CN108549072B - 全角度传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全角度传感器及其制造方法，所述全角度传感器包括壳体和设置于壳体的超声波组件，所述超声波组件包括：基座，其至少部分收容于壳体；引脚，设有第一端以及由第一端延伸的第二端，第一端设于基座上并设于壳体内，第二端凸出于壳体外；振子，垂直设置于基座的上表面，且收容于壳体内部，包括分别与不同引脚导电连接且相互粘连的金属片和压电陶瓷片；至少两个谐振器，所述至少两个谐振器呈360度均匀分布连接于振子的不同侧面，用于将振子产生的振动向四周发射和/或接收振动并传递给所述振子。本发明所述全角度传感器，通过在振子不同侧面呈360度均匀分布谐振器，使所述全角度传感器可以360度发射或接收超声波。

Description

全角度传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种全角度传感器及其制造方法。
背景技术
超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器，其工作原理主要基于超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。由于超声波是振动频率高于20KHz的机械波，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点，因此超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
现有超声波传感器一般只能检测到120度范围以内的物体，在需要检测360度范围的物体时，就必须同时组合使用多个传感器，并将各传感器排布成不同角度，以实现全角度检测。此种组合应用方式，不仅成本较高、功率较大，而且占用空间较大、不利于产品的小型化，因此应用场合受到限制。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种可以360度发射或接收超声波的全角度传感器。
本发明还提出了一种360度发射或接收超声波的全角度传感器的制造方法。
本发明提供了一种全角度传感器，包括壳体和设置于所述壳体的超声波组件，所述超声波组件包括：基座，其至少部分收容于所述壳体；引脚，设有第一端以及由所述第一端延伸的第二端，所述第一端设于所述基座上并设于所述壳体内，所述第二端凸出于所述壳体外；振子，垂直设置于所述基座的上表面，且收容于所述壳体内部，包括分别与不同引脚导电连接且相互粘连的金属片和压电陶瓷片；至少两个谐振器，所述至少两个谐振器呈360度均匀分布连接于所述振子的不同侧面，用于将所述振子产生的振动向四周发射和/或接收振动并传递给所述振子。
优选的，所述压电陶瓷片为圆形压电陶瓷片或环形压电陶瓷片，其在与所述基座的连接处设有与所述基座上表面平行的切口。
优选的，所述谐振器设有两个，两所述谐振器背向设置，且与所述金属片和所述压电陶瓷片一一对应连接。
优选的，所述振子包括两压电陶瓷片和夹设于所述两压电陶瓷片之间的金属片，所述谐振器设有两个，两所述谐振器背向设置，且与两所述压电陶瓷片一一对应连接。
优选的，所述振子包括两金属片和夹设于所述两金属片之间的压电陶瓷片，所述谐振器设有两个，两所述谐振器背向设置，且与两所述金属片一一对应连接。
优选的，所述振子包括横截面为多边形的中空柱状金属片和围设于所述金属片外侧的多个压电陶瓷片，所述谐振器设有多个，与多个所述压电陶瓷片一一对应连接，且以所述金属片为核心呈放射式分布。
优选的，所述金属片的横截面为三角形，所述压电陶瓷片和所述谐振器均设有三个，分别设置于所述金属片的三个侧面。
优选的，所述金属片的横截面为矩形，所述压电陶瓷片和所述谐振器均设有四个，分别设置于所述金属片的四个侧面。
优选的，多个所述压电陶瓷片导电连接，所述引脚为两根且分别连接于所述金属片和所述压电陶瓷片。
优选的，所述基座上表面设有凸台，所述振子固定于所述凸台的上表面，所述引脚至少为两根且分别围设于所述凸台四周。
优选的，所述壳体镂空设置，罩设于所述基座上方且与所述基座相互固定。
本发明还提供了一种全角度传感器的制造方法，包括以下步骤：将金属片与压电陶瓷片相互叠置并粘接构成振子；在所述振子的不同侧面呈360度均匀分布连接谐振器；将设有谐振器的振子垂直固定于设有引脚的基座的上表面；将所述振子与所述引脚通过导线连接，组装成超声波组件；将壳体罩设于所述超声波组件，并将所述壳体与所述基座相互固定。
与现有技术相比，本发明所述全角度传感器及其制造方法至少具有以下有益效果：
(1)通过在振子不同侧面360度均匀分布谐振器，使单枚传感器具有全角度发射、接收超声波的功能，相对多个传感器组合实现全角度检测的方案，不仅节约材料及生产成本，而且功率较低有利于节约资源。
(2)通过在振子不同侧面360度均匀分布谐振器，使单枚传感器具有全角度发射、接收超声波的功能，相对多个传感器组合实现全角度检测的方案，占用空间较小、有利于产品的小型化，因此应用场景更加广泛。
(3)振子采用金属片和压电陶瓷片组合，且具有多种组合形式，针对具体振子形式围设谐振器，并使其辐射性分布，将360度范围均分成多种角度，可以供不同精确需求的选择使用。
(4)压电陶瓷片为圆形压电陶瓷片或环形压电陶瓷片，其在与基座的连接处设有与所述基座上表面平行的切口，有利于两者连接更稳定。
(5)在基座上表面设有凸台，并将振子垂直固定于所述凸台，使振子及谐振器凸出于基座底部，发射、接收信号不受遮挡，有利于信号检测的准确性，优化全角度传感器的性能。
(6)壳体镂空设置，使超声波信号的传输不受阻碍，同样可提高全角度传感器的性能。
本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一种实施例的全角度传感器的结构示意图；
图2为本发明第二种实施例的全角度传感器的超声波组件的结构示意图；
图3为本发明第三种实施例的全角度传感器的超声波组件的俯视图；
图4为本发明第四种实施例的全角度传感器的超声波组件的俯视图；
图5为本发明一种实施例全角度传感器制造方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本发明提供一种全角度传感器100，包括壳体1和设置于所述壳体1的超声波组件2。其中，所述超声波组件2包括：基座21、引脚22、振子23和谐振器24。
所述基座21为绝缘材质，其至少部分收容于所述壳体1。优选的，所述基座21上表面设有凸台211，所述凸台211设置于所述基座21上表面的中心位置，且所述凸台211的上表面与所述基座21除凸出部分以外部分的上表面平行，所述振子23垂直固定于所述凸台211的上表面。
所述引脚22为金属插针，至少为两根分别设置于所述凸台211的四周。所述引脚22穿设于所述基座21，设有第一端(未标号)以及由所述第一端延伸的第二端(未标号)，所述第一端设于所述基座21上并设于所述壳体1内，所述第二端凸出于所述壳体1外。
所述振子23收容于所述壳体1内部，垂直设置于所述基座21的上表面，两者可通过涂胶粘接。所述振子23包括分别与不同引脚22导电连接且相互粘连的金属片231和压电陶瓷片232。其中，所述振子23的金属片231和压电陶瓷片232可以均通过导线25焊接从而与所述引脚22导电连接，金属片231也可以与所述引脚22直接焊接。优选的，所述压电陶瓷片232为圆形压电陶瓷片或环形压电陶瓷片，其在与所述基座21的连接处设有与所述基座21上表面平行的切口，使两者连接更稳定。为实现所述振子23可360度传递或接收超声波信号，将其设置为与所述凸台211的上表面具有一定夹角，且所述夹角尽可能接近90°，本实施例中，所述振子23垂直所述凸台211的上表面设置，即所述夹角为90°。
所述谐振器24至少为两个，所述至少两个谐振器24呈360度均匀分布连接于所述振子23的不同侧面，用于将所述振子23产生的振动向四周发射或接收振动并传递给所述振子23。优选的，所述谐振器24呈喇叭形。
所述壳体1罩设于所述基座21上方且与所述基座21相互固定，各个面均设有通孔11使其呈镂空状，使超声波信号的传输不受阻碍。
如图1，作为第一种具体实施例，所述振子23包括叠置且相互粘连的金属片231和压电陶瓷片232，所述谐振器24设有两个，两所述谐振器24背向设置，且与所述金属片231和所述压电陶瓷片232一一对应连接。本实施例中，所述引脚22为两根分别穿设于所述凸台211的两侧，分别通过导线25连接所述金属片231和所述压电陶瓷片232。
请参照图2，作为第二种具体实施例，所述振子23'包括两压电陶瓷片232'和夹设于所述两压电陶瓷片232'之间的金属片231'，所述谐振器24设有两个，两所述谐振器24背向设置，且与两所述压电陶瓷片232'一一对应连接。本实施例中，所述两压电陶瓷片232'导电连接，所述引脚22为两根分别穿设于所述凸台211的两侧，分别通过导线25连接所述金属片231和所述压电陶瓷片232；其他实施例中，所述两压电陶瓷片232'不导电连接，所述引脚还可以为三根均匀分布围设于所述凸台211的四周，所述三根引脚用于分别所述金属片231'和所述两压电陶瓷片232'。
作为另一种实施例，未图示，所述振子包括两金属片和夹设于所述两金属片之间的压电陶瓷片，所述谐振器设有两个，两所述谐振器背向设置，且分别与两所述金属片一一对应连接。本实施例与第二种实施例的区别在于，金属片与压电陶瓷片的数量与位置的互换，其他与第二种实施例相同。
上述各实施例中，所述壳体1罩设于所述基座21上方，且设置为与所述基座21底部横截面相同的形状，通过在两者之间涂胶或挤压壳体1，使所述壳体1与所述基座21相互固定。
请参照图3和图4，所述振子23”、23”'包括横截面为多边形的中空柱状金属片231”、231”'和围设于所述金属片231”、231”'外侧的多个压电陶瓷片232”、232”'，所述谐振器24设有多个，分别与多个所述压电陶瓷片232”、232”'一一对应连接，且以所述金属片231”、231”'为核心呈放射式分布。优选的，所述中空柱状金属片231”、231”'可以采用金属板折叠成型，也可以采用金属一次拉伸成型。
请参照图3，作为第三种具体实施例，所述金属片231”的横截面为三角形，所述压电陶瓷片232”和所述谐振器24均为三个，分别设置于所述金属片231”的三个侧面。本实施例中，所述基座21及其凸台211均设为圆柱体，所述振子23”垂直固定于所述凸台211的中心。所述三个压电陶瓷片232”之间导电连接，所述引脚22为两根分别连接所述金属片231”和所述压电陶瓷片232”；在其他实施例中，所述引脚还可以为四根，所述三个压电陶瓷片232”之间不导电连接，所述四根引脚分别用于与所述金属片231”和所述三个压电陶瓷片232”连接；所述引脚还可以为其他数量，此时所述三个压电陶瓷片232”'之间部分导电连接。
请参照图4，作为第四种具体实施例，所述金属片231”'的横截面为矩形，所述压电陶瓷片232”'和所述谐振器24均为四个，分别设置于所述金属片231”'的四个侧面。同样的，本实施例中，所述基座21及其凸台211均设为圆柱体，所述振子23”'垂直固定于所述凸台211的中心。所述四个压电陶瓷片232”'之间导电连接，所述引脚22为两根分别连接所述金属片231”'和所述压电陶瓷片232”'；在其他实施例中，所述引脚还可以为五根，所述四个压电陶瓷片232”'之间不导电连接，所述五根引脚分别用于与所述金属片231”'和所述四个压电陶瓷片232”'连接；所述引脚还可以为其他数量，此时所述四个压电陶瓷片232”'之间部分导电连接。
此外，所述金属片还可以设置为截面为任意形状的正多边形，所述压电陶瓷片和所述谐振器均设置为与所述正多边形相同边数的数量，分别设置于所述金属片的各个侧面。
相应的，所述壳体1可设置为与所述基座21横截面相同的桶状，并在其各侧壁设有通孔11。在其他实施例中，所述基座21还可以设置成其他横截面形状的柱状(例如，与所述金属片相同形状的横截面)，同时所述壳体1与其配合设置，使两者可相互固定。
请参照图5，本发明还提供了一种全角度传感器的制造方法，包括以下步骤：
S101将金属片与压电陶瓷片相互叠置并粘接构成振子；
S102在所述振子的不同侧面呈360度均匀分布连接谐振器；
S103将设有谐振器的振子垂直固定于设有引脚的基座的上表面；
S104将所述振子与所述引脚通过导线连接，组装成超声波组件；
S105将壳体罩设于所述超声波组件，并将所述壳体与所述基座相互固定。
与现有技术相比，本发明所述全角度传感器及其制造方法具有以下优点：
(1)通过在振子不同侧面360度均匀分布谐振器，使单枚传感器具有全角度发射、接收超声波的功能，相对多个传感器组合实现全角度检测的方案，不仅节约材料及生产成本，而且功率较低有利于节约资源。
(2)通过在振子不同侧面360度均匀分布谐振器，使单枚传感器具有全角度发射、接收超声波的功能，相对多个传感器组合实现全角度检测的方案，占用空间较小、有利于产品的小型化，因此应用场景更加广泛。
(3)振子采用金属片和压电陶瓷片组合，且具有多种组合形式，针对具体振子形式围设谐振器，并使其辐射性分布，将360度范围均分成多种角度，可以供不同精确需求的选择使用。
(4)压电陶瓷片为圆形压电陶瓷片或环形压电陶瓷片，其在与基座的连接处设有与所述基座上表面平行的切口，有利于两者连接更稳定。
(5)在基座上表面设有凸台，并将振子垂直固定于所述凸台，使振子及谐振器凸出于基座底部，发射、接收信号不受遮挡，有利于信号检测的准确性，优化全角度传感器的性能。
(6)壳体镂空设置，使超声波信号的传输不受阻碍，同样可提高全角度传感器的性能。
以上对本发明所提供的一些实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种全角度传感器，包括壳体和设置于所述壳体的超声波组件，其特征在于，所述超声波组件包括：
基座，其至少部分收容于所述壳体；
引脚，设有第一端以及由所述第一端延伸的第二端，所述第一端设于所述基座上并设于所述壳体内，所述第二端凸出于所述壳体外；
振子，垂直设置于所述基座的上表面，且收容于所述壳体内部，包括分别与不同引脚导电连接且相互粘连的金属片和压电陶瓷片；所述压电陶瓷片为圆形压电陶瓷片或环形压电陶瓷片，其在与所述基座的连接处设有与所述基座上表面平行的切口；所述振子中的压电陶瓷片分别通过单个所述引脚导电连接，或者与其他压电陶瓷片至少部分导电连接之后再与所述引脚导电连接；
至少两个谐振器，所述至少两个谐振器呈360度均匀分布连接于所述振子的不同侧面，用于将所述振子产生的振动向四周发射和/或接收振动并传递给所述振子。
2.根据权利要求1所述的全角度传感器，其特征在于，所述谐振器设有两个，两所述谐振器背向设置，且与所述金属片和所述压电陶瓷片一一对应连接。
3.根据权利要求1所述的全角度传感器，其特征在于，所述振子包括两压电陶瓷片和夹设于所述两压电陶瓷片之间的金属片，所述谐振器设有两个，两所述谐振器背向设置，且与两所述压电陶瓷片一一对应连接。
4.根据权利要求1所述的全角度传感器，其特征在于，所述振子包括两金属片和夹设于所述两金属片之间的压电陶瓷片，所述谐振器设有两个，两所述谐振器背向设置，且与两所述金属片一一对应连接。
5.根据权利要求1所述的全角度传感器，其特征在于，所述振子包括横截面为多边形的中空柱状金属片和围设于所述金属片外侧的多个压电陶瓷片，所述谐振器设有多个，与多个所述压电陶瓷片一一对应连接，且以所述金属片为核心呈放射式分布。
6.根据权利要求5所述的全角度传感器，其特征在于，所述金属片的横截面为三角形，所述压电陶瓷片和所述谐振器均设有三个，分别设置于所述金属片的三个侧面。
7.根据权利要求5所述的全角度传感器，其特征在于，所述金属片的横截面为矩形，所述压电陶瓷片和所述谐振器均设有四个，分别设置于所述金属片的四个侧面。
8.根据权利要求5所述的全角度传感器，其特征在于，多个所述压电陶瓷片导电连接，所述引脚为两根且分别连接于所述金属片和所述压电陶瓷片。
9.根据权利要求 1至8中任意一项所述的全角度传感器，其特征在于，所述基座上表面设有凸台，所述振子固定于所述凸台的上表面，所述引脚至少为两根且分别围设于所述凸台四周。
10.根据权利要求9所述的全角度传感器，其特征在于，所述壳体镂空设置，罩设于所述基座上方且与所述基座相互固定。
11.一种基于权利要求1至10任意一项所述的全角度传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将金属片与压电陶瓷片相互叠置并粘接构成振子；
在所述振子的不同侧面呈360度均匀分布连接谐振器；
将设有谐振器的振子垂直固定于设有引脚的基座的上表面；
将所述振子与所述引脚通过导线连接，组装成超声波组件；
将壳体罩设于所述超声波组件，并将所述壳体与所述基座相互固定。
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