使用在流体介质中的超声波换能器制造技术

本发明专利技术涉及一种使用在流体介质(126)中的超声波换能器(110)。该超声波换能器(110)包括至少一个壳体(112)，尤其一个套筒。该壳体(112)具有至少一个内空间(118)。在该内空间(118)中接收具有至少一个电-声换能器元件(122)的至少一个换能器芯(120)。该壳体(112)具有至少部分地包围该换能器芯(120)的壳体壁(114)，该壳体壁具有至少一个空腔(146)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用在流体介质中的超声波换能器
技术介绍
由现有技术已公知了各种类型的超声波换能器。这里对于超声波换能器一般应理解为ー种元件，该元件能够产生超声波和/或接收超声波并将其转换成电信号。超声波换能器例如在流体介质中用于流量測量，例如用于内燃机的吸气管和/或排气管中或在其它的应用领域中，如用作液位传感器。流量測量例如可通过设置两个或多个超声波换能器来实现，如通过运行时间差的求值来实现。超声波换能器的例子被描述在DE 10 2007 010500A1或出自本申请的申请人门下的后公开的德国专利申请中，其号为DE 102008 055123.6 及 DE 10 2008 055 116.3。并且 JP 2002 135894 A 及 JP2002214008 A 也给出了相应的超声波换能器。在上述现有技术中所描述的超声波换能器一般地也可根据本专利技术在本专利技术的范围中作出改变。公知的超声波换能器通常具有一个带压电元件的换能器芯，该换能器芯被ー个套筒包围。在许多情况下超声波换能器在辐射侧上由ー个密封膜封闭，正如其在DE 10 2008055 116.3, DE 10 2008 055 123.6 或 JP2002214008 A 或 JP 2002 135894 A 中所述的。尤其在设有密封膜的超声波换能器的制造时，亦或其它类型的超声波换能器制造时，在实践中出现很多技术上具挑战性的问题。一个技术上具挑战性的问题在于:保证密封膜的安全及可靠的固定。尤其必需这样地保证安装，即气泡不会导致超声波换能器的损坏或质量的降低。尤其在壳体套筒的内部必需施加多个元件，例如在许多情况下施加阻尼浇注材料，其中附加元件的施加不能影响膜的安装质量。
技术实现思路
因此提出ー种使用在流体介质中的超声波换能器，它能以简单及可靠的方式克服公知的超声波换能器的缺点并尤其能够在简单安装的同时保证超声波换能器的可靠密封。该超声波换能器被设置来使用在流体介质中，尤其ー种气体或液体中，例如在空气或排放废气中。该超声波换能器尤其可用于流量的測量，例如用于机动车领域中。超声波换能器包括至少ー个壳体，该壳体尤其确定超声波换能器的外部构型及可设置来:从外部保护超声波换能器以免机械的影响。如下面将要详细说明的，该壳体可全部或部分地由ー种金属材料和/或由塑料材料制造。也可考虑使用复合材料。壳体尤其可构成套筒形和/或具有相对ー个轴线的径向对称性。该套筒例如可构成封闭的或完全或部分张开的。壳体具有至少ー个内空间，在其中接收具有至少ー个电-声换能元件的至少ー个换能器芯。该内空间可完全或部分地封闭，但具有一个最好向着流体介质的孔ロ。内空间例如可设置成圆柱形対称的或相对ー个轴线轴対称的，该轴线例如相对换能器芯的辐射面垂直地延伸。对于电-声换能兀件基本上可理解为被设置来由电信号产生声信号、尤其超声波信号和/或相反地转换。电-声换能元件尤其可包括至少ー个压电式换能元件。因此对其它可能的构型无限制地词汇“压电”、“压电陶瓷”或“压电式换能元件”可用作电-声换能元件的同义词。而原则上该电-声换能元件也可包括其它类型的电-声换能元件。此外换能器芯除至少一个电-声换能元件外还可包括附加的元件。例如可设置至少一个适配体，尤其在电-声换能元件的向着流体介质的一侧上。该至少一个适配体例如可构成适配层、尤其阻抗适配层，它可设置来改善电-声换能元件与流体介质之间的超声波耦合，尤其通过阻抗适配来达到。这种适配体基本上已由现有技术公知，例如由上述文献所公知。与此相应地关于所选择的适配体的结构和/或构型和或材料的选择可参考该现有技术。但也可使用其它的构型。此外换能元件可包括附加元件。例如可设置至少一个补偿元件，如在适配体与电-声换能元件之间设置一个补偿元件。该补偿元件、例如至少一个补偿层可被设置来补偿电声换能元件与适配体之间的热应力。对适配体在其材料上例如可这样地选择，即它具有一个阻抗，该阻抗处于电-声换能元件的声阻抗与流体介质的声阻抗之间，并最好处于这两个阻抗的几何中值的附近。但这种适配体与电-声换能元件相比可具有很不同的热膨胀性能，这例如可通过补偿体来补偿。而无补偿体的构型原则上也是可能的。本专利技术的一个构思尤其在于，仅使用一个空心壁壳体来代替一个简单的壳体，将显著地改善超声波换能器的结构及构造，这尤其考虑到上述技术上具挑战性的问题。与此相应地提出:该壳体被这样地构成，以致它具有一个带有至少一个空腔的至少部分地包围换能器芯的壳体壁。该空腔最好至少在很大程度上与壳体外部的超声波换能器的外部区域隔开。此外该空腔可被构成完全地或部分地与超声波换能器的内空间隔分开。但原则上也可以在空腔与内空间之间存在连接，如后面将说明的，其中该连接可构成几何上相互分开的、而选择地形成连接的空间。但最好该空腔被构成完全与壳体外部的超声波换能器的外部区域隔开。空腔尤其可具有一个或多个下列空腔:一个由壳体壁的卷边构成的空腔，该卷边尤其向着壳体的内空间；一个由至少一个肋分开的空腔，尤其一个由延伸在超声波换能器轴向上的肋分开的空腔；一个延伸在超声波换能器的轴向上的孔；一个至少部分环形地包围内空间的空腔；一个基本上环形地围绕内空间的空槽；至少一个环形布置的空心腔；至少一个由至少一个径向延伸的肋结构构成的空腔。对这种空腔的各个实施例还将详细地描述。该至少一个空腔尤其可包括多个基本上均匀地分布在壳体壁的圆周上的空腔。该空腔尤其被这样地构成，即壳体的壁厚、尤其壳体壁的壁厚在壳体的不同区域上最大变化4倍。构成空腔的空槽和或空心槽例如这样深地延伸在套筒中，以致在不同的套筒区域上所产生的壁厚最大变化变化4倍。空腔尤其被这样地构成，即壳体的向着流体介质的端面在超声波换能器的径向上具有比壳体的、尤其壳体壁的平均壁厚大的厚度。空腔的该构型可这样地实现，即例如通过构成卷边，以致端面被构成得宽于其余的壳体壁。以此方式该端面可提供增大的粘接面或通常的固定面和或固定轮廓，尤其用于固定(例如粘接)密封膜，对此在下面还要详细地描述。空腔可完全地或部分地被填入一种与壳体的材料不同的功能元件。这里该功能元件基本上可理解为这样一个任意的元件，除一种纯静止的功能、如壳体功能或保护功能外，它至少以一种方式有助于超声波换能器的功能。这里功能元件可完全地或部分地被接收在空腔中。功能元件尤其可包括一个或多个下列元件:一个具有至少一个阻尼材料的阻尼元件，它被设置来抑制固体声的传播；一个用于电-声换能元件电接触的接触元件；一个用于保持电-声换能元件电接触用的接触元件的保持元件；一个用于屏蔽对内空间的电磁影响的屏蔽元件，尤其ー个屏蔽金属片。该超声波换能器尤其可这样来构成:其壳体具有至少ー个向着流体介质的孔ロ。该孔ロ可至少部分地被壳体的、尤其壳体壁的端面包围，尤其环形地或以多角形环的形式包围。在该孔口内部可设置换能器芯的至少ー个辐射面。这里对于辐射面应理解为超声波换能器的ー个面，通过它可将声信号发送到流体介质中或可由流体介质接收声信号。这里辐射面能以ー个相对端面的平面来设置，但原则上也能以其它的平面来设置。但最好以同一平面来设置。这里孔ロ及端面至少部分地由至少ー个密封膜来覆盖。这里在本专利技术的范围内对于密封膜可理解为这样ー个任意的密封件，它ー方面至少在很大程度上允许在换能器芯与换能器壳体之间声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.18 DE 102010000967.91.用在流体介质(126)中的超声波换能器(110)，包括至少一个壳体(112)，尤其一个套筒，其中，该壳体(112)具有至少一个内空间(118)，其中，在该内空间(118)中接收具有至少一个电-声换能器元件(122)的至少一个换能器芯(120)，其中，该壳体(112)具有一个带有至少一个空腔(146)的、至少部分地包围该换能器芯(120)的壳体壁(114)。2.根据上一权利要求的超声波换能器(110),其中，该空腔(146)被构成完全与该壳体(112)外部的超声波换能器(110)的外部区域隔开。3.根据上一权利要求的超声波换能器(110)，其中，该空腔(146)具有至少一个下列空腔:一个由壳体壁(114)的卷边构成的空腔(146)，该卷边尤其向着壳体(112)的内空间(118);—个由至少一个肋(148)分开的空腔(146)，尤其一个由延伸在超声波换能器(110)轴向上的肋(148)分开的空腔(146);—个延伸在超声波换能器(110)的轴向上的孔(150);—个至少部分环形地包围内空间(118)的空腔(146);—个基本上环形地围绕内空间(118)的空槽；至少一个环形布置的空心腔；至少一个由至少一个径向延伸的肋结构(148)构成的空腔(146)。4.根据以上权利要求之一的超声波换能器(110)，其中，该空腔(146)包括多个基本上均匀地分布在壳体壁(114)的圆周上的空腔(146)。5.根据以上权利要求之一的超声波换能器(110),其中，该空腔(146)被这样地构成，即该壳体(112)的壁厚、尤其壳体壁(114)的壁厚在该壳体(112)的不同区域上最...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·米勒，G·许夫特尔，M·赫斯特布林克，T·朗，S·拉德万，B·金茨，R·万贾，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
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