[實(shí)用新型]一種超聲波傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201921003530.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN210533396U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳隆;蘇益廷;陳三塘;葉宗壽;張鳴助
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 詠業(yè)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G01D5/48
• 分類號(hào): G01D5/48;B06B1/06
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 徐羅艷

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種超聲波傳感器，包含：一承載體，具有隔著該承載體相對(duì)的第一表面與第二表面；一壓電體，貼合在該承載體的該第一表面上；一第一聲阻匹配層，具有隔著該第一聲阻匹配層相對(duì)的第三表面與第四表面，該第三表面貼合在該承載體的該第二表面上，且該第一聲阻匹配層中包含一具有開(kāi)口的薄片，該第一聲阻匹配層的厚度小于該超聲波傳感器的工作頻率于該第一聲阻匹配層中的波長(zhǎng)的1/4，該薄片的開(kāi)口總面積大于該第一聲阻匹配層的該第三表面的面積的30％；以及，一第二聲阻匹配層，設(shè)置在該第一聲阻匹配層的該第四表面上。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種超聲波傳感器，尤其是一種包含雙層聲阻匹配層的超聲波傳感器。

背景技術(shù)

超聲波傳感器(ultrasonic transducer)可用于近距離的物體偵測(cè)，其通過(guò)發(fā)出的超聲波碰撞到物體之后反射回來(lái)的時(shí)間差，可以計(jì)算出超聲波傳感器與待偵測(cè)物體之間的距離。對(duì)于超聲波偵測(cè)而言，待偵測(cè)物體的類型與性質(zhì)并不會(huì)受到太多的限制，包括各種表面顏色、透明度、硬度的固體、液體或粉體等，其都可以用超聲波傳感器來(lái)進(jìn)行偵測(cè)。因此，現(xiàn)今超聲波傳感器已廣泛應(yīng)用在駐車?yán)走_(dá)(parking sensor)、水平度偵測(cè)(levelsensor)、薄片層數(shù)偵測(cè)(multiple sheet detection)及流量偵測(cè)(flow meter)等方面。

超聲波傳感器的主要組成元件為壓電陶瓷片(piezoceramics)，例如以鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate,PZT)材料制作的陶瓷片，其雙面會(huì)涂布導(dǎo)電層。在運(yùn)作中施加高頻交流電信號(hào)會(huì)讓壓電陶瓷產(chǎn)生高頻率震動(dòng)，該高頻率震動(dòng)是一種聲波，如果此聲波的頻率落在超聲波范圍，即為超聲波振動(dòng)。然而，為了讓所產(chǎn)生的超聲波能從壓電陶瓷傳遞到空氣中，壓電陶瓷的聲阻(acoustic impedance)必須與空氣的聲阻匹配才行。

聲阻(Z)＝材料密度(ρ)*超聲波聲速(C)，壓電陶瓷的聲阻約為30-35MRayl(106公斤/平方公尺·秒)，空氣的聲阻約為430Rayl(公斤/平方公尺·秒)，壓電陶瓷的聲阻與空氣的聲阻，有非常大的差距，導(dǎo)致壓電陶瓷所產(chǎn)生的超聲波能量無(wú)法傳遞到空氣中。因此，聲阻匹配層(matching layer)就成了超聲波傳感器中必要的部件，其會(huì)設(shè)置在壓電陶瓷與空氣之間，使得兩者的聲阻得以匹配，從而可有效地將超聲波傳遞到空氣中。用于空氣傳感器(air transducer)的匹配層的聲阻，其最理想值為:√(35M*430)Rayl,約為0.12MRayl，但是自然界中很難找到聲阻低于1MRayl而且又耐用的材料，一般業(yè)界常用的匹配層材料為高分子樹(shù)脂與空心玻璃球混合成的復(fù)合材料，來(lái)達(dá)到較低的聲阻特性，同時(shí)也具有較佳的耐候性及可靠度。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了讓閱者對(duì)本實(shí)用新型有基本的了解，以下段落提出了本實(shí)用新型的簡(jiǎn)要說(shuō)明。此概要并非是本實(shí)用新型內(nèi)容詳盡的綜覽，也并未意欲要表明本實(shí)用新型的所有關(guān)鍵或必要元件或是要限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，其目的僅在于對(duì)后續(xù)所將探討的本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述先以簡(jiǎn)化的形式提出其中的某些概念。

為了獲得具有較寬帶寬(broadbandwidth)效果的超聲波傳感器，本實(shí)用新型提出了一種具有雙層的聲阻匹配層以及薄片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的超聲波傳感器，其除了可以有效增加超聲波傳感器的帶寬，還可以降低因應(yīng)力產(chǎn)生的可靠性失效問(wèn)題。

本實(shí)用新型其中一種方案提出一種超聲波傳感器，包含：一承載體，具有隔著該承載體相對(duì)的第一表面與第二表面；一壓電體，貼合在所述承載體的所述第一表面上；一第一聲阻匹配層，具有隔著所述第一聲阻匹配層相對(duì)的第三表面與第四表面，所述第三表面貼合在所述承載體的所述第二表面上，且所述第一聲阻匹配層中包含一具有開(kāi)口的薄片，所述第一聲阻匹配層的厚度小于所述超聲波傳感器的工作頻率于所述第一聲阻匹配層中的波長(zhǎng)的1/4，所述薄片的開(kāi)口總面積大于所述第一聲阻匹配層的所述第三表面的面積的30％；以及，一第二聲阻匹配層，設(shè)置在所述第一聲阻匹配層的所述第四表面上。