[發明專利]新型耐疲勞超聲波傳感器

有效

• 申請號: 201210544439.1
• 申請日: 2012-12-16
• 公開（公告）號: CN103063243A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 余方云;李紅元;鄒東平;龍陽;張堯;倪雪晴
• 申請（專利權）人: 常州波速傳感器有限公司
• 主分類號: G01D5/48
• 分類號: G01D5/48;B06B1/06
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 何學成

技術領域

本發明涉及一種傳感器，特別是一種超聲波傳感器。

背景技術

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。以超聲波作為檢測手段，必須產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，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。

目前，壓電式超聲波傳感器在常溫下（25℃）的性能如靈敏度、余震、一致性較好，符合生產應用上的要求。但在高低溫的沖擊下（-40-85℃），靈敏度降低、余震增大較快，性能很快衰退，明顯降低了傳感器的使用壽命，限制了其在世界各個國家各種溫度環境下的使用，降低了安全系數。而壓電式超聲波傳感器性能的退化主要是由于壓電陶瓷片的退極化。瓷片的退極化主要是由于消音材料、陶瓷片、鋁合金的熱膨脹系數、彈性模量不匹配；在高低溫的沖擊下，材料頻繁的熱脹冷縮，從而使陶瓷片經受較大的應力，內部微結構發生改變，進而疲勞受損。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種耐疲勞的超聲波傳感器。

為解決上述的技術問題，本發明的新型耐疲勞超聲波傳感器包括設置有腔室的外殼，所述外殼的腔室內固定有壓電陶瓷片；

所述壓電陶瓷片包括中間陶瓷片以及設置在陶瓷片上下兩側的上電極和下電極，所述上電極與外殼相接觸；所述上電極為硬質顆粒金屬粉與銀漿的混合層；所述下電極與消音棉相接觸，所述腔室內設置有兩個引線端子，其中之一與下電極電連接，另一個與外殼電連接。

進一步的，所述硬質大顆粒金屬粉的質量比為5%-8%，所述銀漿的質量比為92%-95%。

進一步的，所述混合層中硬質大顆粒金屬粉粒度為15μm-20μm，銀漿中銀粉的粒度為2.5μm-3.5μm；

進一步的，所述腔室內消音層外側設置有屏蔽層，所述引線端子從屏蔽層中伸出。

進一步的，所述屏蔽層由硅膠制成。

本發明還提供了一種制備所述的上電極混合層的方法，包括以下步驟，

步驟1：稱取占總質量比例為92%-95%的銀漿于鋼缽中；

步驟2：稱取占總質量比例為5%-8%的硬質金屬粉放置與銀漿中；

步驟3：將鋼缽放置在超聲分散攪拌機中超聲攪拌8min-12min。

采用上述結構后，如表1和表2所示，表1為采用常規電極的超聲波傳感器分別在常溫和1000次沖擊后檢測的傳感器性能數據，表2為采用本發明電極的超聲波傳感器分別在常溫和1000次沖擊后檢測的傳感器性能數據。從表中可以得知，采用常規電極的超聲波傳感器在受沖擊前后性能靈敏度降低、余震增大較快，性能很快衰退，明顯降低了傳感器的使用壽命。本發明的超聲波傳感器使壓電陶瓷片與鋁合金的接觸為點接觸，降低沖擊作用導致的瓷片退極化，提高傳感器的抗沖擊性，提高了超聲波傳感器的實用壽命。

表1

表2

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明壓電陶瓷片的結構示意圖。

圖中：1為外殼，2為壓電陶瓷片，3為消音棉，4為硅膠屏蔽層，5為第一接線端子，6為第二接線端子，7為陶瓷片，8為下電極，9為上電極，10為金屬顆粒

具體實施方式

如圖1所示，本發明的新型耐疲勞超聲波傳感器包括設置有腔室的外殼1，這里外殼1采用鋁制外殼，通過鋁外殼發送和接收超聲波。