[實用新型]一種超聲波傳感器

有效

• 申請號: 201721710491.4
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN207662431U
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 劉歡;楊才源
• 申請（專利權）人: 廣東奧迪威傳感科技股份有限公司
• 主分類號: G01D5/48
• 分類號: G01D5/48
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 許向彤;陳英俊

一種超聲波傳感器，包括：外殼，是下部封閉的柱狀體；塑膠匹配片、壓電片和背襯，由下至上依次設置在外殼內的底部，其中，壓電片具有正極和負極；灌封膠，灌注膠設置在背襯上面，將塑膠匹配片、壓電片和背襯固封在外殼內；信號線，包括正極信號線和負極信號線，且分別與壓電片的正極和負極電連接，信號線從壓電片向上穿透背襯和灌封膠延伸出來；其中，塑膠匹配片是塑膠材質。本實用新型采用塑膠匹配片作為壓電片與外殼之間的匹配層，避免了膠層厚度的復雜控制工藝，在保持產品高靈敏度和高分辨率的同時，抗外界沖擊能力提升，能夠更好保護壓電片和超聲波傳輸有效性。在背襯與壓電片之間形成空氣層，在提升靈敏度的同時不降低產品原有的分辨率。

技術領域

本實用新型涉及傳感器技術領域，具體地說，涉及一種超聲波傳感器。

背景技術

超聲波傳感器是計量的關鍵部件，通過超聲波的傳播，在經過能量的轉換后，輸出模擬信號，計量芯片通過對信號的處理，計算出超聲波的傳輸時間，進而計算出計量介質的特性，如流速、流量、密度、高度等。如圖1所示，現有技術中，超聲波傳感器包括外殼1和信號線4，以及依次由下至上設置于外殼1內底部的匹配層5、壓電片2、背襯6和灌封膠7。其中，信號線4的一段連接壓電片2的上下電極，并且從壓電片2上依次穿透背襯6和灌封膠7延伸出來。其中，壓電片2與外殼1的底部之間是采用經過厚度控制程序形成的膠水作為壓電片2和外殼1之間的匹配層5。信號的分辨率、靈敏度和穩定性對壓電片處理有直接的影響；同時根據傳感器的使用環境，還需要本身對壓電片具有高強度的保護能力。而分辨率、靈敏度、耐壓力能力存在相互制約。

目前對以上問題的解決有如下辦法：

1、通過對壓電片的背部增加一種或者幾種材質混合的背襯，以達到高分辨率的目的。分辨率是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力。分辨率隨背襯厚度的增加而先增加而后緩慢的減小。靈敏度是指傳感器在穩態工作情況下輸出量變化對輸入量變化的比值，而靈敏度隨背襯厚度的增加而逐漸減小。增加背襯雖然能提高分辨率，但是相應的會損害產品的靈敏度。

2、受限于產品結構的影響，特別是注塑殼體，通過提高外殼和匹配層材質的強度來增加產品的保護能力和產品性能的穩定性(注塑時需考慮材質的流動性和成品的收縮率)，這樣就降低了產品的分辨率和靈敏度。

3、或者使用膠水作為壓電片和外殼之間的匹配層，使膠水存在一定匹配厚度，但是膠水的厚度工藝上很難控制，同時膠水容易混入空氣，會造成靈敏度下降，由于膠水與外殼材質(金屬、塑料)屬兩種材質，膨脹系數會導致兩者分離，另膠水的抗沖擊弱，外殼受壓力微變形后，膠水容易與外殼分離，超聲波穿透過程中失效。

綜上，以上對靈敏度和分辨率以及保護強度之間的矛盾點并沒有解決，第三種方案工藝上要求嚴格，不利于生產，且存在失效風險。

實用新型內容

本實用新型的超聲波傳感器取消了使用具有一定匹配厚度的膠水作為壓電片和外殼之間的匹配層的方法，采用塑膠匹配片作為壓電片與外殼之間的匹配層，避免了膠層厚度的復雜控制工藝，從而避免了存在的失效風險。在保持產品高靈敏度和高分辨率的同時，抗外界沖擊能力提升，能夠更好的保護壓電片和超聲波傳輸的有效性，產品具有更高的可靠性。

另外，該超聲波傳感器還在背襯與壓電片之間形成空氣層，在提升靈敏度的同時不降低產品原有的分辨率。

為達到以上目的，本實用新型提供一種超聲波傳感器，包括：外殼，是下部封閉的柱狀體；塑膠匹配片、壓電片和背襯，由下至上依次設置在外殼內的底部，其中，所述壓電片具有正極和負極；灌封膠，灌注膠設置在所述背襯上面，將所述塑膠匹配片、壓電片和背襯固封在外殼內；信號線，包括正極信號線和負極信號線，且分別與壓電片的正極和負極電連接，所述信號線從壓電片向上穿透背襯和灌封膠延伸出來；其中，塑膠匹配片是塑膠材質。

優選地，所述外殼是具有內臺肩的柱狀體，背襯和灌封膠由下至上依次設置在臺肩上，在背襯與壓電片之間形成空氣層。