具有集成在可振动膜片中的压电陶瓷换能器元件的声换能器的制作五分时时彩方法

文档序号:19185292发布日期:2019-11-20 01:25
具有集成在可振动膜片中的压电陶瓷换能器元件的声换能器的制作五分时时彩方法

本发明涉及一种声换能器,该声换能器包括膜片罐形件、换能器元件和壳体,其中,该膜片罐形件具有膜片和壁。



背景技术:

超声传感器主要用于汽车和工业应用中来检测周围环境。可以识别周围环境中的对象,其方式是:通过超声传感器发送超声信号并且又接收由对象所反射的超声回波。由超声信号的发送与超声回波的接收之间的传播时间以及已知的声速可以计算出至对象的距离。

超声传感器通常包括具有膜片、换能器元件和壳体的声换能器。换能器元件例如涉及压电陶瓷元件,该压电陶瓷元件在施加电压之后将膜片置于振动中,或者该压电陶瓷元件为了接收超声回波而将由膜片前部的声压所激励出的在膜片上的振动转换成电信号。这种声换能器在现有技术中是已知的,为此例如参见de102012201884a1。

压电陶瓷元件与膜片底部之间的连接通常通过粘合工艺来实现。这在制造过程和在运行中都容易出故障。超声传感器的功能组和壳体作为独立的单个部件被制造,并且随后被连接到一起。

de102013222076a1描述一种声换能器,该声换能器具有谐振器,该谐振器具有至少一个压电元件。将谐振器一件式地构造成膜片罐形件,该膜片罐形件具有膜片和环绕的包覆面,所述膜片和包覆面由相同材料构成。膜片罐形件例如由聚合物材料(如聚偏二氟乙烯(pvdf))或由压电陶瓷材料制成。将所述膜片的一个或多个区域极化,使得形成压电活性区域。

本发明所基于的任务是,说明一种具有简化的制造五分时时彩方法和简化的结构的声换能器。



技术实现要素:

根据本发明,提出一种尤其用于超声传感器的声换能器。

该声换能器具有功能组,其中,该功能组包括膜片罐形件和至少一个电声换能器元件。此外,声换能器具有壳体(5)。膜片罐形件包括可振动膜片、环绕的壁以及至少一个电声换能器元件,其中,该换能器元件构造用于激励膜片进行振动和/或将膜片的振动转换成电信号。膜片罐形件由塑料材料构成,其中,根据本发明将至少一个换能器元件(尤其在没有附加的粘合剂层的情况下)集成到可振动膜片中,其中,换能器元件构造成压电陶瓷元件。该换能器元件在一个或多个表面上具有用于接通和操控的电极。这些电极可以构造成导电层。

在此,应该将集成到可振动膜片中的换能器元件理解为:换能器元件首先作为单独的构件存在,在构造可振动膜片时(例如通过注塑工艺或树脂传递模塑五分时时彩方法),该换能器元件与该可振动膜片如此连接,使得膜片的塑料材料至少部分地包围换能器元件。

例如可以使用热固性塑料(或者替代地使用热塑性塑料)作为膜片罐形件(包括可振动膜片)的塑料材料。环氧树脂尤其适合作为塑料材料。

通过将构造成压电陶瓷元件的换能器元件集成到声换能器的可振动膜片中,可以实现机电转换。如此构造的传感器既可以用于接收也可用于发送声音——尤其超声。可以通过膜片中的几何构型来实现确定的期望振动形式和振动频率的构型。为此,例如可以构造具有不同厚度或材料厚度的膜片区域。常见的工作频率处于20至250khz的范围之间,特别适合的是30至80khz的范围的频率。可振动膜片尤其可以具有厚度减小的区域和/或厚度增大的区域。优选地,膜片在此具有0.15mm至5mm范围内的、特别优选0.2至1mm范围内的厚度或材料厚度。

通过压电陶瓷元件至膜片罐形件的机械中性纤维(即至构件的如下区域:在该区域中,在弯曲载荷下不产生拉伸应力、压缩应力或剪切应力,该区域也称作“中性线”)的距离,压电陶瓷发生高机械变形,因此这可以实现最大可能的机电转换效果。

根据本发明构造的声换能器尤其具有以下优点:与现有技术相比,通过减少构件的数量而显著降低制造成本。此外,在制造时可以省去容易发生故障的粘合连接,这种粘合连接用于将单独的电声换能器元件或机电换能器元件耦合到可振动膜片中。由此简化构造过程。同样避免(如现有技术所已知的)对可振动膜片的仅确定区域进行后续极化,这种后续极化用于构造换能器元件。

因此,根据本发明构造的声换能器可以有利地使用在用于(例如借助空气超声)确定距离的传感器中。同样可以设想用于在液体中进行距离确定。由于一件式的构造以及由此导致的对于周围环境影响的稳健性,根据本发明构造的声换能器特别适合在汽车中使用。

在本发明的一种特别优选的实施方案中,声换能器的壳体与功能组一件式地构造或构造成一个构件。

为了进行电接通,根据本发明构造的声换能器尤其可以具有一个或多个电导体,其中,通过一个或多个电导体接通一个或多个换能器元件。通过将电信号施加到这些导体上,可以以已知的方式激励换能器元件进行振动,这些振动被传输到膜片上并且导致由声换能器发射声信号、尤其超声信号(声换能器的发送运行)。此外,入射的声波可以激励膜片进行振动,由此在换能器元件中产生电压信号,通过导体截取该电压信号(声换能器的接收运行)。为了在发送运行中产生电信号来激励膜片,和/或,为了在接收运行中分析处理由入射到换能器元件中的声波所产生的电压信号,导体例如可以借助插接连接与控制设备电连接,该控制设备构造用于产生和/或分析处理信号。

在本发明的一种优选实施方案中,至少一个换能器元件盘形地构造,并且该至少一个换能器元件具有第一表面以及与第一表面相对置的第二表面。该换能器元件如此集成到膜片中,使得第二表面朝向膜片罐形件内部的方向露出。

该实施方案提供以下优点:由于换能器元件的第二表面向内露出,可以以简单的方式将换能器电接通。在该实施方案中,至少一个电导体可以直接接通在露出的第二表面上。

在该实施方案中,压电陶瓷元件优选如此构造,使得可以从同一侧(即相同的表面)电接通两个电极。为此,压电陶瓷元件尤其具有包封式接通部(umkontaktierung)。在此,在与膜片连接的第一表面上整面地实施电极,并且通过压电陶瓷元件的边缘将电极引导到第二表面上,在那里该电极形成接触面。

在本发明的一种替代优选实施方案中,至少一个换能器元件盘形地构造,并且该至少一个换能器元件具有第一表面以及与第一表面相对置的第二表面。在此,换能器元件优选如此集成到膜片中,使得第一表面朝向膜片罐形件的发射方向露出。“发射方向”理解为垂直于膜片的延伸的如下方向:在激励膜片进行机械振动时,优选在该方向上发射声信号。换能器元件的这种布置具有将压电元件直接耦合到环境流体上的优点。这对于高密度流体而言是特别有利的。在该实施方案中,所述接通可以通过在相对置的第二表面上的包封式接通来实现。

根据本发明的第二方面,说明一种用于根据本发明构造的声换能器的借助注塑或树脂传递模塑的可能的制造五分时时彩方法。

该五分时时彩方法尤其包括以下步骤:

a)将构造成压电陶瓷元件的至少一个换能器元件引入到塑料加工工具的空腔中;

b)将塑料材料注入到空腔中,其中,由塑料材料至少部分地包围换能器元件,由此形成具有可振动膜片和壁的膜片罐形件,其中,将至少一个换能器元件集成到可振动膜片中。

在此,不一定必须按照所述顺序实施根据本发明的五分时时彩方法步骤a)和b)。因此,在本发明的范畴内同样可能的是:首先将塑料材料注入到空腔中,并且随后将构造成压电陶瓷元件的至少一个换能器元件引入到塑料加工工具的空腔中。然而优选地,首先将压电陶瓷元件引入到空腔中,随后注入塑料材料。

尤其可以在将压电陶瓷元件引入到塑料加工工具的空腔中之前,(例如借助引脚、导线或其他电导体的钎焊、接合或热压焊接)实现压电陶瓷元件的电接通。在此通过合适的密封措施保护电接通部免于被塑料润湿,以便实现随后的电连接。

根据本发明的制造五分时时彩方法能够实现(例如用于超声传感器的)声换能器的简单且经济的制造,该声换能器基于集成到膜片中的作为换能器元件的压电陶瓷元件。由此,在制造时可以省去容易发生故障的粘合连接,由此得到简化的构造过程,该粘合连接用于耦合电声换能器元件或机电换能器元件。因为处于液态的塑料材料润湿压电陶瓷元件并随后将其硬化,所以在塑料材料与压电陶瓷元件(代表如此制造的声换能器的换能器元件)之间产生可靠的附着性。这种可靠的附着性导致声换能器的振动机械特性的高度可重复性。此外,因为不需要通过施加粘合剂而(例如在其粘合层厚度、附着特性或粘合层的变化过程方面)受公差影响的粘合层,所以声换能器的振动机械特性的稳健性和可重复性进一步提高。

在本发明的一种优选实施方案中,塑料加工工具的空腔如此构造,使得在步骤b)中将功能组与声换能器的壳体一件式地构造。通过一件式尤其得到以下优点:成品构件具有对于周围环境影响(例如侵入水分或污垢)的提高的稳健性,并且还减少声换能器的构件的数量以及用于组装声换能器所需的工作步骤的数量。

附图说明

图1a)示意性地示出根据本发明的第一实施方案的声换能器;

图1b)放大地示出根据图1a)的声换能器的功能组;

图2示意性地示出根据本发明的第二实施方案的声转换器的功能组;

图3a)示意性地示出根据本发明的第三实施方案的声换能器;

图3b)放大地示出根据图3a)的声换能器的功能组;

图4示意性地示出根据本发明的第四实施方案的声换能器;

图5a)至c)放大地示出用于根据本发明的在图1-4中示出的实施方案中任一种的声换能器的换能器元件的可能的实施方案的不同视图;

图6示意性地示出根据本发明的五分时时彩方法的可能的实施方案的流程图。

具体实施方式

在本发明的实施例的以下描述中,借助相同的附图标记表示相同的元件,其中,必要时省去对这些元件的重复性描述。所述附图仅示意性地示出本发明的主题。

在图1a)中示意性地示出根据本发明的第一实施方案的声换能器1的截面。声换能器具有壳体5,该壳体具有插头壳体11。声换能器包括与壳体一件式实施的功能组2。功能组包括膜片罐形件6,膜片罐形件具有可振动膜片8和环绕的壁7。膜片8例如可以圆形或椭圆形地成型。膜片具有壁厚减小的区域4。通过这些区域的几何构型来确定声换能器的振动特性以及谐振频率。在该示例中,膜片罐形件6一件式地实施。此外,环绕的壁7直接过渡到壳体5中,其中,插头壳体11也与壳体5一件式地实施。声换能器1还具有换能器元件3,该换能器元件根据本发明被构造成压电陶瓷元件并且被集成到可振动膜片8中。

在图1b)中放大地示出根据第一实施例的换能器1的功能组2。在该示例中,换能器元件3构造成盘,该盘具有第一表面15、与第一表面相对置的第二表面13以及环绕的侧面14。换能器元件3如此集成到膜片中,使得第二表面13朝向膜片罐形件6内部16的方向露出。在此,换能器元件如此集成到膜片8中,使得换能器元件3的第一表面15和侧面14都完全被膜片8的塑料材料如此包围,使得第二表面13与膜片齐平。在该实施方案中,构造成压电陶瓷元件的换能器元件3如此构造,使得可以从同一侧(即相同的表面)将两个电极电接通。

换能器元件再次在图5中放大地且示意性地示出。图5a)以朝向第一表面15的俯视图示出换能器元件3。图5b)示出换能器元件3的截面。图5c)以朝向第二表面13的俯视图示出构造成压电陶瓷元件的换能器元件3。

换能器元件3的第一表面15覆盖有电极层25,该电极层在该示例中整面地实施。换能器元件3在侧面14上方具有包封式接通部25',借助该包封式接通部,第一电极25经由压电陶瓷元件的边缘引导到第二表面13上,该第一电极在那里形成接触面25”。在第二表面13上,与接触面25”电隔离地构造有第二电极23。在接触面25”和第二电极23上,例如通过钎焊或接合接通用于操控换能器元件3的电导体18。

在图2中放大地示出根据本发明的第二实施例的声换能器1的功能组2。在该示例中,换能器元件3构造成盘,该盘具有第一表面15以及与第一表面相对置的第二表面13。换能器元件3如此集成到膜片中,使得第一表面15朝向声换能器1的发射方向17露出。在此,如结合图5所示,用于接通换能器元件的电极可以以相同或等效的方式构造。为此,例如可以引导电导体(例如导线或引脚(未示出))穿过膜片8的塑料材料。

在图3a)中示意性地示出根据本发明的第三实施方案的声换能器1的截面。声换能器又具有壳体5,该壳体具有插头壳体11。声换能器包括与壳体一件式实施的功能组2。功能组包括膜片罐形件6,该膜片罐形件具有可振动膜片8和环绕的壁7。声换能器1还具有换能器元件3,该换能器元件根据本发明构造成压电陶瓷元件被集成到可振动膜片8中。

在图3b)中放大地示出根据第三实施例的换能器1的功能组2。在该示例中,换能器元件3也构造成盘,该盘具有第一表面15、与第一表面相对置的第二表面13的以及环绕的侧面14。换能器元件3如此集成到膜片中,使得第二表面13朝向膜片罐形件6的内部16的方向露出。在此,膜片8的塑料材料仅部分地包围或者甚至不包围侧面14。由此得到制造过程中的可能的优点。可以更容易地将待集成的压电陶瓷元件放置并固定在空腔中。此外,通过这种布置导致换能器元件至中性纤维(中性线)的距离增加。

图4示意性地示出根据本发明的示例性第四实施方案的声换能器1的截面。根据本发明的第四实施方案的声换能器1的结构基本上相应于结合图3所描述的根据本发明的第三实施方案的声换能器的结构。唯一的区别在于,根据本发明的第四实施方案,膜片的区域4'具有增大的厚度(材料累积)。通过区域4'的构型,可以对声换能器的谐振频率以及声换能器的方向特性进行匹配。在此,区域4'可以均匀地(对称地)或不均匀地(不对称地)布置。

图6示出用于根据本发明的声换能器的功能组的根据本发明的制造五分时时彩方法的流程。

在步骤100中,提供具有空腔的塑料加工工具,该空腔的形状匹配于声换能器的期望形状。

在步骤200中,将设置成换能器元件的压电陶瓷元件引入到空腔中。可选地,可以设置电导体,该电导体将压电陶瓷元件的电极接通。

在步骤300中,将塑料材料(例如环氧树脂)注入到空腔中,由此,至少形成声换能器的功能组,并且由此由塑料材料至少部分地包围压电陶瓷元件。如果空腔被相应地构型,则不仅可以将声换能器的功能组,而且还可以将壳体构造在一个构件中。

在步骤400中,必要时在凝固期之后移除功能组或包括功能组的构件以及声换能器的壳体。

再多了解一些
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