[发明专利]用于在流体介质中使用的超声波换能器

说明书

背景技术

由现有技术已知在不同使用领域中的超声波换能器。例如在汽车技术中在超声波流量计中使用的超声波换能器，例如在内燃机的排气管中和/或吸气管中。在DE 10 2007 037 088 A1中或者由申请者公司的后公开的德国专利申请DE 10 2008 055 126.0描述了这种超声波换能器的示例。超声波流量计在很多情况下以两个超声波换能器为基础，它们在流体管中在流动方向上错开地设置并且相互发送超声波信号。在此也可以使用测量装置，其中设有至少一个反射器，例如以插式敏感元件的形式。超声波换能器的其它应用例如是料位计或测距器，例如在所谓的驻车导航系统中。

超声波换能器在许多情况下具有压电陶瓷形式的电声换能元件。为了实现阻抗匹配、即尤其减小在超声波变换器与流体介质之间的边界面上的反射损失，在流体介质中要使用超声波换能器，在许多情况下使用所谓的匹配体，它们负责至少局部地在压电陶瓷与流体介质的阻抗之间的阻抗平衡。例如已知超声波变换器以压电陶瓷为基础与所谓的λ/4阻抗匹配层结合。在DE 10 2007 037 088 A1或DE10 2008 055 126.0中描述了这种匹配体的示例，它们也可以在本发明的范围中使用。

此外由现有技术已知超声波换能器，具有一体的套状的壳体和环形的后背盖。这种超声波换能器例如在驻车导航系统中使用。在这种情况下通常首先电接通压电陶瓷，通过例如使导线焊接在压电陶瓷和与盖环连接的触点脚上。接着通常使压电陶瓷通过吸式夹头穿过盖环固定并且与盖环和连接导线一起导入到套中。在这个过程期间连接导线得到那个弯曲变化，它在以后的超声波换能器中为了最佳的固定性是期望的。在允许去掉吸式夹头之前，通常必需激活压电体与套之间的粘接，这在许多情况下以紫外线辐射的形式实现，通常同样穿过盖环加入辐射。

但是这种装配在实践中涉及不同的技术要求和缺陷。因此通常必需使一体的换能器套大多非常深地构成，因为换能器套的内室必需以一定量的缓冲材料充满。此外通常需要换能器套的这个深度，用于能够固定接触脚或实现转换接通，用于保证对于准确对准的安装、例如在插式敏感元件壳体中的相应导向长度或者易于整个换能器的一般操作。但是由于换能器套的这个深度一般难以在安装过程期间操作，因为必须将压电元件沉降在换能器套中。在套内部只能困难地实现大量适用的压电陶瓷电接通。而如果在与选择的匹配体接合之前电接通压电陶瓷，则必须使压电陶瓷、连接导线、接触脚和可能的换能器盖或换能器盖环在接合过程内部保持相互间相对固定或定位。这种方法是极其费事的。

发明内容

因此提出一个用于在流体介质中使用的超声波换能器以及一种用于加工在流体介质中使用的超声波换能器的方法，它们至少部分地避免已知超声波换能器和加工方法的缺陷。该超声波换能器尤其可以以按照本发明的方法制成，并且该方法尤其可以用于加工按照本发明的超声波换能器。因此对于可能的本方法扩展结构请参阅超声波换能器的描述，反之亦然。

本超声波换能器包括至少一个换能器芯，它包括至少一个电声转换元件。电声换能器元件指的是原理上任意的元件，它可以将电信号转换成声信号，反之亦然。尤其可以是单一的元件。所述电声换能器元件最好包括压电的换能器元件或者由压电的换能器元件构成。相应地在本发明的范围内没有限制地可以使用其它可能的电声换能器元件扩展结构，概念“压电”、“压电陶瓷”和“压电的换能器元件”也作为概念“电声换能器元件”的同义词。所述换能器芯还包括其它元件，如同下面还要详细描述的那样。例如所述换能器芯可以在面对流体介质的一侧上包括一个匹配体，例如按照上述的现有技术。这个匹配体用于改善电声换能器元件与流体介质、例如空气或液体之间的声耦联。理想的方式是，所述匹配体通过一种材料，其阻抗以几何的措施位于垫-声换能器元件和流体介质的阻抗。在实际的超声波换能器且尤其在气体的流体介质中通常使用具有不同的、大多更高声阻抗的匹配体。该匹配体也可以包括多个具有不同声阻抗的材料和/或具有声阻抗梯度的材料。所述换能器芯例如可以具有发射面，它面对流体介质并且通过它使超声波信号给到流体介质和/或接收来自流体介质的超声波信号。所述发射面例如可以设置在壳体的开孔中，下面还要详细解释壳体。例如这个开孔可以被壳体的边缘包围，例如环形包围。也可以设想其它的几何形状。在此所述发射面与壳体边缘平齐地封闭或者也可以设置在另一平面中，例如略微错开到壳体内部中或者略微相对于边缘向着流体介质错置。