[发明专利]一种超声波传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体地说，涉及一种超声波传感器。

背景技术

超声波传感器是计量的关键部件，通过超声波的传播，在经过能量的转换后，输出模拟信号，计量芯片通过对信号的处理，计算出超声波的传输时间，进而计算出计量介质的特性，如流速、流量、密度、高度等。如图1所示，现有技术中，超声波传感器包括外壳1和信号线4，以及依次由下至上设置于外壳1内底部的匹配层5、压电片2、背衬6和灌封胶7。其中，信号线4的一段连接压电片2的上下电极，并且从压电片2上依次穿透背衬6和灌封胶7延伸出来。其中，压电片2与外壳1的底部之间是采用经过厚度控制程序形成的胶水作为压电片2和外壳1之间的匹配层5。信号的分辨率、灵敏度和稳定性对压电片处理有直接的影响；同时根据传感器的使用环境，还需要本身对压电片具有高强度的保护能力。而分辨率、灵敏度、耐压力能力存在相互制约。

目前对以上问题的解决有如下办法：

1、通过对压电片的背部增加一种或者几种材质混合的背衬，以达到高分辨率的目的。分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。分辨率随背衬厚度的增加而先增加而后缓慢的减小。灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化对输入量变化的比值，而灵敏度随背衬厚度的增加而逐渐减小。增加背衬虽然能提高分辨率，但是相应的会损害产品的灵敏度。

2、受限于产品结构的影响，特别是注塑壳体，通过提高外壳和匹配层材质的强度来增加产品的保护能力和产品性能的稳定性(注塑时需考虑材质的流动性和成品的收缩率)，这样就降低了产品的分辨率和灵敏度。

3、或者使用胶水作为压电片和外壳之间的匹配层，使胶水存在一定匹配厚度，但是胶水的厚度工艺上很难控制，同时胶水容易混入空气，会造成灵敏度下降，由于胶水与外壳材质(金属、塑料)属两种材质，膨胀系数会导致两者分离，另胶水的抗冲击弱，外壳受压力微变形后，胶水容易与外壳分离，超声波穿透过程中失效。

综上，以上对灵敏度和分辨率以及保护强度之间的矛盾点并没有解决，第三种方案工艺上要求严格，不利于生产，且存在失效风险。

发明内容

本发明的超声波传感器取消了使用具有一定匹配厚度的胶水作为压电片和外壳之间的匹配层的方法，采用塑胶匹配片作为压电片与外壳之间的匹配层，避免了胶层厚度的复杂控制工艺，从而避免了存在的失效风险。在保持产品高灵敏度和高分辨率的同时，抗外界冲击能力提升，能够更好的保护压电片和超声波传输的有效性，产品具有更高的可靠性。

另外，该超声波传感器还在背衬与压电片之间形成空气层，在提升灵敏度的同时不降低产品原有的分辨率。

为达到以上目的，本发明提供一种超声波传感器，包括：外壳，是下部封闭的柱状体；塑胶匹配片、压电片和背衬，由下至上依次设置在外壳内的底部，其中，所述压电片具有正极和负极；灌封胶，灌注胶设置在所述背衬上面，将所述塑胶匹配片、压电片和背衬固封在外壳内；信号线，包括正极信号线和负极信号线，且分别与压电片的正极和负极电连接，所述信号线从压电片向上穿透背衬和灌封胶延伸出来；其中，塑胶匹配片是塑胶材质。

优选地，所述外壳是具有内台肩的柱状体，背衬和灌封胶由下至上依次设置在台肩上，在背衬与压电片之间形成空气层。

优选地，塑胶匹配片的成份中不添加玻璃纤维、碳纤维类具有增加强度效果的物质。

优选地，塑胶匹配片的密度在1.1g～1.4g/cm³之间，厚度为0.7mm～2.2mm之间。

优选地，塑胶匹配片是采用注塑成型或机加工制成。

优选地，外壳的材质是塑胶，密度在1.3g～1.8g/cm³之间，厚度为1.2mm～2.0mm。

优选地，外壳中添加有玻璃纤维、碳纤维类增强颗粒材料。

优选地，外壳的材质是金属材质，厚度为0.5mm～0.9mm。

优选地，所述塑胶匹配片与外壳之间，以及塑胶匹配片与压电片之间为固定接触连接。

优选地，所述压电片包括位于所述正极和负极之间的压电陶瓷。