CN103076610A - 自动泊车用超声波传感器 - Google Patents

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邹东平
李红元
张尧
龙阳
余方云
倪雪晴
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Abstract

本发明涉及一种传感器，特别是一种自动泊车用的超声波传感器，包括设置有腔室的金属外壳，所述金属外壳内设置有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片下表面设置镀银层，上表面包括第一镀银区和第二镀银区，所述第一镀银区与第二镀银区中间隔开；所述第一镀银区上连接有正极引线端，所述第二镀银区上连接有负极引线端，所述第二镀银区通过侧面金属体与下表面镀银层相导通；所述压电陶瓷片下表面镀银层通过粘接胶层固定在金属外壳内。采用上述结构后，具有最高的转换效率，过程中处于最低的能量损耗状态，传感器获得高的灵敏度，测试距离远。同时，金属外壳采用渐变异形结构，改变声场辐射角，减小传感器角度，防止误判。

Description

自动泊车用超声波传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器，特别是一种自动泊车用的超声波传感器。
背景技术
倒车是一般汽车经常进行的动作，在城市狭小的巷弄或者停车区域，仅凭着驾驶员高超而娴熟的开车技术，很避开前后相邻的车辆或者障碍物。随着工业性科技水平的不断进步，市面上已大多数车辆已安装倒车雷达辅助驾驶员倒车，其利用超声波技术探测车尾与车后物体或车辆距离是否小于设定值，当车尾与车后物体或车辆之距离小于设定值时，即会利用警报或者其他显示方式通知驾驶员，以作为倒车的参考依据，避免令人困扰的相互碰撞意外的发生。
现有倒车使用超声波传感器利用超声波技术以达到探测距离的目的，其传感器固定在汽车车尾中央处，当有倒车动作时，驾驶员根据倒车雷达显器，或语音提示距离相邻车辆，或车后障碍物的距离信息，结合自己开车经验，操作方向是向左还是向右偏转，偏转角度有多大，是否刹车，将车向前移动一定的距离调整角度，再进行倒车动作，或者车已停到位该立即停下，但这一切是由于传感器测试距离较短，角度大的局限性，所有动作都需要驾驶员手动操作进行完成，如果驾驶员产新手经验不够丰富，如果停车位置较为狭小，需要经过多次调整角度与操作才能完成倒车到位。
如图4所示，传统超声波传感器采用压电陶瓷为低Q，机电耦合系数低，且压电陶瓷片403设置有上镀银层401和下镀银层402。其下镀银层402通过粘接胶层与传感器外壳电相连，超声波传感器的正极导线端与上镀银层401相连接，负极导线端与传感器外壳相连接。这种结构当给陶瓷片的正极施加电压，需要通过粘接胶层，传感器外壳才能与传感器中央控制电路构成回路。由于压电陶瓷片具有正逆压电效应，给陶瓷片通电后，产生逆压电效应向外发出超声波；当超声波遇到障碍物时反馈超声波波作用于传感器，此时陶瓷片将机械能转换为电能，呈正压电效应，将电信号传输给中央控制电路，由于电学回路中存在粘接胶层和传感器外壳使接收信号强度衰减，造成灵敏度衰减较大，导致传感器测试距离短。其结构大多采用圆形或方形结构加大横纵向之间的比值，这种类型传感器灵敏度低，测试距离短，且角度较大。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种灵敏度高且测试距离远的超声波传感器。
为解决上述的技术问题，本发明的自动泊车超声波传感器包括设置有腔室的金属外壳，所述金属外壳内设置有压电陶瓷片，
所述压电陶瓷片下表面设置镀银层，上表面包括第一镀银区和第二镀银区，所述第一镀银区与第二镀银区中间隔开；
所述第一镀银区上连接有正极引线端，所述第二镀银区上连接有负极引线端，所述第二镀银区通过侧面金属体与下表面镀银层相导通；
所述压电陶瓷片下表面镀银层通过粘接胶层固定在金属外壳内。
进一步的，所述压电陶瓷片与金属外壳之间填充消音棉，所述正极引线端与负极引线端从消音棉中穿出。
进一步的，所述金属外壳内腔纵向结构呈跑道形，内腔横向结构呈矩形；所述内腔横向结构边缘与内腔纵向结构边缘之间用过渡圆弧连接。
更进一步的，所述金属外壳内腔横向结构直径小于内腔纵向结构直径。
进一步的，所述粘接胶层为环氧胶水层。
采用上述结构后，正负极共面压电陶瓷片，其正负极直接与中央控制电路相连接，不论是给压电陶瓷施加电压发出超声波，还是接收超声波进行电信号转换，都具有最高的转换效率，过程中处于最低的能量损耗状态，传感器获得高的灵敏度，测试距离远。同时，金属外壳采用渐变异形结构，改变声场辐射角，减小传感器角度，防止误判。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明自动泊车用超声波传感器的剖面视图。
图2为本发明压电陶瓷片的主视图。
图3为本发明压电陶瓷片的俯视图。
图4为现有技术中压电陶瓷片的结构示意图。
图5为本发明金属外壳的结构示意图。
图6为本发明金属外壳内腔横向结构与纵向结构的解析示意图。
图中：1为金属外壳，2为环氧胶水层，3为压电陶瓷片，4为下表面镀银层，5为侧面金属体，6为上表面第二镀银区，7为上表面第一镀银区，8为正极导线端，9为负极导线端，10为内腔纵向结构，11为内腔横向结构，12为过渡圆弧
具体实施方式
如图1所示，本发明的自动泊车超声波传感器包括设置有腔室的金属外壳1，所述金属外壳1内设置有压电陶瓷片3。如图2所示，所述压电陶瓷片3下表面设置镀银层，即下表面镀银层4；压电陶瓷片3的上表面也设置镀银层，但是不是整块镀银层，上表面包括第一镀银区7和第二镀银区6，所述第一镀银区7与第二镀银区6中间隔开（如图3所示）。如图2所示，这样就在压电陶瓷片的同一表面上设置了两个电极，所述第一镀银区7上连接有正极引线端8，所述第二镀银区6上连接有负极引线端9，所述第二镀银区6通过侧面金属体5与下表面镀银层4相导通。压电陶瓷片与上、下表面镀银层形成介质电容，根据C=εS/d，其中S取决于第一镀银区7的面积，d取决于压电陶瓷片3的厚度，可以按照电路中所需电容的大小来选择第一镀银区的面积和压电陶瓷片的厚度。
所述压电陶瓷片下表面镀银层4通过粘接胶层固定在金属外壳1内，这里粘接胶层采用环氧胶水层2，因为环氧胶水具有优良的物理机械性能和电气性能。
本发明自动泊车用超声波传感器的工作原理如下：本发明超声波传感器正负极处于压电陶瓷片同一表面，其正负极直接与中央控制电路相连接，而不需要通过粘接胶层和金属外壳。所以不论是给压电陶瓷施加电压发出超声波，还是接收超声波进行电信号转换，都具有最高的转换效率，过程中处于最低的能量损耗状态，传感器获得高的灵敏度，测试距离达到6米以上。
进一步的，所述压电陶瓷片与金属外壳之间填充消音棉，所述正极引线端与负极引线端从消音棉中穿出。消音棉的主要起减震吸音作用，压电陶瓷片发生高频震动工作后，会向辐射面（金属外壳）方向发出超声波，实现探测距离的功能。但是，同时也会向反向（消音棉）方向产生超声波信号，为了不干扰和影响辐射面方向的超声波正常工作，必须消除此部分超声波。消音棉将会吸收辐射面反面的超声波，保证传感器的正常测距不被干扰。
进一步的，如图5所示，为了使得传感器横向角度和纵向角度都较小，所述压电陶瓷片内腔采用渐变异形结构，如图6所示，所述压电陶瓷片内腔形状由内腔纵向结构10和内腔横向结构11组合而成。所述金属外壳内腔纵向结构10呈跑道形，内腔横向结构11呈矩形；所述内腔横向结构11边缘与内腔纵向结构10边缘之间用过渡圆弧12连接。这样可以改变声场辐射角，减小传感器的角度，使传感器横向角度达到50度以内，纵向角度达到30度以内。当然，本发明内腔横向结构11的形状也可以换成与内腔纵向结构10相同的形状，或者其他适用的形状。
进一步的，为了能够使得本发明自动泊车用超声波传感器满足汽车侧面安装的需要，因为汽车侧面的纵向角度为地面到车顶之间，横向角度需要超出整个车身的长度，所以需要传感器纵向角度小于横向角度。如图5所示，内腔横向结构11的直径为D2，内腔纵向结构10的直径为D1，D2＜D1，这样就满足传感器纵向角度小于横向角度。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本技术领域内的熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅有所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种自动泊车用超声波传感器，包括设置有腔室的金属外壳，所述金属外壳内设置有压电陶瓷片，其特征在于：
所述压电陶瓷片下表面设置镀银层，上表面包括第一镀银区和第二镀银区，所述第一镀银区与第二镀银区中间隔开；
所述第一镀银区上连接有正极引线端，所述第二镀银区上连接有负极引线端，所述第二镀银区通过侧面金属体与下表面镀银层相导通；
所述压电陶瓷片下表面镀银层通过粘接胶层固定在金属外壳内。
2.按照权利要求1所述的自动泊车用超声波传感器，其特征在于：所述压电陶瓷片与金属外壳之间填充消音棉，所述正极引线端与负极引线端从消音棉中穿出。
3.按照权利要求1所述的自动泊车用超声波传感器，其特征在于：所述金属外壳内腔纵向结构呈跑道形，内腔横向结构呈矩形；所述内腔横向结构边缘与内腔纵向结构边缘之间用过渡圆弧连接。
4.按照权利要求3所述的自动泊车用超声波传感器，其特征在于：所述金属外壳内腔横向结构直径小于内腔纵向结构直径。
5.按照权利要求1所述的自动泊车用超声波传感器，其特征在于：所述粘接胶层为环氧胶水层。
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