CN203364857U - 一种增加金属振动面的超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超声波传感器，尤其是涉及一种增加金属振动面的超声波传感器。本实用新型针对现有技术中存在的问题，提供一种增加金属振动面的超声波传感器，通过增加一个金属振动面来减小底部振动面厚度，增强超声波传感器的振幅，从而提高超声波传感器的灵敏度。本装置中筒形外壳底端面凸台与压电元件一端面粘接，信号输出负极线一端与筒形外壳内部侧壁焊接，吸音元件层覆盖压电元件另一端面及筒形外壳内部底端面，第一密封胶层密封筒形外壳顶端面，第一密封胶层与吸音元件层之间设置金属振动面，信号输出负极线与筒形外壳的焊接点位于发泡胶层与筒形外壳上端面之间侧壁。本实用新型应用于超声波传感器设计领域。

Description

一种增加金属振动面的超声波传感器

技术领域

本实用新型涉及超声波传感器，尤其是涉及一种增加金属振动面的超声波传感器。

背景技术

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片（压电元件）在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

现有技术中的超声波传感器如图1所示，这样的超声波传感器包括具有底部的筒形外壳1与压电元件2，其中压电元件2一端面贴在该筒形外壳1底部的内侧，使得该筒形外壳1的底部具有振动表面的功能。第一密封胶层5填充在转接板8与筒形外壳1的侧壁形成的凹部内。吸音棉层6设置在转接板8与压电元件2之间。转接板8两端通过第二密封胶层7固定。信号输出正极线3与信号输出负极线4通过转接板8的转接分别与正极连接线9一端、负极连接线10一端连通。正极连接线9另一端与压电元件2一端面焊接，负极连接线10另一端与筒形外壳1的内表面连接。当在压电元件2上施加电压时，压电元件2在径向与轴向振动，引起筒形外壳1的表面振动，从而向空气中发射超声波。超声波传感器在振动过程中，容易引起与压电元件2连接的正极连接线9断裂，造成产品不工作。同时由于输出信号通过电路板二次转接，工艺复杂，且比较容易出现虚焊，造成产品间断性不工作。并且超声波传感器通过压电元件将电能转换为超声波信号时，压电元件所所处的振动面也随之振动，当振动面厚度较厚时，振动效果就会被削弱，以至于产生的超声波信号被削弱，但是若过度减薄振动面厚度。则振动效果非常好，但是筒形外壳底端面过薄，则加工难度大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种增加金属振动面的超声波传感器，通过减小振动面厚度，相应的增加金属振动面用于增强超声波传感器的振幅，从而提高超声波传感器的灵敏度。进一步的，通过去掉转接板，通过将超声波传感器内部的转接板去掉，直接将信号输出正极线一端、信号输出负极线一端分别与压电元件、筒形外壳内侧壁连接，减少二次转接带来的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种增加金属振动面的超声波传感器包括筒形外壳、压电元件、信号输出正极线、信号输出负极线、第一密封胶层、吸音元件层、金属振动面，所述筒形外壳内封闭一端是筒形外壳底端面，所述筒形外壳底端面内壁中设置有凸台，所述筒形外壳1底端面凸台与压电元件一端面粘接，信号输出正极线一端与压电元件另一端面焊接，所述信号输出负极线一端与筒形外壳内部侧壁焊接，所述吸音元件层覆盖压电元件另一端面及筒形外壳内部底端面，所述第一密封胶层密封筒形外壳顶端面，所述第一密封胶层与吸音元件层之间设置金属振动面，所述信号输出负极线与筒形外壳的焊接点位于发泡胶层与筒形外壳上端面之间侧壁上。

所述筒形外壳底端面沿筒形外壳轴线方向高度是N，所述金属振动面沿筒形外壳轴线方向高度是M，所述M范围是0.5～5mm，其中通过公式（1）可知筒形外壳底端面沿筒形外壳轴线方向高度N的变化量△N为：

$\mathrm{\ΔN}=\frac{N}{F}+K---\left(1\right)$

其中F为超声波传感器的中心频率,K值为系数，与材质等因素有关，K范围-0.005～-0.01。

所述M=0.5mm。

所述M=2mm。

所述M=3mm

所述M=5mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:

1、通过去掉转接板，通过将超声波传感器内部的转接板去掉，直接将信号输出正极线一端、信号输出负极线一端分别与压电元件、筒形外壳内侧壁连接，减少二次转接带来的问题。

2、所述金属振动面沿筒形外壳轴线方向高度是M，所述M范围是0.5-5mm，当金属振动面厚度增加0.5mm，对应超声波传感器的中心频率可降低1KHZ，底部厚度N与产品的中心频率呈正比的关系。在所有条件不变的情况下,每降低1KHZ，筒形外壳底端面沿筒形外壳轴线方向高度N的变化量与中心频率的关系式为：△N=(1/F)N+K，其中F为产品的中心频率,K值为系数，与材质等因素有关，K范围是-0.005～-0.01。通过增加一个金属振动面来减小底部振动面厚度，增强超声波传感器的振幅，从而提高超声波传感器的灵敏度。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是现有技术中的超声波传感器；

图2是本实用新型传感器示意图。

1-筒形外壳                     2-压电元件

3-信号输出正极线               4-信号输出负极线

5-第一密封胶层                 6-吸音棉层

7-第二密封胶层                 8-转接板

9-正极连接线                   10-负极连接线

11-吸音元件层                  12-金属振动面

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本发明相关说明：

1、筒形外壳底端面内壁设置的凸台厚度在本设计中不变，每次减小的都是筒形外壳底端面外侧的厚度。

2、所述第一密封胶层5与第二密封胶层的硬度不同，所述第一密封胶层密硬度比第二密封胶层硬度高。

3、转接板的作用只是将信号输出正极线与正极连接线联通，将信号输出负极线与负极连接线联通。

4、筒形外壳1内部底底端面与压电元件2一端面通过粘胶粘接，所述粘胶具有导电性。

5、所述信号输出正极线3、信号输出负极线4通过两个引出电极与其他电路连接。

6、压电元件作用是：利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化。

7、第一密封胶层、第二密封胶层是发泡硅胶。

8、压电元件与筒形外壳底端面凸台粘接的端面为压电元件负极。压电元件远离筒形外壳底端面并且被吸引元件密封的端面为压电元件为正极。

9、筒形外壳为金属材质。

10、第一密封胶层是由第一密封胶填充形成的，第二密封胶层是由第二密封胶填充形成的，所述第一密封胶、第二密封胶就是硬度不同密封胶组成的，第一密封胶的硬度大于第二密封胶的硬度。吸音棉层是有吸音棉形成的，吸音元件层是由发泡胶填充而成或者由吸音棉形成的，发泡胶层是由发泡胶填充而成。

现有技术中超声波传感器产生超声波的幅度值如表1所述

实施例一：如图2所述，一种增加金属振动面的超声波传感器包括筒形外壳、压电元件、信号输出正极线、信号输出负极线、第一密封胶层、吸音元件层、金属振动面，所述筒形外壳内封闭一端是筒形外壳底端面，所述筒形外壳底端面内壁中设置有凸台，所述筒形外壳1底端面凸台与压电元件一端面粘接，信号输出正极线一端与压电元件另一端面焊接，所述信号输出负极线一端与筒形外壳内部侧壁焊接，所述吸音元件层覆盖压电元件另一端面及筒形外壳内部底端面，所述第一密封胶层密封筒形外壳顶端面，所述第一密封胶层与吸音元件层之间设置金属振动面，所述信号输出负极线与筒形外壳的焊接点位于发泡胶层与筒形外壳上端面之间侧壁上。

实施例二：在实施例一基础上，所述吸音元件层是发泡胶层或吸音棉层。

实施例三：在实施例一或二之一基础上，所述筒形外壳底端面沿筒形外壳轴线方向高度是N，所述金属振动面沿筒形外壳轴线方向高度是M，所述M范围是0.5～5mm，其中通过公式（1）可知筒形外壳底端面沿筒形外壳轴线方向高度N的变化量△N为：

$\mathrm{\ΔN}=\frac{N}{F}+K---\left(1\right)$

其中F为超声波传感器的中心频率,K值为系数，与材质等因素有关，K范围是-0.005～-0.01。

实施例四：在实施例一或二之一基础上，所述M=0.5mm。

实施例五：在实施例一或二之一基础上，所述M=2mm。

实施例六：在实施例一或二之一基础上，所述M=4mm。

实施例七：在实施例一或二之一基础上，所述M=5。

比较表1和表2可知，设置了金属振动面后，产生的超声波信号强度增强。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (7)

1.一种增加金属振动面的超声波传感器，其特征在于包括筒形外壳、压电元件、信号输出正极线、信号输出负极线、第一密封胶层、吸音元件层、金属振动面，所述筒形外壳内封闭一端是筒形外壳底端面，所述筒形外壳底端面内壁中设置有凸台，所述筒形外壳（1）底端面凸台与压电元件一端面粘接，信号输出正极线一端与压电元件另一端面焊接，所述信号输出负极线一端与筒形外壳内部侧壁焊接，所述吸音元件层覆盖压电元件另一端面及筒形外壳内部底端面，所述第一密封胶层密封筒形外壳顶端面，所述第一密封胶层与吸音元件层之间设置金属振动面，所述信号输出负极线与筒形外壳的焊接点位于发泡胶层与筒形外壳上端面之间侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种增加金属振动面的超声波传感器，其特征在于所述吸音元件层是发泡胶层或吸音棉层。

3.根据权利要求1所述的一种增加金属振动面的超声波传感器，其特征在于所述筒形外壳底端面沿筒形外壳轴线方向高度是N，所述金属振动面沿筒形外壳轴线方向高度是M，所述M范围是0.5～5mm，M值增加0.5mm，中心频率可降低1kHZ，

其中通过公式（1）可知筒形外壳底端面沿筒形外壳轴线方向高度N的变化量△N为：

                            （1）

其中F为超声波传感器的中心频率,K值为系数，与材质因素有关，K范围-0.005～-0.01。

4.根据权利要求3所述的一种增加金属振动面的超声波传感器，其特征在于所述M=0.5mm。

5.根据权利要求3所述的一种增加金属振动面的超声波传感器，其特征在于所述M=2mm。

6.根据权利要求3所述的一种增加金属振动面的超声波传感器，其特征在于所述M=3mm。

7.根据权利要求3所述的一种增加金属振动面的超声波传感器，其特征在于所述M=5mm。

Images