CN107667540B - 用于发送与接收声学信号的声学传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电声转换器和导电线(4)的声学传感器(1)。所述电声转换器包括板形转换器元件(2)，所述转换器元件设置成如果其受电信号激励则发送声学信号。所述电声转换器此外包括第一接通部(3)，所述第一接通部如此布置在所述板形转换器元件(2)的表面的至少一个上，使所述第一接通部具有至少一个部分，所述部分以所述板形转换器元件(2)的第一或第二表面(2a、2b)的外圆周齐平地终止，或者所述部分至少部分地延伸到所述板形转换器元件(2)的第一或第二表面(2a、2b)的外圆周之外。所述导电线(4)具有接通区域(5)，所述接通区域与所述第一接通部(3)的外圆周处于接触，其中，所述导电线(4)的接通区域(5)布置在通过所述第一表面(2a)定义的平面中与电声转换器重叠的区域之外。

Description

用于发送与接收声学信号的声学传感器

技术领域

本发明涉及一种声学传感器。

背景技术

声学传感器的构造——尤其在超声波传感技术的领域内——有时非常复杂且因此开销高。有时在声学传感器中使用压电陶瓷片作为电声转换器元件。压电陶瓷片通过两条导线接通，其中，一条导线在压电陶瓷片的上侧上而一条导线在压电陶瓷片的下侧上分别与压电陶瓷片焊接，以便将压电陶瓷片电接通。这大多在压电陶瓷片被粘接到声学传感器的壳体(通常由铝构成的罐状形体)中之前实现。在此，此外，将所述两条导线与所属的操控电子部件连接是必要的，所述操控电子部件通常处于声学传感器内的印制电路板上。在此，将声学传感器的所有构件在所述罐状形体中铺设和接通是开销非常高的。因此，确定声学传感器的如下最小结构尺寸：所述最下结构尺寸必须足够大，以便铺设所有构件和其接通部。

DE102004022838A1、DE102006038597A1和DE3103357A1公开一种声学传感器，在所述声学传感器中电声转换器元件放置在印制电路板上。

发明内容

根据本发明的声学传感器包括电声转换器和导电线，所述导电线设置用于传送电信号。电声转换器包括板形转换器元件，所述转换器元件设置成如果其受电信号激励则发送声学信号和/或如果其受声学信号激励则发送电信号。板形转换器元件包括第一表面，第二表面以及第三表面，所述第二表面与第一表面平行地布置在板形转换器元件的与第一表面相对置的一侧上，所述第三表面将转换器元件的第一表面与转换器元件的第二表面连接。此外，电声转换器包括第一接通部，所述第一接通部如此布置在板形转换器元件的表面的至少一个上，使得第一接通部具有如下至少一个部分：所述至少一个部分与板形转换器元件的第一或第二表面的外圆周齐平地终止，或者至少部分地在板形转换器元件的第一或第二表面的外圆周之外延伸。导电线具有接通区域，所述接通区域与第一接通部的外圆周处于接触，其中，导电线的接通区域在通过第一表面定义的平面中布置在与电声转换器重叠的区域之外。能够实现电声转换器的侧向接通。

因此，能够实现声学传感器的特别平的结构。由于电声转换器的侧向接通，将第一接通部从第一表面引导到第二表面或将第一接通部从第二表面引导到第一表面是不必要的，由此又避免，在板形转换器元件的相对置的面上存在相同的电位，由此扩大板形转换器元件的激活面。此外，实现声学传感器中的电声转换器的侧向稳定，因为电声转换器通过导电线来保持。第一接通部在电声转换器的定位的情况下用作侧向止挡部(Anschlag)。

从属权利要求示出本发明的优选扩展方案。

有利的是，所述导电线是印制导线(Leiterbahn)。印制导线是施加在所属表面上并且沿所述表面延伸的导电线。以这种方式能够实现电声传感器的特别平的结构。导电线的附加的绝缘可以放弃。

也有利的是，声学传感器包括膜片并且电声转换器布置在膜片的表面上。以这种方式能够实现板形转换器元件的自由振动，其中，同时由膜片支撑所述板形转换器元件，以便防止板形转换器元件的断裂。

也有利的是，导电线布置在膜片上。以这种方式，导电线随膜片振动，并且保证在导电线与电声转换器之间的可靠接通。

此外有利的是，声学传感器包括印制电路板。这能够实现声学传感器的电子部件的简单的且可靠的布置。

此外是有利的是，导电线布置在印制电路板上。这能够实现声学传感器特别简单的构造，其中，尤其保证电声转换器与印制电路板上的所属的电子部件之间的电连接。

也有利的是，电声转换器放置在印制电路板上。以这种方式可以以简单的方式实现电声转换器在声学传感器内的正确布置。此外能够实现声学传感器特别平的(flach)结构。

有利的是，印制电路板与通过第一表面定义的平面平行，并且具有至少一个裂缝，所述裂缝处于印制电路板的与电声转换器重叠的区域内。因此能够实现板形转换器元件的自由振动。通过印制电路板使声学信号的衰减最小化，并且因此优化声学传感器的敏感度或者发送强度。

也有利的是，印制电路板具有具有下沉部的印制电路板表面，并且电声转换器至少部分地布置在所述下沉部内。因此能够实现声学传感器的特别平的结构。此外实现声学传感器中的电声转换器的特别高效的稳定。

此外有利的是，第一接通部延伸到电声转换器的整个第一表面上方，并且电声转换器由导电层包围，所述导电层在通过第一表面定义的平面中延伸。因此可以实现封闭的导电表面，所述表面保护声学传感器免受电磁辐射的影响。

同样有利的是，接通区域布置在与板形转换器元件共同的平面中。由此能够实现声学传感器特别平的结构。

所述声学传感器尤其是声学传感器，所述声学传感器设置用于发送和/或接收200kHz以下、尤其在50kHz以下的频率范围内的声学信号。所述声学传感器尤其是超声传感器。

附图说明

以下参考附图详细描述本发明的实施例。在附图中：

图1：根据本发明的第一实施方式的声学传感器的横截面；

图2：根据本发明的第二实施方式的声学传感器的横截面；

图3：根据本发明的第三实施方式的声学传感器的横截面；

图4：根据本发明的第四实施方式的声学传感器的横截面；

图5：根据本发明的第五实施方式的声学传感器的横截面。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施方式的声学传感器1。

所述声学传感器1包括板形转换器元件2，所述转换器元件设置成如果其受电信号激励则发送声学信号并且如果其受声学信号激励则发送电信号。在所述第一实施方式中，板形转换器元件2是圆片形压电元件。板形转换器元件2包括第一表面2a、第二表面2b以及第三表面2c，所述第二表面与第一表面2a平行地布置在板形转换器元件的与第一表面2a相对置的一侧上，所述第三表面将第一表面2a与转换器元件2的第二表面2b连接。在所述第一实施方式中，第一表面2a是圆形表面，所述表面在图1中示出的板形转换器元件2的布置的情况下处于上面。第二表面2b是电声转换器2的圆形表面，所述表面在图1中示出的板形转换器元件2的布置的情况下处于下面。转换器元件2的第三表面是圆片形的、板形的转换器元件2的非圆形表面。

在板形转换器元件2上布置有第一接通部3和第二接通部13。第一接通部3和第二接通部13由导电材料构成。

第一接通部3延伸到第二表面2b的部分区域和第三表面2c的部分区域上方。在此，第一接通部3覆盖第二表面2b的最大部分。第一接通部3因此布置在板形转换器元件2的第二表面2b和第三表面2c上。因为第一接通部3越过第二表面2b向外延伸，即具有在图1中处于板形转换器元件2的左侧旁边的部分，所以第一接通部3部分地延伸到第一和第二表面2a、2b的外圆周之外。

第二接通部13延伸到第一表面2a的部分区域和第三表面2c的另一部分区域上方，所述第三表面2c的另一部分区域与第三表面2c的布置有第一接通部3的部分区域不同。在此，第二接通部13覆盖第一表面2a的最大部分。因此，第二接通部13布置在板形转换器元件2的第一表面2a和第三表面2c上。因为第二接通部13越过第二表面2b向外延伸，即具有在图1中处于板形转换器元件2的右侧旁边的部分，所以第二接通部13部分地延伸到第一和第二表面2a、2b的外圆周之外。

板形转换元件2、第一接通部3和第二接通部13共同构成电声转换器。电声转换器在通过第一表面2a定义的平面中延伸到区域6上方。

声学传感器1包括膜片7。电声转换器布置在膜片7的表面上。膜片7与板形转换器元件2的第一表面2a平行地延伸。在此，第二接通部13以面向板形转换器元件2的表面与膜片7处于接触。电声转换器与膜片7粘接。第一印制导线4和第二印制导线14沿膜片7的处于电声转换器的侧上的表面延伸。

在第一印制导线4和膜片7之间布置有绝缘体10。第一印制导线4具有第一接通区域5，所述第一接通区域5与电声转换器3的外圆周处于接触，所述外圆周在所述位置通过第一接通部3构造。因此能够实现，电信号通过第一印制导线4和第一接通部3流向板形转换器元件2。如果观察通过第一表面2a定义的平面——所述平面在图1中从左向右延伸，则第一印制导线4的第一接通区域5布置在与电声转换器重叠的区域6之外。然而，为了能够实现第一接通部3与第一印制导线4之间的接通，第一接通区域5在与第一表面垂直的方向上与电声转换器重叠。根据图1电声转换器由此侧向地(在此从左边)接通。

在第二印制导线14与膜片7之间不布置绝缘体10。第二印制导线14具有第二接通区域15，所述第二接通区域与电声转换器3的外圆周处于接触，所述外圆周在所述位置通过第二接通部13构造。因此能够实现，电信号通过第二印制导线14和第二接通部13流向板形转换器元件2。如果观察通过第一表面2a定义的平面，则第二印制导线14的第二接通区域15布置在与电声转换器重叠的区域6之外。然而，为了能够实现第二接通部13与第二印制导线14之间的接通，第二接通区域15在与第一表面2a垂直的方向上与电声转换器重叠。根据图1电声转换器由此侧向地(在此从右边)接通。

第一印制导线4和第二印制导线146与如下电子部件耦合：通过所述电子部件可以产生电信号，所述电子部件将板形转换器元件2在发送阶段中激励至振动。此外，所述电路设置用于处理如下电信号：如果所述板形转换器元件通过声学信号激励至振动，通过板形转换器元件在接收阶段中产生所述电信号。

图2示出根据本发明的第二实施方式的声学传感器1。第二实施方式的电声转换器1相应于第一实施方式的电声转换器1，其中，第二实施方式的电声转换器仅包括板形转换器元件2和第一接通部3，但不包括第二接通部13。在第二实施方式中，电声转换器也布置在膜片7上。在此，板形转换器元件2的第一表面2a整面地与膜片7处于接触。膜片7能导电或在电声转换器的侧上具有能导电的涂平面。

此外，沿膜片7的处于电声转换器的侧上的表面布置有印制电路板8。膜片7的表面的布置有印制电路板8的区域不与膜片7的表面的布置有电声转换器的区域相交。因此，印制电路板8在通过第一表面2a定义的平面中布置在与电声转换器重叠的区域6之外。印制电路板8具有比电声转换器的厚度小的厚度。在印制电路板8上布置有第一印制导线4。第一印制导线4布置在印制电路板8的背向膜片7的侧上。第一印制导线4延伸直至印制电路板8的铺设在电声转换器的侧上的边沿区域并且与印制电路板8齐平地终止(abschlieβen)。因此，印制电路板8且因此第一印制导线4的第一接通区域5在此直接邻接第一接通部3。因为第一接通部3和第一印制导线4直接互相邻接，在这些元件之间存在电接通。

板形转换器元件2的激励或电信号的传递——如果板形转换器元件2受声学信号激励——相应于本发明的第一实施方式来实现。然而，因为电声转换器不具有第二接通部，第二接通部13的任务由能导电的膜片7或膜片7的能导电的涂平面承担。

图3示出根据本发明的第三实施方式的声学传感器1的横截面。电声转换器在此相应于第一实施方式的电声转换器。电声转换器相应于第一实施方式地布置在膜片7处。

在所述第三实施方式中，印制电路板8同样与板形转换器元件2的第一表面2a平行地布置，然而印制电路板8从膜片7的视角处于电声转换器后面的平面中。第一印制导线4和第二印制导线14布置在印制电路板8上。在此，第一印制导线4和第二印制导线14布置在印制电路板8面向电声转换器的侧上。电声转换器以第一接通部3放置在第一印制导线4上。此外，电声转换器以板形转换器元件2的不由第一接通部3覆盖的部分区域放置在第二印制导线14上。在所述第三实施方式中也实现电声转换器的侧向接通。这通过第一焊接处11a实现，所述第一焊接处11a在本发明的所述第三实施方式中构成导电线4，所述导电线与第一接通部3的外圆周处于接触。相应地，第二焊接处11b构成第二导电线，所述第二导电线与第二接通部13的外圆周处于接触。

此外，印制电路板8具有通孔12，所述通孔将印制电路板8的面向膜片7的侧与印制电路板8的背向膜片8的侧连接。通孔12处于印制电路板8的如下区域中：所述区域从电声转换器看由膜片7覆盖。以这种方式能够实现电声转换器与膜片7共同的自由振动。

图4示出根据本发明的第四实施方式的声学传感器1的横截面。第四实施方式的电声转换器相应于第一和第三实施方式的电声转换器。第四实施方式的电声转换器相应于第一和第三实施方式地布置在膜片7处。

根据第四实施方式的声学转换器1同样包括印制电路板8。然而，在所述第四实施方式中，印制电路板8具有下沉部(Senke)并且电声转换器至少部分地布置在所述下沉部中。根据本发明的导电线——所述导电线与第一接通部3的外圆周处于接触——也如本发明的第一和第二实施方式中通过第一印制导线4构造。

印制电路板8与膜片7平行地布置并且处于膜片7与电声转换器相同的侧上。处于膜片7的侧上的印制电路板8的表面在电声转换器所在的区域内下沉。印制电路板8如此布置，使得电声转换器以其背向膜片7的侧处于下沉部9中。电声转换器因此完全或仅部分地下沉到印制电路板8中。

第一印制导线4在印制电路板8的表面上的下沉部之外延伸并且跟随印制电路板的表面8进入到下沉部9中。印制导线4在达到下沉部最低点的位置处结束。由此仅下沉部的边沿区域由所述印制导线4覆盖。在下沉部9的相对置的一侧上以相应的方式布置有第二印制导线14。需要注意的是，下沉部9如此定尺寸，使得除了电声转换器之外在所述位置也找到第一印制导线4和第二印制导线14的接通区域。电声转换器如此布置在下沉部9中，使得第一接通部3与第一印制导线4处于接触并且第二接通部13与第二印制导线14处于接触。与第三实施方式类似，印制电路板8具有从膜片7的视角由电声转换器覆盖的裂缝(Durchbruch)。

因此，第一接通区域5和第二接通区域15布置在与板形转换器元件2共同的平面中。

图5示出根据本发明的第五实施方式的声学传感器1。第五实施方式的板形转换器元件2相应于第一到第四实施方式的板形转换器元件2。

在板形转换器元件2上布置有第一接通部3和第二接通部13。在所述第五实施方式中，第一接通部3延伸到整个第一表面2a和第三表面2c的部分区域上方。第二接通部13延伸第二表面2b的部分区域和第三表面2c的另一部分区域上方，所述另一部分区域与第三表面2c的布置有第一接通部13的部分区域不同。第一接通部3与第二接通部13不处于接触。

板形转换器元件2、第一接通部3和第二接通部13共同构成电声转换器。电声转换器在通过第一表面2a定义的平面中延伸到区域6上方。电声转换器布置在膜片7的表面上。在此，第一接通部3以背向板形转换器元件2的表面与膜片7处于接触。

在所述第五实施方式中，声学传感器1包括印制电路板8，所述印制电路板与板形转换器元件2处于共同的平面中。为此，印制电路板8在印制电路板的铺设在膜片7的侧上的侧与印制电路板的背向膜片7的侧之间具有通孔12。通孔12相应于电声转换器2的圆周来实施，并且电声转换器精确匹配地或以小的间隙布置在通孔12中。因此，印制电路板8在区域6之外延伸。

印制电路板8的铺设在膜片7的侧上的侧完全以导电层覆盖。在印制电路板8上布置有第一印制导线4。第一印制导线4布置在印制电路板8的背向膜片7的侧上。借助于通孔17在第一印制导线4和导电层16之间存在导电连接。第一印制导线4延伸直至印制电路板8的铺设在电声转换器的侧上的边沿区域并且与印制电路板8齐平地终止。印制电路板8且因此第一印制导线4在此直接邻接第一接通部3。第一接通部3和第一印制导线4在所述位置互相焊接。因此，在所述实施方式的接通区域5中，在第一接通部3和第一印制导线4之间存在电接通。

此外，在印制电路板8上布置有第二印制导线14。第二印制导线14同样布置在印制电路板8的背向膜片7的侧上。第二印制导线14延伸直至印制电路板8的铺设在电声转换器的侧上的边沿区域并且与印制电路板8齐平地终止。印制电路板8和第二印制导线14在此直接邻接第二接通部13。第二接通部13和第二印制导线14在所述位置互相焊接。因此，在所述实施方式的接通区域15中，在第二接通部13和第二印制导线14之间存在电接通。

因此得出，导电层16与第一接通部3共同得出一般的导电面，所述导电面沿膜片7延伸。仅在电声转换器邻接印制电路板8的区域中可能出现小的缝隙，因为第一接通区域5和第二接通区域15布置在印制电路板8的背向膜片7的侧上。因此，建立保护层，所述保护层保护声学传感器1免受从膜片7的侧射入到声学传感器的电磁辐射的影响。在此，尤其有利的是，第一印制导线与导电层16共同处于接地电位上。

在所有实施方式中，膜片7可以可选地具有减薄部18，所述减薄部如此延伸经过膜片7的表面，使得所述减薄部环绕电声转换器。因此，膜片的衰减降低，并且声学传感器1的效率提升。指明的是，其他连接同样可以代替所述实施方式中描述的焊接来实施。示例性的替代方案例如是接合连接或焊接连接。

Claims (8)

1.一种声学传感器(1)，其包括：

-电声转换器，所述电声转换器包括：

·板形转换器元件(2)，其设置成如果其受电信号激励则发送声学信号和/或如果其受声学信号激励则发送电信号，所述转换器元件包括：

-第一表面(2a)，

-第二表面(2b)，其与所述第一表面(2a)平行地布置在所述板形转换器元件(2)的与所述第一表面(2a)相对置的一侧上，以及

-第三表面(2c)，其将所述第一表面(2a)与所述转换器元件(2)的第二表面(2b)连接，

·第一接通部(3)，其如此布置在所述板形转换器元件(2)的表面(2a，2b，2c)中的至少一个上，使得所述第一接通部具有如下至少一个部分：所述至少一个部分与所述板形转换器元件(2)的第一或第二表面(2a，2b)的外圆周齐平地终止，或者至少部分地在所述板形转换器元件(2)的所述第一或第二表面(2a，2b)的外圆周之外延伸，以及

-导电线(4)，所述导电线设置用于传导所述电信号，所述导电线(4)是印制导线，

-其中，所述导电线(4)具有接通区域(5)，所述接通区域与所述第一接通部(3)的外圆周接触，其中，所述导电线(4)的接通区域(5)在通过所述第一表面(2a)定义的平面中布置在与所述电声转换器重叠的区域(6)之外，

其特征在于，

所述声学传感器(1)包括印制电路板(8)，并且所述导电线(5)布置在所述印制电路板(8)上，其中，所述印制电路板(8)与所述板形转换器元件(2)的第一表面(2a)平行地布置，其中，所述印制电路板(8)与所述板形转换器元件(2)处于共同的平面中。

2.根据权利要求1所述的声学传感器(1)，其特征在于，所述声学传感器(1)包括膜片(7)，并且所述电声转换器布置在所述膜片(7)的表面上。

3.根据权利要求2所述的声学传感器(1)，其特征在于，所述导电线(5)布置在所述膜片(7)上。

4.根据权利要求1所述的声学传感器(1)，其特征在于，所述电声转换器(2)放置在所述印制电路板上。

5.根据权利要求1或4所述的声学传感器(1)，其特征在于，所述印制电路板(8)与通过所述第一表面(2a)定义的平面平行并且具有至少一个通孔(12)，所述通孔处于所述印制电路板(8)的与所述电声转换器重叠的区域内。

6.根据权利要求1或4所述的声学传感器(1)，其特征在于，所述印制电路板(8)具有具有下沉部(9)的印制电路板表面，并且所述电声转换器至少部分地布置在所述下沉部(9)内。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的声学传感器(1)，其特征在于，所述第一接通部(3)延伸到所述电声转换器(2)的整个第一表面(2a)上方，并且所述电声转换器(2)由导电层(16)包围，所述导电层在通过所述第一表面(2a)定义的平面中延伸。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的声学传感器(1)，其特征在于，所述接通区域(5)布置在与所述板形转换器元件(2)共同的平面中。

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