CN219085142U - 适用于扫地机器人的高频传感器 - Google Patents

Abstract

本申请是关于一种适用于扫地机器人的高频传感器，包括：壳套，所述壳套内设有空腔，所述空腔内设有胶圈，所述胶圈内设有匹配层壳体，所述匹配层壳体内设有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片上连接有漆包线，所述漆包线连接有转接电路板，所述转接电路板上连接有屏蔽线，所述屏蔽线引出至所述空腔外；所述匹配层壳体上设有发射面，所述发射面设有突出于所述空腔的凸出部。所述匹配层壳体上设有发射面，所述发射面设有突出于所述空腔的凸出部，所述凸出部突出于所述空腔，使得所述发射面的探测角度变大，盲区更小，该种高频传感器应用于扫地机器人上，可以更容易地识别到门槛，更容易地识别到前方的障碍物，提高该种高频传感器的灵敏度。

Description

适用于扫地机器人的高频传感器

技术领域

本申请涉及超声波传感器的技术领域，尤其涉及一种适用于扫地机器人的高频传感器。

背景技术

市场上扫地机器人使用的高频传感器，其探测角度θ在9°(at-6dB)左右，当传感器正对着障碍物时，传感器灵敏度最大，而当传感器向左(或者向右)倾斜4.5°左右，传感器的灵敏度就会急剧下降到约原来的一半，如图1所示。

正常情况下，为了获取最大的灵敏度，高频传感器是按照垂直于地面的方式安装于扫地机器人内部。然而扫地机器人在实际的场景应用中，会存在过门槛的情况，在扫地机器人运动爬升门槛时，高频传感器就会与障碍物之间形成一定的倾角，这个倾角往往大于现有高频传感器的探测角度θ(at-6dB)的1/2，从而导致高频传感器的灵敏度会很弱(甚至没有)，这就极大地增加的扫地机器人准确识别门槛的难度。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种适用于扫地机器人的高频传感器，该高频传感器的探测角度增大，提高高频传感器的灵敏度，使得扫地机器人容易准确地识别出门槛。

本申请提供一种适用于扫地机器人的高频传感器，包括：壳套，所述壳套内设有空腔，所述空腔内设有胶圈，所述胶圈内设有匹配层壳体，所述匹配层壳体内设有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片上连接有漆包线，所述漆包线连接有转接电路板，所述转接电路板上连接有屏蔽线，所述屏蔽线引出至所述空腔外；所述匹配层壳体上设有发射面，所述发射面设有突出于所述空腔的凸出部。

优选地，所述壳套设有第一端面，所述胶圈设有第二端面，所述第一端面与所述第二端面平齐，所述凸出部突出于所述第一端面。

优选地，所述匹配层壳体上设有凹槽，所述压电陶瓷片粘接于所述凹槽的底面上。

优选地，所述底面为平整的平面，所述平面与所述凹槽的横向的水平面平行设置。

优选地，所述凸出部为半球状，所述凸出部的弦高为a，a/2到凹槽内壁的所述底面的距离设定为匹配层的厚度t，t＝λ/4，λ为超声波波长，其中弦高a的取值范围满足：0≤a/2≤λ/4。

优选地，所述压电陶瓷片上设有第一阻尼层，所述第一阻尼层上设有第二阻尼层，所述第一阻尼层与所述第二阻尼层位于所述压电陶瓷层与所述转接电路板之间。

优选地，所述凹槽的内壁上设有第一台阶，所述转接电路板放置于所述第一台阶上。

优选地，所述压电陶瓷片设有第一电极和第二电极，所述压电陶瓷片的上表面上设有分别与所述第一电极和所述第二电极连接的第一焊接点和第二焊接点，所述第一焊接点和所述第二焊接点分别与所述漆包线连接。

优选地，所述匹配层壳体外侧面设有第二台阶，所述胶圈抵接在所述第二台阶上，所述胶圈位于所述匹配层壳体与所述壳套之间。

优选地，所述凸出部与所述匹配层壳体一体成型。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：所述匹配层壳体上设有发射面，所述发射面设有突出于所述空腔的凸出部，所述凸出部突出于所述空腔，使得所述发射面的探测角度变大，盲区更小，该种高频传感器应用于扫地机器人上，可以更容易地识别到门槛，更容易地识别到前方的障碍物，提高该种高频传感器的灵敏度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是背景技术中所述的扫地机器人使用的高频传感器探测障碍物的示意图；

图2是本申请实施例示出的适用于扫地机器人的高频传感器的结构示意图；

图3是现有技术中匹配层壳体的的结构示意图；

图4是本申请实施例示出的适用于扫地机器人的高频传感器的匹配层壳体的结构示意图；

图5是现有技术中的匹配层壳体的发射面为平面结构的角度测试图；

图6是本申请实施例示出的适用于扫地机器人的高频传感器的发射面为凸台结构的角度测试图。

附图标识：

壳套1；空腔11；上端12；下端13；第一端面14；

胶圈2；第二端面21；

匹配层壳体3；发射面31；凸出部32；凹槽33；底壁34；第一台阶35；第二台阶36；

压电陶瓷片4；第一电极41；第二电极42；

漆包线5；

转接电路板6；屏蔽线61；

第一阻尼层7；

第二阻尼层8；

灌封胶层9。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

参见图2，一种适用于扫地机器人的高频传感器，包括：壳套1，所述壳套1内设有空腔11，所述空腔11内设有胶圈2，所述胶圈2内设有匹配层壳体3，也就是，所述胶圈2包覆在所述匹配层壳体3外侧。本实施例中，所述胶圈2位于所述壳套1与所述匹配层壳体3之间，使得所述所述壳套1和所述匹配层壳体3与所述胶圈2干涉配合，使得所述匹配层壳体3固定于所述空腔11内，传感器结构较为稳固，有效减小余振。本实施例中，所述空腔11为圆柱体的空腔11，所述空腔11位于所述壳套1的中央区域并从上往下贯穿壳套1，空腔11的下端13通过匹配层壳体3、胶圈2实现与壳套1的外部隔绝。

参见图2，所述匹配层壳体3内设有压电陶瓷片4，所述压电陶瓷片4上连接有漆包线5，所述漆包线5连接有转接电路板6，所述转接电路板6上连接有屏蔽线61，所述屏蔽线61引出至所述空腔11外，与外部设备进行电性连接。所述压电陶瓷片4上设有第一阻尼层7，所述第一阻尼层7上设有第二阻尼层8，所述第一阻尼层7与所述第二阻尼层8位于所述压电陶瓷层与所述转接电路板6之间。传统的传感器采用单层的阻尼层，单层的阻尼层会压制到压电陶瓷片4的振动，本实施例中采用双层阻尼层，第一阻尼层7可以分隔第二阻尼层8和压电陶瓷片4，通过第一阻尼层7和第二阻尼层8，使得传感器的有益振动不会被损耗太多，既能有效减小余振的同时不会压制到压电陶瓷片4的振动。在一个实施例中，第一阻尼层7的厚度小于第二阻尼层8的厚度，第一阻尼层7的厚度自边缘区域向中央区域逐渐减小。第一阻尼层7与压电陶瓷片4相接，由于压电陶瓷片4的振动的时候，压电陶瓷片4边缘的振幅会大于压电陶瓷片4的中央区域，第一阻尼层7的厚度自边缘区域向中央区域逐渐减小，可以使得压电陶瓷片4的边缘和中央区域的振幅保持一致，增大传感器的灵敏度，保证传感器的性能。所述第二阻尼层8涂覆于所述第一阻尼层7上。如此，通过控制第二阻尼层8的厚度能调节产品的余振大小，能实现适用于高频传感器的余振较小。

参见图2，所述匹配层壳体3上设有发射面31，所述发射面31设有突出于所述空腔11的凸出部32。本实施例中，所述发射面31与所述屏蔽线61引出的方向相反，位于所述匹配层壳体3的端面上。所述壳套1与所述发射面31临近的面上设有第一端面14，所述胶圈2设有第二端面21，所述第一端面14与所述第二端面21平齐，所述凸出部32突出于所述第一端面14。本实施例中，所述凸出部32与所述匹配层壳体3一体成型。所述凸出部32突出于所述第一端面14，使得所述发射面31的探测角度变大，盲区更小，该种高频传感器应用于扫地机器人上，可以更容易地识别到门槛，更容易地识别到前方的障碍物，提高该种高频传感器的灵敏度。

参见图2，所述匹配层壳体3上设有凹槽33，所述凹槽33为U型槽，所述压电陶瓷片4粘接于所述凹槽33的底壁34上。压电陶瓷片4安装在凹槽33的底壁34上，压电陶瓷片4位于凹槽33内。压电陶瓷片4固定在匹配层壳体3的凹槽33内，匹配层壳体3嵌装固定于壳套1内，使得该高频传感器的结构较为稳固，有效减小余振。凹槽33的内壁可以阻隔压电陶瓷片4，避免压电陶瓷片4振动时候碰到壳套1内壁，进一步降低余振的影响。

参见图2，所述底壁34为平整的平面，所述平面与所述凹槽33的横向的水平面平行设置。所述凹槽33的开口方向与所述凸出部32突出的方向相反。本实施例中，参见图4，所述凸出部32为半球状，所述凸出部32的弦高为a，a/2到凹槽33内壁的所述底面的距离设定为匹配层的厚度t，t＝λ/4，λ为超声波波长，其中弦高a的取值范围满足：0≤a/2≤λ/4。对于高频传感器来说，匹配层壳体3的厚度t＝λ/4时，可以使高频传感器的发射效率达到最佳。当前的扫地机器人使用的高频传感器的匹配层壳体3的结构如图3所示。本实施例中，参见图4，将匹配层壳体3的发射面31端凸出一段圆弧，也就是，设有一个凸出部32，使匹配层壳体3的厚度为凸台结构，具体匹配层壳体3的a/2到凹槽33的平面的距离设定为匹配层壳体3的厚度t，此厚度也遵循t＝λ/4的设计原则，其中弦高a的取值范围满足：0≤a/2≤λ/4。按照此结构通过试验实测发射面31为平面结构和发射面31增加凸台结构的高频传感器的指向角，其示意图如图5和图6所示。从测试的结果可以看到，凸台结构的高频传感器指向角度比平面结构的增幅57％，匹配层壳体3的发射面31采用凸台结构能够增大该高频传感器的指向角，使得该高频传感器的探测角度θ能达到15°(at-6dB)，甚至更大的探测角。

参见图2，所述凹槽33的内壁上设有第一台阶35，所述转接电路板6放置于所述第一台阶35上，所述第一台阶35辅助所述转接电路板6定位与所述凹槽33内。所述匹配层壳体3外侧面设有第二台阶36，所述胶圈2抵接在所述第二台阶36上，所述第二台阶36使得所述胶圈2能稳固地定位装设于所述匹配层壳体3与所述壳套1之间。

参见图2，所述压电陶瓷片4设有第一电极41和第二电极42，所述压电陶瓷片4的上表面上设有分别与所述第一电极41和所述第二电极42连接的第一焊接点和第二焊接点，所述第一焊接点和所述第二焊接点分别与所述漆包线5连接。本实施例中，所述压电陶瓷片4、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第一阻尼层7、所述第二阻尼层8、所述转接电路板6分别设于所述凹槽33内，匹配层壳体3的所述凹槽33的内壁可以阻隔压电陶瓷片4，避免压电陶瓷片4振动时碰到壳套1内壁，进一步降低余振的影响。灌封胶层9填充在匹配层壳体3上方的空腔11内，使得转接电路板6固定于所述空腔11内，能实现较好的回波信号，灵敏度较高。

参见图2，所述第一阻尼层7和第二阻尼层8设置于所述转接电路板6与所述压电陶瓷片4之间，所述转接电路板6通过两个所述漆包线5分别与所述压电陶瓷片4的第一电极41和第二电极42相连，所述转接电路板6通过屏蔽线61与外部设备电性连接。如此，转接电路板6实现外部设备与压电陶瓷片4电性连接。

此外，请参阅图2与图4，所述灌封胶层9通过所述空腔11的上端12注入所述空腔11内，所述灌封胶层9与所述转接电路板6相连。如此，能实现转接电路板6、第一阻尼层7、第二阻尼层8、压电陶瓷片4及匹配层壳体3稳固地装设于壳套1内。另外，第一阻尼层7和第二阻尼层8能尽可能地减小压电陶瓷片4将振动量传递给转接电路板6，从而能提高对回波信号的检测灵敏度，提高产品的性能。在压电陶瓷片4振动过程中，由于胶圈2套设于匹配层壳体3外，也就是位于第一阻尼层7、第二阻尼层8、压电陶瓷片4及匹配层壳体3的外部，从而能发挥出较好的减振作用，所述的高频传感器的余振较小，产品的性能较高。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于，包括：

壳套，所述壳套内设有空腔，所述空腔内设有胶圈，所述胶圈内设有匹配层壳体，所述匹配层壳体内设有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片上连接有漆包线，所述漆包线连接有转接电路板，所述转接电路板上连接有屏蔽线，所述屏蔽线引出至所述空腔外；

所述匹配层壳体上设有发射面，所述发射面设有突出于所述空腔的凸出部。

2.根据权利要求1所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述壳套设有第一端面，所述胶圈设有第二端面，所述第一端面与所述第二端面平齐，所述凸出部突出于所述第一端面。

3.根据权利要求2所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述匹配层壳体上设有凹槽，所述压电陶瓷片粘接于所述凹槽的底面上。

4.根据权利要求3所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述底面为平整的平面，所述平面与所述凹槽的横向的水平面平行设置。

5.根据权利要求3所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述凸出部为半球状，所述凸出部的弦高为a，a/2到凹槽内壁的所述底面的距离设定为匹配层的厚度t，t＝λ/4，λ为超声波波长，其中弦高a的取值范围满足：0≤a/2≤λ/4。

6.根据权利要求3所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述压电陶瓷片上设有第一阻尼层，所述第一阻尼层上设有第二阻尼层，所述第一阻尼层与所述第二阻尼层位于所述压电陶瓷层与所述转接电路板之间。

7.根据权利要求3所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述凹槽的内壁上设有第一台阶，所述转接电路板放置于所述第一台阶上。

8.根据权利要求1所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述压电陶瓷片设有第一电极和第二电极，所述压电陶瓷片的上表面上设有分别与所述第一电极和所述第二电极连接的第一焊接点和第二焊接点，所述第一焊接点和所述第二焊接点分别与所述漆包线连接。

9.根据权利要求1所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述匹配层壳体外侧面设有第二台阶，所述胶圈抵接在所述第二台阶上，所述胶圈位于所述匹配层壳体与所述壳套之间。

10.根据权利要求1所述的适用于扫地机器人的高频传感器，其特征在于：所述凸出部与所述匹配层壳体一体成型。

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