CN105636711A - 超声波转换装置和具有超声波转换装置的机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波转换装置(1)，所述超声波转换装置设置用于发射和/或接收超声波信号，所述超声波转换装置具有至少两个转换元件(2)、一个膜片(4)和至少一个背面质量(6)，其中，所述至少两个转换元件(2)彼此间隔并置，并且在端侧(3)上间接或直接地与所述膜片(4)耦接而在相对置的一侧(5)上间接或直接地与所述至少一个背面质量(6)耦接。本发明此外涉及一种用于制造这种类型超声波转换装置(1)的方法和一种具有这种类型超声波转换装置(1)的机动车，其中，所述超声波转换装置(1)的膜片(4)通过保险杠、侧后视镜或车门部分的外壳形成且所述转换元件(2)隐蔽布置在所述外壳的后面。

Description

超声波转换装置和具有超声波转换装置的机动车

技术领域

本发明涉及一种超声波转换装置，其被设置用于发射和/或接收超声波信号并且具有至少两个转换元件，所述至少两个转换元件彼此间隔布置并且被设置用于发射和/或接收超声波信号。

本发明此外涉及一种用于制造这种超声波转换装置的方法和一种机动车，在所述机动车中设有这种超声波转换装置。

背景技术

与机动车、运动的或静止的机械——例如机器人、农用机械或建筑机械相结合地，转换装置用于基于超声波的环境感测。为了取得高的发射强度和/或接收灵敏度，在此主要涉及由固体和一个或多个转换元件组成的共振振荡器。

US5950291公开了一种声学转换器，其具有所谓的转换元件阵列，这些转换元件按照1-3技术布置并且它们的上端和下端以硬的聚合物板封装。通过由聚酰亚胺材料组成的柔性导线载体接触转换元件，所述聚酰亚胺材料在两侧上涂覆有铜导体。

EP0697257A2示出具有2-2结构或1-3结构的转换元件，其中，彼此相对置的主面上的元件与电极接触。在由电极接触的压电元件之间设有无源的聚合物层，从而产生阵列结构。

发明内容

根据本发明的第一方面，设置用于发射和/或接收超声波信号的超声波转换装置包括至少两个转换元件、一个膜片和至少一个背面质量。所述至少两个转换元件彼此间隔地布置。所述至少两个转换元件在一个端侧上间接或直接地与所述膜片耦接并且在相对置的一侧上间接或直接地与所述至少一个背面质量耦接。

有利地提出一种新型接触方式的隐蔽装配的阵列传感器，其安装在外壳上。所提出的设计非常简单地构成、紧凑和成本低廉地实施。

术语“转换元件”在此应广义理解并且例如包括电声转换器，所述电声转换器按照静电效应、磁致伸缩效应、压电效应或这些效应的组合进行工作。在本发明的范畴内，所述转换元件尤其可以是压电元件，并且所述超声波转换装置可以称为压电式超声波转换装置。

所述超声波转换装置的膜片例如通过机动车的保险杠的、侧后视镜的或车门区域的外壳形成，其中，转换元件隐蔽地布置在外壳的后面。

通过从属权利要求中所列举的措施，可以实现在独立权利要求中给出的主题的有利扩展和改进。

优选地设置，所述膜片由薄的材料层形成，所述材料层例如由聚合物材料制成。优选地，膜片具有0.1mm到5mm之间的厚度，特别优选小于2mm或小于1mm。转换元件与膜片的耦接可以间接或直接地进行，但在任何情况下均使得在足够的程度上实现声耦合，也就是说，可以传递适当的振动。所述耦接例如可以通过压配合、夹配合——例如通过拧入或也可以通过粘接实现。所述耦接也可以通过利用外壳的材料包覆共振体进行，这也可以称为嵌入。间接耦接可以意味着，在转换元件与膜片之间设有另一材料层，例如液体，如凝胶或油。所述另一材料层尤其可以设置用于优化转换元件与膜片之间的声耦合，例如补偿部件尺寸方面的容差或耦接对象表面的粗糙度。

按照一种优选的实施方式，所述超声波转换装置具有2至50个转换元件。因此，有利地以所谓的隐蔽装配提供高性能的多元件传感器，也就是说，具有2至50个转换元件的阵列。

按照一种优选的实施方式，所述转换元件通过塑料复合元件彼此间隔。所述塑料复合元件布置在转换元件之间，从而这些转换元件在电方面和在机械方面足够地彼此隔离地存在。在本发明的范畴内，这种类型的转换元件布置也称为嵌入塑料复合质量，其中，理解为，所述转换元件基本上完全被塑料复合质量包围。“基本上”的限制在此例如涉及用于转换元件的必要的电接触的所设置的通道。

按照优选的实施方式，所述转换装置具有由不同材料制成的至少一个正面质量(Vordermasse)和至少一个背面质量(Rückmasse)。特别优选地，对于每个转换元件单独设有正面质量和/或背面质量。由转换元件为了进行环境感测发出的电声辐射于是优选朝转换元件端侧的方向离开转换装置，向后的辐射受到抑制。背面质量充当所谓的惯性质量，也就是说，所述背面质量能够通过它的质量惯性将力导入正面体中并且因此也用于相对于在其中不希望照射的区域衰减振动。

优选地，正面质量由热固性聚合物或热塑性聚合物或由弹性体制成并且背面质量由金属制成，例如由铝、钢或黄铜制成。通过有关超声波转换装置的待实现的接收灵敏度或发射信号强度的限制或规定可以确定合适材料的选择。但是，特别地也可以考虑其他的环境影响，例如环境温度或例如通过晃动产生的机械负荷，以便确定合适的材料。

所述超声波转换装置具有用于接触转换元件的电极。在此，优选单独地电接触所述转换元件。特别优选地使用所谓的柔性膜(Flexfolie)作为至少一个电极，所述柔性膜适合于转换元件的接触。在此，所述柔性膜例如可以借助导电粘接剂粘接到转换元件上。

按照一种实施方式，所述转换元件在端侧上与第一电极耦接。按照一种实施方式，第一电极是第一柔性膜。此外，第一电极或者柔性膜固定在所述膜片上。在此，特别优选地，第一电极或者柔性膜例如借助导电粘接剂粘贴接到膜片上。

替代地可以设置，至少一个正面质量粘接到第一电极或者柔性膜上并且所述正面质量布置在转换元件与第一电极或者柔性膜之间。在此，所述正面质量优选导电地构造，例如由导电塑料或由金属——例如铝制成。

按照另一种替代实施方式，设有在转换元件的侧面上与转换元件接触的柔性膜，这称为所谓的3-1效应。为此，转换元件在其侧面上具有通过柔性膜接触的电极。这种类型的电极例如可以溅射到转换元件上。在此，所述柔性膜可以布置在转换元件的端侧上并且一方面粘接到转换元件的端侧上而另一面粘接到膜片上，或者可以设置，柔性膜设在转换元件的相对置的一侧上，由此所述柔性膜一方面粘接到转换元件上而另一方面粘接到背面质量上。

按照一种实施方式，所述转换元件在相对置的一侧上与第二电极耦接。按照一种实施方式，第二电极是第二柔性膜。

本发明尤其可以出于泊车辅助和/或碰撞避免的目的用于例如车辆的前保险杠和/或后保险杠中的环境传感器。在此，通常超声波信号通过诸如空气或水的介质从发射器传送到接收器或从发射器传送到周围环境中，或检测从位于周围环境中的物体反射的超声波信号以及测量超声波信号的传播时间和/或传播时间差和/或其他参量——例如振幅和相位。典型的是，在此使用既可以发射超声波也可以接收超声波的超声波转换器。但也可以设置，超声波转换器也可以仅作为接收器或仅作为发射器使用。

所述超声波转换装置尤其可以安装在包括一组超声波传感器的超声波系统中，其中，至少一个、优选所有超声波传感器包括所述超声波转换装置的特征。所述超声波系统例如可以设置用于检测机动车的部分周围环境。例如，正面区域中用于检测正面车辆周围环境的超声波传感器和/或侧面区域中用于检测车辆侧面区域的超声波传感器和/或尾部区域中用于检测车辆后面周围环境的超声波传感器可以分别对应一个这种类型的超声波系统。典型的是，在此在一个保险杠中可以安装四到六个传感器，其中，仅安装最多四个具有几乎相同视向的传感器。为了尤其也检测车辆旁边的区域，还在前保险杠中如此定位传感器，使得其具有向左和向右的检测区域。附加地或替代地，在后保险杠中传感器也可以如此定位，使得其检测机动车旁边的左侧区域和右侧区域。所述超声波系统此外还具有一个与各自组对应的控制装置和一个信号处理装置。为了检测车辆的侧面区域，既可以使用侧面安装在前保险杠和后保险杠中的超声波传感器，也可以使用安装在侧后视镜中或车门部分中的传感器。

本发明提供一种超声波转换器，所述超声波转换器还适用于特别是机动车领域中的进气管中和/或排气管中和/或废气回收管中和/或内燃机涡轮增压器后面的流动介质的流测量。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制造这种类型的超声波转换装置的方法，所述超声波转换装置设置用于发射和/或接收超声波信号。所述制造方法在此包括以下步骤：

a)制造具有至少两个转换元件的阵列，所述至少两个转换元件彼此间隔布置并且所述至少两个转换元件在与端侧相对置的一侧上间接或直接地与至少一个背面质量耦接，

b)将所述阵列固定在通过部件的外壳形成的膜片上，其中，所述至少两个转换元件在所述端侧上间接或直接地与所述膜片耦接。

在此，所述超声波转换装置的膜片通过诸如机动车的保险杠、侧后视镜或车门区域的部件的外壳形成。所述转换元件隐蔽地布置在所述外壳的后面。

按照本发明的另一方面，机动车具有保险杠、侧后视镜或车门部分和以上描述的超声波转换装置，其中，所述超声波转换装置的膜片通过保险杠的、侧后视镜的或车门部分的外壳形成，其中，转换元件隐蔽地布置在所述外壳的后面。

如果在其中安装有所述超声波转换装置的保险杠或侧后视镜或车门部分的外壳的厚度不相应于对于声传递而言优选的上述厚度，则机动车的保险杠、侧后视镜或车门部分在要安装所述超声波转换装置的区域中可以比其他部位相应更薄地构造。这种类型的局部变薄既可以通过事后的机械加工——例如通过铣削进行也可以在制造过程中——例如在注塑时已经进行。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中进行详细阐述。在附图中示出：

图1：按照第一实施方式的超声波转换装置；

图2：按照第二实施方式的超声波转换装置；

图3：按照第三实施方式的超声波转换装置。

具体实施方式

根据本发明的第一实施方式，图1中以侧截面视图所示的超声波转换装置1包括例如八个彼此间隔并排布置的转换元件2，它们分别在端侧3上与膜片4耦接并且在相对置的一侧5上与背面质量6耦接。在八个转换元件2之间为了它们彼此间隔布置了塑料复合元件8。

所示的实施例包括两个柔性膜10、12，其中，第一柔性膜10布置在转换元件2与膜片4之间并且分别单独在转换元件2的端侧3上接触转换元件2。第一柔性膜10借助导电粘接剂14固定在膜片4上。第一柔性膜10与膜片4之间的耦接可以间接和直接地存在，其中，间接接触是指在第一柔性膜10与膜片4之间布置有至少一层其他材料。这种层例如可以是导电粘接剂14。作为对此的替代或附加，可以设有液体层，例如油或凝胶，以便改善声耦合。

第二柔性膜12布置在转换元件2与背面质量6之间并且在关于膜片4与端侧3相对布置的侧5上单独接触转换元件2。第二柔性膜12借助另一粘接剂20固定在背面质量6上。

转换元件2形成所谓的阵列15。在本发明的范畴内，阵列15是指至少两个转换元件2，它们彼此间隔布置并且它们在与端侧3相对置的一侧5上间接或直接地与至少一个背面质量6耦接。阵列15在这里还包括塑料复合元件8、柔性膜10、12和背面质量6。在阵列15与膜片4之间可以存在机械耦合，例如通过阵列15旋拧或夹持在膜片4中，其中，在图1中没有示出适用于此目的手段。可以设置，膜片4在接触区32中比接触区32外更薄地构造，从而阵列15在接触区32中至少部分地沉入膜片4中。这具有以下优点：一方面所述超声波转换装置1可以足够灵敏地设计用于接收超声波或者可以发射足够强的超声波，另一方面所述膜片4在接触区32外可以足够厚地构成。

根据本发明的第二实施方式，图2中以侧截面视图所示的超声波转换装置1也包括例如八个彼此间隔并排布置的转换元件2，它们分别在其端侧3上与膜片4耦接并且在与所述端侧相对置的一侧5上与背面质量6耦接。在八个转换元件2之间为了它们彼此间隔布置了塑料复合元件8。

与图1不同地，所示的实施例包括仅仅一个柔性膜12，所述柔性膜在本发明的范畴内称为第二柔性膜12。第二柔性膜12布置在转换元件2与背面质量6之间并且在侧面7、9上单独接触转换元件2，所述侧面既不是端侧3也不是相对置的一侧5，并且所述侧面形成转换元件2的主面。为此，在所示的实施例中，柔性膜12具有通到侧面7、9的接触面22、24，替代地也可以设置，所述接触面22、24也可以是转换元件2的经涂覆的表面，所述表面接触柔性膜12。横向于转换元件2的主振动方向的所示的电接触也称为所谓的3-1接触。

转换元件2借助粘接剂17直接固定在膜片4上。转换元件2与膜片4之间的耦接可以间接和直接地存在，其中，间接接触是指在转换元件2与膜片4之间布置有至少一层其他材料。这种层例如可以是粘接剂17。作为对此的替代或附加，可以设有液体层，例如油或凝胶，以便改善声耦合。第二柔性膜12借助另一粘接剂20固定在背面质量6上。

在图2所示的实施例中，所述阵列15包括转换元件2、塑料复合元件8、第二柔性膜12和背面质量6。在阵列15与膜片4之间，正如参照图1所描述的那样，可以存在机械耦合，例如通过阵列15旋拧或夹持在膜片4中，其中，没有示出适用于此目的的手段。同样有利地可以设置，膜片4在接触区32中比在接触区32外更薄地构造，从而阵列15在接触区32中至少部分地沉入膜片4中。

根据本发明的第三实施方式，图3中以侧截面视图所示的超声波转换装置1也包括例如八个彼此间隔并排布置的转换元件2，它们分别在其端侧3上与膜片4耦接并且在其相对置的一侧5上与单个背面质量6耦接。在八个转换元件2之间为了它们彼此间隔布置了塑料复合元件8。与前面描述的实施方式不同地，超声波转换装置1对于每个转换元件2分别包括一个背面质量6和一个正面质量26，在所述背面质量与所述正面质量之间布置相应的转换元件2。

所示的实施例也包括两个柔性膜10、12，其中，第一柔性膜10布置在转换元件2与膜片4之间并且转换元件2分别单独与正面质量26接触，所述正面质量为此具有导电线路或由导电材料制成。第一柔性膜10也借助导电粘接剂14固定在膜片4上。第一柔性膜10与膜片4之间的耦接可以间接和直接地存在，正如参照图1所描述的那样。第一柔性膜10此外借助导电粘接剂固定在正面质量26上，这没有示出。

第二柔性膜12布置在转换元件2与背面质量6之间并且单独地通过与端侧3相对置的一侧5接触转换元件2。为此，第二柔性膜12也借助第二导电粘接剂28固定在背面质量6上。转换元件2分别单独电接触背面质量26，所述背面质量为此具有导电线路或由导电材料制成。

在图3所示的实施例中，所述阵列15包括转换元件2、塑料复合元件8、柔性膜10、12和背面质量6。如参照图1所描述的那样，在阵列15与膜片4之间可以存在机械耦合，例如通过阵列15旋拧或夹持在膜片4中，其中，没有示出适用于此目的的手段。同样有利地可以设置，膜片4在接触区32中比在接触区32外更薄地构造，从而阵列15在接触区32中至少部分地沉入膜片4中。

本发明不局限于这里所描述的实施例和其中所强调的方面。而是能够在通过权利要求书所给出的范畴内实现多种变型，这些变型均处于本领域技术人员掌握范围内。

Claims (11)

1.一种超声波转换装置(1)，所述超声波转换装置设置用于发射和/或接收超声波信号，所述超声波转换装置具有至少两个转换元件(2)、一个膜片(4)和至少一个背面质量(6)，其中，所述至少两个转换元件(2)彼此间隔布置并且在端侧(3)上间接或直接地与所述膜片(4)耦接并且在相对置的一侧(5)上间接或直接地与所述至少一个背面质量(6)耦接。

2.根据权利要求1所述的超声波转换装置(1)，其特征在于，所述膜片(4)具有0.1mm到5mm之间的厚度。

3.根据前述权利要求之一所述的超声波转换装置(1)，其特征在于，所述超声波转换装置(1)具有2至50个转换元件(2)。

4.根据前述权利要求之一所述的超声波转换装置(1)，其特征在于，所述转换元件(2)通过塑料复合元件(8)彼此间隔。

5.根据前述权利要求之一所述的超声波转换装置(1)，其特征在于，所述超声波转换装置具有至少一个用于接触所述转换元件(2)的柔性膜(10、12)。

6.根据权利要求5所述的超声波转换装置(1)，其特征在于，所述转换元件(2)在所述端侧(3)上与第一柔性膜(10)耦接。

7.根据权利要求5所述的超声波转换装置(1)，其特征在于，所述至少一个正面质量(26)与第一柔性膜(10)耦接并且所述正面质量(26)布置在所述转换元件(2)与所述第一柔性膜(10)之间。

8.根据权利要求5所述的超声波转换装置(1)，其特征在于，柔性膜(10)在所述转换元件的侧面(7、9)上与所述转换元件(2)接触。

9.根据权利要求5至8之一所述的超声波转换装置(1)，其特征在于，所述转换元件(2)在所述相对置的一侧(5)上粘接到第二柔性膜(12)上。

10.一种用于制造超声波转换装置(1)的方法，所述超声波转换装置设置用于发射和/或接收特别是根据权利要求1至9之一的超声波转换装置(1)的超声波信号，所述方法包括以下步骤：

a)制造具有至少两个转换元件(2)的阵列(15)，所述至少两个转换元件彼此间隔布置并且在与端侧(3)相对置的一侧(5)上间接或直接地与至少一个背面质量(6)耦接，

b)将所述阵列(15)固定在通过部件的外壳形成的膜片(4)上，其中，至少两个转换元件(2)在端侧(3)上间接或直接地与所述膜片(4)耦接。

11.一种机动车，所述机动车具有保险杠、侧后视镜或车门部分和根据权利要求1至9之一所述的超声波转换装置(1)，其中，所述超声波转换装置(1)的膜片(4)通过所述保险杠的、所述侧后视镜的或所述车门部分的外壳形成，其中，所述转换元件(2)隐蔽地布置在所述外壳的后面。