CN117664203A - 一种新型高频率超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种新型高频率超声波传感器，属于超声波传感器技术领域，包括外壳以及对外壳底端进行封堵的盖板，盖板顶部的外壳内部装配有基板，并在基板的底部对称固定有可穿过通孔的电极引脚；基板顶部的中间位置处设置有压电陶瓷，且压电陶瓷与基板的两侧装配有可对基板包边和对压电陶瓷限位的第一半圆环形限位座以及第二半圆环形限位座，并在压电陶瓷的顶部装配有谐振器；盖板顶部放置有铜箔支撑筒，铜箔支撑筒的顶部放置有透声网。本申请通过第一半圆环形限位座与第二半圆环形限位座之间相互配合，对基板以及压电陶瓷进行固定与防护，从而能够消除能量转换过程中谐振器所产生的余震，消除尖锐的刺耳声音，提高产品的性能和用户的体验。

Description

一种新型高频率超声波传感器

技术领域

本申请涉及超声波传感器技术领域，具体而言，涉及一种新型高频率超声波传感器。

背景技术

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，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。超声波传感器可以对集装箱状态进行探测，可以应用于食品加工厂，实现塑料包装检测的闭环控制系统。超声波传感器对透明或有色物体，金属或非金属物体，固体、液体、粉状物质均能检测。

在超声波定向音响中，常用超声波传感器作为终端的换能器件，其声音传输角度小，指向性好，但由于普通超声波传感器的金属喇叭谐振器在高压驱动时极易产生强烈的余震，导致在听觉上会有非常尖锐的刺耳声音，严重影响产品性能及用户体验。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种新型高频率超声波传感器，通过第一半圆环形限位座与第二半圆环形限位座之间相互配合，对基板以及压电陶瓷进行固定与防护，从而能够消除能量转换过程中谐振器所产生的余震，彻底消除尖锐的刺耳声音，提高产品的性能和用户的体验。

为实现上述目的，本申请提供了一种新型高频率超声波传感器，包括外壳以及对外壳底端进行封堵的盖板，其中，所述盖板上对称开设有通孔，并在所述外壳的顶部设置有向内圈突出的台阶，所述盖板顶部的外壳内部装配有基板，并在所述基板的底部对称固定有可穿过所述通孔的电极引脚；

所述基板顶部的中间位置处设置有压电陶瓷，且压电陶瓷与基板的两侧装配有可对基板包边和对压电陶瓷限位的第一半圆环形限位座以及第二半圆环形限位座，所述第一半圆环形限位座与第二半圆环形限位座之间相互对应，并在所述压电陶瓷的顶部装配有谐振器；

所述盖板顶部的边缘位置处竖直放置有铜箔支撑筒，且第一半圆环形限位座和第二半圆环形限位座的外侧面与铜箔支撑筒的内侧面相抵触，并将所述铜箔支撑筒的外侧与外壳的内侧面相抵触，所述铜箔支撑筒的顶部放置有透声网，且透声网边缘位置处的上下两端分别与外壳顶部向内圈突出的台阶以及铜箔支撑筒的顶端相抵触。

优选的，所述通孔位置处的盖板顶部皆固定有圆台型固定管，并在所述电极引脚的上半部固定有与圆台型固定管相互配合的圆台型塞头。

优选的，所述第一半圆环形限位座包括由外至内依次设置的第一半环形抵触件、第一半环形C型件和第一半环形压电陶瓷限位件，其中，所述第一半环形抵触件与第一半环形C型件之间通过等间距分布的第一X型支撑件相连接，并将所述第一半环形C型件与第一半环形压电陶瓷限位件之间通过第一半环形C型件顶部固定的第一连接柱相连接，所述第一半环形抵触件的外侧面与铜箔支撑筒的内侧面相抵触，并通过所述第一半环形C型件对基板进行包边，所述第一半环形压电陶瓷限位件的内侧面与压电陶瓷的外侧面以及顶面边缘处相匹配，所述第一半环形抵触件以及第一半环形C型件的两端皆固定连接有限位头。

优选的，所述第二半圆环形限位座包括由外至内依次设置的第二半环形抵触件、第二半环形C型件和第二半环形压电陶瓷限位件，其中，所述第二半环形抵触件与第二半环形C型件之间通过等间距分布的第二X型支撑件相连接，并将所述第二半环形C型件与第二半环形压电陶瓷限位件之间通过第二半环形C型件顶部固定的第二连接柱相连接，所述第二半环形抵触件的外侧面与铜箔支撑筒的内侧面相抵触，并通过所述第二半环形C型件对基板进行包边，所述第二半环形压电陶瓷限位件的内侧面与压电陶瓷的外侧面以及顶面边缘处相匹配，所述第二半环形抵触件以及第二半环形C型件的两端皆开设有与限位头相互配合的限位槽。

优选的，所述第一半圆环形限位座以及第二半圆环形限位座均采用硅橡胶材质制备而成。

优选的，所述透声网下方的外壳内部空隙位置处填充有填充胶，且填充胶的材质为环氧树脂，并在所述透声网上方的外壳顶部开口位置处涂覆有灌封胶。

本申请的有益之处在于：首先，在对传感器本体的进行组装的过程中，利用圆台型塞头与圆台型固定管之间的相互配合，从而使得盖板上开设的通孔进行封堵，防止在填充填充胶时造成填充胶沿通孔漏出，并且利用填充胶的注入，排出壳体内的空气，克服了传感器本体内的在高温环境中发生膨胀，保证了传感器的正常工作，同时通过灌封胶对外壳顶部开口位置处进行密封，使得传感器本体内部处于一个封闭并且稳定的状态，降低环境对传感器工作的影响；

其次，通过第一半圆环形限位座与第二半圆环形限位座内部限位头与限位槽之间的配合，从而将第一半圆环形限位座与第二半圆环形限位座进行对接，在对接后第一半环形抵触件与第二半环形抵触件的外侧壁能够与铜箔支撑筒的内侧壁完全抵触，从而防止第一半圆环形限位座与第二半圆环形限位座发生晃动，造成传感器本体产生尖锐的刺耳声音，同时利用第一半环形C型件和第二半环形C型件对基板进行包边以及通过第一半环形压电陶瓷限位件和第二半环形压电陶瓷限位件将压电陶瓷固定于基板上，一方面利用第一半圆环形限位座和第二半圆环形限位座自身的硅橡胶材质，防止基板的共振，另一方面通过对基板以及压电陶瓷进行固定与防护，从而能够消除能量转换过程中谐振器所产生的余震，消除尖锐的刺耳声音，提高产品的性能和用户的体验。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明的整体爆炸结构示意图；

图2是本发明的整体组合后平面结构示意图；

图3是本发明的第一半圆环形限位座结构示意图；

图4是本发明的第二半圆环形限位座结构示意图；

图5是本发明的基板与盖板结构示意图。

以上图中，100、传感器本体；110、外壳；120、透声网；130、铜箔支撑筒；140、谐振器；150、压电陶瓷；160、第一半圆环形限位座；161、第一半环形抵触件；162、限位头；163、第一半环形C型件；164、第一半环形压电陶瓷限位件；165、第一连接柱；166、第一X型支撑件；170、基板；171、圆台型塞头；172、电极引脚；180、盖板；181、圆台型固定管；190、第二半圆环形限位座；191、第二半环形抵触件；192、限位槽；193、第二半环形C型件；194、第二半环形压电陶瓷限位件；195、第二连接柱；196、第二X型支撑件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1-图5所示，本实施例提供了一种新型高频率超声波传感器，包括外壳110以及对外壳110底端进行封堵的盖板180，其中，所述盖板180上对称开设有通孔，并在所述外壳110的顶部设置有向内圈突出的台阶，所述盖板180顶部的外壳110内部装配有基板170，并在所述基板170的底部对称固定有可穿过所述通孔的电极引脚172；

所述基板170顶部的中间位置处设置有压电陶瓷150，具有固定的谐振频率(一般为40-65khz)，是将电能转换为超声波能量的核心转换元件，且压电陶瓷150与基板170的两侧装配有可对基板170包边和对压电陶瓷150限位的第一半圆环形限位座160以及第二半圆环形限位座190，所述第一半圆环形限位座160与第二半圆环形限位座190之间相互对应，并在所述压电陶瓷150的顶部装配有谐振器140，能够实现超声波能量的聚焦，当谐振频率为40khz时，谐振器的径向尺寸为6.8mm，声音的发射角度为6°；

所述盖板180顶部的边缘位置处竖直放置有铜箔支撑筒130，且第一半圆环形限位座160和第二半圆环形限位座190的外侧面与铜箔支撑筒130的内侧面相抵触，并将所述铜箔支撑筒130的外侧与外壳110的内侧面相抵触，在对传感器本体100的使用过程中，利用铜箔支撑筒130对设备的侧面进行防护，通过铜箔支撑筒130能够屏蔽外界的干扰信号，保证传感器的正常工作和精度，所述铜箔支撑筒130的顶部放置有透声网120，且透声网120边缘位置处的上下两端分别与外壳110顶部向内圈突出的台阶以及铜箔支撑筒130的顶端相抵触。

如图5所示，在本实施例中，所述通孔位置处的盖板180顶部皆固定有圆台型固定管181，并在所述电极引脚172的上半部固定有与圆台型固定管181相互配合的圆台型塞头171,利用圆台型塞头171与圆台型固定管181之间的相互配合，从而使得盖板180上开设的通孔进行封堵，防止在填充填充胶时造成填充胶沿通孔漏出。

如图3所示，在本实施例中，所述第一半圆环形限位座160包括由外至内依次设置的第一半环形抵触件161、第一半环形C型件163和第一半环形压电陶瓷限位件164，其中，所述第一半环形抵触件161与第一半环形C型件163之间通过等间距分布的第一X型支撑件166相连接，并将所述第一半环形C型件163与第一半环形压电陶瓷限位件164之间通过第一半环形C型件163顶部固定的第一连接柱165相连接，所述第一半环形抵触件161的外侧面与铜箔支撑筒130的内侧面相抵触，并通过所述第一半环形C型件163对基板170进行包边，所述第一半环形压电陶瓷限位件164的内侧面与压电陶瓷150的外侧面以及顶面边缘处相匹配，所述第一半环形抵触件161以及第一半环形C型件163的两端皆固定连接有限位头162。

如图4所示，在本实施例中，所述第二半圆环形限位座190包括由外至内依次设置的第二半环形抵触件191、第二半环形C型件193和第二半环形压电陶瓷限位件194，其中，所述第二半环形抵触件191与第二半环形C型件193之间通过等间距分布的第二X型支撑件196相连接，并将所述第二半环形C型件193与第二半环形压电陶瓷限位件194之间通过第二半环形C型件193顶部固定的第二连接柱195相连接，所述第二半环形抵触件191的外侧面与铜箔支撑筒130的内侧面相抵触，并通过所述第二半环形C型件193对基板170进行包边，所述第二半环形压电陶瓷限位件194的内侧面与压电陶瓷150的外侧面以及顶面边缘处相匹配，所述第二半环形抵触件191以及第二半环形C型件193的两端皆开设有与限位头162相互配合的限位槽192。

通过第一半圆环形限位座160与第二半圆环形限位座190内部限位头162与限位槽192之间的配合，从而将第一半圆环形限位座160与第二半圆环形限位座190进行对接，在对接后第一半环形抵触件161与第二半环形抵触件191的外侧壁能够与铜箔支撑筒130的内侧壁完全抵触，从而防止第一半圆环形限位座160与第二半圆环形限位座190发生晃动，造成传感器本体100产生尖锐的刺耳声音，同时利用第一半环形C型件163和第二半环形C型件193对基板170进行包边以及通过第一半环形压电陶瓷限位件164和第二半环形压电陶瓷限位件194将压电陶瓷150固定于基板170上，一方面利用第一半圆环形限位座160和第二半圆环形限位座190自身的硅橡胶材质，防止基板170的共振，另一方面通过对基板170以及压电陶瓷150进行固定与防护，从而能够消除能量转换过程中谐振器140所产生的余震，消除尖锐的刺耳声音，提高产品的性能和用户的体验。

在本实施例中，所述第一半圆环形限位座160以及第二半圆环形限位座190均采用硅橡胶材质制备而成，利用第一半圆环形限位座160和第二半圆环形限位座190自身的硅橡胶材质，防止基板170的共振。

在本实施例中，所述透声网120下方的外壳110内部空隙位置处填充有填充胶，且填充胶的材质为环氧树脂，利用填充胶的注入，排出壳体内的空气，克服了传感器本体100内的在高温环境中发生膨胀，保证了传感器的正常工作，并在所述透声网120上方的外壳110顶部开口位置处涂覆有灌封胶,通过灌封胶对外壳110顶部开口位置处进行密封，使得传感器本体100内部处于一个封闭并且稳定的状态，降低环境对传感器工作的影响。

综上所述：

在本实施例中，首先在对传感器本体100的进行组装的过程中，利用圆台型塞头171与圆台型固定管181之间的相互配合，从而使得盖板180上开设的通孔进行封堵，防止在填充填充胶时造成填充胶沿通孔漏出，并且利用填充胶的注入，排出壳体内的空气，克服了传感器本体100内的在高温环境中发生膨胀，保证了传感器的正常工作，同时通过灌封胶对外壳110顶部开口位置处进行密封，使得传感器本体100内部处于一个封闭并且稳定的状态，降低环境对传感器工作的影响；

在本实施例中，随后在对传感器本体100的使用过程中，利用铜箔支撑筒130对设备的侧面进行防护，通过铜箔支撑筒130能够屏蔽外界的干扰信号，保证传感器的正常工作和精度；

在本实施例中，通过第一半圆环形限位座160与第二半圆环形限位座190内部限位头162与限位槽192之间的配合，从而将第一半圆环形限位座160与第二半圆环形限位座190进行对接，在对接后第一半环形抵触件161与第二半环形抵触件191的外侧壁能够与铜箔支撑筒130的内侧壁完全抵触，从而防止第一半圆环形限位座160与第二半圆环形限位座190发生晃动，造成传感器本体100产生尖锐的刺耳声音，同时利用第一半环形C型件163和第二半环形C型件193对基板170进行包边以及通过第一半环形压电陶瓷限位件164和第二半环形压电陶瓷限位件194将压电陶瓷150固定于基板170上，一方面利用第一半圆环形限位座160和第二半圆环形限位座190自身的硅橡胶材质，防止基板170的共振，另一方面通过对基板170以及压电陶瓷150进行固定与防护，从而能够消除能量转换过程中谐振器140所产生的余震，消除尖锐的刺耳声音，提高产品的性能和用户的体验。

Claims (6)

1.一种新型高频率超声波传感器，包括外壳（110）以及对外壳（110）底端进行封堵的盖板（180），其中，所述盖板（180）上对称开设有通孔，并在所述外壳（110）的顶部设置有向内圈突出的台阶，其特征在于，所述盖板（180）顶部的外壳（110）内部装配有基板（170），并在所述基板（170）的底部对称固定有可穿过所述通孔的电极引脚（172）；

所述基板（170）顶部的中间位置处设置有压电陶瓷（150），且压电陶瓷（150）与基板（170）的两侧装配有可对基板（170）包边和对压电陶瓷（150）限位的第一半圆环形限位座（160）以及第二半圆环形限位座（190），所述第一半圆环形限位座（160）与第二半圆环形限位座（190）之间相互对应，并在所述压电陶瓷（150）的顶部装配有谐振器（140）；

所述盖板（180）顶部的边缘位置处竖直放置有铜箔支撑筒（130），且第一半圆环形限位座（160）和第二半圆环形限位座（190）的外侧面与铜箔支撑筒（130）的内侧面相抵触，并将所述铜箔支撑筒（130）的外侧与外壳（110）的内侧面相抵触，所述铜箔支撑筒（130）的顶部放置有透声网（120），且透声网（120）边缘位置处的上下两端分别与外壳（110）顶部向内圈突出的台阶以及铜箔支撑筒（130）的顶端相抵触。

2.根据权利要求1所述的一种新型高频率超声波传感器，其特征在于，所述通孔位置处的盖板（180）顶部皆固定有圆台型固定管（181），并在所述电极引脚（172）的上半部固定有与圆台型固定管（181）相互配合的圆台型塞头（171）。

3.根据权利要求1所述的一种新型高频率超声波传感器，其特征在于，所述第一半圆环形限位座（160）包括由外至内依次设置的第一半环形抵触件（161）、第一半环形C型件（163）和第一半环形压电陶瓷限位件（164），其中，所述第一半环形抵触件（161）与第一半环形C型件（163）之间通过等间距分布的第一X型支撑件（166）相连接，并将所述第一半环形C型件（163）与第一半环形压电陶瓷限位件（164）之间通过第一半环形C型件（163）顶部固定的第一连接柱（165）相连接，所述第一半环形抵触件（161）的外侧面与铜箔支撑筒（130）的内侧面相抵触，并通过所述第一半环形C型件（163）对基板（170）进行包边，所述第一半环形压电陶瓷限位件（164）的内侧面与压电陶瓷（150）的外侧面以及顶面边缘处相匹配，所述第一半环形抵触件（161）以及第一半环形C型件（163）的两端皆固定连接有限位头（162）。

4.根据权利要求3所述的一种新型高频率超声波传感器，其特征在于，所述第二半圆环形限位座（190）包括由外至内依次设置的第二半环形抵触件（191）、第二半环形C型件（193）和第二半环形压电陶瓷限位件（194），其中，所述第二半环形抵触件（191）与第二半环形C型件（193）之间通过等间距分布的第二X型支撑件（196）相连接，并将所述第二半环形C型件（193）与第二半环形压电陶瓷限位件（194）之间通过第二半环形C型件（193）顶部固定的第二连接柱（195）相连接，所述第二半环形抵触件（191）的外侧面与铜箔支撑筒（130）的内侧面相抵触，并通过所述第二半环形C型件（193）对基板（170）进行包边，所述第二半环形压电陶瓷限位件（194）的内侧面与压电陶瓷（150）的外侧面以及顶面边缘处相匹配，所述第二半环形抵触件（191）以及第二半环形C型件（193）的两端皆开设有与限位头（162）相互配合的限位槽（192）。

5.根据权利要求1所述的一种新型高频率超声波传感器，其特征在于，所述第一半圆环形限位座（160）以及第二半圆环形限位座（190）均采用硅橡胶材质制备而成。

6.根据权利要求1所述的一种新型高频率超声波传感器，其特征在于，所述透声网（120）下方的外壳（110）内部空隙位置处填充有填充胶，且填充胶的材质为环氧树脂，并在所述透声网（120）上方的外壳（110）顶部开口位置处涂覆有灌封胶。