如漆密封。如果容器还由导电材料构成，或具有导电材料，则容器作用为法拉第笼，借此盖中的电子装置也相对于电磁辐射受到保护，所述电磁辐射可能负面地影响电子装置从而可能导致错误的测量结果。
[0015]盖还能够具有至少两个凹部。所述凹部例如能够设置在盖的相对的侧上。在闭合状态中，也就是说当容器通过盖封闭时，容器能够通过凹部也借助液态填充材料填充。因此，能够在填充材料和盖之间形成形状配合的连接并且避免其间的空气包封物，因为液态填充材料完全填满容器。第二凹部在填充过程中有助于容器中的连续的压力补偿。因此，避免在填充过程中否则可能基于空气包封物容易产生的气泡，并且在容器中形成均匀的形状配合的填充材料。
[0016]至少在凹部中的一个凹部中能够形成用于金属线的通道，其中压电盘能够通过金属线与电子装置电连接。通过通道能够机械地稳定金属线并且建立鲁棒的电连接。附加地，能够将填充材料填充到容器中，使得填充材料覆盖金属线和电子装置之间的接触部和通道并且在硬化之后电连接自身相对于外部影响受到保护。
[0017]容器还能够沿着开口在壁中具有台阶。所述台阶作为支承面用于盖，使得盖能够简单地设置在容器中，而没有盖滑落到容器中的危险。为了使盖牢固地和衰减地与容器连
接，能够有利的是，在盖和容器之间设置硅树脂层或泡沫材料层。
[0018]电子装置能够在盖的外侧上具有数字I/O接口。在一个优选的实施例中，数字I/O接口同样能够实施超声转换器的供电。通过直接在盖上设置连接端，能够紧凑地保持超声转换器。此外，可能突然接触超声转换器并且不需要其他电连接端。数字I/O接口特别适合于通信，以便例如向外发出测量信号或警报信号，因为所述数字I/O接口与模拟接口相反具有更高的抗干扰性从而也在由干扰信号加载的环境中无错误地运转。
[0019]电子装置能够在盖的外侧上具有引脚。这例如能够是三个直的电导体，这些电导体从盖开始与朝向底部的方向相反地从容器突出。引脚尤其能够设计用于，同时用作为电子连接端并且用于机械地紧固超声转换器。随之能够简化超声转换器的装入，因为超声转换器能够通过插接系统通过引脚锁定在其使用位置，而无需其他工具或其他紧固机构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声转换器(1)，具有：
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容器(2)，所述容器具有开口、底部(3)和壁(4)；
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压电盘(5)，其中所述压电盘(5)在所述容器(2)内设置在所述底部(3)上；
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盖(6)，其中所述盖(6)封闭所述容器(2)；
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电子装置(7)，所述电子装置集成在所述盖(6)中，其中所述电子装置(7)电接触所述压电盘(5)，并且设计用于控制和读取所述压电盘(5)。2.根据上一项权利要求所述的超声转换器(1)，其中在所述底部(3)和所述盖(6)之间设置有衰减元件(8)，并且其中所述衰减元件(8)填充所述容器(2)。3.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述盖(6)借助可重复封闭的紧固机构固定。4.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述盖(6)与所述容器(2)的开口间隔开地设置在所述容器(2)中。5.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述盖(6)具有至少两个凹部(15)。6.根据上一项权利要求所述的超声转换器(1)，其中至少在所述凹部(15)中的一个凹部中形成用于金属线(14)的通道(16)，其中所述压电盘(5)与所述电子装置(7)通过所述金属线(14)电连接。7.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述容器(2)沿着所述开口在壁(5)中具有台阶。8.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述电子装置(7)在所述盖(6)的外侧上具有数字I/O接口(9)。9.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述电子装置(7)在所述盖(6)的外侧上具有引脚(21)。10.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述底部(3)薄于1mm。11.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述壁的厚度至少为所述底部(3)的厚度的1.5倍。12.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述容器(2)由导电材料构成。13.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述容器(2)的内表面局部地粗糙化和/或平整化。14.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述容器(2)是经过阳极氧化处理或阳极化处理的。15.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述容器(2)的内表面是经过阳极氧化处理或阳极化处理的而外表面未处理，
或其中所述容器(2)的内表面和所述容器(2)的外表面是经过阳极氧化处理或阳极化处理的，或其中所述容器(2)的外表面是经过阳极氧化处理或阳极化处理的而内表面未处理。16.根据上一项权利要求所述的超声转换器(1)，其中所述容器(2)的内表面具有阳极化层，并且其中阳极化层具有断裂部。17.根据上一项权利要求所述的超声转换器(1)，其中经由所述断裂部形成所述压电盘(5)和/或所述电子装置(7)与参考电势的电连接。18.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中所述容器(2)的内表面具有导电层。19.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中与邻接于所述压电盘(5)的底面相比，所述底部(3)的一部分具有更厚的壁厚。20.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中与邻接于所述压电盘(5)的底面相比，所述容器(2)的平行于所述底部(3)伸展并且不与所述底部(3)重叠的面具有更厚的壁厚。21.根据上一项权利要求所述的超声转换器(1)，其中所述容器(2)在具有更厚的壁厚的面的外表面上具有粘性材料(10)。22.根据上述权利要求中任一项所述的超声转换器(1)，其中在所述容器(2)的外表面上设置有振动衰减部件(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：