CN106725606B - 超声波感测器 - Google Patents

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Abstract

一种超声波感测器，包括信号发送单元和信号接收单元，该信号发送单元用于产生并发送感测信号；该信号接收单元用于接收该信号发送单元发送并经待测物干涉后的该感测信号以获取感测信息，该信号接收单元包括基板及导电连接层，该基板包括设于其上的多个感应电极，该导电连接层覆盖于该感应电极上，该导电连接层包括至少一个导电连接单元，每一导电连接单元电性连接一个或多个该感应电极。

Description

超声波感测器
技术领域
本发明涉及一种超声波感测器。
背景技术
随着科技的进步，越来越多的电子设备上配置各类型的感测器。感测器的类型繁多，根据感测原理不同，可以有红外感测器、电容感测器、照相感测器、超声波感测器等。超声波感测器因具有安全、精准等优点已被广泛应用于电子设备，例如手机、电脑、游戏机、门禁或医学设备。该类超声波感测器通常包括信号发送层与信号接收层，信号接收层接收自信号发送层发出并经由被测物反射回的超声波以形成对应被测物的感测信号。不同的电子设备对于感测器的感测精度的要求是不同的，然而，现有的超声波感测器的结构设计无法根据不同电子产品的需求弹性调整感测精度。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种便于产生不同所需感测精度的超声波感测器。
一种超声波感测器，包括信号发送单元和信号接收单元，该信号发送单元用于产生并发送感测信号；该信号接收单元用于接收该信号发送单元发送并经待测物干涉后的该感测信号以获取感测信息，该信号接收单元包括基板及导电连接层，该基板包括设于其上的多个感应电极，该导电连接层覆盖于该感应电极上，该导电连接层包括至少一个导电连接单元，每一导电连接单元电性连接一个或多个该感应电极。
本发明的超声波感测器采用导电连接片与所对应感应电极之间的电性连接的方式，调整收集到的感测信号的精度，可通过根据实际需要选择不同的感测精度。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的超声波感测器的剖面示意图。
图2为图1的超声波感测器的分解示意图。
图3为图1中的超声波感测器的平面结构示意图。
图4为本发明另一实施例的超声波感测器的剖面示意图。
主要元件符号说明
Figure GDA0002147741750000021
Figure GDA0002147741750000031
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下方将结合附图更全面地描述本发明，在这些附图中示出了本发明的实施例。本发明可以通过多种不同形式实现，而并不应解释为仅局限于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明更为全面和完整的公开，并使本领域的技术人员更充分地了解本发明的范围。为了清晰可见，在图中，层和区域的尺寸被放大了。
可以理解，尽管第一、第二等这些术语可以在这里使用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应仅限于这些术语。这些术语只是被用来区分元件、组件、区域、层和/或部分与另外的元件、组件、区域、层和/或部分。因此，只要不脱离本发明的教导，下面所讨论的第一部分、组件、区域、层和/或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层和/或部分。
这里所用的专有名词仅用于描述特定的实施例而并非意图限定本发明。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图涵盖复数形式，除非上下文清楚指明是其它情况。还应该理解，当在说明书中使用术语“包含”、“包括”时，指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在。
这里参考剖面图描述本发明的实施例，这些剖面图是本发明理想化的实施例(和中间构造)的示意图。因而，由于制造工艺和/或公差而导致的图示的形状不同是可以预见的。因此，本发明的实施例不应解释为限于这里图示的区域的特定形状，而应包括例如由于制造而产生的形状的偏差。图中所示的区域本身仅是示意性的，它们的形状并非用于图示装置的实际形状，并且并非用于限制本发明的范围。
除非另外定义，这里所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所述领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应当理解，比如在通用的辞典中所定义的那些的术语，应解释为具有与它们在相关领域的环境中的含义相一致的含义，而不应以过度理想化或过度正式的含义来解释，除非在本文中明确地定义。
本发明的感测器可应用于智能手机、个人数字助理、平板电脑、游戏机、医学设备等电子设备。该感测器优选为超声波感测器，也可是采用本技术方案的其他类型感测器。以下将以超声波感测器100为例说明本技术的具体实现方案。请参照图1，图1为本发明一较佳实施例的超声波感测器的剖面示意图，图2为图1的超声波感测器的分解示意图。该超声波感测器100可识别指纹或侦测血流量、血压、心率等。该超声波感测器100包括间隔且层叠设置的信号发送单元130和信号接收单元140，以及设置于该信号发送单元和该信号接收单元之间的绝缘层170。信号发送单元130用于产生并发送感测信号；信号接收单元140用于接收该信号发送单元发送并经待测物干涉后的该感测信号以获取感测信息。绝缘层170用于信号发送单元130和信号接收单元140之间的电性绝缘。
该信号发送单元130包括第一电路板110及层叠设置于第一电路板110上的第一电极131、发送压电层133、第二电极132。第一电极131和发送压电层133位于第一电路板110的一侧，优选地，位于第一电路板110远离该信号接收层的一侧。第二电极132贯穿该第一电路板110。该发送压电层133包括多个呈一定规律排布的发送压电单元1331，该第二电极132包括多个间隔绝缘排布的电极单元1321，该多个电极单元1321与该多个发送压电单元1331一一对应设置。每个电极单元1321分别进行电连接，这种结构有利于独立控制每个电极单元1321。该第一电路板110上设置有薄膜晶体管(Thin-film Transistor,TFT)阵列(图未示)，并与外部电路相连(图未示)。
信号接收单元140包括基板150及设置于基板150上的接收压电层180、感应电极152和导电连接层。接收压电层180包括多个呈一定规律排列的接收压电单元。优选地，基板150为柔性电路板，在其他实施例中，该基板150也可以采用其他材料，以下将以柔性电路板作为基板150的例子进行说明。接收压电层180、感应电极152和导电连接层层叠设置，该基板150上设有包括多个阵列排布的感应电极152的控制电路(图未示)，该感应电极152用于收集接收压电层180上的感应电荷并输入至该控制电路。该导电连接层包括多个导电连接单元160，每个导电连接单元160电性连接不同的感应电极。每个导电连接单元160覆盖并电性连接基板150上的一个或多个感应电极152。优选地，每个导电连接单元160电性连接的感应电极的数量相等。在其他变更实施方式中，导电连接单元160电性连接的感应电极的数量也可以不同，例如，至少两个导电连接单元电性连接的感应电极的数量不同。另，优选地，每个导电连接单元至少覆盖并电性连接两个感应电极。优选地，导电连接单元160与对应的感应电极152之间通过异方性导电膜(Anisotropic Conductive Film，ACF)190实现电性连接集成。感应电极152位于导电连接单元160与接收压电层180之间，也位于导电连接单元160与信号发送单元之间。优选地，该接收压电层180位于该基板150靠近该绝缘层170的一侧。该导电连接单元160设置于基板150远离该接收压电层180的一侧。该导电连接单元160由导电材料制成，可以是导电片也可以是导电薄膜。
请参阅图3，图3为图2中超声波感测器100的平面结构示意图。小虚线框代表该感应电极152，大虚线框代表该导电连接单元160。这种结构将原本8×4的感应电极152阵列转变为一个2×2的导电连接单元160阵列，每个导电连接单元160对应的感应区域比每个感应电极152对应的感应区域大，收集到的感应信号比一个感应电极152收集到的感应信号强，适用于感测目标相对集中的应用。该导电连接单元160的大小，即每个导电连接单元160所对应的感测区域，即其对应的感应电极152的数目可以根据感应目标的集中程度来确定。优选地，每个导电连接单元160至少与该两个感应电极152电性连接。优选地，该导电连接单元160通过ACF胶与该感应电极152电性连接，方便导电连接单元160的拆除与替换。在其他的实施例中，该导电连接单元阵列可替换为一整块导电连接单元161，如图4所示，此时感测目标最为集中，导电连接单元161收集到的感测信号也最强。
该信号接收单元140还包括第二电路板120。第一电路板110与该第二电路板120通过可拆卸的紧固件200固定连接，亦即该紧固件200将该信号发送单元130与信号接收单元140固定连接。在本实施例中，该紧固件200为螺丝。该基板150两端分别形成一对第一电连接端151，该第一电连接端与感应电极152电性连接。该第二电路板120两端分别形成有一对第二电连接端121。该基板150两端分别朝向该第二电路板120弯折/弯曲，从而每一该第一电连接端151与该第二电连接端121电性对接。该第一电连接端151和该第二电连接端121之间通过形成可解除的卡扣实现机械连接和电性连接。该第二电路板120与该外部电路相连。这种结构方便使用者对该超声波感测器100进行拆卸和重新组装。比如，使用者可根据实际感测精度的需要对该超声波感测器100进行拆卸，解除该第一电连接端151和该第二电连接端121之间的卡扣，拆掉导电连接单元160，并通过ACF胶重新电性连接新的导电连接单元。此外，由于该信号发送单元130和信号接收单元140之间并无线路连接，也可根据实际需要拆除该紧固件200来调节该信号发送单元130和信号接收单元140之间的相对位置。
在实际应用中，以该超声波感测器100感测人体脉搏跳动为例，外部电路分别通过第一电路板110和第二电路板120对该信号发送单元和信号接收单元发送电信号。该第二电极132与第一电极131之间产生电势差，该发送压电层133在电场作用下发射超声波信号，该超声波信号到达人体皮肤表面或皮下组织并被反射并被该信号接收单元接收，该接收压电层180在该反射信号的作用下产生电荷，该基板150上的感应电极152收集该电荷形成电信号，该导电连接单元160增强该电信号并输入至该控制电路，该基板150将所接收到的电信号通过该第一连接端151传输至该第二电路板120，该第二电路板120上可以设有控制电路对该电信号进行处理，该第二电路板120也可将该电信号传输至该外部电路进行处理。由于在脉搏跳动与脉搏跳动间隙，该超声波信号在人体皮肤表面或皮下组织被吸收、反射或分散后形成的反射信号不同，致使最终的输出电信号不同。通过处理该电信号可计算出脉搏跳动频率，进一步推算出血流流速和血压等人体指标信息发送至显示终端(图未示)。
该发送压电层133及该接收压电层180均为压电材料，例如可为聚二氟亚乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)、锆钛酸铅压电陶瓷(piezoelectric ceramictransducer，PZT)或二者的复合材料。该第一电极131、该第二电极132均为导电金属材料，例如银(Ag)、铜(Cu)、钼(Mo)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT)、碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)、银纳米线(Ag nano wire，ANW)以及石墨烯(graphene)中的一种或化合物，但不以此为限。其中该第一电极131、该第二电极132可为相同的材料，也可以为不同的材料。该发送压电层133及该接收压电层180可为相同的材料，也可为不同的材料。
该绝缘层170设置于该第二电极132与该接收压电层180之间，从而将该信号发送单元130与信号接收单元140间隔开。该绝缘层170较佳为弹性材料，当然也可为刚性材料。若为弹性材料时，可选择例如泡棉、垫片、缓冲垫、胶带、橡胶片中的其中之一。优选地，本实施例的绝缘层170为泡棉。具有弹性的该绝缘层170起到缓冲作用，减缓该超声波感测器100在受到撞击或跌落时遭受损伤，且弹性的绝缘层170使得该超声波感测器100在封装时，更容易形成紧凑的结构。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种超声波感测器，包括信号发送单元和信号接收单元，其特征在于：该信号发送单元用于产生并发送感测信号；该信号接收单元用于接收该信号发送单元发送并经待测物干涉后的该感测信号以获取感测信息，该信号接收单元包括基板及导电连接层，该基板包括设于其上的多个感应电极，该导电连接层覆盖于该感应电极上，该导电连接层包括多个导电连接单元，每一导电连接单元电性连接一个或多个该感应电极，每个导电连接单元电性连接不同的感应电极，该信号接收单元还包括接收压电层，该接收压电层与该感测电极层叠设置且该接收压电层位于该信号发送单元与该基板之间；
该信号接收单元还包括第二电路板，该基板设有与该感测电极电性连接的第一电连接端，该第二电路板设有第二电连接端，该第一电连接端和该第二电连接端之间电性连接；
该第一电连接端和该第二电连接端之间通过形成可解除的卡扣实现机械连接，以将该基板与该第二电路板组装；
其中，使用者可根据实际感测精度的需要对该超声波感测器进行拆卸，通过解除该第一电连接端和该第二电连接端之间的卡扣，拆掉该导电连接单元，并重新电性连接新的导电连接单元。
2.如权利要求1所述的超声波感测器，其特征在于：每个导电连接单元电性连接的感应电极的数量相等。
3.如权利要求1所述的超声波感测器，其特征在于：每个导电连接单元至少覆盖并电性连接两个感应电极。
4.如权利要求1-3项任意一项所述的超声波感测器，其特征在于：该基板为柔性电路板。
5.如权利要求1所述的超声波感测器，其特征在于：该信号发送单元还包括第一电路板、设置于该电路板上的第一电极、发送压电层、第二电极，该第一电极、该发送压电层、该第二电极相互配合实现信号发送。
6.如权利要求1所述的超声波感测器，其特征在于：该第一电路板与第二电路板通过可拆卸的紧固件固定连接，可通过拆除该紧固件来调节该信号发送单元与该信号接收单元的相对设置。
7.如权利要求1-3项任意一项所述的超声波感测器，其特征在于：该信号发送单元与该信号接收单元之间设有绝缘层。
8.如权利要求7所述的超声波感测器，其特征在于：该绝缘层为弹性材料。
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