CN104040619B - 超声传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于发射和/或接收超声信号的超声传感器，所述超声传感器包括膜片罐(3)和壳体(7)，所述膜片罐具有声波转换器(11)，其中所述膜片罐(3)与所述壳体(7)可松脱地连接并且在膜片罐(3)与壳体(7)之间容纳有脱耦合环(13)并且所述膜片罐(3)以填充材料(15)填充。所述脱耦合环(13)具有唇部(27)，所述唇部如此构型，使得在唇部(27)和壳体内壁之间构造有缝隙(31)并且所述填充材料(15)容纳在由膜片罐(3)和所述脱耦合环(13)上的唇部(27)包围的空间(33)中。此外，本发明涉及所述超声传感器的应用。
Description
技术领域
本发明从一种用于发射和/或接收超声信号的超声传感器出发，所述超声传感器包括膜片罐和壳体，所述膜片罐具有声波转换器，其中，所述膜片罐与所述壳体可松脱地连接并且在膜片罐与壳体之间容纳有脱耦合环并且所述膜片罐以填充材料填充。此外，本发明也涉及超声传感器的应用。
背景技术
超声传感器的使用领域例如是机动车中的驾驶辅助系统。在所述驾驶辅助系统中，借助超声传感器确定与围绕机动车的物体的间距。为此，由超声传感器发射声脉冲，所述声脉冲由机动车的周围环境中的物体反射。接收如此反射的回波并且由声的传播时间确定与物体的距离。
例如在机动车中用于物体距离测量的超声传感器通常具有膜片(例如以膜片罐的形式)，借助声转换器可以使所述膜片振动。作为声转换器通常使用压电元件。膜片罐与壳体连接，借助所述壳体将如此装配的超声传感器例如装配在机动车的保险杠中。为了能够发射定义的声脉冲，脱耦合环通常位于构型为膜片罐的膜片和壳体之间，通过所述脱耦合环使振动衰减。由此，减少或避免振动传输到壳体上和(因此)以下机动车部件上：超声传感器装配在所述机动车部件中。
这种超声传感器可以用作发射器、接收器或组合的发射器与接收器。当超声传感器用作发射器与接收器时，发射短的声脉冲，等待膜片的停振并且然后接收信号。在接收时，通过出现的声波使膜片重新振动，由此在声转换器中产生可以检测的电压。
例如在DE 10 2006 028 213 A1或DE 10 2006 050 037 A1中描述了超声传感器的当今通常的构型，所述超声传感器具有膜片罐、脱耦合环和壳体，所述膜片罐具有声转换器。
为了尤其在用作发射器与接收器的超声传感器中得到膜片的快速停振，通常以起衰减作用的填充材料来填充膜片罐。在此，填充材料通常是在施加到膜片罐中之后才发泡的泡沫。在此，由于制造精确度方面的差别并且由于发泡时的掺杂差别可能出现填充材料溢出超过膜片罐的高度并且也接触壳体。由此，存在固体声从膜片通过填充材料传输到壳体上的可能性。然而不期望通过填充材料到壳体上的所述振动传输。
发明内容
为了避免由现有技术已知的不利，根据本发明提出一种用于发射和/或接收超声信号的超声传感器，所述超声传感器包括具有声转换器的膜片罐和壳体，其中所述膜片罐与壳体可松脱地连接并且在膜片罐和壳体之间容纳有脱耦合环并且膜片罐以填充材料填充。根据本发明，脱耦合环具有唇部，所述唇部如此构型，使得在唇部和壳体内壁之间构造有缝隙并且填充材料容纳在由膜片罐和脱耦合环上的唇部包围的空间中。
本发明的优点
通过具有唇部的脱耦合环的构型(所述唇部如此构型，使得在壳体内壁和唇部之间构造有缝隙)避免在由于制造公差引起的不同几何尺寸时用于填充膜片罐的填充材料也与壳体接触。填充材料保留在由膜片罐和唇部包围的空间中。这具有以下优点：由于避免从膜片到壳体的不期望的振动传输可以增大传感器的声压并且可以缩短暂态振荡时间。增大的声压允许更大的距离的测量而缩短的暂态振荡时间相反则允许更短的距离的测量，因为可以更小地选择发射信号的结束至接收信号之间的间距。此外，能够实现更有规律的停振时间，由此可以调节传感器的发射运行和接收运行之间的定义的等待时间。
根据本发明的解决方案的另一个优点是，仅仅改变脱耦合环的几何形状并且由此可以保留用于超声传感器的当前的制造工艺。
因为应通过脱耦合环抑制从膜片罐到壳体的振动传输，所以脱耦合环由衰减材料制成。橡胶弹性材料例如适合作为制造脱耦合环的材料。适合的橡胶弹性材料例如是天然的或合成的橡胶或者热塑弹性体。优选地，从天然橡胶、苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)、聚丁二烯、聚异戊二烯、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、聚异丁烯、丁基橡胶、乙烯乙酸乙烯酯橡胶、乙烯丙烯共聚物(EPM/EPDM)、硅树脂、硅树脂凝胶和硅树脂泡沫(例如)中选择用于制造脱耦合环的橡胶弹性材料。作为脱耦合环的材料特别有利的是乙烯丙烯共聚物、尤其EPM或者EPDM。
脱耦合环通常具有与膜片罐的圆周相同的形状。因此，脱耦合环通常是旋转对称的，即圆形构型。但除圆形构型以外，也可考虑每一种任意的其他构型，例如构型为例如具有三个、四个或六个角的多边形或者也可考虑椭圆形状的构型。对于脱耦合环而言，每一种任意的其他形状也是可能的。然而，脱耦合环优选是旋转对称地圆形的。因为脱耦合环完全包围膜片罐，所以唇部在相对脱耦合环的对称轴的轴向方向上延伸。然而，根据膜片罐和壳体的构型也能够实现唇部相对对称轴例如具有一个角。在此，由唇部在侧面限界的空间例如可以缩窄或扩宽。唯一重要的是，唇部不触及壳体。优选的是，唇部在与膜片罐的侧壁相同的方向上定向。
在一种特别优选的实施方式中，脱耦合环具有接触区域，在所述接触区域中脱耦合环以一侧靠触在膜片罐上并且以相对置的一侧靠触在壳体上，其中脱耦合环在接触区域中具有至少一个肋部。在此，所述肋部优选环绕地构型。
通过接触区域中的优选环绕构型的肋部能够实现在所述区域中减小脱耦合环的刚性。通过更小的刚性，更少的固体声从膜片罐传输到壳体。通过增加肋部的数量增加空气空腔的数量并且进一步减小脱耦合环的刚性，从而这引起固体声从膜片罐到壳体上的进一步减少的传输。
优选如此选择唇部的高度，使得用于填充膜片罐的填充材料不超过唇部侵入脱耦合环和壳体内壁之间的缝隙中。在此，如此选择唇部的高度，使得即使在通过膜片罐和唇部形成的空间的尺寸由于制造公差而不同并且填充材料量由于制造公差而不同的情况下分别确保没有填充材料超过唇部侵入脱耦合环与壳体内壁之间的缝隙中。因此优选如此选择唇部的高度，使得在通过膜片罐和唇部形成的空间的高度最小并且填充量最大时仍使全部填充材料在发泡之后保留在通过膜片罐和唇部形成的空间中并且不超过唇部侵入唇部和壳体内壁之间的缝隙中。
用于产生声信号或者用于在超声传感器的接收模式中接收在传感器上出现的声信号的声转换器优选是压电转换器。但除压电转换器以外也可以使用每一种任意的其他的、本领域技术人员已知的声转换器。然而，压电转换器的使用是优选的，因为其允许定义的脉冲的发射。
用于超声传感器中的衰减的填充材料优选是闭孔的聚合物泡沫。在此，每一种任意的、本领域技术人员已知的聚合物泡沫是适合的。特别优选的是，聚合物泡沫是基于硅树脂的泡沫。例如可从公司Sonderhoff Chemicals GmbH的商品名称得到这种基于硅树脂的闭孔的聚合物泡沫。然而，除基于硅树脂的闭孔的泡沫以外，例如基于聚氨酯的闭孔的泡沫也适合。
根据本发明构造的超声传感器例如适合作为驾驶辅助系统中的间距传感器，其中在所述情形中超声传感器施加在车辆上并且用于测量与围绕车辆的物体的间距。除用于驾驶辅助系统以外，根据本发明的超声传感器例如也用于无驾驶员的运输系统。
特别优选地，根据本发明的超声传感器作为间距传感器用于机动车中或无驾驶员的运输系统中的驾驶辅助系统。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中进一步阐述。
唯一的附图示出根据本发明构造的超声传感器的截面图。
具体实施方式
在唯一的附图中示出根据本发明构造的超声传感器。
超声传感器1包括膜片罐3，所述膜片罐借助锁紧螺母5固定在壳体7上。
在膜片罐3的底部9上，在内侧上安装有声转换器11。借助声转换器11产生超声脉冲，所述超声脉冲使膜片罐3的底部9振动。振动向外传递，由此由超声传感器1发射声脉冲。在存在物体的情况下，由所述物体反射所发射的声脉冲，并且由膜片罐3的底部9接收回波。由此，使膜片罐3的底部9振动，所述振动传输到声转换器11上。因此，由声转换器11检测振动并且将其转换成信号。通过这种方式，可以通过信号的发射至所反射的回波的接收的声传播时间来确定与物体的距离。作为声转换器11通常使用压电元件。
为了尤其在超声传感器1用作发射器与接收器时也能够测量与物体的近的间距，必须在发射声脉冲之后使振动快速衰减。为此，优选以起衰减作用的填充材料15来填充膜片罐3。在此，填充材料15优选是闭孔的聚合物泡沫、优选基于硅树脂的闭孔的聚合物泡沫。
为了减少或尽可能排除从膜片罐3到壳体7上的声传输，在膜片罐3和壳体7之间容纳有脱耦合环13。为了也排除从膜片罐3经由锁紧螺母5到壳体7上的声传输，锁紧螺母5同样位于脱耦合环13上而不直接位于膜片罐3上。
为了装配，膜片罐具有凸缘17，所述凸缘由脱耦合环13包围。在此，脱耦合环13位于凸缘17上。借助锁紧螺母5将脱耦合环13压到凸缘17上，并且因此使膜片罐3与壳体7连接。
为了能够实现脱耦合环并且使振动从膜片罐3到壳体7上的传输最小化，脱耦合环13由衰减材料制成。如以上已经描述的那样，弹性体尤其适合作为衰减材料。为了进一步使固体声从膜片罐3到壳体7的传输最小化，优选以小的刚性构成脱耦合环。为此，脱耦合环13具有接触区域19。在接触区域19中，脱耦合环13以第一侧21靠触在膜片罐3上。脱耦合环13以与第一侧21相对置的一侧23靠触在壳体7上。
通过接触区域19具有至少一个肋部25实现刚性的降低。通过肋部能够实现：减小脱耦合环13的壁厚并且由此降低刚性。在此，所述肋部是靠触在膜片罐3或者壳体7上的区域。为此，肋部25优选环绕地构造在脱耦合环13的接触区域中。例如替代地，除直线延伸以外，所述肋部也能够锯齿状或者波浪状地延伸。由脱耦合环的壁厚和膜片罐3上的凸缘17的宽度的所期望的减小得到肋的数量。具有靠触在膜片罐3上和壳体7上的肋部25的脱耦合环13的减小的壁厚导致在膜片3和脱耦合环13之间或者在脱耦合环13和壳体7之间构成多个空气空腔28。
通过由于脱耦合环的刚性的降低引起的固体声传输的减小能够实现最小化或排除通过至壳体的传输得到的不期望的次要信号。
根据本发明，脱耦合环13还具有唇部27。在此，唇部27优选环绕地构造在脱耦合环13上。如在图1中示出的那样，在一种实施方式中，所述唇部在平行于对称轴29的轴向上定向。所述唇部在此如此构型，使得在唇部27和壳体7之间构成缝隙31。除唇部27的轴平行的定向以外(如其在示图中示出的那样)也能够实现：唇部27具有相对于对称轴29的倾斜，其中在此所述唇部不仅可以如此倾斜，使得由膜片罐3和唇部27包围的空间33在唇部27的区域中扩宽或者替代地也在唇部27的区域中缩窄。在扩宽时唇部随着与膜片罐3的距离增加向外远离对称轴29，而在空间直径缩窄时唇部27随着与膜片罐3的距离增加指向对称轴29的方向。
因为在装配超声传感器时通常在拼装膜片罐9和壳体7之后才置入声转换器1并且通常通过粘接将声转换器1与膜片罐9连接，所以必须使空间33的直径保持得如此大，使得在装配超声传感器1的其余部件之后仍能够实现声转换器的装配。在置入声转换器11并且安装之后，以填充材料15填充空间33。为此，填充材料15优选以液体形式施加到空间33中，其中液体在施加到空间33中之后硬化并且在此发泡。填充材料通常是在发泡之后形成闭孔的泡沫的材料，优选基于硅树脂。在此，填充材料15用于衰减，以便实现在发射声脉冲之后的快速停振。为了避免振动通过填充材料15传输到壳体7上，根据本发明在脱耦合环13上构造有唇部27。这防止填充材料15与壳体7接触。在此，如此选择唇部27的高度，使得填充材料15在发泡之后不超过唇部27流入缝隙31中。通过唇部27可以均衡例如由于制造公差得到的制造差别。因此例如能够实现：膜片罐3的侧壁35的高度接受由于制造公差引起的偏差。形成填充材料15的发泡液体的填充量也可以在制造公差内变化。这分别导致借助填充材料15的不同高度的填充。在此，如此选择唇部27的高度，使得在膜片罐13的侧壁35的最小高度和填充材料在发泡之后的最大量时填充材料15不超过唇部27到达缝隙31中。由此，一方面在信号结束之后实现声转换器11的最优衰减，而另一方面避免固体声从声转换器11经由填充材料15传输到壳体7上。
为了提高唇部27的稳定性，能够实现例如波浪状或者锯齿状地构型所述唇部或者使所述唇部设有增强肋。
Claims (13)
1.一种用于发射和/或接收超声信号的超声传感器，所述超声传感器包括膜片罐(3)和壳体(7)，所述膜片罐具有声转换器(11)，其中，所述膜片罐(3)与所述壳体(7)可松脱地连接并且在膜片罐(3)与壳体(7)之间容纳有脱耦合环(13)并且所述膜片罐(3)以填充材料(15)填充，其特征在于，所述脱耦合环(13)具有唇部(27)，所述唇部被构型使得在唇部(27)和壳体内壁之间构造有缝隙(31)并且所述填充材料(15)容纳在由膜片罐(3)和所述脱耦合环(13)上的唇部(27)包围的空间(33)中。
2.根据权利要求1所述的超声传感器，其特征在于，所述脱耦合环(13)由橡胶弹性材料制成。
3.根据权利要求2所述的超声传感器，其特征在于，所述橡胶弹性材料是天然橡胶或合成橡胶。
4.根据权利要求2所述的超声传感器，其特征在于，所述橡胶弹性材料是热塑弹性体。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的超声传感器，其特征在于，所述橡胶弹性材料从天然橡胶、苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)、聚丁二烯、聚异戊二烯、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、聚异丁烯、丁基橡胶、乙烯乙酸乙烯酯橡胶和乙烯丙烯共聚物(EPM/EPDM)中选出。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的超声传感器，其特征在于，所述脱耦合环(13)是旋转对称的并且所述唇部(27)在轴向上延伸。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的超声传感器，其特征在于，选择所述唇部(27)的高度，使得所述填充材料(15)不超过所述唇部(27)侵入脱耦合环(13)和壳体内壁之间的缝隙(31)中。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的超声传感器，其特征在于，所述脱耦合环(13)具有接触区域(19)，在所述接触区域中所述脱耦合环(13)以第一侧(21)靠触在所述膜片罐(3)上并且以与所述第一侧(21)相对置的一侧(23)靠触在所述壳体(7)上，其中，所述脱耦合环(13)在所述接触区域(19)中具有至少一个肋部(25)。
9.根据权利要求8所述的超声传感器，其特征在于，所述至少一个肋部(25)环绕地构造。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的超声传感器，其特征在于，所述声转换器(11)是压电转换器。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的超声传感器，其特征在于，所述填充材料(15)是闭孔的聚合物泡沫。
12.根据权利要求11所述的超声传感器，其特征在于，所述聚合物泡沫是基于硅树脂的泡沫。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的超声传感器作为机动车的驾驶辅助系统中的间距传感器或者作为无驾驶员的车辆中的间距传感器的应用。
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