高灵敏度超声波传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种应用于车辆倒车检测的高灵敏度超声波传感器，包括一端封闭、一端敞开的金属壳体，在金属壳体内设置有直径小于6mm、厚度小于0.15mm的压电陶瓷片，压电陶瓷片的一表面设置有与金属壳体形成电性连接的第一电极层，另一表面设置有第二电极层，以及分别与第一电极层、第二电极层电性连接的引线端子，还包括覆盖在压电陶瓷片上的消音层，覆盖在消音层上的屏蔽层。压电陶瓷片的总体质量约为现有大厚片的一半，故在相同的驱动电压下，振动幅度大大增加，灵敏度升高，并且小薄片致密度好，缺陷少，使用寿命增加，这样能提高汽车的安全系数，实用性广。
【专利说明】高灵敏度超声波传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种应用于车辆倒车检测的高灵敏度超声波传感器。
【背景技术】
[0002]超声探头即超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
[0003]倒车用超声波探头的一个重要性能指标为灵敏度。灵敏度是传感器在稳态工作情况下输出信号的变化量与输入变化量的比值。灵敏度可理解为放大倍数，倍数越大，灵敏度越高。提高灵敏度，可增大测量精度。同时，灵敏度高，应用领域中的安全系数也高。
[0004]目前市场上成熟的倒车用超声波探头中的敏感元件压电陶瓷片，此种传感器中的压电陶瓷片属于压电厚片，直径适中的压电厚片有其自身的不足之处。第一，传感器用压电陶瓷多采用效率高的轧膜或流延成型工艺，此工艺厚度越大，膜带缺陷越多，导致陶瓷高温烧成后内部微小缺陷多，影响陶瓷的整体性能及使用寿命。第二，超声探头在相同的驱动电压下(驱动电压越低越好)，直径越大，厚度越厚，陶瓷片震动幅度越小，传感器灵敏度越低。第三，应用过程中有时为了更高的灵敏度，会增大驱动电压，这样会增大能耗，并且会降低压电陶瓷的使用寿命，进而影响传感器的耐久性。直径小于6_，厚度小于0.15_压电陶瓷片是一种直径较小，厚度较薄的压电元件。
实用新型内容
[0005]针对上述技术问题，本实用新型提供一种结构设计合理，使用寿命长，灵敏度高的高灵敏度超声波传感器。
[0006]实现本实用新型的技术方案如下:
[0007]高灵敏度超声波传感器，包括一端封闭、一端敞开的金属壳体，在金属壳体内设置有直径小于6_、厚度小于0.15mm的压电陶瓷片,压电陶瓷片的一表面设置有与金属壳体形成电性连接的第一电极层，另一表面设置有第二电极层，以及分别与第一电极层、第二电极层电性连接的引线端子，还包括覆盖在压电陶瓷片上的消音层，覆盖在消音层上的屏蔽层。
[0008]采用了上述方案，由于压电陶瓷片小薄，其具有很高的致密度，接近理论密度，密度均匀，微观结构晶粒大小均匀，陶瓷整体性能参数较相同配方，相同工艺的大厚片优异，压电陶瓷片的总体质量约为现有大厚片的一半，故在相同的驱动电压下，振动幅度大大增力口，灵敏度升高，并且小薄片致密度好，缺陷少，使用寿命增加，这样能提高汽车的安全系数，实用性广。
[0009]进一步地，为了使传感器整体具有好的性能、灵敏度，所述屏蔽层的外表面与金属壳体的开口端保持平行。
[0010]进一步地，所述压电陶瓷片位于金属壳体内与底壁接触，且压电陶瓷片的直径小于金属壳体的内部直径。
[0011]进一步地，所述金属壳体为铝材料制成。
[0012]进一步地，所述金属壳体内壁设有台阶面并被屏蔽层填充。
[0013]进一步地,所述压电陶瓷片的直径为4.5mm_5.6mm,厚度为0.lmm-0.15mm。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型中压电陶瓷片的结构示意图；
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。
[0017]参见图1、2，高灵敏度超声波传感器，包括一端封闭、一端敞开的铝质材料制成的金属壳体1，此部结构和尺寸决定传感器的外部使用和安装模式，同时底面辐射面的尺寸还将定义传感器的超声波辐射角度，进而定义传感器的有效探测区域，因此，此处尺寸必须严格定义；在金属壳体内设置有直径小于6_、厚度小于0.15_的压电陶瓷片2，具体的压电陶瓷片的直径为4.5mm或5mm或5.6mm,厚度为0.1mm、或0.13mm或0.15mm,压电陶瓷片是传感器的高频振子，是传感器发生高频振动的振源，也是压电式传感器最核心的元件，其综合性能指标对传感器的灵敏度、余震、使用寿命有决定作用；压电陶瓷片的一表面设置有与金属壳体形成电性连接的银材料制成的第一电极层3，另一表面设置有银质的第二电极层4，以及分别与第一电极层、第二电极层电性连接的引线端子5，当传感器工作时，外部的驱动导致压电陶瓷片带动铝壳体发生弯曲振动从而产生超声波信号，压电小薄片，因质量轻，故振幅大，灵敏度高。还包括覆盖在压电陶瓷片上的消音层6，主要起减震吸音功能，压电陶瓷片发生高频震动工作后，会向辐射面(铝外壳底部)方向发出超声波，实现探测距离的功能，但是同时也会向反向方向产生超声波信号，为了不干扰和影响辐射面方面的超声波正常工作，此部分超声波必须消除，此单元消音材料将会吸收辐射面反面的超声波，保证传感器的正常测距不被干扰。覆盖在消音层上的屏蔽层7，此部屏蔽材料可以实现传感器防水，防潮，防尘功效；屏蔽层的外表面与金属壳体的开口端保持平行。压电陶瓷片位于金属壳体内与底壁接触，且压电陶瓷片的直径小于金属壳体的内部直径。金属壳体内壁设有台阶面8并被屏蔽层填充，使屏蔽层与金属壳体更好的结合，并能够完美屏蔽。
[0018]下面从具体的测试数据对本实用新型的传感器优势进行说明，本传感器采用的小薄片压电振子直径Φ为5.5mm,厚度T为0.14mm，传统厚片为直径Φ为6mm，厚度T为
0.2mm的压电单晶片。将2种陶瓷片分别装配成58K的传感器，测试灵敏度数据如下:
【权利要求】
1.高灵敏度超声波传感器，其特征在于，包括一端封闭、一端敞开的金属壳体，在金属壳体内设置有直径小于6_、厚度小于0.15mm的压电陶瓷片，压电陶瓷片的一表面设置有与金属壳体形成电性连接的第一电极层，另一表面设置有第二电极层，以及分别与第一电极层、第二电极层电性连接的引线端子，还包括覆盖在压电陶瓷片上的消音层，覆盖在消音层上的屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度超声波传感器，其特征在于，所述屏蔽层的外表面与金属壳体的开口端保持平行。
3.根据权利要求1所述的高灵敏度超声波传感器，其特征在于，所述压电陶瓷片位于金属壳体内与底壁接触，且压电陶瓷片的直径小于金属壳体的内部直径。
4.根据权利要求1所述的高灵敏度超声波传感器，其特征在于，所述金属壳体为铝材料制成。
5.根据权利要求1所述的高灵敏度超声波传感器，其特征在于，所述金属壳体内壁设有台阶面并被屏蔽层填充。
6.根据权利要求1所述的高灵敏度超声波传感器，其特征在于，所述压电陶瓷片的直径为 4.5mm-5.6mm,厚度为 0.1mm-Q.15mm。
【文档编号】G01S7/521GK203643602SQ201320851063
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】余方云, 李红元, 邹东平, 龙阳, 马国阳 申请人:常州波速传感器有限公司