CN101401150A - 超声波传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波传感器(1)，特别是用于车辆，具有一壳体(2)，该超声波传感器具有：一在壳体(2)内安装在该壳体底部(5)上的换能元件(8)，用于产生超声波振动；一设置在壳体(2)中的第一减振元件(16)，用于所述底部(5)的减振；以及一盖(17)，用于封闭该壳体(2)，其中，盖(17)设置有一第二减振元件(28)并且在该第二减振元件(28)的区域内具有连续减小的盖厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的超声波传感器和一种相应的用于制造超声波传感器的方法。
背景技术
超声波传感器在汽车中例如用作泊车辅助，为此，一个特别重要的功能要求是30厘米以下距离范围内的近距离测量能力。它们一般包括壳体和布置在壳体内的换能元件。壳体通常用金属材料如铝成型或铣成。出于防腐蚀和漆装原因它被涂上底漆。在壳体底部安装电子机械换能元件(例如压电元件)，例如粘接并接触。壳体用减振材料填充。一种可能性是注入硅泡沫。这些制造步骤出于各种原因而在技术上不一般。特别是粘接和发泡的化学过程要求精确的参数，在制造中很难转换。换能元件与凸点的接触也是这种情况，这例如通过热压钎焊(TKS)进行。
可以通过向壳体中填入泡沫件来代替在壳体内部空间发泡实现减振。由此可用可以简单地人工控制的步骤来替代发泡的生产步骤。然而表明，这样的传感器与使用发泡材料相比具有较差的减振特性，这影响到对近距离测量能力的重要功能要求。
通过测量减振过程的频谱部分可以发现，主要部分涉及超声波传感器工作频率(48kHz)之外的共振，其中特别是30kHz和70kHz左右的部分比较重要。这是由壳体壁内的倾翻和折叠运动过程引起的。此外为了衰减壳体壁振动还需使用壳体填充剂，它由减振材料组成和/或附加包含这种材料。
换能元件的接触例如在于，在压电元件的金属化的换能元件上侧面上安装连接导线，换能元件的下侧面用粘接剂固定在壳体底部上。金属壳体或者说金属薄膜构成第二端子或者说第二电极(阴极)。然后将第二连接导线钎焊到该可导电的壳体(例如用铝制成)上，通过在壳体壁上打孔与该壳体壁适宜地导电连接或固定在一个壳体销轴上，这在构件数量和制造费用方面是不利的。
在另一个例子中，通过所谓环绕接触来实现换能元件下侧面的接触。为此对压电陶瓷片完全涂覆银并且在上侧面实施银覆层的D形分界切口(见图2)。由此在上侧面产生两个可通过绞合线、凸点或其它导体接触的面。这里缺点为压电陶瓷中的场/力分布不均匀，因为上侧面由于D形切口而只部分地被(阳极)接触装置覆盖(不均匀的平板电容)。另一个缺点在于，当换能元件下侧面与壳体底部不正确地粘接时(与粘接剂的厚度和底部的粗糙度相关)，壳体由于环绕接触而不接地(GND)，传感器会不希望地作为电容式传感器工作，它对电子干扰场敏感。此外还有缺点为，在换能元件的上侧面通过环绕接触可以在有效振动范围内产生两个接触。连同耦合振动意义上的接触的影响，实际上产生与接触部(例如焊点)质量大小成正比的共振频率减小。因此，在具有较小质量的批量热压焊时在功能方面有利。
JP 2002238095 A描述了一种有盖的超声波传感器，其中壳体一面具有光滑的壁，另一面为阶梯面，阶梯面需要较高的加工费用。盖可以错位地置入壳体内，以便衰减一定的振动模式，其中，调节位置意味着费事。盖表面光滑，它比罐形薄膜厚，但在其它处具有未详细说明的铣出部或拱出部。该公安规定，一侧自由的振动器“罐壁”在上侧面硬支承，因此产生一个双侧悬挂的弯曲轴(附图6和7)。该盖被粘接。接头以未详细描述的方式安装在换能元件上和在壳体上。
DE 296 14 691 U1描述了一种超声波传感器，其中在换能元件的上方固定有盖片的毡垫。换能元件的接触通过直接接头并通过插入负载环中的接触引脚实现。该结构费事并且包含预加应力的特氟龙薄膜的设计。
DE 197 54 891 C1描述了一种超声波转换器，它在换能元件上面具有两种减振材料。壳体壁厚比薄膜大，其中壳体壁包含接触引脚。
DE 101 25 272 A1描述了一种超声波传感器及其制造方法。换能元件被三个不同的层覆盖，其中，一个盖遮盖三个壳体件。构成薄膜的导电壳体件设置有敛缝的接头。该文献只针对振动薄膜与壳体之间通过用硅注射包封来产生退耦环。
DE 197 44 229 A1中描述的超声波换能器具有一壳体，该壳体带有一凸起和一将该壳体封闭的退耦环。该退耦环在一个实施例中同时作为壳体内部的减振材料构成一个填料。在另一实施例中它具有一圆柱形通孔，该通孔用减振材料填充。通孔在几何尺寸和功能方面的详细说明此没有给出。退耦环同时用作换能元件接头的支架，其中，壳体具有接头。
DE 44 34 692 A1是描述将压电陶瓷用导电胶固定在超声波传感器的金属板上的一个例子。
发明内容
本发明涉及的超声波传感器具有以下优点，它以较少数量的零件实现了对重要的近距离测量能力的要求。另一个优点为，构件这样构造：使得超声波传感器的制造没有难以控制的过程并且允许以简单的方式人工制造。
本发明的核心在于，超声波传感器具有一个壳体，该壳体用一盖封闭，该盖同时包含一个减振元件，允许以简单的方式穿引连接导线和使壳体接触。在制造时将另一减振元件置入壳体中。
一个特别的优点在于，盖具有这样构造的几何形状：使得干扰壁波尽可能无反射地被导入装在其中的塑性减振元件中。
根据本发明，特别是用于车辆的、具有壳体的该超声波传感器具有：
一个在壳体内安装在壳体底部上的换能元件，用于产生超声波振动；和
一个设置在壳体中的第一减振元件，用于底部的减振；和
一个盖，用于封闭该壳体，
其中，盖设置有一第二减振元件并且在第二减振元件区域内盖厚度持续减小。
壳体用一盖封闭，该盖的轮廓适配于壳体内壁的走向，目的在于将壁振动合理地转移到盖中。
盖借助粘接剂与壳体连接。为了简化制造有利地规定，盖与壳体的连接借助从成型区段边缘突出的连接元件与壳体中一个对应的接收部的协同作用来力锁合地构成。这例如可以是弹簧夹连接。在盖和罐形壁之间设置了环绕的力锁合。由此，壳体壁上侧面上的壳体振动不会由于硬悬挂而中断，而是尽可能与机械阻抗相适配地转变成第二减振元件中的热能。
盖设置有贯通的孔，在该孔中安置所述减振元件，其中该孔在其内壁上具有连续的边缘延伸。通过连续的边缘延伸可以实现，传递到盖中的壁振动适配地转移到减振元件中并且在那里转变为热能，其中，振动被衰减。
盖设置有用于换能元件连接导线的穿引部。此外盖具有至少一个接触装置，用于连接元件和壳体之间的导电连接。由此有利地实现，一方面，可使用仅一侧金属化的换能元件，其中下电极由可导电的壳体构成。另一方面，在将盖安装到壳体上时同时实现壳体的接触，由此可省去额外的壳体加工并使制造简化。
为此有利的是，接触装置构造为切割夹结构或构造为弹簧触头。优选该切割夹结构集成于盖中。替换地，接触装置可以是导电胶，其优点在于，导电胶同时形成盖和壳体的力锁合的连接。
另一实施方式规定，盖的外径构造得比壳体的外径稍大，用于支承一退耦环。由此扩大了传感器用于其它用途的使用可能性。省去了在金属壳体壁上设置支承隆起或槽的必要性。此外还有一个优点：壁的机械阻抗没有改变。
因此，壳体有利地不具有隆起或槽。如此避免了改变壳体壁的机械阻抗并从而避免了壳体壁上的振动反射部位。
为了避免约54kHz的谐振规定，第一减振元件构造为可置入壳体内的开孔式泡沫内置构件。这可以在封闭壳体前以简单方式人工完成。
根据本发明的用于制造上述超声波传感器的方法有以下方法步骤：
(V1)制造盖并将第二减振元件装入盖的孔中，
(V2)加工已部分装配的壳体，
(V3)通过用盖封闭壳体来制造超声波传感器。
在此最好在加工已部分装配的壳体时将连接导线钎焊到相应的连接点上然后将第一减振元件装入壳体中。
得到以下优点：
超声波传感器在其工作频率48kHz上保持低电阻从而高效。这通过有针对性地用装入件1使薄膜减振来实现。它可用较小的发送电压来控制并且在麦克风范围内具有较高的振荡器电压。前者等同于降低压电陶瓷的去极化危险，减少传送器向非线性的过激励，或者说可实现较小的传送器传送比以及由此可使用较小尺寸的驱动级。
在发泡过程中难以控制的工作介质膨胀与硅粘附之间反应平衡被盖的简单的机械接合过程所代替。
盖本身可以作为半成品连同其装入的减振材料一起与传感器制造周期无关地预制，由此可以避免对单条生产线的缓冲。该减振材料可以对于壁振动有针对性地设计。
放弃壳体上的隆起意味着有利于通过挤压制造壳体毛坯。
通过高的发送作用和接收端的改进的信号噪声比使得该传感器良好地适合于实现用于如泊车空隙测量、死角监控、LSF等扩展功能的较大有效范围。
本发明传感器的近距离测量能力通过在未发泡的壳体上使用盖得到改善，对可信的二进制信号从约28至30厘米改善到约22至23厘米。
本发明的其它优点和特征可从附图的说明中获知。
附图说明
下面借助在附图中给出的实施例对本发明详细说明。
其中附图示出：
图1一个举例的本发明超声波传感器的示意性剖视图，
图2具有环绕接触的换能元件的传感器的壳体在无盖时的俯视图，
图3根据图1的传感器的盖的下侧面的俯视图，
图4根据图3的盖沿线B-B的剖视图，和
图5根据图3的盖沿线A-A的剖视图。
具体实施方式
具有相同或相似功能的相同或相似构件在附图中设置有相同的附图标记。
图1作为实施例示出根据本发明的传感器1的剖视图。壳体2具有作为薄膜的底部5。此外壳体2在其上侧具有边缘4，该边缘带有一孔，该孔具有轮廓6(见图2)，盖17可插入该孔中。壳体2最好是挤压的铝件。
在壳体2内部，换能元件8通过连接元件7(此处为粘接剂)固定在壳体2的底部上。该换能元件8仅具有单侧的、由合适的金属例如银制成的第一覆层9。覆层9通过钎焊在第一连接点12上与第一馈电线14连接。也可以使用在下侧面具有第二覆层10的换能元件8，此时连接元件7则构造为导电胶。
在换能元件8上方放入第一减振元件16，用于衰减薄膜的振动。第一馈电线14或者环绕减振元件16敷设，或者敷设在减振元件16的一突出部或一切口中。
壳体2的用于连接换能元件8下侧面的接触通过接触装置30形成，该接触装置在盖17的下侧面上位于一个成型区段23上。接触装置30例如可以构造为切割夹结构、弹簧结构或简单的导电胶。该导电胶也可以同时形成盖17和壳体2之间的力锁合的连接。接触装置30在盖17内部与连接元件29相连，该连接元件在本例中突出于盖17，在该连接元件上可以例如通过钎焊连接第二馈电线。
盖17封闭壳体2，其方式是，它的成型区段23形状锁合地插入到壳体孔的轮廓6中。借助粘结剂和/或连接装置可实现力锁合的连接。这样的连接装置例如可以是一个从成型区段23边缘突出的、与壳体2适当卡锁的元件，例如弹簧夹连接。此时壳体2可具有适当的槽(图中未示出)。
在盖17中设置有一个孔20，该孔填有第二减振元件28，例如弹塑性材料。该孔20在后面还要详细说明。
为了制造传感器1，预制盖17和壳体2，或者在一条生产线上共同制造，或者分开制造。可以互相独立地进行预制。制造传感器1，将第一馈电线钎焊到粘入壳体2中的换能元件8上。接着放入第一减振元件16。第一馈电线14可以已经通过穿引或粘接处于盖17中。然后用盖17封闭壳体，此时利用前面提到的连接可能性。连接元件29的连接可以提前完成或现在进行。
传感器1也可以装备有环绕接触的换能元件8，这在图2中仅示意性地在打开的壳体2的俯视图中示出。该换能元件8由金属覆层8，其在上侧面设置有D形的分界缝11。由此形成两个连接区域，它们各与一根馈电线14、15在连接点12、13上接触。
下面更详细地说明盖17。图3显示了它的带有成型区段23的下侧面19，该成型区段在一个方向上在盖17中心线两侧作为带圆角的矩形延伸。它的形状与壳体2的轮廓6(见图2)相适配，也可以具有其它构型。用于换能元件8的馈电线14，15的穿引部25、26设置在成型区段23的区域内，因为这样可保证较宽的引导。馈电线也可以已经注塑在例如用合适的塑料制成的盖17中。
孔20穿透盖，如图4沿图3中的线B-B和图5沿图3中的线A-A的剖视图所示。孔20具有第一和第二孔区段21和22，其中第一孔区段锥形地构造。孔区段21、22的内壁27具有连续的边缘延伸并因此具有持续的盖厚度减小，用于有利地将振动导入安装在孔20中的第二减振元件28内。
在成型区段23的外侧面设置接触装置30。它也可以设置在盖17的下侧面19上。盖17的上侧面18在该实例中平坦地构造。但它也可以具有其它合适的形状。
本发明不局限于以上说明的实施例，而是可以按多种方式改变。
例如可行的是，接触装置30可以是切割夹连接、弹簧触头和导电胶的组合。
此外也可想到孔20的其它形状。
第二减振元件28也可以和盖20一起以双组份注塑方法制造。
也可以想到，盖17和壳体2通过一个例如四分之一圈的旋拧过程相连接，其中成型区段23可具有合适的、带有切割突头的形状。
Claims (13)
1、一种超声波传感器(1)，特别是用于车辆，具有一壳体(2)，该超声波传感器具有：
一在壳体(2)内安装在该壳体底部(5)上的换能元件(8)，用于产生超声波振动；
一设置在壳体(2)中的第一减振元件(16)，用于所述底部(5)的减振；以及
一盖(17)，用于封闭该壳体(2)，
其中，盖(17)设置有一第二减振元件(28)并且在该第二减振元件(28)的区域内具有连续减小的盖厚度。
2、根据权利要求1所述的超声波传感器(1)，其特征在于，该盖(17)在其下侧面(19)上具有一成型区段(23)，用于与所述壳体(2)的一个对应的轮廓(6)形状锁合地连接。
3、根据权利要求2所述的超声波传感器(1)，其特征在于，盖(17)与壳体(2)的连接通过从成型区段(23)边缘突出的连接元件与壳体(2)中的一个对应的接收部的协同作用和/或用粘接剂力锁合地构成。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的超声波传感器(1)，其特征在于，所述减振元件(28)设置在盖(17)的一个孔(20)中，其中，该孔(20)的内壁(27)具有连续的边缘延伸。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的超声波传感器(1)，其特征在于，该盖(17)具有至少一个用于所述换能元件(8)的连接导线的穿引部(25，26)。
6、根据权利要求1至5中任一项所述的超声波传感器(1)，其特征在于，该盖(17)具有至少一个用于一连接元件(29)与所述壳体(2)之间的导电连接的接触装置(30)。
7、根据权利要求6所述的超声波传感器(1)，其特征在于，该接触装置(30)构造为切割夹结构或构造为弹簧触头。
8、根据权利要求6所述的超声波传感器(1)，其特征在于，该接触装置(30)为导电胶。
9、根据权利要求1至8中任一项所述的超声波传感器(1)，其特征在于，该盖(17)的外径为了支承退耦环而构造得比壳体(2)的外径稍大。
10、根据权利要求1至9中任一项所述的超声波传感器(1)，其特征在于，第一减振元件(16)构造为可填入壳体(2)中的开孔式泡沫内置构件。
11、根据权利要求1至10中任一项所述的超声波传感器(1)，其特征在于，所述壳体(2)具有光滑壁的外壁(3)。
12、用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的超声波传感器(1)的方法，具有以下方法步骤：
(V1)加工盖(17)并将第二减振元件(28)装入该盖的一孔(20)中，
(V2)加工已部分装配的壳体(2)，和
(V3)通过用盖(17)封闭该壳体制成超声波传感器(1)。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，加工已部分装配的壳体(2)时将连接导线(14、15)钎焊到相应连接点上，然后将第一减振元件(16)填入到壳体(2)中。
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