CN101529927A

CN101529927A - 超声波传感器

Info

Publication number: CN101529927A
Application number: CNA2007800389516A
Authority: CN
Inventors: 村田好司; 小谷将人; 浅田隆昭; 岛本隆之; 平野裕幸; 古谷未央
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2027-10-15
Also published as: JPWO2008047743A1; EP2076062B1; EP2076062A4; EP2076062A1; CN101529927B; KR20090068264A; US7737609B2; JP5267128B2; KR101064922B1; US20090195123A1; WO2008047743A1

Abstract

本发明提供一种超声波传感器，该超声波传感器可通过削弱外壳侧壁的有害振动、缩短余响时间来提高对被检测障碍物的最小检测距离的分辨能力。一种超声波传感器，其包括筒形外部壳(1)和压电元件(3)，所述外部壳(1)具有底部，所述压电元件(3)固定至所述外部壳的底部(1a)的内侧。环形内部壳(2)设置在外部壳(1)的侧壁部分内侧，该内部壳在其中央部分处具有轴向延伸的中央孔(2b)。围绕所述内部壳(2)的中央孔(2b)形成有平坦部分(2d)；填充物(6)从所述中央孔(2b)起一直延伸到所述内部壳(2)的平坦部分(2d)上。平板件(7)设置在平坦部分(2d)上，面向所述平坦部分，平板件(7)与平坦部分(2d)之间夹有所述填充物(6)。当内部壳(2)振动时，由于平板件(7)基本不变形，因此处于平坦部分(2d)与平板件(7)之间的填充物(6)内产生剪切变形，从而通过粘弹性阻尼效应来减振。

Description

超声波传感器

技术领域

本发明涉及超声波传感器，特别地，涉及用作例如障碍检测传感器(如车载后部声纳设备和拐角传感器)的超声波传感器。

背景技术

能够发射和接收超声波的超声波传感器已被用作障碍检测传感器如车载后部声纳设备。如图15所示，这样的超声波传感器包括具有底部的筒形外壳100，压电元件101贴在该外壳底部的内侧，使得该外壳100的底部具有振动表面的功能。支持金属端子102和103的端子支持器104固定在外壳100的内部，粘弹性填充物105装填在由端子支持器104和外壳100的侧壁形成的凹部内。吸声体106设置在端子支持器104的内侧(邻近所述压电元件)。弹性端子107和108分别与金属端子102和103相连。弹性端子107与位于压电元件101的背面上的电极接触，而弹性电极108与外壳100的内表面接触。当电压被施加到压电元件101上时，会使压电元件101在径向或者该压电元件的厚度方向上振动，并引起外壳100的所述振动表面振动，从而向空气中发射超声波。一旦外壳100发生共振，那么即使传送给压电元件101的电信号被掐断，振动也还会持续一段时间。这种现象被称为余响。当余响持续很长时间时，从目标物体处反射回来的声波不能被检测到，因为这些声波隐藏在余响信号中，这使得对被检测障碍物的在最小检测距离的分辨能力得不到提高。

为了减少余响，专利文献1描述了一种技术，其特征在于，通过将置于外壳内的密封硅树脂的硬度设定在特定范围来抑制减少余响特性的波动。但是，如硅树脂这种硬化物的物理性质相差极大，难以抑制工业制成品中的余响。因此，制造过程非常难以控制，当制造过程控制不好时，事实上余响特性会相反地恶化，而该余响特性的误差也可能变化得更大。

专利文献2公开了一种超声波传感器，该超声波传感器设置有隔振材料和弹性元件，其中，所述隔振材料设置在压电元件和筒形外壳的整个内表面上来减少余振，所述弹性元件设置在筒形外壳内，以防止筒形外壳内的空气发生共振。在这种结构中，所述筒形外壳的一个开口上固定有端子板，且该外壳和端子板以一个整体的方式振动。因此，不能充分地降低外壳侧面的振动，也不能充分地降低余响。

专利文献3公开了一种超声波传感器，该超声波传感器包括带有底部的筒形外壳，该外壳的侧壁部分具有包括内周壁和外周壁的2层结构，在内周壁与外周壁之间形成的同心圆形的中空部分中设有弹性体。这种超声波传感器利用设在外壳侧壁的中空部分中的弹性体的减振作用，通过降低车辆主体的缓冲器的振动与外壳侧壁部分的余响振动这二者之间的相互干扰，来抑制引起外壳侧壁部分的余响振动的增幅。但是，这种超声波传感器不能有效地降低传递给外壳的侧壁部分的余响振动本身。

专利文献1：日本专利申请公开特开2004-146879号；

专利文献2：日本专利申请公开特开平2-36700号；

专利文献3：日本专利申请公开特开2004-343660号。

发明内容

本发明要解决的技术问题

因此，本发明的一个优选实施方式的目的是提供一种超声波传感器，该超声波传感器可削弱外壳侧壁的有害振动，缩短余响时间，提高对被检测障碍物的在最小检测距离的分辨能力。

解决技术问题的技术手段

为了实现上述目的，本发明提供了一种超声波传感器，该超声波传感器具有筒形外壳和压电元件，所述外壳具有底部，所述压电元件固定至该底部的内侧，所述底部构成振动表面，所述超声波传感器包括设置在外壳的侧壁部分内的环形内支撑件，该支撑件的中央部分处具有轴向延伸的中央孔，该支撑件还具有围绕该中央孔的平坦部分；在所述内支撑件的平坦部分上和所述中央孔内装填有粘弹性填充物；所述超声波传感器还具有硬度高于所述填充物的平板件，该平板件设置在所述内支撑件的平坦部分上，面向着所述平坦部分，该平板件与平坦部分之间夹有所述填充物。

为了有效地进行以余响形式残留在外壳内的振动能量的机械削弱，必须促进振动能量的耗散。能量的耗散大概可划分为两种，即材料阻尼和粘性阻尼；其中，在材料阻尼中，能量在结构内消耗并转化为热能，而在粘性阻尼中，振动能量通过例如结构组件的接合处之间产生的摩擦力、经由中间物质逸出到外部。材料阻尼已被广泛应用于现有结构中，并可通过选择具有例如高阻尼性能的填充物来展现效果。但是目前人们还没有研究出采用粘性阻尼的有效技术。粘性阻尼是通过产生适度的剪切变形和剪切力来有效耗散能量的方法。根据本发明，可通过粘弹性填充物的粘性阻尼效果来抑止余响振动。

现在详细描述填充物的剪切变形。压电元件的振动被传递至外壳，外壳响应所述余响而振动。这使得设在外壳侧壁部分上的内支撑件也随之振动起来。笼统地说，所述内支撑件振动可分为在其轴向和径向上振动，且在这些方向上产生的振动彼此相互作用。在这里，可通过内支撑件本身的减振作用、以及置于内支撑件的中央孔内和平坦部分上的填充物的材料阻尼来在一定程度上抑止轴向振动。但是，依靠内支撑件本身及置于中央孔内的填充物并不能充分地抑止径向振动。根据本发明，在内支撑件的平坦部分上设置有平板件，该平板件面对着所述平坦部分、二者之间为填充物，当内支撑件在径向上振动时，平板件在径向上的变形比平坦部分小。因此，在振动的平坦部分和基本静止的平板件之间产生了相对变形，从而在平坦部分与平板件之间的填充物产生了剪切变形。该填充物的剪切变形引起的粘性阻尼作用可有效地耗散振动能量，从而降低引起余响的振动。虽然内支撑件可能在轴向与径向之外的其它方向上也振动，但由填充物的剪切变形引起的粘性阻尼作用至少可作用在所述径向振动部分上。

为了获得剪切变形效果，所述平板件必须由刚性高于所述填充物的材料组成。当刚性高时，由弯曲力或扭力引起的尺寸变化就小。代表变形难度的物理性质包括弹性模量。弹性模量是杨氏模量和刚性模量的总称，弹性模量高的材料一般具有高刚性。因为要在填充物内产生剪切变形，必须通过平板件的构造来在填充物内产生剪切应力，从而在内支撑件振动时，使平板件的变形相对于填充物来说尽可能地小。所述平板件最好是由高刚性材料如金属板。本发明的平板件的侧面形状并不特别，只要该平板件具有面向内支撑件的平坦部分的表面就成。此外，平板件在其轴向上可以薄也可以厚。另外，当用薄的金属板如金属垫圈作平板件时，可防止超声波传感器的高度(厚度)增加。

粘性阻尼会受到剪切模量和粘弹性体的厚度的影响，所述剪切模量是决定填充物剪切特性的参数。此外，粘弹性体的剪切变形度会受到彼此相对的平坦部分和平板件的对向面积、物理性质(如杨氏模量、刚性模量、密度、共振频率)的影响，也会受到振动模态(波长)的影响。因此，为了有效地降低引起余响的振动，必须根据所述振动的频率和振幅来使粘弹性体的类型和厚度、平坦部分和平板件的形状、以及所述物理性质最优化。以这种方式利用粘性阻尼可获得一种超声波传感器，该超声波传感器与那些余响特性仅依赖于粘弹性体材料阻尼的现有传感器相比，具有极好的减振功能和机械阻尼功能。

根据本发明的一个优选实施方式，所述平坦部分优选为与外壳的底部平行的表面。该平坦部分不是必须与外壳的底部平行。但是，如果所述平坦部分平行于所述表面振动，当内支撑件振动时，在置于平坦部分与平板件之间的填充物内就最有效地产生剪切应力。

根据本发明的一个优选实施方式，所述外壳可由具有底部的筒形外部壳和内部壳构成，所述内部壳结合并固定在所述外部壳的内部，也可以将内支撑件形成在内壳。当所述外壳由独立的外部壳和内部壳构成时，所述外部壳的侧壁振动可被更有效地抑制，并可根据各自需求来选择所述外壳各部件的材料和形状，从而以低成本来生产该外壳部件。

根据本发明的一个优选实施方式，当所述外壳由独立的外部壳和内部壳构成时，所述内部壳可由密度高于外部壳的金属材料构成。该高密度材料指具有高的声阻抗的材料，这种材料不易振动。因此，当内部壳由具有高的声阻抗的材料构成时，可减少漏出到外部壳的侧面上的振动能量，从而减少余响。此外，还可增加发射出的超声波的声压。

根据本发明的一个优选实施方式，可在内支撑件的与邻近压电元件侧相反的另一侧形成凹部，所述平坦部分形成在该凹部的底面上，所述平板件可被容纳于所述凹部内。由于所述平板件可被容纳于支撑件的后侧的凹部内，因此该平板件很容易定位，且不会突出于所述外壳之外。

根据本发明的一个优选实施方式，只有平坦部分形成在内支撑件的与邻近压电元件侧相反的另一侧处，而平板件的外周形状可与内支撑件的外周形状基本相同。在本实施方式中，由于可以增大平板件和与之相面对的平坦部分的面积，使剪切变形可更有效地作用在填充物上，从而可以提高减振效果。

根据本发明的一个优选实施方式，可在平板件的中央部分形成与内支撑件的中央孔相对应的通孔，连接至压电元件的连接端子可以以无接触方式通过内支撑件的中央孔和平板件的通孔伸出至外部。在本实施方式中，由于所述连接端子可在不与内支撑件和平板件接触的情形下延伸至外部，因此可以防止振动通过所述端子传递，从而可提高降低余响的效果。在此，所述连接端子可以是金属端子，或者可以是引线。

根据本发明的一个优选实施方式，所述内支撑件可一体成形在所述外壳的侧壁部分的内侧。本实施方式中，由于作为振动表面的所述底部和所述侧壁部分为一体成形，因此所述外壳很容易制造。可用已知的方法例如铸造(包括压铸)、切割、锻造等来制造这种外壳。

本发明的有益效果

根据本发明，在具有底部的筒形外壳的侧壁部分内设置有环形内支撑件，且在该内支撑件的中央孔内装填有粘弹性填充物。这样，可通过粘弹性体引起的材料阻尼和内支撑件来降低振动能量。此外，由于在形成于内支撑件的平坦部分上设置有平板件(该平板件与所述平坦部分相面对、两者之间间夹有填充物)，因此可通过由产生在内支撑件与平板件之间的填充物内的剪切变形引起的粘性阻尼来降低外壳的侧壁振动。作为结果，本发明的超声波传感器可有效地降低残留在外壳上的余响振动，并在距被测障碍物为最小检测距离时也表现出非常好的分辨能力。

附图说明

图1是根据本发明一种实施方式的实施例1的超声波传感器的横截面图；

图2是图1所示的超声波传感器主体和平板件的分解透视图；

图3为仰视图，该图展示了图1所示的内部壳(内支撑件)的侧壁振动；

图4(a)和4(b)分别展示了实施例1的超声波传感器的余响特征和比较例的超声波传感器的余响特征，用于比较；

图5(a)和5(b)分别是一个表和一个图，其展示了平板件的厚度与余响尾音之间的关系；

图6是根据本发明一种实施方式的实施例2的超声波传感器的横截面图；

图7是根据本发明一种实施方式的实施例3的超声波传感器的横截面图；

图8是根据本发明一种实施方式的实施例4的超声波传感器的横截面图；

图9是根据本发明一种实施方式的实施例5的超声波传感器的横截面图；

图10是根据本发明一种实施方式的实施例6的超声波传感器的横截面图；

图11是根据本发明一种实施方式的实施例7的超声波传感器的横截面图；

图12是图11所示实施例中超声波传感器的外壳和平板件的透视图；

图13是图11中除去平板件后的超声波传感器的后视图；

图14是根据本发明一种实施方式的实施例8的超声波传感器的横截面图；

图15是具有已知结构的超声波传感器的横截面图；

图16是比较例中的超声波传感器的横截面图。

附图标记说明

A～F 超声波传感器

1 外部壳

1a 底部(振动表面)

2、2A、2B、2C、2D和2E 内部壳(内支撑件)

2a 凹部(前端)

2b 中央孔

2c 凹部(后端)

2d 平坦部分

3 压电元件

4a和4b 金属端子

5 声波吸收体

6 填充物

7 平板件

7a 通孔

8和8A 外壳

8a 底部

8c 中央孔

8d 平坦部分

具体实施方式

下面通过实施例来描述本发明的优选实施方式。

<实施例1>

图1和图2展示了根据本发明一种实施方式的实施例1的超声波传感器。这种超声波传感器A包括外部壳1、内部壳2、压电元件3、金属端子4a和4b、声波吸收体5、填充物6、平板件7。

外部壳1通过冲压金属板形成，具有带底部的筒体形状(在剖视图中为U形)，圆盘形的压电元件3固定至外部壳的底部1a的内侧，以构成单压电振子。压电元件3包括压电陶瓷板和形成在该压电陶瓷板的顶面和底面上的电极，当所述电极间施加有电压时，压电元件3在其径向或厚度方向上振动。外部壳1包括筒形侧壁部分1b，该侧壁部分1b在邻近外部壳后侧的位置具有开口。外部壳1优选由声阻抗低的材料(即：可以很容易地振动的金属材料)构成。电极(未图示)分别形成在压电元件3的第一表面和第二表面上，所述第一表面与压电元件3底部1a接触，所述第二表面为所述第一表面的相反面。

内部壳2结合并固定在外部壳1的开口侧壁部分1b内侧，该外部壳1和内部壳2组成外壳10。本例中内部壳2为内支撑件，并由金属材料组成，具有环形或筒形形状，其厚度大于外部壳1的厚度。内部壳2具有控制从外部壳1发出的超声波方向的功能，以及降低从外壳1传来的侧壁振动的功能。内部壳2优选由声阻抗高于外部壳1的金属材料组成，也就是由不容易振动的金属材料组成。内部壳2的面向压电元件3的前端处的中央部分有凹部2a，以形成振动空间；凹部2a的外周壁部分2e与外部壳1的底部1a的外周壁部分紧密接触。根据超声波传感器A的超声波方向来设定凹部2a的形状和深度。内部壳2的中央部分内具有贯穿其轴向的中央孔2b。在本实施例中，中央孔2b的内径小于压电元件3的外径。但中央孔的内径也可大于压电元件3的外径。内部壳2具有围绕中央孔2b、位于内部壳2的与邻近压电元件3的一端相反的另一端的凹部(后端)2c，在凹部2c的底面上形成有平坦部分2d。该平坦部分2d平行于作为振动表面的底部1a。内部壳2的外周部分处具有台阶2f，该台阶2f具有与外部壳1的厚度相应的厚度，外部壳1的所述开口的末端与所述台阶相接触。在本实施例中，内部壳2的后部从外部壳1的开口的末端处伸出到外部。但内部壳2的后部和外部壳1的开口的末端也可处于相同平面内。

为了减少外部壳1的侧壁部分1b、与该侧壁部分一起振动的内部壳2、及导电部件的余振，以及减少压电元件3附近空气的共振，在内部壳2之中央孔2b的邻近压电元件侧末端处设置有声波吸收体5如海绵。本实施例中的声波吸收体5被容纳在中央孔2b内。本例中该声波吸收体5被容纳在中央孔2b内，不过也可容纳在振动空间即凹部2a内。支持着一对金属端子4a和4b的树脂端子支持器4c插入在中央孔2b内、处于声波吸收体5之后。在中央孔2b内、端子支持器4c的后面，装填有粘弹性填充物6，以将振动空间密封住。填充物6可由粘弹性材料如硅树脂、聚氨酯树脂、丁基橡胶等构成。填充物6从中央孔2b处连续不断地延伸至凹部2c。

金属端子4a的一端设置有弹性端子4d。该弹性端子4d与导电部分3a接触并电连接，该导电部分3a由形成在压电元件3的背面的电极表面上的焊料或导电胶粘剂等构成。在本实施例中，由于弹性端子4d弯曲成U形，因此压电元件3的振动不容易传递到金属端子4a。金属端子4b通过弹性末端4e与内部壳2的中央孔2b的内表面接触并电连接。由于内部壳2和外部壳1均由导电材料组成，因此弹性端子4e通过内部壳2和外部壳1与压电元件3的前侧的表面上的电极电连接。由于金属端子4a和4b被其外周处的填充物6支持着，因此可防止振动通过该金属端子4a和4b漏出到外部。

平板件7被容纳于内部壳2的靠近后侧的凹部2c内，并埋在填充物6中。也就是说，整个平板件7均被填充物6盖住。平行于作为振动表面的底部1a的平坦部分2d形成在凹部2c的底面上，如上文所述。平坦部分2d与平板件7互相平行、彼此相对，二者之间装填有填充物6。平板件7在其中央部分具有通孔7a，金属端子4a和4b以无接触方式通过内部壳2的中央孔2b和平板件7的通孔7a、伸出到外部。平板件7是由刚性至少高于填充物6的材料组成的板，且该平板件可以是，例如金属板、陶瓷板或硬质树脂板。在本实施例中，采用环形金属垫圈作平板件。

下面描述通过填充物6和平板件7进行的减振作用。当电压施加到压电元件3上时，会使得该压电元件3在其径向或厚度方向上振动，同时使作为振动表面的外部壳1的底部1a振动，从而向空气中发射超声波。一旦外部壳1共振，那么即使切断发向压电元件3的电信号，振动也会在一定程度上继续，并通过外部壳1的侧壁部分1b传至内部壳2。可将传给内部壳2的振动粗略分为轴向振动V_L和径向振动V_R(见图1)。粘弹性填充物6的材料阻尼作用及内部壳2的阻尼作用趋向于降低轴向振动V_L。径向振动V_R可包括两种模式，在第一模式中，内部壳2的径向上相对的两个位置向内变形，同时与此在另外两个位置(该另外两个位置与上述两个位置的相位相差90°)处，所述内部壳向外变形，形成了一个椭圆；所述(向内和向外)变形交替发生；径向振动V_R还包括一个模式，在该模式中，整个内部壳在径向上膨胀或收缩，如图3所示。另一方面，平板件7被设置得面向内部壳2的平坦部分2d，在平板件7与平坦部分2d之间夹有填充物6，从而使平板件7在平面方向上的变形尽可能地小。也就是说，由于平板件7基本没有响应内部壳2如图3所示在径向上的变形而发生变形，因此在内部壳2与平板件7之间的填充物6内发生了剪切变形。作为结果，由发生在填充物6内的剪切变形引起的粘弹性阻尼效应可有效地耗散内部壳2的大部分径向振动V_R。

由于平板件7隔着填充物6以非接触方式支撑在内部壳2内，因此还具有与上面描述的不同的另一种作用，那就是，当超声波传感器A安装在例如车载设备中时，外部振动例如车体的振动被传递给所述超声波传感器A；这种外部振动在一定程度上被位于内部壳2中的填充物6减弱；但是，部分振动还是被传递给了压电元件3，并在一些情形下被检测为错误信号。为了解决这个问题，通过填充物6将平板件7设置在内部壳2中，平板件7可产生相对变形，因此内部壳2发生因外部振动而振动，而平板件7不发生同样模式的振动。这样就使得内部壳与平板件之间的填充物6内发生了剪切变形，从而使所述振动被粘弹性阻尼效应减弱。剪切变形随平板件7的声阻抗的上升而增大。

为了通过粘弹性有效地耗散能量，最好是使得内部壳2发生径向变形时平板件7的变形尽可能小，如图3所示，也即，平板件(垫圈)7的刚性高于内部壳2的刚性。这是因为在内部壳2与平板件7之间的填充物6内发生剪切变形，在粘弹性阻尼效应的作用下产生了能量损失，有效地降低径向振动V_R。当平板件7的刚性低于内部壳2的刚性时，平板件与填充物6的剪切变形一起产生振动，那么对不想要的振动能量的耗散效率就变得不够了。因此，平板件7的刚性最好高于振动的内部壳2的刚性。

此外，平板件7的尺寸最好大于压电元件3的尺寸。在包含筒形外壳和压电元件3的超声波传感器中(所述筒形外壳具有底部，所述压电元件3设置在所述底部的内侧面上，从而构成振动表面)，考虑到振动在振动表面上的分配、包含固定着压电元件的振动表面的机电耦合系数，所述压电元件具有用于获得一些特性的最佳尺寸，所述特性例如：波发射灵敏度和波接收灵敏度。另一方面，例如，引起余响的振动的强度和频率根据外壳设计的尺寸和材料而变化，应该使所述振动得到尽可能多的减弱，从而防止有害振动。为此，必须在该平板件与填充物之间有效地耗散机械能。但是，当平板件的尺寸小于压电元件的尺寸时，在一些情形下不能使机械能得到足够的耗散。因此，平板件7的尺寸最好大于压电元件3的尺寸。

填充物6在固化之前的粘度优选为1～1,000Pa·s。由于在处在这个粘度范围内的介质上传输的横波的传播速度很低，可在粘性体内有效地显示出机械能降低作用。不采用粘度很高的填充物，因为这会降低填充工作的效率，且难以操作。与此相对，粘度太低的填充物也不能采用，因为如果粘度太低，不能足够的阻尼作用。

图4(a)展示了图1所示实施例1的超声波传感器A的余响特性，图4(b)展示了图16所示比较例中的超声波传感器的余响特征。图中，发射波的波形显示在左侧，从物体处反射回来的反射波的波形显示在右侧。比较例中的超声波传感器具有与图1所示超声波传感器A基本相同的结构，只前者省去了内部壳2的邻近后侧的凹部2c和平板件7；由于除了这一点之外，比较例中的超声波传感器的结构均与图1所示的结构相同，因此用相同的附图标记来指代相同的部件，并省去相同的描述。在这里，传感器的直径为15.5mm，高度为9mm，平板件7的厚度为1.6mm，凹部2c的直径为12mm。与已知的超声波传感器(见图15)相比，虽然比较例中的超声波传感器也像实施例1那样，可以通过厚的内部壳2的阻尼作用在一定程度上缩短发射波之余响信号的持续时间，但可从图4(a)、(b)中清楚地看出来，与比较例相比，本发明的超声波传感器A还可以通过设在内部壳2与平板件7之间的填充物6的作用来缩短发射波之余响信号的持续时间，并可获得极好的效果。这些结果证实了由发生在填充物中的剪切变形引起的粘弹性阻尼效应的效力。

图5(a)、(b)展示了平板件7的厚度与余响尾音之间的关系。在这里，凹部2c的直径为12mm，凹部2c的厚度为2.0mm。余响尾音是指即使在所用传感器驱动电压的输入信号被切断之后仍然持续的余响波形的信号电平(波幅)。在这里，在进行1.2兆秒的测量之后，根据测得的信号电平最大值和最小值来估计余响尾音。所述信号电平最好尽可能地低。当所述超声波传感器不具有平板件(即平板件的厚度为0mm)时，余响尾音的平均值达到一个很高的值：1.019Vpp，并在很大范围内变化。与此相对照，当所述超声波传感器具有平板件时，余响尾音降低，且随着平板件厚度的上升，余响尾音可进一步降低。特别地，当平板件的厚度超过1.0mm时，余响尾音降低到0.1Vpp或更小，且其变化更小。以这种方式可获得非常好的结果。

<实施例2>

图6展示了根据本发明一种实施方式的实施例2的超声波传感器。在该超声波传感器B中，内部壳2A的整个后表面作为平坦部分2d，平板件7设置在该平坦部分2d上，从而使该平板件7与平坦部分2d相对、中间夹着填充物6。平板件7的外径与内部壳2A的外径基本相同。用同样的附图标记指代与实施例1中相同的部件，并省去重复的描述。

在本实施例中，与实施例1相比，彼此相对的内部壳2A和平板件7的面积向外周增大。因此，作用在填充物6上的剪切变形更为有效。也就是说，由于内部壳2A的平坦部分2d的外周部分的变形比其内周部分的变形更大，因此，位于平坦部分2d的外周部分和平板件7的外周部分之间的填充物6的剪切变形的量很大，从而可使粘弹性阻尼效应更显著。

<实施例3>

图7展示了根据本发明一种实施方式的实施例3的超声波传感器。用同样的附图标记指代与实施例1中相同的部件，并省去重复的描述。在本实施例的超声波传感器C中，引线4g连接至压电元件3的后表面，所述压电元件3固定至外部壳1的底部1a的内侧面，另一根引线4h连接至内部壳2B的中央孔2d的内表面。铅丝4g和4h通过中央孔2b和平板件7的通孔7a伸到外部。在本实施例中，平板件7被容纳在凹部2c内，该凹部2c形成在内部壳2B的后端，填充物6填充在作为凹部2c的底面的平坦部分2d与平板件7之间。当内部壳2B振动时，在内部壳与平板件7之间发生相对变形，这种变形引起内部壳与平板件之间装填的填充物6中的剪切变形。通过这种方式，可获得粘弹性阻尼效应。

<实施例4>

图8展示了根据本发明一种实施方式的实施例4的超声波传感器。用同样的附图标记指代与实施例3中相同的部件，并省去重复的描述。这种超声波传感器D是实施例3中的超声波传感器C的变形例。内部壳2C的整个后表面作为平坦部分2d，而平板件7设置在平坦部分2d上，该平板件7与平坦部分2d相对、中间夹着填充物6。平板件7的外径与内部壳2C的外径基本相同。在本实施例中，彼此相对的内部壳2C和平板件7的面积可像实施例2中那样增大。因此，剪切变形可更有效地作用在填充物6上。

<实施例5>

图9展示了根据本发明一种实施方式的实施例5的超声波传感器。用同样的附图标记指代与实施例1中相同的部件，并省去重复的描述。在本实施例的超声波传感器E中，内部壳2D的前端的凹部2a更深，声波吸收体5被放置在该凹部内，部分填充物6也被装填在该凹部2a内。在凹部2a的内周面上形成有内周突起2g，该内周突起2g用于对声波吸收体5的前表面进行定位、从而使该声波吸收器5不与压电元件3接触。在内部壳2D的后端位置处形成有凹部2c，平板件7设置在作为凹部2c的底面的平坦部分2d上，该平板件7与平坦部分2d相对、中间夹着填充物6。虽然图9中没有显示用于将电信号施加到压电元件3上和提取输出信号的连接端子，但其实本实施例中也可用实施例1和2中所示的金属端子或者实施例3和4中所示的引线作为连接端子。

<实施例6>

图10展示了根据本发明一种实施方式的实施例6的超声波传感器。用同样的附图标记指代与实施例5中相同的部件，并省去重复的描述。在本实施例的超声波传感器F中，内部壳2E的前端(即邻近所述压电元件端)的凹部2a更深，声波吸收体5被放置在该凹部内，部分填充物6也被装填在该凹部2a内。凹部2a的底面形成为平坦部分2d，平板件7设置在该平坦部分2d上，该平板件7与平坦部分2d相对、中间夹着填充物6。

在本实施例中，平坦部分2d形成在内部壳2E内前端(即邻近所述压电元件端)的位置处，而平板件7位于平坦部分2d的前面处。也就是说，平板件7完全被容纳在外壳(外部壳1和内部壳2E)内，有利之处是不易受到热或外界空气的影响。虽然图10中没有显示用于将电信号施加到压电元件3上和提取输出信号的连接端子，但其实本实施例中也可用实施例1和2中所示的金属端子或者实施例3和4中所示的引线作为连接端子。

<实施例7>

图11～13展示了根据本发明一种实施方式的实施例7的超声波传感器。用同样的附图标记指代与实施例1中相同的部件，并省去重复的描述。本实施例中的超声波传感器G包括外壳8，该外壳8由相同材料构成的外部壳和内部壳一体成形而成。压电元件3的前表面固定至外壳8的底部8a的内侧。安装于金属端子4a的一端的弹性端子4d与压电元件3的后表面相连，而金属端子4b的弹性端子4e连接至外壳8的中央孔8c的内表面。金属端子4a和4b通过中央孔8c和平板件7的通孔7a伸出到外部。压电元件3不限于圆盘形，也可以是椭圆形或矩形。

在本实施例中，外壳8的中央孔8c具有带底部的椭圆形形状；而由于外壳8的外部形状为筒形，因此外壳8的侧壁部分(内支撑件)8b包括厚部8b₁和薄部8b₂。平坦部分8d形成在外壳8的侧壁部分8b的端面上，而外径与外壳8的外径基本相同的平板件7设置在所述平坦部分8d上，该平板件7与平坦部分8d相对、中间夹着填充物6。在本实施例中，外壳和平板件7彼此相对的面积可因厚部8b1而得到确保。

在本实施例中，外壳8由彼此一体成形的外部壳和内部壳构成，由于整个外壳由一种声阻抗低的材料组成，因此不易受到余响的影响。但是，当一体成形的外壳8的侧壁部分8b振动时，由于夹在形成于外壳8的后表面上的平坦部分8d和平板件7之间的填充物6，在平坦部分和平板件7之间产生了相对变形，并在二者之间的填充物6内引起了剪切变形。这样可获得粘弹性阻尼效应，使本发明能有效实施。此外还有一个优点是，外部壳和内部壳的一体成形降低了生产成本。

<实施例8>

图14展示了根据本发明一种实施方式的实施例8的超声波传感器。用同样的附图标记指代与实施例7中相同的部件，并省去重复的描述。本实施例中的超声波传感器H也包括由外部壳和内部壳一体成形而成的组合外壳8A，所述外部壳和内部壳由同种材料组成。超声波传感器H与实施例7中的超声波传感器G不同，本实施例中，在组合外壳8A内邻近后侧的位置处形成有凹部8e，平板件7被容纳在该凹部8e内；平板件7上覆盖有填充物6，当组合外壳8A振动时，由于填充在作为凹部8e的底面的平坦部分8d和平板件7之间的填充物6，在平坦部分与平板件7之间产生了相对的变形，并在二者之间的填充物6中引起了剪切变形；这样可获得粘弹性阻尼效应。在本实施例中，具有一体成形结构的外壳8A也可有效地降低制造成本。

在上述各实施例中，所述内部壳是环形或圆筒形的，所述平板件是圆盘形的。不过，所述外壳可具有矩形管的形状，而所述平板件也可具有矩形板的形状。形成在所述内部壳(内支撑件)的所述平坦部分不是必须具有光滑表面，也可具有不平表面。类似地，平板件的表面也不必是光滑的，而可以是不平的。此外，所述平坦部分可以不平行于作为振动表面的底部，例如可以相对于所述底部为倾斜或者弯曲，只要该平坦部分能在内支撑件振动时引起填充物内的剪切变形即可。在这种情形下，面对着平坦部分的平板件的表面最好与所述平坦部分基本平行，也就是说，平坦部分与平板件之间的填充物的厚度最好基本一致。此外，所述中央孔和所述平坦部分不是必须相连的，它们也可以彼此分开；在这种情形下，位于中央孔内的填充物和位于平坦部分上的填充物的类型可以不一样。虽然以上都用环形平板来作平板件，但也可用没有孔的平板来作平板件。平板件可以具有任何形状，比如：在后端处盖住所述内部壳的帽形。此外，还可将多个平板件堆叠起来。另外，平板件的厚度可以不一致。

Claims

1.一种超声波传感器，其包括筒形外壳和压电元件，所述外壳具有底部，所述压电元件固定至该底部的内侧，所述底部构成振动表面，所述超声波传感器包括：

设置在外壳的侧壁部分内侧的环形内支撑件，该内支撑件在其中央部分处具有轴向延伸的中央孔，该内支撑件还具有围绕该中央孔的平坦部分；

位于所述内支撑件的所述中央孔内和平坦部分上的粘弹性填充物；和

平板件，该平板件的刚性高于所述填充物的刚性，且该平板件设置在所述内支撑件的平坦部分上，面向着所述平坦部分，平板件与平坦部分之间夹有所述填充物。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述平坦部分为平行于所述外壳的所述底部的表面。

3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述外壳由具有底部的筒形外部壳和结合并固定在该外部壳内的内部壳构成，所述内支撑件设置在所述内部壳内。

4.根据权利要求3所述的超声波传感器，其特征在于，所述内部壳由金属材料组成，该金属材料的密度高于所述外部壳的密度。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波传感器，其特征在于，在所述内支撑件的与邻近压电元件的末端相反的另一末端形成凹部，所述平坦部分形成在该凹部的底面上，所述平板件被容纳于所述凹部内。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波传感器，其特征在于，只有所述平坦部分形成在所述内支撑件的与邻近压电元件的末端相反的另一末端处，而平板件的外周形状与内支撑件的外周形状基本相同。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的超声波传感器，其特征在于，在平板件的中央部分形成与内支撑件的中央孔相对应的通孔，连接至压电元件的连接端子以无接触方式通过内支撑件的中央孔和平板件的通孔伸出到外部。

8.根据权利要求1～2和5～7中任一项所述的超声波传感器，其特征在于，所述内支撑件可一体形成于所述外壳的侧壁部分的内侧。