KR20070071215A - Ultrasonic distance sensor employing sponge for blocking dust - Google Patents

Abstract

An ultrasonic distance sensor of a dust blocking structure using a sponge is provided to remove the causes of the characteristic and performance change of the sensor by preventing the dust and suspended matters delivered through a sound emission aperture, with the help of a dust blocking member installed in the front side of a resonator. An ultrasonic distance sensor of a dust blocking structure is composed of a unimorph-type vibration plate comprising a circular metal plate(10) and electrodes installed in a cylindrical plastic housing(90) having a sound emission aperture(80) and a circular or square piezo-electric ceramic plate(20) formed by bonding one of the electrodes to the metal plate; a cone-shaped resonator(30) disposed on the upside of the metal plate; and a dust blocking member(100) such as a sponge installed at the front side of the resonator with leaving space. The dust blocking member is bonded by elastic materials like silicon or rubber resin.

Description

스펀지를 이용한 먼지 차단 구조의 초음파 거리 센서 {Ultrasonic Distance Sensor Employing Sponge for Blocking Dust}Ultrasonic Distance Sensor with Sponge Dust Block Structure {Ultrasonic Distance Sensor Employing Sponge for Blocking Dust}

도 1은 종래의 기술에 따른 금속판과 압전세라믹의 굴곡 진동 모드를 이용한 개방형 타입의 초음파 거리 센서를 보인 단면도1 is a cross-sectional view showing an ultrasonic type distance sensor of the open type using the bending vibration mode of the metal plate and the piezoelectric ceramic according to the prior art.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 먼지 차단 구조의 초음파 거리 센서 구조를 보인 단면도Figure 2 is a cross-sectional view showing the ultrasonic distance sensor structure of the dust blocking structure according to an embodiment of the present invention

도 3은 유니모르프형 진동자의 도식도3 is a schematic view of a unimorphic oscillator

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: 원형 금속판 20: 압전세라믹 30: 콘형 공진자 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Circular metal plate 20 Piezoceramic 30 Cone resonator

40 : 음향 공간 50: 베이스 60: 도전성 와이어 40: acoustic space 50: base 60: conductive wire

70: 출력리드 80: 음향 방출 개구 90: 하우징 70: output lead 80: acoustic emission opening 90: housing

100: 먼지 차단재 200: 진동판 100: dust blocker 200: diaphragm

본 발명은 경보기, 거리계 등에 사용되는 개방형 타입의 압전형 초음파 거리 센서에 관한 것으로, 특히 진동판(200)의 전면에 먼지 차단재(100)를 설치함으로써 음 향 방출 스크린(80)을 갖는 센서 전면 개구로부터 유입되는 먼지나 부유물질을 차단하여 초음파 굴곡 진동 모드의 특성 변화 및 성능 저하를 방지하기 위한 초음파 거리 센서에 관한 것이다. The present invention relates to an open type piezoelectric ultrasonic distance sensor used for alarms, odometers, and the like, in particular from the front opening of a sensor having a sound emission screen 80 by installing a dust barrier 100 in front of the diaphragm 200. The present invention relates to an ultrasonic distance sensor for blocking the inflow of dust or suspended substances to prevent changes in characteristics of the ultrasonic bending vibration mode and performance degradation.

일반적으로 이러한 종류의 초음파 거리 센서는 도 1에 도시한 바와 같이 원형의 금속판(10)과 전극들이 형성되며 상기 전극들 중의 한 전극이 상기 금속판에 접착되는 압전 세라믹판(20)을 갖는 유니모르프형 진동판(200)을 포함하고, 이것에 콘형 공진자(30)가 배설되어 있다. 상기 진동판은 실리콘을 사용하여 베이스(50)에 접착 고정되는 한편, 음향 방출 스크린(80)을 갖는 플라스틱 하우징(90)이 덮인다. In general, this kind of ultrasonic distance sensor is a unimorphic type having a piezoelectric ceramic plate 20 in which a circular metal plate 10 and electrodes are formed and one of the electrodes is bonded to the metal plate as shown in FIG. 1. The diaphragm 200 is included and the cone resonator 30 is arrange | positioned here. The diaphragm is adhesively fixed to the base 50 using silicone, while covered with a plastic housing 90 having an acoustic emission screen 80.

종래의 개방형 압전형 초음파 거리 센서의 경우 전면 음향 방출 개구(80)를 통해 먼지 및 부유 물질이 유입되어 쌓이게 되면 음향 진동판(200) 및 공진자(30)의 특성에 영향을 주게 되어 굴곡 모드의 공진 주파수가 안정화 되지 않고 감도 저하 및 지향성에 문제를 야기시킬 수 있다.In the case of the conventional open piezoelectric ultrasonic distance sensor, when dust and suspended matter flows in and accumulates through the front acoustic emission opening 80, the characteristics of the acoustic diaphragm 200 and the resonator 30 are affected, thereby resonating in a bending mode. The frequency is not stabilized and can cause problems in sensitivity and directivity.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 본 발명은, 센서 전면부로의 초음파 방출 효율은 유지하면서 개구를 통해 먼지나 부유물질이 유입되어 쌓이지 않도록 먼지 차단 구조의 초음파 센서 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor structure having a dust blocking structure so that dust or suspended matter does not enter and accumulate through the opening while maintaining the ultrasonic emission efficiency to the sensor front part.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 음향 방출 스크린을 갖는 원통형 의 플라스틱 하우징 내부의 베이스에 접착 고정된 콘형 공진자를 포함하는 진동판의 전면에 일정 간격을 띄우고 먼지 차단재를 설치한 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a dust gap is provided at a predetermined interval on the front of the diaphragm including a cone-shaped resonator adhesively fixed to the base inside the cylindrical plastic housing having an acoustic emission screen. .

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 원형의 금속판(10)과, 상면 및 하면에 전극이 형성되며 상기 전극들 중의 적어도 한 전극이 원형의 금속판에 접착되는 원형 또는 사각의 압전 세라믹판(20)을 갖는 유니모르프형 진동판(200); 상기 금속판의 상면에 부착되고 초음파의 효율을 향상시키기 위한 콘형 공진자(30); 상기 콘형 공진자의 상면에 일정 간격을 띄워 설치되어 전면 음향 방출 스크린의 개구(80)로부터 유입되는 부유물을 막기 위한 먼지 차단재(100); 상기 진동판을 지지하고 음향 공간(40)을 갖는 베이스; 상기 금속판과 상기 압전판에 도전성 와이어(60)를 통해 연결되는 출력리드(70); 상기 진동판과 상기 베이스를 접속하고 틈새를 봉하기 위해 사용되는 접착제; 상기 진동판 및 공진자에 접촉되지 않고 덮도록 베이스에 접착 고정되는 음향 방출 스크린을 갖는 하우징(90);을 포함하는 먼지 차단 구조의 초음파 거리 센서 구조로서, 상기 진동판은, 상기 금속판과 상기 압전판에 형성된 전극 사이에 소정의 전기 신호가 인가되는 경우, 길이 방향 벤딩 모드로 진동한다. According to a preferred embodiment of the present invention, the circular metal plate 10 and the circular or square piezoelectric ceramic plate 20 is formed on the upper and lower surfaces and at least one of the electrodes is bonded to the circular metal plate Unimorphic diaphragm 200 having; A cone type resonator 30 attached to an upper surface of the metal plate to improve the efficiency of ultrasonic waves; A dust blocker 100 installed at a predetermined interval on an upper surface of the cone resonator to prevent floating material flowing from the opening 80 of the front acoustic emission screen; A base supporting the diaphragm and having an acoustic space 40; An output lead 70 connected to the metal plate and the piezoelectric plate through a conductive wire 60; An adhesive used to connect the diaphragm and the base and seal the gap; And a housing 90 having an acoustic emission screen adhesively fixed to the base so as not to contact the diaphragm and the resonator, wherein the diaphragm is formed on the metal plate and the piezoelectric plate. When a predetermined electric signal is applied between the formed electrodes, it vibrates in the longitudinal bending mode.

이때, 하우징 내부에 설치된 먼지 차단재(100) 등은 예를 들어 스펀지를 쓸 수 있으며, 전면부로 방출되는 초음파의 효율은 유지하면서 음향 방출 개구를 통해 유입되는 먼지 및 부유물을 방지하기 때문에 초음파 특성 및 성능 변화에 영향을 주지 않게 된다. 따라서, 먼지 및 유해 환경 하에서 초음파 센서를 장기간 사용하더라도 굴곡 모드의 공진 주파수 및 감도, 지향성 등의 특성이 안정화 될 수 있다. In this case, the dust barrier material 100 installed inside the housing may use a sponge, for example, and the ultrasonic characteristics and performance because it prevents dust and floats flowing through the acoustic emission opening while maintaining the efficiency of the ultrasonic waves emitted to the front portion. It does not affect the change. Therefore, even if the ultrasonic sensor is used for a long time under dust and harmful environment, characteristics such as resonance frequency, sensitivity, directivity, and the like of the bending mode can be stabilized.

본 발명의 상술한 구조 및 배치에 따르면, 도 2, 3에 도시한 바와 같이, 유니모르프형 진동판(200)은 원형의 금속판(10)과 전극들이 형성되며 상기 전극들 중의 한 전극이 상기 금속판에 접착되는 원형 또는 사각의 압전 세라믹판(20)을 포함한다. 금속판과 압전판의 한 면은 도전성 와이어(60)를 통하여 베이스(50)에 고정되는 출력리드(70)와 연결된다. 또, 진동판(200)과 베이스(50)는 실리콘과 고무 같은 탄성재료로 충진이 되어 틈새가 봉해진다. 음향 공간(40) 은 제동 홀(damping hole)로 작용하여 후면으로 방출되는 음파를 일부 흡수 및 감쇄시킨다. 케이스(90)는 음향 방출 스크린을 가지며 비 접촉되게 진동판을 덮도록 베이스에 접착 고정된다. 접착은 에폭시나 순간 접착제로 한다. 음향 방출 개구로부터 유입되는 먼지나 부유물을 막기 위한 먼지 차단재(100)는 하우징 내부 상단에 위치하며, 실리콘 등으로 접착된다.According to the above-described structure and arrangement of the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, the unimorphic diaphragm 200 has a circular metal plate 10 and electrodes formed thereon, and one of the electrodes is connected to the metal plate. It includes a piezoelectric ceramic plate 20 of a circular or square to be bonded. One surface of the metal plate and the piezoelectric plate is connected to the output lead 70 fixed to the base 50 through the conductive wire 60. In addition, the diaphragm 200 and the base 50 are filled with an elastic material such as silicone and rubber to seal the gap. The acoustic space 40 acts as a damping hole to absorb and attenuate some of the sound waves emitted to the rear surface. The case 90 has an acoustic emission screen and is adhesively fixed to the base to cover the diaphragm in non-contact manner. Bonding is done with epoxy or instant adhesive. The dust blocker 100 for preventing dust or floating matters from the sound emitting opening is located at the upper end of the housing and is bonded with silicon.

도 1은 종래의 압전형 초음파 센서의 단면도를 나타낸다.1 is a cross-sectional view of a conventional piezoelectric ultrasonic sensor.

도 2는 본 발명 초음파 센서의 실시 예를 나타낸 것으로, 기본적인 구성은 종래 예와 같고, 하우징 내부 상단 즉, 공진자 전면에 먼지 차단재가 설치된다.Figure 2 shows an embodiment of the ultrasonic sensor of the present invention, the basic configuration is the same as the conventional example, the dust shield is installed on the upper end of the housing, that is, the front of the resonator.

도 3은 원형의 금속판에 접착되는 유니모르프형 진동판을 도시한다.3 shows a unimorphic diaphragm bonded to a circular metal plate.

이상과 같이, 본 발명은 초음파 센서를 구비하는 구성 중 공진자의 전면에 스펀지 등으로 구성된 먼지 차단재를 설치함으로서 음향 방출 개구를 통해 전달되는 먼지 및 부유물질을 방지하여 센서의 특성 변화 및 성능변화의 요인을 효과적으로 차단 할 수 있어 센서를 보다 안정적으로 사용할 수 있을 것이다.As described above, the present invention by installing a dust barrier material consisting of a sponge or the like on the front of the resonator of the configuration having an ultrasonic sensor to prevent dust and suspended substances transmitted through the acoustic emission opening to change the characteristics of the sensor and the factors of performance change Can effectively block the sensor will be able to use the sensor more stably.

Claims (5)

음향 방출 개구가 있는 원통형의 플라스틱 하우징 내부에 원형의 금속판과 전극들이 형성되며 상기 전극들 중의 한 전극이 상기 금속판에 접착되는 원형 또는 사각의 압전 세라믹 판을 갖는 유니모르프형 진동판을 포함하고, 이것에 콘형 공진자가 배설되어 있는 개방형 압전형 초음파 거리 센서에 있어서, 공진자의 전면에 일정 간격을 띄우고 먼지 차단재가 설치된 것을 특징으로 하는 먼지 차단 구조의 초음파 거리 센서. A circular metal plate and electrodes are formed inside a cylindrical plastic housing with an acoustic emission opening and one of the electrodes comprises a unimorphic diaphragm having a circular or square piezoelectric ceramic plate bonded to the metal plate. An open piezoelectric ultrasonic distance sensor having a cone-shaped resonator disposed therein, wherein an ultrasonic distance sensor having a dust blocking structure is provided with a predetermined distance between the resonators in front of the resonator. 제 1항에 있어서 상기 먼지 차단재로 스펀지가 사용된 것을 특징으로 하는 초음파 거리 센서.The ultrasonic distance sensor according to claim 1, wherein a sponge is used as the dust barrier material. 제 1항에 있어서 상기 먼지차단재가 탄성 재료로 접착되는 것을 특징으로 하는 초음파 거리 센서.The ultrasonic distance sensor according to claim 1, wherein the dust barrier material is bonded with an elastic material. 제 3항에 있어서 상기 탄성 재료는 실리콘으로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 거리 센서.4. The ultrasonic distance sensor according to claim 3, wherein the elastic material is made of silicon. 제 3항에 있어서 상기 탄성 재료는 고무수지인 것을 특징으로 하는 초음파 거리 센서.The ultrasonic distance sensor according to claim 3, wherein the elastic material is a rubber resin.

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