超声传感器制造技术

一种超声传感器（６０、７０、８０、９０、１００）包括发送元件（１９），用于发送超声波到要探测的物体（Ｍ）；接收部分（３０、３１、３２、３３），用于接收这个物体（Ｍ）反射的超声波；振动部分（１５、８５），随着传递到它上面的超声波振动；以及支撑部分（１１ａ），用于支撑所述振动部分（１５、８５）的端部。所述接收部分（３０、３１、３２、３３）暴露在所述物体（Ｍ）所在的空间。所述接收部分（３０、３１、３２、３３）和所述振动部分（１５、８５）通过所述支撑部分（１１ａ）连接，从而使所述接收部分（３０、３１、３２、３３）收到的超声波通过所述支撑部分（１１ａ）传递到所述振动部分（１５、８５）。所述振动部分（１５、８５）通过所述支撑部分（１１ａ）与所述接收部分（３０、３１、３２、３３）分开。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于检测物体的一种超声传感器。例如，发送元件向物体发送超声波，这个物体反射超声波，超声传感器中的接收元件接收反射的超声波。
技术介绍
超声传感器安装在汽车上，传感器中的双向可发射元件向物体发送超声波。这个物体反射这些波，双向可发射元件接收反射波。这样就能够测量汽车周围的这个物体的位置或距离。此外还可以测量物体的二维形状或三维形状。也就是说，通过监视汽车周围，超声传感器被用于安全行驶。例如，使用超声传感器的自动停车支持系统得到了实际应用。在这样的系统中，用后面的声纳来探测汽车后面存在的人或障碍物。超声传感器安装在汽车的后部，接收人或障碍物反射的超声波。因此，能够减少与人或障碍物的后侧碰撞。更进一步，通过使用微电子机械系统(MEMS)技术，在基片的膜片部分形成压电膜片制作的振动部分，作为超声传感器的元件。在这里，将这个元件以暴露状态安装汽车上时，不能准确地测量到被探测物体的距离，因为水滴或尘埃有可能很容易地粘在这个元件的表面。此外，元件还有可能因为外力(例如于小石子的碰撞)损坏和毁坏。JP-A-2002-58097公开了一种具有保护性结构用于减少附着和损坏的超声传感器。在这种传感器里，用于检测超声波的压电元件放置在铝外壳内，因而不会暴露在外界。压电元件直接安装在振动板上，传感器通过振动板的振动来接收波。但是，作为用MEMS技术制作的元件的压电膜片的机械强度因为其结构而很低。将元件直接安装在振动板上的时候，元件有可能很容易损坏。相反，如果在压电膜片和振动板之间留一个空间，以便减少损坏，波就不能有效地透射到这个元件。更进一步，将接收部分的谐振振动用于超声波发射的时候，振动板的厚度由接收部分的大小和材料以及超声波的频率决定。因此，当超声传感器包括小元件时，小元件中的振动板必须很薄。例如，如果波的频率是50kHz，并且将边长3毫米的铝质正方形板用作接收部分，那么这个板的厚度必须等于或小于0.1毫米。在这种情况下，不能保证板的强度。如果增大厚度以保证强度，信号可能强度太低而无法探测到，因为振动幅度变小了。
技术实现思路
考虑到上述和其它问题，本专利技术的一个目的是提供一种超声传感器。根据这种超声传感器，能够保护超声元件的振动部分，要探测的物体反射的超声波能够有效地透射到所述超声元件。根据本专利技术的一个实例，超声传感器包括发送元件，用于发送超声波给要探测的物体；接收部分，用于接收所述物体反射的超声波；振动部分，因为透射到上面的超声波而振动；以及支撑部分，用于支撑所述振动部分的端部。所述接收部分暴露在所述物体所在的空间。所述接收部分和所述振动部分通过所述支撑部分连接起来，从而使所述接收部分收到的超声波通过所述支撑部分透射到所述振动部分。所述振动部分通过所述支撑部分与所述接收部分分开。也就是说，所述振动部分和所述接收部分通过所述支撑部分以一种非接触状态连接起来。因此，超声元件的振动部分能够得到保护，并且要探测的物体反射的超声波能够有效地透射到所述超声元件。附图说明从下面参考附图所作的详细描述，本专利技术的上述和其它目的、特征和优点会更加显而易见。在这些附图中图1是说明第一实施例的一个实例中安装在汽车上的超声传感器的剖面图；图2A是说明第一实施例中超声传感器接收元件的平面图；图2B是沿着图2A的线段IIB-IIB剖开得到的剖面图；图3是说明第一实施例的另一个实例中超声传感器的剖面图；图4是说明第二实施例中超声传感器接收元件的平面图；图5是说明第二实施例的一个实例中超声传感器的剖面图；图6是说明第二实施例的另一个实例中，超声传感器的剖面图；图7是说明第三实施例中有多个接收元件的超声传感器的剖面图；图8A是说明本专利技术一个变型中具有用支撑部分以悬臂方式支撑的振动部分的接收元件的平面图，图8B是沿着图8A的线段VIIIB-VIIIB剖开得到的剖面图；图9是说明本专利技术的另一个变型中，包括接收元件的超声传感器的剖面图，这些接收元件具有由支撑部分在一侧支撑的振动部分；以及图10是说明本专利技术的变型实例中接收部分的剖面图。具体实施例方式(第一实施例)在第一实施例中，超声传感器60安装在汽车上，用做障碍物探测传感器。图1的下侧对应于汽车的外侧。如图1所示，发送元件19发送超声波给要探测的汽车周围的物体，例如障碍物M。然后，这些波被这个障碍物M反射回来，并且反射波被接收部分30收到。接收部分30形成方形板，安装在汽车的保险杠52上，从而使用于接收波的接收部分30a暴露在汽车外面。保险杠52有一个安装部分52a，安装部分52a有一个孔，接收部分30被插入其中。通过用于减少超声波透射的缓冲部分41将接收部分30安装在安装部分52a上。接收元件10具有支撑部11a，支撑部11a的安装面11n通过连接层24安装在接收部分30的内面30b。接收元件10暴露在盒形外壳23内，不会暴露在汽车外面。也就是说，接收元件10通过支撑部11a安装在接收部分30上，从而使振动部分15和接收部分30互不接触。振动部分15通过支撑部11a与接收部分30分开。用于检测从图2A和2B所示的压电振动检测元件12输出的电压信号的电路元件21与接收元件10电气连接。用于将信号输入电子控制单元(ECU，图中没有画出)的端子22电气连接到电路元件21。端子22从外壳23暴露出来，并且电气连接到ECU。电路元件21可以暴露在外壳23外面。如图2A和2B所示，利用具有绝缘体上外延硅(SOI)结构的方形半导体基片11形成接收元件10。通过在支撑部11a的顶面11m按顺序形成第一绝缘膜11b、硅有源层11c和第二绝缘膜11d的分层来形成基片11。使用微电子机械系统(MEMS)技术从支撑部11a和第一绝缘膜11b的近似中心部去掉一个四方形形状，如图2B所示。这样，将支撑部11a形成为一个板形，支撑部11a和第一绝缘膜11b的近似中心部去掉一个四方形的形状，从而使硅有源层11c和第二绝缘膜11d留下一个方形膜片形状。在第二绝缘膜11d上形成检测元件12，从而覆盖膜片形状。通过在底部电极13和顶部电极14之间夹一个压电膜片12a来形成检测元件12。例如，膜片12a是由锆钛酸铅(PZT)形成的。这样就能形成振动部分15，它的端由支撑部11a支撑。振动部分15具有预定的振动频率，与透射到接收元件10的超声波一起振动。振动部分15因为振动而产生的位移被检测元件12变换成电压信号。因此能够检测超声波。使用MEMS技术形成的接收元件10是有用的，因为元件10对超声波高度敏感。如图1所示，从发送元件19发送的超声波被障碍物M反射，并且被接收部分30的接收部30a收到。收到的波沿接收部分30的厚度方向朝接收元件10透射。然后，这些波从内面30b通过连接层24作为固体内振动也就是压力波透射到支撑部11a的安装面11n。这些波通过支撑部11a透射，振动部分15与这些波一起振动。于是，通过振动部分15的振动，检测元件12输出电压信号给电路元件21。因此，在超声传感器60里，可以将接收部分30收到的波通过支撑部11a透射给振动部分15。电路元件21基于检测元件12输出的电压信号进行计算。例如，将信号放大，或去掉信号中的噪声。更进一步，还可以通过将接收元件10收到的波与发送元件19发送的波进行比较来计算时间差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种安装在预定装置上的超声传感器（６０、７０、８０、９０、１００），该超声传感器（６０、７０、８０、９０、１００）包括：　　　　发送元件（１９），用于发送超声波给要探测的物体（Ｍ）；　　　　接收部分（３０、３１、３２、３３），用于接收所述物体（Ｍ）反射的超声波；　　　　振动部分（１５、８５），因为透射到上面的超声波而振动；以及　　　　支撑部分（１１ａ），用于支撑所述振动部分（１５、８５）的端部，其中　　　　所述接收部分（３０、３１、３２、３３）暴露在所述物体（Ｍ）所在的空间，　　　　所述接收部分（３０、３１、３２、３３）和所述振动部分（１５、８５）通过所述支撑部分（１１ａ）连接起来，从而使所述接收部分（３０、３１、３２、３３）收到的超声波通过所述支撑部分（１１ａ）透射到所述振动部分（１５、８５），以及　　　　所述振动部分（１５、８５）通过所述支撑部分（１１ａ）与所述接收部分（３０、３１、３２、３３）分开。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥田泰行，吉田贵彦，杉浦真纪子，寺亮之介，长谷部雄太，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]