CN106872583B - 超声波感测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声波感测器，其包括两个支架部和固定于所述两个支架部的感测单元，所述两个支架部转动连接；该感测单元包括一柔性电路板及形成于该柔性电路板上且位于该柔性电路板同一侧的一超声波信号发送单元和一超声波信号接收单元，该超声波信号发送单元和该超声波信号接收单元分别位于一支架部上，该超声波信号发送单元和该超声波信号接收单元通过所述两个支架部的相对转动而发生相对转动。

Description

超声波感测器
技术领域
本发明涉及超声波感测领域，尤其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单元与信号接收单元，信号发送单元发送超声波，信号发送单元发送的发射波经被测物反射，信号接收单元接收该反射回的超声波并形成对应被测物的感测信号。现有的超声波感测器的信号发送单元与信号接收单元多为层叠结构，且二者之间的相对位置无法改变，对超声波感测器的精度造成了限制。
发明内容
鉴于以上内容，本发明提供一种超声波感测器。
一种超声波感测器，其包括两个支架部和固定于所述两个支架部的感测单元，所述两个支架部转动连接；该感测单元包括一柔性电路板及形成于该柔性电路板上且位于该柔性电路板同一侧的一超声波信号发送单元和一超声波信号接收单元，该超声波信号发送单元和该超声波信号接收单元分别位于一支架部上，该超声波信号发送单元和该超声波信号接收单元通过所述两个支架部的相对转动而发生相对转动。
本发明的超声波感测器的超声波信号发送单元和超声波信号接收单元形成于柔性电路板的同一侧，且二者之间的角度和距离可以通过两个转动连接支架部进行调节，使用者可以通过调整信号发送单元与信号接收单元之间的夹角及距离来获得更强的接收波信号，从而提高超声波感测器的感测精度。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的超声波感测器的平面俯视图。
图2为图1中支架的结构示意图。
图3为本发明另一实施例的支架的结构示意图。
图4为图1所示超声波感测器沿IV-IV剖面线剖开的剖面示意图。
图5为图1中信号发送单元和信号接收单元互为夹角θ的结构示意图。
图6为图1中超声波感测器的工作原理示意图。
主要元件符号说明
Figure GDA0002275641140000021
Figure GDA0002275641140000031
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
以下通过具体实施例配合附图进行详细说明。
请一并参阅图1和图2，图1为本发明超声波感测器1展开状态下的平面俯视图，该超声波感测器1包括一可折叠支架11及固定于该支架11上的感测单元10。请参阅图2，图2为图1中支架的结构示意图。该支架11包括两个转动连接的支架部112，即，两个支架部112可相对折叠和展开，从而所述两个支架部112之间的夹角及距离可以进行调节。在本实施例中，该支架还包括连接所述两个支架部112的铰链111，所述两个支架部112通过该铰链111可发生相对转动。所述每一个支架部112可为U型框状或平板状。本实施例中，每一个支架部112为U型框状，铰链111的数量为两个，分别设置于所述两个支架部112的两个连接处。该感测单元10设置于两个支架部112配合围设的容置空间内，即，两个支架部112围绕该感测单元10设置；且该感测单元10与所述两个支架部112之间通过粘合剂(图未示)进行固定。在其它实施例中，该支架11可有其它结构，并采用其它方式与该感测单元10固定。请参阅图3，图3为本发明另一实施例的支架的结构示意图。所述两个支架部112上开设卡槽110，该感测单元10通过嵌入该卡槽110内与该支架11固定。
请一并参阅图1与图4，图4为图1中超声波感测器沿IV-IV剖面线剖开的剖面示意图。该感测单元10包括一柔性电路板12，该柔性电路板12固定于所述两个支架部112上。该感测单元10还包括一信号发送单元13和一信号接收单元14，该信号发送单元13为超声波信号发送单元，该信号接收单元14为超声波信号接收单元，该信号发送单元13和信号接收单元14均形成于该柔性电路板12上，且位于该柔性电路板12的同一侧。该信号发送单元13和信号接收单元14分别位于所述两个支架部112上，该信号发送单元13和信号接收单元14可通过所述两个支架部112的相对转动而发生相对转动，从而该信号发送单元13和信号接收单元14之间的角度及距离可以进行调节。请参阅图5，图5为该信号发送单元13和信号接收单元14形成一小于180度的夹角θ的结构示意图。
请再参阅图4，具体地，该柔性电路板12对应于该信号发送单元13和信号接收单元14分区设计，该柔性电路板12在对应该信号发送单元13处设有控制电路(图未示)，该控制电路包括感测电极120，该感测电极120用于感应接收压电层102上的感应电荷并将其输入该控制电路。为保证该感测电极120能有效收集电荷，该粘胶层15的方块电阻小于150Ω/sq，介电常数小于5F/m。该柔性电路板12在对应该信号接收单元14处设有参考电极121，为该信号接收单元14提供参考电位。在本实施例中，该柔性电路板12为柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)。在其它实施例中，所述柔性电路板12也可为柔性薄膜晶体管(Thin-film transistor,TFT)基板。
该信号发送单元13包括层叠设置于该柔性电路板12上的发送压电层101和第一电极层201，其中该发送压电层101更靠近该柔性电路板12，该第一电极层201与该参考电极121之间形成电势差并作用于该发送压电层101上使其产生超声波信号，该参考电极121的电位可设为接地电位。该信号接收单元14包括层叠设置于该柔性电路板12上的接收压电层102和第二电极层202，其中该接收压电层102更靠近该该柔性电路板12。该发送压电层101与接收压电层102均通过一粘胶层15与该柔性电路板12之间进行贴合。
该信号接收单元14与信号发送单元13具有不同的结构，主要体现在该信号接收单元14包括多个互相独立的信号接收子单元140。具体地，该第二电极层202为一不连续的层，其包括间隔排布的多个电极单元2021，每个电极单元2021彼此绝缘设置并且分别进行电连接和电控制，这种结构有利于独立控制每个电极单元2021。该接收压电层102为一不连续的层，其包括多个压电单元1021，每个压电单元1021与一个电极单元2021对应设置，每个压电单元1021和与之对应的电极单元2021构成一个信号接收子单元140。每个信号接收子单元140与一个感测电极120对应设置，每个信号接收子单元140独立接收超声波信号并产生感应电荷。
该发送压电层101和接收压电层102的材料均为压电材料，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。优选地，该发送压电层101的材料为PZT，因为PZT压电材料的声波发射能力较强，可获得更强的发送超声波信号；该接收压电层102的材料为PVDF，因为PVDF压电材料的声波吸收特性较好，可获得更强的接收超声波信号。该发送压电层101和接收压电层102均形成于该柔性电路板12上，同时工作，互相独立。
该第一电极层201和第二电极层202的材料为导电金属材料，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 nanowire，ANW)以及石墨烯(graphene)中的一种或化合物，但不以此为限。该第一电极层201和第二电极层202彼此绝缘，可在一道工艺中形成。
在实际应用中，该超声波感测器1还可包括两层保护层(图未示)，所述两层保护层分别覆盖于该柔性电路板12的相对两侧，其中一个保护层覆盖该柔性电路板12远离该信号发送单元13和信号接收单元14的一侧，另一个保护层覆盖信号发送单元13和信号接收单元14。所述两层保护层具有柔性，能配合该超声波感测器1的折叠和展开，并起到进一步将该感测单元10与该支架11固定的作用。所述两层保护层可均为柔性贴布。
使用该超声波感测器1时，以应用于生物医学领域为例，具体地，以感测人体心脏跳动为例，将该超声波感测器1贴附至人体胸口对应心脏位置所在的部位，外部电路(图未示)给该第一电极层201提供电信号，使该第一电极层201与该参考电极121之间形成电场，，该发送压电层101在该电场作用下产生超声波，该超声波信号穿到达人体皮肤表面或皮下组织并被反射形成反射信号，该反射信号被该接收压电层102接收，该接收压电层102在该反射超声波信号的作用下产生电荷，柔性电路板12上的感测电极120感应该电荷并将其输入至控制电路，该控制电路放大所述电荷形成输出电信号发送至外部电路。由于在心脏跳动与心脏跳动间隙，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。外部电路通过该柔性电路板12输出的电信号可计算出心脏跳动频率，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)。该显示终端可集成在该超声波感测器1上。所述人体指标信息可通过无线方式或者数据线传输方式发送至用户的智能手机、手表等终端装置。
请参阅图6，图6为该超声波感测器1的工作原理示意图。该信号发送单元13发送的发射超声波103与该信号接收单元14接收到的接收超声波104之间的夹角β可以对该接收超声波104的强度造成影响。可通过调节该信号发送单元13和信号接收单元14的夹角θ来调节该夹角β，从而增大接收超声波104的强度。
此外，本发明的超声波感测器1中的信号发送单元13和信号接收单元14位于该柔性电路板12的同一侧，互相不在彼此的超声波传输路径上，相较于现有技术中信号发送单元与信号接收单元层叠设计的超声波感测器，降低了超声波信号传输过程中的衰减。
以上已描述本发明的代表实施例，但本领域技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更与修改。倘若这些变更与修改属于本发明权利要求极其等同技术范围，则本发明也意图包含这些变更与修改。

Claims (9)

1.一种超声波感测器，其特征在于：该超声波感测器包括两个支架部和固定于所述两个支架部的感测单元，所述两个支架部转动连接；该感测单元包括一柔性电路板及形成于该柔性电路板上且位于该柔性电路板同一侧的一超声波信号发送单元和一超声波信号接收单元，该超声波信号发送单元和该超声波信号接收单元分别位于一支架部上，该超声波信号发送单元和该超声波信号接收单元通过所述两个支架部的相对转动而发生相对转动；
所述支架部还包括连接所述两个支架部的铰链，所述两个支架部通过所述铰链可发生相对转动；
每一个支架部为U型框状，每一个支架部上开设卡槽，感测单元通过嵌入该卡槽内且通过粘合剂与所述两个支架部进行固定。
2.如权利要求1所述的超声波感测器，其特征在于：该超声波信号发送单元包括层叠设置于柔性电路板上的发送压电层和第一电极层，该发送压电层更靠近该柔性电路板；该超声波信号接收单元包括层叠设置于柔性电路板上的接收压电层和第二电极层，该接收压电层更靠近该柔性电路板。
3.如权利要求2所述的超声波感测器，其特征在于：该第二电极层包括多个互相绝缘的电极单元，该接收压电层包括多个压电单元，每一电极单元与一个压电单元对应设置，构成一个信号接收子单元。
4.如权利要求3所述的超声波感测器，其特征在于：每个电极单元分别进行电控制。
5.如权利要求2所述的超声波感测器，其特征在于：该发送压电层的材料为锆钛酸铅压电陶瓷，该接收压电层的材料为聚二氟亚乙烯。
6.如权利要求2所述的超声波感测器，其特征在于：该发送压电层和接收压电层均通过一粘胶层与该柔性电路板贴合。
7.如权利要求2所述的超声波感测器，其特征在于：所述柔性电路板上设有控制电路，该控制电路包括感测电极，该感测电极用于感应该接收压电层的感应电荷并将其输入该控制电路。
8.如权利要求1所述的超声波感测器，其特征在于：该柔性电路板为柔性印刷电路板或者柔性薄膜晶体管基板。
9.如权利要求1所述的超声波感测器，其特征在于：该超声波感测器还包括两层保护层，所述两层保护层分别覆盖于该柔性电路板的相对两侧，其中一个保护层覆盖该柔性电路板远离该信号发送单元和信号接收单元的一侧，另一个保护层覆盖该信号发送单元和信号接收单元。
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