高靈敏度超聲波傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于車(chē)輛倒車(chē)檢測(cè)的高靈敏度超聲波傳感器，包括一端封閉、一端敞開(kāi)的金屬殼體，在金屬殼體內(nèi)設(shè)置有直徑小于6mm、厚度小于0.15mm的壓電陶瓷片，壓電陶瓷片的一表面設(shè)置有與金屬殼體形成電性連接的第一電極層，另一表面設(shè)置有第二電極層，以及分別與第一電極層、第二電極層電性連接的引線端子，還包括覆蓋在壓電陶瓷片上的消音層，覆蓋在消音層上的屏蔽層。壓電陶瓷片的總體質(zhì)量約為現(xiàn)有大厚片的一半，故在相同的驅(qū)動(dòng)電壓下，振動(dòng)幅度大大增加，靈敏度升高，并且小薄片致密度好，缺陷少，使用壽命增加，這樣能提高汽車(chē)的安全系數(shù)，實(shí)用性廣。
【專利說(shuō)明】高靈敏度超聲波傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于車(chē)輛倒車(chē)檢測(cè)的高靈敏度超聲波傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲探頭即超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。
[0003]倒車(chē)用超聲波探頭的一個(gè)重要性能指標(biāo)為靈敏度。靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出信號(hào)的變化量與輸入變化量的比值。靈敏度可理解為放大倍數(shù)，倍數(shù)越大，靈敏度越高。提高靈敏度，可增大測(cè)量精度。同時(shí)，靈敏度高，應(yīng)用領(lǐng)域中的安全系數(shù)也高。
[0004]目前市場(chǎng)上成熟的倒車(chē)用超聲波探頭中的敏感元件壓電陶瓷片，此種傳感器中的壓電陶瓷片屬于壓電厚片，直徑適中的壓電厚片有其自身的不足之處。第一，傳感器用壓電陶瓷多采用效率高的軋膜或流延成型工藝，此工藝厚度越大，膜帶缺陷越多，導(dǎo)致陶瓷高溫?zé)珊髢?nèi)部微小缺陷多，影響陶瓷的整體性能及使用壽命。第二，超聲探頭在相同的驅(qū)動(dòng)電壓下(驅(qū)動(dòng)電壓越低越好)，直徑越大，厚度越厚，陶瓷片震動(dòng)幅度越小，傳感器靈敏度越低。第三，應(yīng)用過(guò)程中有時(shí)為了更高的靈敏度，會(huì)增大驅(qū)動(dòng)電壓，這樣會(huì)增大能耗，并且會(huì)降低壓電陶瓷的使用壽命，進(jìn)而影響傳感器的耐久性。直徑小于6_，厚度小于0.15_壓電陶瓷片是一種直徑較小，厚度較薄的壓電元件。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，使用壽命長(zhǎng)，靈敏度高的高靈敏度超聲波傳感器。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]高靈敏度超聲波傳感器，包括一端封閉、一端敞開(kāi)的金屬殼體，在金屬殼體內(nèi)設(shè)置有直徑小于6_、厚度小于0.15mm的壓電陶瓷片,壓電陶瓷片的一表面設(shè)置有與金屬殼體形成電性連接的第一電極層，另一表面設(shè)置有第二電極層，以及分別與第一電極層、第二電極層電性連接的引線端子，還包括覆蓋在壓電陶瓷片上的消音層，覆蓋在消音層上的屏蔽層。
[0008]采用了上述方案，由于壓電陶瓷片小薄，其具有很高的致密度，接近理論密度，密度均勻，微觀結(jié)構(gòu)晶粒大小均勻，陶瓷整體性能參數(shù)較相同配方，相同工藝的大厚片優(yōu)異，壓電陶瓷片的總體質(zhì)量約為現(xiàn)有大厚片的一半，故在相同的驅(qū)動(dòng)電壓下，振動(dòng)幅度大大增力口，靈敏度升高，并且小薄片致密度好，缺陷少，使用壽命增加，這樣能提高汽車(chē)的安全系數(shù)，實(shí)用性廣。
[0009]進(jìn)一步地，為了使傳感器整體具有好的性能、靈敏度，所述屏蔽層的外表面與金屬殼體的開(kāi)口端保持平行。
[0010]進(jìn)一步地，所述壓電陶瓷片位于金屬殼體內(nèi)與底壁接觸，且壓電陶瓷片的直徑小于金屬殼體的內(nèi)部直徑。
[0011]進(jìn)一步地，所述金屬殼體為鋁材料制成。
[0012]進(jìn)一步地，所述金屬殼體內(nèi)壁設(shè)有臺(tái)階面并被屏蔽層填充。
[0013]進(jìn)一步地,所述壓電陶瓷片的直徑為4.5mm_5.6mm,厚度為0.lmm-0.15mm。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型中壓電陶瓷片的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]參見(jiàn)圖1、2，高靈敏度超聲波傳感器，包括一端封閉、一端敞開(kāi)的鋁質(zhì)材料制成的金屬殼體1，此部結(jié)構(gòu)和尺寸決定傳感器的外部使用和安裝模式，同時(shí)底面輻射面的尺寸還將定義傳感器的超聲波輻射角度，進(jìn)而定義傳感器的有效探測(cè)區(qū)域，因此，此處尺寸必須嚴(yán)格定義；在金屬殼體內(nèi)設(shè)置有直徑小于6_、厚度小于0.15_的壓電陶瓷片2，具體的壓電陶瓷片的直徑為4.5mm或5mm或5.6mm,厚度為0.1mm、或0.13mm或0.15mm,壓電陶瓷片是傳感器的高頻振子，是傳感器發(fā)生高頻振動(dòng)的振源，也是壓電式傳感器最核心的元件，其綜合性能指標(biāo)對(duì)傳感器的靈敏度、余震、使用壽命有決定作用；壓電陶瓷片的一表面設(shè)置有與金屬殼體形成電性連接的銀材料制成的第一電極層3，另一表面設(shè)置有銀質(zhì)的第二電極層4，以及分別與第一電極層、第二電極層電性連接的引線端子5，當(dāng)傳感器工作時(shí)，外部的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致壓電陶瓷片帶動(dòng)鋁殼體發(fā)生彎曲振動(dòng)從而產(chǎn)生超聲波信號(hào)，壓電小薄片，因質(zhì)量輕，故振幅大，靈敏度高。還包括覆蓋在壓電陶瓷片上的消音層6，主要起減震吸音功能，壓電陶瓷片發(fā)生高頻震動(dòng)工作后，會(huì)向輻射面(鋁外殼底部)方向發(fā)出超聲波，實(shí)現(xiàn)探測(cè)距離的功能，但是同時(shí)也會(huì)向反向方向產(chǎn)生超聲波信號(hào)，為了不干擾和影響輻射面方面的超聲波正常工作，此部分超聲波必須消除，此單元消音材料將會(huì)吸收輻射面反面的超聲波，保證傳感器的正常測(cè)距不被干擾。覆蓋在消音層上的屏蔽層7，此部屏蔽材料可以實(shí)現(xiàn)傳感器防水，防潮，防塵功效；屏蔽層的外表面與金屬殼體的開(kāi)口端保持平行。壓電陶瓷片位于金屬殼體內(nèi)與底壁接觸，且壓電陶瓷片的直徑小于金屬殼體的內(nèi)部直徑。金屬殼體內(nèi)壁設(shè)有臺(tái)階面8并被屏蔽層填充，使屏蔽層與金屬殼體更好的結(jié)合，并能夠完美屏蔽。
[0018]下面從具體的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)本實(shí)用新型的傳感器優(yōu)勢(shì)進(jìn)行說(shuō)明，本傳感器采用的小薄片壓電振子直徑Φ為5.5mm,厚度T為0.14mm，傳統(tǒng)厚片為直徑Φ為6mm，厚度T為
0.2mm的壓電單晶片。將2種陶瓷片分別裝配成58K的傳感器，測(cè)試靈敏度數(shù)據(jù)如下:
【權(quán)利要求】
1.高靈敏度超聲波傳感器，其特征在于，包括一端封閉、一端敞開(kāi)的金屬殼體，在金屬殼體內(nèi)設(shè)置有直徑小于6_、厚度小于0.15mm的壓電陶瓷片，壓電陶瓷片的一表面設(shè)置有與金屬殼體形成電性連接的第一電極層，另一表面設(shè)置有第二電極層，以及分別與第一電極層、第二電極層電性連接的引線端子，還包括覆蓋在壓電陶瓷片上的消音層，覆蓋在消音層上的屏蔽層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度超聲波傳感器，其特征在于，所述屏蔽層的外表面與金屬殼體的開(kāi)口端保持平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度超聲波傳感器，其特征在于，所述壓電陶瓷片位于金屬殼體內(nèi)與底壁接觸，且壓電陶瓷片的直徑小于金屬殼體的內(nèi)部直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度超聲波傳感器，其特征在于，所述金屬殼體為鋁材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度超聲波傳感器，其特征在于，所述金屬殼體內(nèi)壁設(shè)有臺(tái)階面并被屏蔽層填充。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度超聲波傳感器，其特征在于，所述壓電陶瓷片的直徑為 4.5mm-5.6mm,厚度為 0.1mm-Q.15mm。
【文檔編號(hào)】G01S7/521GK203643602SQ201320851063
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】余方云, 李紅元, 鄒東平, 龍陽(yáng), 馬國(guó)陽(yáng) 申請(qǐng)人:常州波速傳感器有限公司