CN111226444A - 超声波传感器 - Google Patents

Abstract

超声波传感器(1)具备：第一电极(2；201)，设置于具备振动元件(3)的超声波麦克风(1a)，该振动元件(3)具有机械振动与电信号之间的转换功能；第二电极(7)，设置于在与上述超声波麦克风的指向轴交叉的面内方向上与上述第一电极不同的位置；以及检测部(92)，设置为基于上述第一电极与上述第二电极之间的静电电容变化来检测有无针对该超声波传感器的附着物(S)。

Description

超声波传感器

相关申请的交叉引用

本申请基于在2017年11月2日申请的日本专利申请号2017－212696号，并通过参照将其记载内容并入本文。

技术领域

本公开涉及超声波传感器。

背景技术

已知有通过超声波的收发来检测物体的超声波传感器。具体而言，这种超声波传感器通过压电元件等振动元件激发隔膜部来发送超声波。另外，这种超声波传感器通过将伴随着发送出的超声波的从物体的反射波的接收的隔膜部的振动转换为电信号，来检测物体。

在这种超声波传感器中，存在若水、泥、雪等附着于隔膜部，则超声波的发送以及接收被阻碍，而物体的检测性能降低的课题。因此，以往提出有各种能够检测在超声波传感器附着有附着物的结构。例如，在日本特开昭60－15577号公报中，记载有由于超声波振动器的阻抗因附着物而变化，所以能够通过检测该变化来检测附着物的内容。

专利文献1：日本特开昭60－15577号公报

超声波传感器可广泛地应用于车辆的驾驶辅助，例如停车辅助等。另外，超声波传感器被期待应用于车辆的自动驾驶等。进一步，超声波传感器也被期待应用于车辆以外的用途。具体而言，例如，在设置于工厂等的运输机、农业设备(例如耕耘机等)、小型飞机等中进行无人化或者自动化时，可以应用超声波传感器。

如上所述，附着物对超声波传感器的附着引起超声波传感器中的检测性能的降低。因此，提高针对超声波传感器的附着物的检测精度在超声波传感器的各种用途中很重要。本公开是鉴于上述例示出的情况等而完成的。

发明内容

根据本公开的一个观点，超声波传感器具备：

第一电极，设置于具备振动元件的超声波麦克风，该振动元件具有机械振动与电信号之间的转换功能；

第二电极，设置于在与上述超声波麦克风的指向轴交叉的面内方向上与上述第一电极不同的位置；以及

检测部，设置为基于上述第一电极与上述第二电极之间的静电电容变化，来检测有无针对该超声波传感器的附着物。

在上述结构中，在上述第一电极与上述第二电极之间，形成静电电容。该静电电容根据上述附着物是否附着于上述超声波传感器而变化。因此，能够基于上述第一电极与上述第二电极之间的静电电容变化，高精度地检测有无上述附着物的附着。

此外，在申请文件中，对各部件标注的带有括号的参照符号表示该部件与后述的实施方式中记载的具体部件的对应关系的一个例子。因此，本公开不会因上述的参照符号的记载而受到任何限定。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的超声波传感器的简要结构的侧剖视图。

图2是表示图1所示的控制电路元件的电路结构的一个具体例的图。

图3是表示图2所示的控制电路元件的动作例的时序图。

图4A是表示频率与阻抗变化的关系的曲线图。

图4B是表示频率与阻抗变化的关系的曲线图。

图5是表示图1所示的元件支承部的一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图6是表示图1所示的元件支承部的另一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图7A是表示使用图5以及图6所示的元件支承部的情况下的控制电路元件的电路结构的一个具体例的图。

图7B是表示使用图5以及图6所示的元件支承部的情况下的控制电路元件的电路结构的一个具体例的图。

图8是表示图1所示的元件支承部的又一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图9是表示图1所示的元件支承部的又一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图10是表示图1所示的元件支承部的又一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图11是表示图1所示的第二电极的一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图12是表示图1所示的第二电极的另一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图13是表示图1所示的第二电极的另一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图14是表示图1所示的第二电极的又一个变形例的简要结构的侧剖视图。

图15A是表示图2所示的控制电路元件的电路结构的一个变形例的图。

图15B是表示图7A或者图7B所示的控制电路元件的电路结构的一个变形例的图。

图16A是表示图2所示的控制电路元件的电路结构的另一个变形例的图。

图16B是表示图7A或者图7B所示的控制电路元件的电路结构的另一个变形例的图。

图17A是表示图2所示的控制电路元件的电路结构的又一个变形例的图。

图17B是表示图7A或者图7B所示的控制电路元件的电路结构的又一个变形例的图。

图18是表示图2所示的控制电路元件的电路结构的又一个变形例的图。

图19是表示图2所示的控制电路元件的电路结构的又一个变形例的图。

具体实施方式

(实施方式)

以下，基于附图对实施方式进行说明。此外，对于能够应用于一个实施方式的各种变形例，如果将其插入至与该实施方式有关的一系列的说明的中途则有可能妨碍该实施方式的理解，因此集中记载在该实施方式的说明之后。

(结构)

图1表示本实施方式所涉及的超声波传感器1的安装对象是车辆的情况下的简要结构。以下，为了简化说明，将图1中的向下的方向称为“第一方向”。第一方向在图1中用箭头D1来表示。另外，将图1中的向上的方向称为“第二方向”。第二方向为与第一方向相反的方向，在图1中用箭头D2来表示。另外，将以平行于第一方向的视线观察对象物称为“俯视”。进一步，有将构成要素中的第一方向侧的端部称为“基端部”，将第二方向侧的端部称为“前端部”的情况。

参照图1，本实施方式所涉及的超声波传感器1构成为通过安装于车辆，来检测该车辆的周围的物体。即，本实施方式所涉及的超声波传感器1构成为在车载状态下被安装于作为板状的车体部件的保险杠B。“车载状态”也可以称为被安装于作为主体部件的保险杠B的“安装状态”。

保险杠B具有构成车辆的外表面的保险杠外表面B1、和其背面亦即保险杠内表面B2。另外，保险杠B具有用于安装超声波传感器1的通孔亦即安装孔B3。安装孔B3形成为沿图中上下方向贯通保险杠B。

超声波传感器1具备超声波麦克风1a。超声波麦克风1a具有元件支承部2和振动元件3。元件支承部2构成为支承具有机械振动与电信号之间的转换功能的振动元件3。另外，超声波传感器1具备弹性支承部件4、传感器壳体5、安装部件6、外侧电极7、布线部8、以及电路基板9。以下，对作为超声波传感器1的构成要素的各部的具体结构进行说明。

元件支承部2具有隔膜支承部21和隔膜部22。隔膜支承部21形成为具有与第一方向平行的轴向的大致圆筒形状。即，超声波传感器1形成为具有与图中上下方向平行的中心轴的大致圆柱形状。以下，为了简化说明，将图中上下方向仅称为“轴向”。

在隔膜支承部21中的基端部，设置有朝向第一方向开口的开口部。另一方面，隔膜支承部21中的前端部被隔膜部22封闭。即，元件支承部2形成为轴向上的一端部被隔膜部22封闭的有底筒状。另外，在元件支承部2的内侧形成有大致圆柱状的空间。在该空间内填充有硅橡胶等防振材料。

隔膜部22是设置为封闭隔膜支承部21的前端部的大致圆板状的部分，形成为能够将径向上的外边缘部作为固定端并沿着轴向振动。所谓的“径向”是与轴向正交的方向，是从隔膜支承部21的中心轴延伸成放射状的方向。即，隔膜部22被设置为振动板部，该振动板部通过径向上的外边缘部被隔膜支承部21支承，而以径向上的中央部沿着轴向移动的方式振动。元件支承部2设置为在车载状态下，将隔膜部22插入安装孔B3，并且隔膜支承部21从安装孔B3沿第一方向延伸突出。

隔膜部22具有作为第一方向侧的主面的内表面23、以及作为第二方向侧的主面的外表面24。所谓的“主面”是指板状部件或者板状部分中的与厚度方向正交的表面。即，隔膜部22形成为在轴向上具有厚度方向的板状部。内表面23和外表面24相互平行地设置以构成隔膜部22的表里面。内表面23设置为面向形成于元件支承部2的内侧的大致圆柱状的空间。在外表面24设置有绝缘性的膜25，该绝缘性的膜25包含用于防止腐蚀的基底涂装膜和与保险杠外表面B1相同颜色的涂装膜。

在隔膜支承部21中的侧面即圆柱面状的外周面形成有卡合槽26。卡合槽26是在经由弹性支承部件4将元件支承部2支承于传感器壳体5时使用的方槽，遍及隔膜支承部21中的周向的整体设置。所谓的“周向”是以与轴向正交的虚拟平面与隔膜支承部21的中心轴的交点为中心的、该虚拟平面内的圆的圆周方向。

在本实施方式中，元件支承部2作为铝制的金属部件而形成。即，元件支承部2通过铝无接缝地构成为一体。具体而言，铝制的隔膜支承部21和铝制的隔膜部22在隔膜部22的径向上的外缘部以及隔膜支承部21的第二方向侧的端部，相互无接缝地结合。

振动元件3在内表面23侧固定地支承于隔膜部22。在本实施方式中，振动元件3通过导电性粘合剂粘贴于隔膜部22的内表面23。在本实施方式中，振动元件3具有作为所谓的压电元件的结构。具体而言，振动元件3具备压电体30、驱动电极31、以及基准电极32。

压电体30是在轴向上具有厚度方向的板状或者薄膜状的部件，由压电陶瓷等压电材料形成。驱动电极31以及基准电极32由导体金属膜形成。驱动电极31设置于压电体30的一个主面即图中下侧的主面。基准电极32设置于压电体30的另一个主面即图中上侧的主面。即，振动元件3通过依次层叠驱动电极31、压电体30、以及基准电极32而形成。

基准电极32与隔膜部22电连接，以成为与隔膜部22几乎相同电位。具体而言，在本实施方式中，基准电极32经由导电性粘合剂与隔膜部22接合。即，基准电极32经由导电性粘合剂与构成接地的元件支承部2的一部分的隔膜部22电连接，从而被接地。像这样，设置于超声波麦克风1a且构成第一电极的元件支承部2与基准电极32电连接，该基准电极32是构成振动元件3并且固定地支承于隔膜部22的电极层。

振动元件3构成为通过压电体30根据驱动电极31与基准电极32即隔膜部22之间的电压变形而使隔膜部22在轴向上变形，并通过隔膜部22受到的轴向的应力传递至振动元件3而根据该应力在驱动电极31与基准电极32即隔膜部22之间产生电压。另外，超声波麦克风1a构成为具有与轴向平行的指向轴。

即，振动元件3中的构成一对电极的驱动电极31以及基准电极32设置为通过施加驱动信号而使压电体30超声波振动。驱动信号是用于驱动振动元件3的电信号，具体而言是通过变压器即升压器对矩形波状的电压信号进行升压而成的正弦波状的电压信号。另外，驱动电极31以及基准电极32设置为输出通过隔膜部22的振动在振动元件3中产生的电压信号亦即输出信号。即，在本实施方式中，超声波传感器1具有所谓的兼顾收发的结构。

弹性地支承元件支承部2的弹性支承部件4设置为抑制元件支承部2与保险杠B之间的振动传播、以及元件支承部2与传感器壳体5之间的振动传播。具体而言，弹性支承部件4是具有橡胶弹性以及非导电性的大致圆筒状的部件，通过硅橡胶等无接缝地一体地形成。弹性支承部件4设置为具有沿着轴向的中心轴。

弹性支承部件4具有支承筒部41和基部42。支承筒部41是弹性支承部件4的前端侧即第二方向侧的部分，构成为收容并且弹性地支承元件支承部2。基部42是弹性支承部件4的基端侧即第一方向侧的部分，固定于传感器壳体5。

支承筒部41的前端部在车载状态下，被插入安装孔B3，并且夹持在保险杠B中的安装孔B3的内周面与元件支承部2的侧面之间。在支承筒部41的内周面中的基端侧设置有朝向径向的内侧突出的卡合突起43。卡合突起43形成为与卡合槽26卡合。

在基部42的外周面中的基端部设置有向径向的外侧突出的固定突起44。另外，在基部42的外周面中的、在轴向上与固定突起44邻接的位置设置有固定槽45。固定突起44以及固定槽45在周向上延伸配置。

保持弹性支承部件4的传感器壳体5是构成超声波传感器1的外壳的部件，由聚对苯二甲酸丁二醇酯等硬质绝缘性合成树脂一体地形成。具体而言，构成传感器壳体5的主要部分的壳体主体部51具有基板收容部52和突出部53。基板收容部52和突出部53无接缝地一体地形成。

基板收容部52形成为朝向第一方向开口的浴缸状。突出部53是具有与轴向平行的中心轴的大致圆筒状的部分，从基板收容部52沿着轴向突出地设置。壳体主体部51形成为基板收容部52的内侧的空间与突出部53的内侧的空间相互连通。

突出部53构成为在前端部保持弹性支承部件4。具体而言，在突出部53的内周面中的前端部设置有与弹性支承部件4中的固定突起44卡合的支承槽54、以及与弹性支承部件4中的固定槽45卡合的支承突起55。

安装部件6构成为通过在车载状态下固定于保险杠B以及传感器壳体5，而将超声波传感器1保持于保险杠B。具体而言，安装部件6具有保持部61和凸缘部62。

保持部61形成为包围传感器壳体5中的突出部53和弹性支承部件4的大致圆筒形状。凸缘部62从保持部61的前端部朝向径向上的外侧延伸配置。凸缘部62在径向上的外侧的部分，通过双面胶带等未图示的粘着层固定于保险杠内表面B2。

构成第二电极的外侧电极7设置在与超声波麦克风1a的指向轴交叉的面内方向上与构成第一电极的元件支承部2不同的位置。“面内方向”通常与上述的径向几乎同义。即，在俯视时，外侧电极7设置于在本实施方式中构成第一电极的元件支承部2的径向上的外侧。另外，外侧电极7设置于元件支承部2的附近。

外侧电极7具有在车载状态下沿着保险杠B设置的沿面电极部71、以及在车载状态下沿着元件支承部2的侧面设置的筒面电极部72。沿面电极部71以及筒面电极部72由导体膜，具体而言金属薄膜形成。

沿面电极部71沿着保险杠B中的第一方向侧的表面亦即保险杠内表面B2设置。具体而言，沿面电极部71固定于凸缘部62中的与保险杠内表面B2对置的表面。沿面电极部71与凸缘部62中的径向上的内侧的部分对应地设置。在本实施方式中，在俯视时，沿面电极部71形成为大致环状。

筒面电极部72沿着隔膜支承部21沿轴向延伸配置。筒面电极部72固定于保持部61中的圆筒面状的内周面。筒面电极部72与保持部61的前端部对应地设置。在本实施方式中，筒面电极部72形成为圆筒状。

如上所述，在本实施方式中，外侧电极7设置于安装部件6。具体而言，外侧电极7设置于安装部件6的内表面侧。另外，在本实施方式中，筒面电极部72的前端部与沿面电极部71的径向上的内缘部结合。即，沿面电极部71和筒面电极部72无接缝地一体地形成。

布线部8设置为将超声波麦克风1a以及外侧电极7和电路基板9电连接。布线部8中的电路基板9侧的部分收容于壳体主体部51的内侧。此外，在壳体主体部51的内侧的收容有布线部8和电路基板9的空间，填充有绝缘性较高、低介电常数、化学稳定、并具有耐久性的硅橡胶等密封树脂R。

具体而言，布线部8具有驱动电极线81、基准电极线82、以及第二电极线83。驱动电极线81的一端与振动元件3中的驱动电极31电连接。驱动电极线81的另一端经由连接器84与电路基板9电连接。基准电极线82的一端与元件支承部2，具体而言隔膜支承部21电连接。基准电极线82的另一端经由连接器84与电路基板9电连接。第二电极线83的一端与外侧电极7电连接。第二电极线83的另一端经由连接器84与电路基板9电连接。

电路基板9被收容于基板收容部52。在电路基板9上安装有包括温度传感器91和控制电路元件92在内的多个电路要素。温度传感器91设置为产生与环境温度对应的输出。所谓的“环境温度”是与超声波传感器1的周围的外部气温相对应的温度。

控制电路元件92是ASIC或者CPU，并设置为控制超声波传感器1的动作。ASIC是Application Specific Integrated Circuit(专用集成电路)的简称。CPU是CentralProcessing Unit(中央处理器)的简称。

参照图2，通过构成第一电极的元件支承部2、以及外侧电极7形成有静电电容C1。该静电电容C1与振动元件3并联设置。

构成检测部的控制电路元件92具有信号授受部92a、阻抗获取部92b、以及控制部92c作为在ASIC或者CPU上实现的功能上的结构。

信号授受部92a与驱动电极31以及基准电极32电连接，以在与振动元件3之间授受包括驱动信号以及输出信号的电信号。即，信号授受部92a设置为将驱动信号输入至振动元件3，并且接收来自振动元件3的输出信号。阻抗获取部92b设置为获取元件支承部2与外侧电极7之间的阻抗。

控制部92c与温度传感器91电连接。另外，控制部92c设置为能够在与信号授受部92a以及阻抗获取部92b之间授受信号。即，控制部92c通过控制信号授受部92a的动作，来控制超声波麦克风1a中的超声波的收发动作。另外，控制部92c设置为基于伴随着由阻抗获取部92b获取到的阻抗变化的静电电容C1的变化，来检测有无从外表面24侧附着于超声波传感器1的附着物S。具体而言，控制部92c构成为基于温度传感器91的输出和静电电容C1的变化，来检测有无附着物S。

控制部92c在规定的物体检测条件成立的情况下，执行检测超声波传感器1的周围的物体的物体检测动作。在物体检测条件中，例如，包括安装有超声波传感器1的车辆中的换档位置是可行驶的位置、该车辆的车速小于规定值等。另外，控制部92c在物体检测动作未进行的时机，执行基于阻抗获取部92b的有无附着物S的检测。

进一步，控制部92c构成为考虑通过温度传感器91的输出获取到的环境温度，来检测有无附着物S。具体而言，控制部92c设定驱动器电路97中的输出频率f。另外，控制部92c基于规定的基准温度例如18摄氏度下的参考数据、以及通过温度传感器91的输出获取到的环境温度，对静电电容变化进行修正。进一步，控制部92c在修正后的静电电容变化ΔC超过阈值ΔCth(f)的情况下，判定附着物S的附着。阈值ΔCth(f)是根据输出频率f而不同的值，并预先储存有规定输出频率f和阈值ΔCth(f)的关系的检查表或者映射。

信号授受部92a具有超声波发送电路95、以及反射波接收电路96。阻抗获取部92b具有驱动器电路97和接收器电路98。

超声波发送电路95构成为通过向振动元件3输入驱动信号，来使振动元件3执行超声波波段的探测波的发送动作。反射波接收电路96构成为接收通过隔膜部22被由存在于超声波传感器1的周围的物体反射出的探测波的反射波激发而在振动元件3中产生的输出信号，并执行放大等处理。由于超声波发送电路95以及反射波接收电路96的具体的电路结构是公知的，所以在本说明书中，省略进一步的说明。

驱动器电路97以及接收器电路98与外侧电极7电连接。驱动器电路97设置为输出用于获取包括附着物S在内的元件支承部2与外侧电极7之间的阻抗的交流电源电压。另外，驱动器电路97构成为可以改变交流电源电压的输出频率。接收器电路98构成为具有公知的积分电路等，产生和元件支承部2与外侧电极7之间的阻抗对应的输出。由于阻抗的获取即测定的原理、以及驱动器电路97和接收器电路98的具体的电路结构是公知的，所以在本说明书中，省略进一步的说明。

(动作概要)

以下，参照各附图，对本实施方式的结构所进行的动作的概要与该结构带来的效果一起进行说明。图3是与超声波传感器1的例示性的一个动作例对应的时序图。

参照图3，在时刻t0车辆的点火开关被接通之后，到在时刻t1物体检测条件成立之前的期间，既不进行来自超声波传感器1的探测波的发送，也不进行由超声波传感器1进行的反射波的接收。若在时刻t1物体检测条件成立，则交替地进行从超声波传感器1的探测波的发送、以及由超声波传感器1进行的反射波的接收。之后，若因车速上升，而在时刻t2物体检测条件不成立，则停止探测波的发送以及反射波的接收。再之后，若因停车而车速降低，从而在时刻t3物体检测条件成立，则重新开始探测波的发送以及反射波的接收。

在本实施方式中，在物体检测条件成立而进行物体检测动作的时机亦即时刻t1～t2期间不进行附着物检测动作，即，有无针对超声波传感器1的附着物S的检测动作。同样地，在时刻t3以后，直到物体检测条件再次不成立为止不进行附着物检测动作。

另一方面，附着物检测动作在物体检测动作未进行的时机，即，既不是发送模式也不是接收模式的时机亦即时刻t0～t1期间的时刻ta和/或t2～t3期间的时刻tb。所谓的“发送模式”是进行驱动振动元件3的驱动信号向振动元件3的输入的动作模式。所谓的“接收模式”是进行基于来自振动元件3的输出信号的该超声波传感器1的周围的物体检测动作的动作模式。即，在本实施方式中，在探测波的发送未进行，并且接收波的接收也未进行的时机，执行附着物检测动作。由此，能够维持良好的物体检测精度地进行附着物检测。

参照图1，通常，超声波传感器1以第一方向D1以及第二方向D2与车高度方向大致正交的方式安装于保险杠B。因此，几乎不会产生作用于从元件支承部2的外表面24侧附着于超声波传感器1的附着物S的重力的、与隔膜部22的振动方向平行的成分。因此，由元件支承部2和振动元件3构成的麦克风中的机械振动的等效电路的阻抗几乎不会因有无附着物S而发生变化。进一步，在附着物S是雪、水等轻量物的情况下，机械振动的等效电路的阻抗也几乎不会因有无附着物S而发生变化。

在这点上，在本实施方式的结构中，在元件支承部2与外侧电极7之间形成有静电电容C1。该静电电容C1根据有无从元件支承部2中的外表面24侧朝向超声波传感器1的附着物S的附着而发生变化。因此，控制部92c能够基于元件支承部2与外侧电极7之间的静电电容C1的变化，来检测有无附着物S。

根据这样的结构，即使几乎不会产生作用于附着于元件支承部2的外表面的附着物S的重力的、与隔膜部22的振动方向平行的成分，也能够高精度地检测有无附着物S的附着。另外，根据这样的结构，即使在附着物S为雪、水等轻量物的情况下，也能够高精度地检测有无附着物S的附着。

然而，作为针对超声波传感器1的附着物S的附着物检测方式，考虑利用电极间的电阻值的方式。然而，这样的方式因为电极的氧化、防止周围的人触电、设计上的问题等而很难被采用。实际上，通常如本实施方式这样，在超声波麦克风1a的表面形成绝缘性的膜25，以防止腐蚀等。

在这点上，在本实施方式的结构中，控制部92c基于元件支承部2与外侧电极7之间的静电电容C1的变化，来检测有无附着物S。因此，根据这样的结构，即使在超声波麦克风1a的表面形成有绝缘性的膜25的情况下，也能够高精度地检测有无附着物S的附着。

另外，作为针对超声波传感器1的附着物S的附着物检测方式，以往已知有利用混响时间的方式。然而，在这样的方式中，有因气温变化、天气变化等气候变动，而对检测精度产生影响的情况。

对于这一点，在本实施方式的结构中，控制部92c考虑通过温度传感器91的输出获取到的环境温度，来检测有无附着物S。因此，根据这样的结构，不管气候如何变动，都能够高精度地检测有无附着物S的附着。

在本实施方式的结构中，构成第一电极的元件支承部2形成为将隔膜支承部21和隔膜部22一体成型而成的金属部件。另外，元件支承部2与振动元件3中的基准电极32电连接。因此，根据这样的结构，可以通过尽可能简易的构造实现良好的灵敏度的附着物S的检测。

在本实施方式的结构中，外侧电极7设置于作为超声波传感器1的构成部件的安装部件6。因此，无需用于设置外侧电极7的特别的作业工序。因此，根据这样的结构，可通过与以往的超声波传感器相同的传感器安装工序，来实现用于检测附着物S的结构。

在本实施方式的结构中，外侧电极7具有沿面电极部71和筒面电极部72。筒面电极部72沿着隔膜支承部21配置。换言之，在构成第一电极的元件支承部2中的隔膜支承部21与构成第二电极的筒面电极部72之间设置有隔膜支承部21和支承筒部41对置的部分、以及支承筒部41和保持部61对置的部分。因此，根据这样的结构，即使在附着物S是水等流体，不存在于外表面24上，而侵入隔膜支承部21与支承筒部41之间、或者支承筒部41与保持部61之间的情况下，也能够良好地检测附着物S。

图4A以及图4B示出使驱动器电路97中的输出频率f变化时的元件支承部2与外侧电极7之间的阻抗变化。在图4A以及图4B中，虚线表示附着物S的附着前的阻抗测定结果，实线表示作为附着物S附着有水的情况下的阻抗测定结果。

如图4A所示，在高频率区域，具体而言100kHz以上的频率区域，由于由附着物S的附着引起的阻抗变化较小，所以附着物检测精度较低。另一方面，在这样的频率区域，由于初始的阻抗较低，所以难以受到噪声的影响。

与此相对，如图4B所示，在低频率区域，具体而言小于100kHz的频率区域，由附着物S的附着引起的阻抗变化较大。另外，在这样的频率区域，能够忽略附着物S中的电感成分。因此，在这样的频率区域中，附着物检测精度较高。其中，在这样的频率区域中，由于初始的阻抗较高，所以容易受到噪声的影响。

因此，优选基于由高频率区域，具体而言100kHz以上的频率区域所包含的第一频率引起的第一阻抗变化、以及由低频率区域，具体而言小于100kHz的频率区域所包含的第二频率引起的第二阻抗变化，来进行附着物检测。具体而言，例如，在第一频率f1下静电电容变化ΔC(f1)超过阈值ΔCth(f1)、或者在第二频率f2下静电电容变化ΔC(f2)超过阈值ΔCth(f2)的情况下，可以判定为有附着物S的附着。由此，能够更进一步高精度地检测有无附着物S的附着。

(变形例)

本公开并不限定于上述实施方式。因此，能够对上述实施方式进行适当的变更。以下，对代表性的变形例进行说明。在以下的变形例的说明中，主要对与上述实施方式的不同点进行说明。另外，在上述实施方式和变形例中，对于相互相同或者等同的部分标注相同附图标记。因此，在以下的变形例的说明中，关于具有与上述实施方式相同的附图标记的构成要素，除非是在技术上相矛盾或者特殊的追加说明，否则可以适当地引用上述实施方式中的说明。

超声波传感器1的安装对象并不限定于保险杠B。即，例如，超声波传感器1可以安装于车辆的车身覆板。在该情况下，沿面电极部71可以沿着车身覆板来设置。

超声波传感器1的安装对象并不限定于车辆。即，例如，超声波传感器1也可以安装于设置于工厂等的运输机、农业设备(例如耕耘机等)、小型飞机等。

超声波传感器1并不限定于所谓的兼顾收发的结构。即，专用于发送探测波的超声波传感器1、和专用于接收反射波的超声波传感器1可以分别安装于车辆。本公开即使在这样的情况下，也可以良好地应用。

在上述实施方式中，元件支承部2整体作为金属部件一体地形成。然而，本公开并不限定于这样的结构。具体而言，例如，元件支承部2也可以由导电性合成树脂一体地形成。在这样的结构中，元件支承部2整体作为第一电极发挥功能。

在上述实施方式中，元件支承部2整体构成为作为第一电极发挥功能。然而，本公开并不限定于这样的结构。具体而言，例如，隔膜支承部21也可以由绝缘性合成树脂形成。即，也可以在由合成树脂制成的隔膜支承部21的前端部安装作为当作第一电极发挥功能的由金属制成的板状部件的隔膜部22。相反，隔膜部22也可以由绝缘性合成树脂形成。即，也可以在作为第一电极发挥功能的由金属制成的隔膜支承部21的前端，安装作为由绝缘性合成树脂制成的板状部件的隔膜部22。

元件支承部2整体也可以作为绝缘性合成树脂部件一体地形成。在该情况下，如图5以及图6所示，基准电极32可以设置为一部分在压电体30中的设置有驱动电极31的主面露出。

根据这样的结构，驱动电极31和基准电极32在压电体30中的相同主面侧，在第一方向上露出。因此，能够将驱动电极31与驱动电极线81的电连接部、和基准电极32与基准电极线82的电连接部设置于压电体30中的相同主面侧。因此，根据这样的结构，可以良好地进行布线针对振动元件3的电连接。

如图5以及图6所示，在元件支承部2整体作为绝缘性合成树脂部件一体地形成的情况下，可以在元件支承部2设置构成第一电极的内侧电极201。内侧电极201例如可以由金属或者导电性合成树脂形成。

内侧电极201可以设置于隔膜支承部21或者隔膜部22。具体而言，例如，如图5所示，内侧电极201也可以是设置于隔膜支承部21的上端部或者隔膜部22的外缘部的环状电极。这样的环状电极可以埋设于元件支承部2的内部，也可以设置为在元件支承部2的外部露出。

或者，例如，内侧电极201也可以是设置于隔膜支承部21的圆筒状电极。这样的圆筒状电极可以埋设于元件支承部2的内部，也可以设置为在元件支承部2的外部露出。

或者，例如，如图6所示，内侧电极201也可以是设置于隔膜部22中的内表面23的至少外缘部的导体膜。图6所示的导体膜通常由导体金属膜形成。

在图1所示的上述实施方式中，构成第一电极的元件支承部2无论在装置结构上还是在电路结构上都与基准电极32一体化。与此相对，在图5以及图6所示的结构中，内侧电极201无论在装置结构上还是在电路结构上都与基准电极32分开。在该情况下，即使内侧电极201接地，基准电极32也不一定与此相伴地间接接地。

具体而言，如图7A所示，能够使内侧电极201接地，并且基准电极32也接地。在该情况下，实现与图2相同的电路结构。此外，在图7A中，为了简化图示，省略了图2中的信号授受部92a等的图示。在后述的图7B等中也相同。

与此相对，如图7B所示，能够使内侧电极201接地，另一方面，不使基准电极32接地。即，内侧电极201可以与基准电极32电绝缘并且接地，该基准电极32是构成振动元件3并且固定地支承于隔膜部22的电极层。

根据这样的结构，通过使超声波发送电路95和反射波接收电路96完全差动化，能够良好地抑制由放大器放大共模噪声等噪声引起的S/N比的降低。另外，通过将内侧电极201接地，能够在形成超声波麦克风1a的壳体的元件支承部2设置电磁屏蔽件，超声波传感器1的针对噪声的抗噪声能力提高。具体而言，能够良好地抑制EMC耐力以及ESD耐力的降低。EMC是Electromagnetic Compatibility(电磁兼容性)的简称。ESD是ElectrostaticDischarge(静电放电)的简称。即，根据这样的结构，能够实现物体检测动作中的良好的S/N比、EMC耐力、以及ESD耐力，并且进一步高精度地检测有无附着物S的附着。

设置在隔膜部22中的内表面上的基准电极32能够作为第一电极来使用。图8以及图9示出代替图5以及图6中所示的内侧电极201，使用基准电极32作为第一电极的结构。

图8对应于从图5以及图6所示的结构中省略了内侧电极201的结构。图9对应于使基准电极32不在压电体30中的设置有驱动电极31的主面露出，另一方面，以比压电体30宽的面积设置在隔膜部22的内表面23上的结构。在图9所示的结构中，能够以尽可能宽的面积设置驱动电极31以及基准电极32。因此，根据这样的结构，可以尽可能提高超声波传感器1中的物体检测灵敏度和附着物检测灵敏度。

如图10所示，可能存在隔膜部22是金属板，并且在压电体30的两面设置基准电极32的情况。在该情况下，在隔膜部22与基准电极32之间设置有绝缘层303。绝缘层303通常可以由绝缘性粘合剂层来形成。

在这样的结构中，构成第一电极的元件支承部2和基准电极32可以良好地电绝缘。因此，根据这样的结构，可获得由图7B的电路结构带来的效果。即，根据这样的结构，能够实现物体检测动作中的良好的S/N比、EMC耐力、以及ESD耐力，并且能够更进一步高精度地检测有无附着物S的附着。

本公开并不限定于外侧电极7设置于安装部件6的内表面侧的结构。具体而言，例如，外侧电极7也可以设置于安装部件6的外表面侧。或者，例如，外侧电极7也可以作为安装部件6的一部分与安装部件6一体化。即，外侧电极7也可以是由导电性合成树脂形成的安装部件6本身或者其一部分。或者，例如，外侧电极7也可以埋设于安装部件6的内部。

外侧电极7也可以设置于弹性支承部件4。在这样的结构中，无需用于设置外侧电极7的特别的作业工序。具体而言，例如，如图11所示，具有沿着轴向的中心轴线的环状或者圆筒状的外侧电极7也可以埋设于绝缘性合成树脂制的弹性支承部件4。

或者，例如，通过由导电性橡胶形成弹性支承部件4，能够将弹性支承部件4作为第二电极来使用。在该情况下，图1中的外侧电极7可以省略。

如图12所示，外侧电极7也可以设置于保险杠内表面B2。或者，外侧电极7也可以埋设于保险杠B中的安装孔B3的周围。或者，外侧电极7也可以是通过向保险杠B中的面对安装孔B3的部分添加导电性填料而形成的保险杠B的一部分。

如图13以及图14所示，沿面电极部71和筒面电极部72也可以以相互不导通的方式独立地构成。换言之，沿面电极部71和筒面电极部72也可以设置为分别作为分立的外侧电极7来发挥功能。在该情况下，控制部92c能够基于元件支承部2与沿面电极部71之间的静电电容变化、以及元件支承部2与筒面电极部72之间的静电电容变化，来检测附着物S的有无以及附着位置。

参照图13以及图14，多个沿面电极部71也可以沿周向排列，并设置为相互不导通。在该情况下，控制部92c能够基于多个沿面电极部71的每一个与元件支承部2之间的静电电容变化，来检测附着物S的有无以及附着位置。

同样地，多个筒面电极部72也可以沿周向排列，并设置为相互不导通。在该情况下，控制部92c能够基于多个筒面电极部72的每一个与元件支承部2之间的静电电容变化，来检测附着物S的有无以及附着位置。

电路结构也不限定于上述具体例。具体而言，在上述具体例中，如图2、图7A以及图7B所示，作为第一电极的元件支承部2或者内侧电极201接地。然而，本公开并不限定于这样的电路结构。

图15A与图1相同，示出第一电极由元件支承部2构成的情况。另一方面，图15B与图5等相同，示出设置有内侧电极201的情况。后述的图16A、图16B等也相同。

例如，如图15A以及图15B所示，外侧电极7也可以接地。在该情况下，驱动器电路97以及接收器电路98与作为第一电极的元件支承部2或者内侧电极201电连接。另外，驱动器电路97以及接收器电路98与作为和振动元件3中的驱动电极31成对来使用的电极发挥功能的元件支承部2、或者基准电极32电连接。

在这样的结构中，位于比振动元件3靠外侧的外侧电极7的电位一直为接地电位。因此，根据这样的结构，超声波传感器1针对噪声的抗噪声能力提高。另外，能够将驱动器电路97的输出电压施加给振动元件3。即，能够使驱动器电路97具有图2所示的超声波发送电路95的功能。因此，根据这样的结构，能够在尽可能地抑制超声波传感器1中的电路结构的复杂化，并且进行附着物检测。

如图16A以及图16B所示，也可以驱动器电路97与作为第一电极的元件支承部2或者内侧电极201电连接，另一方面，接收器电路98与外侧电极7电连接。相反，如图17A以及图17B所示，也可以接收器电路98与作为第一电极的元件支承部2或者内侧电极201电连接，另一方面，驱动器电路97与外侧电极7电连接。

图18对图16A的电路结构的一部分进行了变更。同样地，图19对图17A的电路结构的一部分进行了变更。如图18以及图19所示，也可以在作为第一电极的元件支承部2与接地端之间设置开关991。即，也可以使设置于元件支承部2侧的第一电极在开关991接通的情况下，经由开关991接地。

开关991在图2所示的控制部92c的控制下，在阻抗测定未进行时接通，另一方面，在阻抗测定时断开。由此，在阻抗测定未进行的期间，典型地，在探测波的发送处理中以及反射波的接收处理中，设置于元件支承部2侧的第一电极接地。因此，根据这样的结构，超声波传感器1针对噪声的抗噪声能力提高。

压电体30可以通过导电性粘合剂粘贴于隔膜部22的内表面23。由此，隔膜部22其自身可以构成形成压电元件的一对电极。即，在该情况下，可省略基准电极32。

振动元件3并不限定于压电元件。即，例如，超声波麦克风1a也可以具有静电电容式麦克风的结构。

温度传感器91也可以经由车载通信网络与控制电路元件92电连接。车载通信网络依据CAN(国际注册商标)等车载LAN标准来构成。CAN(国际注册商标)是Controller AreaNetwork(控制器局域网)的简称。LAN是Local Area Network(局域网)的简称。或者，温度传感器91可以内置于控制电路元件92。

本公开并不限定于上述的具体的动作例。即，例如，接收模式也可以在物体检测条件成立期间一直执行。另外，附着物检测动作并不限定于在探测波的发送未进行并且接收波的接收也未进行的时机执行。具体而言，例如，只要是探测波的发送未进行的时机，即使是附着物检测动作中也可以执行附着物检测动作。

附着物检测动作也可以由阻抗获取部92b来进行。

在上述的说明中，相互无接缝地一体地形成的多个构成要素也可以通过使相互独立的部件贴合而形成。同样地，通过使相互独立的部件贴合而形成的多个构成要素也可以相互无接缝地一体地形成。

在上述的说明中，由相互相同的材料形成的多个构成要素可以由相互不同的材料形成。同样地，由相互不同的材料形成的多个构成要素也可以由相互相同的材料来形成。

构成上述实施方式的要素除了特别明确示出是必需的情况以及在原理上认为明显是必需的情况等以外，不一定是必需的结构。另外，在提到构成要素的个数、数值、量、范围等的数值的情况下，除了特别明确示出是必需的情况以及在原理上明显限定于特定的数的情况等以外，本公开并不限定于该特定的数。同样地，在提到构成要素等的形状、方向、位置关系等的情况下，除了特别明确示出是必需的情况以及在原理上限定于特定的形状、方向、位置关系等的情况等以外，本公开并不限定于该形状、方向、位置关系等。

变形例也并不限定于上述的例示。另外，多个变形例可以相互组合。进一步，上述实施方式的全部或者一部分、与任意的变形例的全部或者一部分可以相互组合。

Claims (13)

1.一种超声波传感器，该超声波传感器(1)具备：

第一电极(2；201)，设置于具备振动元件(3)的超声波麦克风(1a)，该振动元件(3)具有机械振动与电信号之间的转换功能；

第二电极(7)，设置于在与上述超声波麦克风的指向轴交叉的面内方向上与上述第一电极不同的位置；以及

检测部(92)，设置为基于上述第一电极与上述第二电极之间的静电电容变化，来检测有无针对该超声波传感器的附着物(S)。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，

上述超声波麦克风具有隔膜部(22)和隔膜支承部(21)，该隔膜支承部(21)设置为支承上述隔膜部的外缘，

上述振动元件被固定地支承于上述隔膜部，

上述第一电极设置于上述隔膜部、或者上述隔膜支承部、或者上述振动元件。

3.根据权利要求2所述的超声波传感器，其中，

上述第一电极是由导体形成的上述隔膜部或者由导体形成的上述隔膜支承部，

上述第一电极与电极层电连接，该电极层构成上述振动元件并且被固定地支承于上述隔膜部。

4.根据权利要求2所述的超声波传感器，其中，

上述第一电极与电极层电绝缘并且被接地，该电极层构成上述振动元件并且被固定地支承于上述隔膜部。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波传感器，其中，

构成为安装于上述超声波传感器的安装对象中的主体部件(B)。

6.根据权利要求5所述的超声波传感器，其中，

在安装于上述主体部件的安装状态下，上述第二电极设置为沿着上述主体部件配置。

7.根据权利要求5或6所述的超声波传感器，其中，

上述超声波麦克风具有：

元件支承部(2)，具备隔膜支承部(21)和隔膜部(22)，其中上述隔膜支承部(21)形成为在与上述指向轴平行的第一方向(D1)上具有轴向并在上述第一方向侧的端部开口的筒状，上述隔膜部(22)是设置为封闭上述隔膜支承部上的第二方向(D2)侧的端部的板状部，且具有上述第一方向侧的主面亦即内表面(23)和上述第二方向侧的主面亦即外表面(24)，上述第二方向(D2)是上述第一方向的相反方向；以及

上述振动元件，被固定地支承于上述隔膜部，

上述主体部件形成为板状并且具有安装孔(B3)，该安装孔(B3)是在上述轴向上贯通的通孔，

上述元件支承部设置为在上述安装孔插入有上述隔膜部，并且上述隔膜支承部从上述安装孔沿上述第一方向延伸突出。

8.根据权利要求7所述的超声波传感器，其中，

上述第二电极沿着上述隔膜支承部设置。

9.根据权利要求7或8所述的超声波传感器，其中，还具备：

弹性支承部件(4)，弹性地支承上述元件支承部；

传感器壳体(5)，保持上述弹性支承部件；以及

安装部件(6)，构成为在安装于上述主体部件的安装状态下固定于上述主体部件以及上述传感器壳体，从而将该超声波传感器保持于上述主体部件，

上述第二电极设置于上述弹性支承部件或者上述安装部件。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的超声波传感器，其中，

上述检测部设置为基于多个上述第二电极中的每个电极与上述第一电极之间的静电电容变化，来检测上述附着物的附着位置。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的超声波传感器，其中，

上述检测部设置为在驱动上述振动元件的驱动信号向上述振动元件的输入未进行的时机、或者基于来自上述振动元件的输出信号的该超声波传感器的周围的物体检测动作未进行的时机，检测有无上述附着物。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的超声波传感器，其中，

上述检测部设置为基于对上述第一电极与上述第二电极之间施加具有第一频率的第一检测电压的情况下的第一阻抗变化、以及对上述第一电极与上述第二电极之间施加具有与上述第一频率不同的第二频率的第二检测电压的情况下的第二阻抗变化，来检测有无上述附着物。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的超声波传感器，其中，

还具备温度传感器(91)，该温度传感器(91)设置为产生与环境温度对应的输出，

上述检测部设置为基于上述温度传感器的输出和上述静电电容变化，来检测有无上述附着物。

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