[发明专利]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

说明书

根据本发明，提出一种尤其用于超声传感器的声换能器。声换能器(1)具有功能组(2)，其中，功能组(2)包括膜片罐形件(6)和至少一个电声换能器元件(3)。所述声换能器(1)还具有壳体(5)。所述膜片罐形件(6)包括可振动膜片(3)、环绕的壁(7)以及至少一个电声换能器元件(3)，其中，换能器元件(3)构造用于激励所述膜片(8)进行振动和/或将所述膜片(8)的振动转换成电信号。膜片罐形件(6)由塑料材料构造，其中，根据本发明，所述至少一个换能器元件(3)尤其在没有附加的粘合剂层的情况下集成到所述可振动膜片(8)中，其中，换能器元件(3)构造成压电陶瓷元件。

技术领域

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DE 10 2012 201 884A1。

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。

DE 10 2013 222 076A1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方法和简化的结构的声换能器。

发明内容

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。