DE19808994C2

DE19808994C2 - Ultraschallsensor mit Temperaturkompensationskondensator

Info

Publication number: DE19808994C2
Application number: DE19808994A
Authority: DE
Inventors: Koichi Watanabe; Chitaka Ochiai; Junshi Ohta; Masaharu Kota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: US5987992A; DE19808994A1; JPH10257595A; JP3233059B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Ultraschallsensoren für eine Verwendung beim Erfassen von Hindernissen oder dergleichen durch eine Übertragung und ei nen Empfang von Ultraschallwellen, und insbesondere auf Ver besserungen bei Ultraschallsensoren, die ein piezoelektri sches Element und einen Temperaturkompensationskondensator, die in einem Gehäuse enthalten sind, aufweisen.

Bekannte Ultraschallsensoren sind herkömmlicherweise für ei ne Verwendung beispielsweise als Hinderniserfassungssensoren in Landfahrzeugen angepaßt. Fig. 12 ist eine Querschnittan sicht, um ein Beispiel der Ultraschallsensoren dieses Typs zu erklären.

Wie es in Fig. 12 gezeigt ist, umfaßt ein Ultraschallsensor 61 ein zylindrisches, aus einem gewünschten Metall herge stelltes Gehäuse 62 mit einem geschlossenen Ende. Eine ge schlossene Endoberfläche 62a des Gehäuses 62 ist für eine Übertragung und einen Empfang von Ultraschallwellen ange paßt.

Ein piezoelektrisches Vibrationselement 63 ist innerhalb der Endoberfläche 62a des Gehäuses 62 befestigt. Das piezoelek trische Vibrationselement 63 umfaßt eine piezoelektrische Keramikplatte, die eine Struktur aufweist, damit Elektroden (nicht gezeigt) auf den zwei Hauptoberflächen der piezoelek trischen Keramikplatte, die aus einem auf PZT basierenden piezoelektrischen Keramikmaterial besteht, angeordnet werden können.

Ein schallabsorbierendes Bauglied 64, das aus einem ge wünschten Polyesterfilzmaterial hergestellt ist, ist in der Nähe des piezoelektrischen Vibrationselements 63 angeordnet.

Ferner ist in dem Gehäuse 62 über dem schallabsorbierenden Bauglied 64 ein Temperaturkompensationskondensator 65 ange ordnet. Der Temperaturkompensationskondensator 65 weist eine Struktur auf, die es ermöglicht, daß auf den beiden Haupt oberflächen des Temperaturkompensationskondensators 65 Elek troden gebildet werden. Eine Hauptoberflächenelektrode des Temperaturkompensationskondensators 65 ist mittels eines Zu leitungsdrahtes 66a mit dem piezoelektrischen Vibrationsele ment 63 elektrisch verbunden. Die verbleibende Hauptoberflä chenelektrode des Temperaturkompensationskondensators 65 ist über einen Zuleitungsdraht 66b mit dem Gehäuse 62 elektrisch verbunden. Es wird angemerkt, daß das Gehäuse 62 mit der an deren Hauptoberfläche (d. h. einer unteren Oberfläche, wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist) des piezoelektrischen Vibrationselements 63 elektrisch gekoppelt ist.

Mehrere Herausführungs- oder "externe" Zuleitungsdrähte 67a, 67b sind jeweils mit den Elektroden auf beiden Hauptoberflä chen des Temperaturkompensationskondensators 65 verbunden. Die externen Zuleitungsdrähte 67a, 67b sind mit einem Ver binder 68 elektrisch gekoppelt, der außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist.

Der Innenraum des Gehäuses 62 ist mit einem schallabsorbie renden Silikonklebstoff 69 gefüllt, um eine ungewollte Re flexion von Ultraschallwellen zu beseitigen. Ferner ist ein schallabsorbierendes Bauglied 70 angeordnet, um die offene Endseite des Gehäuses 62 abzudecken. Das schallabsorbierende Bauglied 70 kann aus einem aufgeschäumten Polyurethan herge stellt sein.

Bei dem Ultraschallsensor 61 ist der Temperaturkompensati onskondensator 65 unter Berücksichtigung der Tatsache ange ordnet und aufgebaut, daß die elektrostatische Kapazität des piezoelektrischen Vibrationselements 63 mit einer Änderung der Temperatur deutlich variieren kann, woraus sich variie rende oder abweichende Resonanzeigenschaften ergeben.

Eine Beseitigung des Temperaturkompensationskondensators 65 würde jedoch die Funktionsfähigkeit der Kontaktierungsver bindungen reduzieren, die durch Anlöten der Zuleitungsdrähte 66a, 66b, 67a, 67b während des Zusammenbauens des Ultra schallsensors 61 hergestellt werden.

Insbesondere während des Zusammenbaus des Ultraschallsensors 61 ist es notwendig, daß die Kontaktierungsverbindungen mit tels der Zuleitungsdrähte 66a, 66b vor der Injektion oder dem Packen des Silikonharzes 69 in das Gehäuse 62 fertigge stellt sind. Da der Temperaturkompensationskondensator 65 derart strukturiert und angeordnet ist, daß die Elektroden auf den zwei Hauptoberflächen des Temperaturkompensations kondensators 65 angeordnet sind, ist es ungünstigerweise notwendig, jeden einzelnen dieser Zuleitungsdrähte 66a, 66b mittels Löttechniken mit einer entsprechenden Elektrode auf den jeweiligen Hauptoberflächen des Temperaturkompensations kondensators 65 einzeln zu verbinden, während gleichzeitig der Temperaturkompensationskondensator 65 an einer bestimm ten Position, die in Fig. 12 gezeigt ist, feststehend gehal ten werden muß, wodurch die Komplexität und die Schwierig keit des Drahtkontaktierungsverfahrens erhöht wird.

Zusätzlich ist es während der Injektion des Silikonharzes 69 erforderlich, daß Arbeiter mittels einer Sichtprüfung über prüfen, ob sich die Zuleitungsdrähte 66a, 66b zuverlässig und sicher in Kontakt mit dem Temperaturkompensationskonden sator 65 befinden, und sicherstellen, daß sich die Zulei tungsdrähte 66a, 66b nicht zufällig von dem Temperaturkom pensationskondensator 65 gelöst haben. Da bei dieser Struk tur die Zuleitungsdrähte 66a, 66b mit beiden Hauptoberflä chen des Temperaturkompensationskondensators 65 gekoppelt sind, ist es notwendig, jede der zwei Hauptoberflächen des Temperaturkompensationskondensators 65 mittels zeitaufwen diger Sichtprüfungsverfahren visuell zu überprüfen, wobei menschliches Versagen und Fehler bei der Beurteilung auftre ten können.

Ferner war es hinsichtlich der Kontaktierungsverbindung der Zuleitungsdrähte 67a, 67b notwendig, daß Arbeiter vor dem Aushärten des schallabsorbierenden Materials 70 überprüfen, ob die Zuleitungsdrähte 67a, 67b zuverlässig mit dem Tempe raturkompensationskondensator 65 gekoppelt sind. Aufgrund der Tatsache, daß diese Zuleitungsdrähte 67a, 67b jeweils mit den Elektroden auf beiden Hauptoberflächen des Tempera turkompensationskondensators 65 verbunden werden sollen, war es ferner notwendig, daß Arbeiter jede der zwei Hauptober flächen des Temperaturkompensationskondensators 65 überprü fen.

Da der Temperaturkompensationskondensator 65 eine Struktur zum Beseitigen der elektrostatischen Kapazität von den Elek troden, die an beiden Hauptoberflächen des Temperaturkompen sationskondensators 65 angeordnet sind, aufweist, bleibt die resultierende Gesamtgröße des Gerätes außerdem relativ groß. Folglich kann beim Anlegen von Wärmestößen von außerhalb des Geräts eine Verformung stattfinden. Ein weiteres Problem, das bei bekannten Geräten auftritt, besteht darin, daß auf grund der relativ großen Abmessung des Temperaturkompensati onskondensators 65 und ferner aufgrund einer erhöhten Flä che, die für einen Kontakt zwischen dem Silikonharz 69 und dem Temperaturkompensationskondensator 65 erforderlich ist, während der Injektion des Silikonharzes 69 Gasblasen oder Lufthohlräume in dem Gehäuse 62 auftreten können, die eine Reflexion der Ultraschallwellen verursachen können.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß sich aufgrund der Tatsache, daß der Temperaturkompensationskondensator 65 re lativ große Abmessungen aufweisen muß, eine Ultraschallwel lenreflexion, die durch den Temperaturkompensationskondensa tor 65 verursacht wird, über vernachlässigbaren Pegeln be finden kann.

Zusätzlich ergibt die Anordnung des Temperaturkompensations kondensators 65 in einer spezifischen Ausrichtung, bei der sich die Hauptoberflächen des Temperaturkompensationskondensators 65 in rechten Winkeln zu dem piezoelektrischen Vibra tionselement 63 befinden, eine bemerkbare Erhöhung des Ab standes von dem oberen Ende des Temperaturkompensationskon densators 65 zu dem piezoelektrischen Vibrationselement 63. Aus diesem Grund ist die Temperaturempfindlichkeit oder das Temperaturfolgevermögen des Kondensators 65 hinsichtlich Temperaturänderungen des Vibrationselements 63 nicht ausrei chend, wodurch es unmöglich wird, ausreichende Temperatur kompensationsfunktionen zu erhalten.

Aus der DE 295 09 574 U1 und der EP 0 594 331 A1 sind Ultra schallsensoren bekannt, die ein Piezoelement aufweisen. Das Piezoelement ist an nur einer Seitenfläche kontaktiert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ultraschallsensor zu schaffen, der sowohl einen einfacheren mechanischen Aufbau als auch verbesserte Temperaturkompensa tionseigenschaften und eine erhöhte Zuverlässigkeit auf weist.

Diese Aufgabe wird durch einen Ultraschallsensor gemäß An spruch 1 gelöst.

Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, schaffen die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin dung einen Ultraschallsensor mit einem piezoelektrischen Vi brationselement und einem Temperaturkompensationskondensa tor, die in einem Gehäuse gehäust sind, wobei der Sensor so wohl eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit als auch eine Struktur aufweist, die einen einfacheren Zusammenbau und ei ne viel einfachere elektrische Kopplung des Temperaturkom pensationskondensators ermöglicht.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin dung schaffen ferner einen Ultraschallsensor mit einer spe zifischen Struktur, die das Auftreten einer Verformung in dem Temperaturkompensationskondensator beim Anlegen von Wär mestößen an denselben reduziert, die Erzeugung von Luftbla sen während der Injektion von elastischen Harzmaterialien zum Füllen der Innenseite des Gehäuses unterdrückt und jede unerwünschte Ultraschallwellenreflexion beseitigt.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ferner einen Ultraschallsensor mit einem Temperaturkompensa tionskondensator, wobei der Sensor ein ausgezeichnetes Fol gevermögen oder "Folgefähigkeit" des Temperaturkompensati onskondensators hinsichtlich Temperaturänderungen eines zu geordneten piezoelektrischen Vibrationselements erreicht, wodurch folglich eine verbesserte Temperaturkompensations funktion erreicht wird.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Ultraschallsensor ein Gehäuse, ein pie zoelektrisches Vibrationselement, das in dem Gehäuse gehäust ist, einen Temperaturkompensationskondensator, der in dem Gehäuse gehäust ist, ein Elektrodenpaar, das auf einer ein zigen gemeinsamen Oberfläche des Temperaturkompensationskon densators vorgesehen ist, ein Paar von ersten Zuleitungs drähten, die das piezoelektrische Element und den Tempera turkompensationskondensator über das Elektrodenpaar jeweils elektrisch verbinden, und ein Paar von zweiten Zuleitungs drähten, die jeweils mit dem Temperaturkompensationskonden sator über das Elektrodenpaar verbunden sind und sich von einer Innenseite zu einer Außenseite des Gehäuses er strecken.

Es wird angemerkt, daß der erste und zweite Zuleitungsdraht als einzelner, kofunktionaler Zuleitungsdraht gebildet sein kann.

Da ein Temperaturkompensationskondensator eine Struktur auf weist, bei der ein Elektrodenpaar auf einer einzigen gemein samen Oberfläche desselben angeordnet sind, wird es gemäß dem oben beschriebenen Ultraschallsensor möglich, das Kon taktierungsverbindungsverfahren der zugeordneten Zuleitungs drähte hinsichtlich des Temperaturkompensationskondensators in dem Gehäuse einfacher durchzuführen, während gleichzeitig eine einfache Überprüfung der kontaktierten Abschnitte zwi schen dem Temperaturkompensationskondensator und den Zulei tungsdrähten vor der Injektion und dem Packen eines elastischen Harzes in die Innenseite des Gehäuses ermöglicht wird. Folglich wird sowohl die Produktivität beim Zusammenbau der Ultraschallsensoren als auch die Zuverlässigkeit und das Verhalten der Ultraschallsensoren erhöht, während die Her stellungskosten reduziert werden.

Bei dem obigen Ultraschallsensor beträgt die Größe des Tem peraturkompensationskondensators vorzugsweise weniger als λ/4 in der Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen, wo bei λ eine Wellenlänge einer Ultraschallwelle ist, die in dem piezoelektrischen Vibrationselement erzeugt wird.

Wenn die Größe des Temperaturkompensationskondensators klei ner als λ/4 in der Ultraschallwellenausbreitungsrichtung ist, wobei λ die Wellenlänge einer Ultraschallwelle ist, ist es möglich, die Erzeugung einer unnötigen oder "Fremd-" Reflexion zu beseitigen, die durch das Vorhandensein von Komponenten einer stehenden Wellen einer Ultraschallwelle verursacht wird, während gleichzeitig die Wärmestoßstabili tät gesteigert wird, wobei es ferner möglich ist, das Risiko zu unterdrücken, daß während des Packens des elastischen Harzes Luftblasen erzeugt werden. Es ist ferner aufgrund des Unterdrückens von Luftblasen möglich, eine unerwünschte Ul traschallwellenreflexion, die ansonsten auftritt, zu besei tigen, wobei es ferner möglich ist, eine Reflexion von uner wünschten Ultraschallwellen zu unterdrücken, die durch den Kondensator selbst verursacht werden kann. Dies macht es möglich, eine Miniaturisierung des Ultraschallsensors zu er reichen, während die Wärmestoßstabilität und Meßgenauigkeit verbessert wird.

Bei dem obigen Ultraschallsensor beträgt ein Abstand zwi schen einem Abschnitt des Temperaturkompensationskondensa tors, der am weitesten von dem piezoelektrischen Vibrations element beabstandet ist, und dem piezoelektrischen Vibrati onselement vorzugsweise weniger als λ/4 in der Ausbrei tungsrichtung der Ultraschallwelle, wobei λ die Wellenlänge der Ultraschallwelle ist, die in dem piezoelektrischen Vibrationselement erzeugt wird.

Wenn der Abstand zwischen dem bestimmten Abschnitt des Tem peraturkompensationskondensators, der am weitesten von dem piezoelektrischen Vibrationselement beabstandet ist, und dem piezoelektrischen Vibrationselement weniger als λ/4 be trägt, ist die Temperaturfolgefähigkeit des Temperaturkom pensationskondensators hinsichtlich des piezoelektrischen Vibrationselements gesteigert, wodurch eine wirksame Unter drückung von Änderungen der Ultraschallsensormeßgenauigkeit aufgrund einer Temperaturänderung ermöglicht wird, was wie derum zu einer Zuverlässigkeit führt, wodurch ein Ultra schallsensor bereitgestellt wird, der stabile Temperaturei genschaften aufweist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Ultra schallsensors gemäß einem ersten bevorzugten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Temperaturkom pensationskondensators, der bei dem ersten bevor zugten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.

Fig. 3 und 4 Diagramme, die jeweils eine perspektivische Ansicht eines weiteren beispielhaften Temperaturkompensati onskondensators zeigen, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ver wendet werden kann.

Fig. 5 einen Querschnitt eines Ultraschallsensors gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration eines Ultraschallsensors des zweiten bevorzugten Aus führungsbeispiels zeigt.

Fig. 7A einen Querschnitt eines Ultraschallsensors gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Fig. 7B eine Schal tungskonfiguration desselben.

Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm einer Meßschaltungsanord nung, die beim Messen der Eigenschaften eines Ul traschallsensors gemäß einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 9 einen graphischen Verlauf, der einen Signalverlauf darstellt, der auf einem Oszilloskop beobachtet wird, zur Erklärung der Meßergebnisse des Ultra schallsensors gemäß dem ersten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel.

Fig. 10 ein graphischer Verlauf zur Erklärung der Tempera tureigenschaften des Sensors gemäß dem ersten be vorzugten Ausführungsbeispiel.

Fig. 11 ein Diagramm zur Erklärung der Temperatureigen schaften von Ultraschallsensoren gemäß dem ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel und einem im Stand der Technik bekannten Sensor.

Fig. 12 einen Querschnitt eines im Stand der Technik be kannten Ultraschallsensors.

Fig. 1 stellt einen Ultraschallsensor gemäß einem bevorzug ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Quer schnitt dar. Wie es gezeigt ist, ist der Ultraschallsensor 1 derart aufgebaut, daß ein piezoelektrisches Vibrationsele ment 3 in einem zylindrischen Gehäuse 2 angeordnet ist. Das zylindrische Gehäuse 2 kann aus einem gewünschten Metall, wie z. B. Aluminium, oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Das Gehäuse 2 ist an seinem unteren Teil geschlossen, wodurch eine Übertragung und ein Empfang von Ultraschallwellen von einer unteren Endoberfläche 2a ermög licht wird.

Ein piezoelektrisches Vibrationselement 2 ist mit einem in neren Abschnitt der Endoberfläche 2a verbunden. Das piezo elektrische Vibrationselement 3 weist eine Struktur auf, die es ermöglicht, daß Elektroden (nicht gezeigt) auf beiden Hauptoberflächen einer piezoelektrischen Platte, die das piezoelektrische Vibrationselement 3 bildet, angeordnet wer den, wobei die Platte aus einem auf PZT basierenden piezo elektrischem Keramikmaterial hergestellt ist. Es wird ange merkt, daß die untere Elektrode über einen gewünschten Kleb stoff (nicht gezeigt) mittels Direktkontakt mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Das Gehäuse 2 besteht aus einem metalli schen Material, so daß die Elektrode an der unteren Oberflä che des piezoelektrischen Vibrationselements 3 mit dem Ge häuse 2 elektrisch verbunden ist.

Ein schallabsorbierendes Bauglied 4 ist über dem piezoelek trischen Vibrationselement 3 angeordnet. Das schallabsorbie rende Bauglied 4 ist vorgesehen, um Reflexionen von uner wünschten Ultraschallwellenkomponenten zu absorbieren. Für das akustische Material 4 können beliebige geeignete Mate rialien verwendet werden, solange diese Materialien eine Re flexion von unerwünschten Ultraschallwellen beseitigen kön nen. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Po lyesterfilzbauglied verwendet, obwohl die vorliegende Erfin dung nicht ausschließlich auf dasselbe begrenzt sein sollte.

Ein Temperaturkompensationskondensator 5 ist über dem schallabsorbierenden Bauglied 4 angeordnet. Wie es detail liert in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Temperaturkompensa tionskondensator 5 eine Struktur auf, bei der Elektroden 5b, 5c an beiden Enden eines dielektrischen Körpers 5a angeord net sind, der eine im wesentlichen rechtwinkelige Form aufweist. Dieser Kondensator 5 ist vorzugsweise aus einem mehr schichtigen Keramikkondensator aufgebaut, wobei der dielek trische Körper 5a aus einem dielektrischen Keramikmaterial hergestellt ist und eine Mehrzahl von Innenelektroden um faßt, die angeordnet sind, um eine interne elektrostatische Kapazität aus der Oberfläche herauszuführen. Diese Innen elektroden sind entweder mit der Elektrode 5b oder der Elek trode 5c, die in Fig. 2 gezeigt sind, elektrisch verbunden.

Jede der Elektroden 5b, 5c ist angeordnet, um sich von einer Endoberfläche des dielektrischen Körpers 5a zu erstrecken, deckt weitere vier Oberflächen ab, koppelt oder paßt mit denselben zusammen. Folglich ist das Elektrodenpaar 5b, 5c auf einer gemeinsamen Oberfläche des dielektrischen Körpers 5a, d. h. beispielsweise einer oberen Oberfläche 5d, vorhan den. Es wird hier angemerkt, daß bei dem Temperaturkompensa tionskondensator 5 die Elektroden 5b, 5c zu der oberen Ober fläche 5d ferner entweder auf einer unteren Oberfläche oder einem Seitenoberflächenpaar zusätzlich vorhanden sein kön nen.

Im folgenden wenden wir uns wieder Fig. 1 zu. Eine Elektrode (nicht gezeigt) an einer oberen Oberfläche des piezoelektri schen Vibrationselements 3 ist mittels eines Zuleitungsdrah tes 6a mit der Elektrode 5b des Temperaturkompensationskon densators 5 elektrisch verbunden. Ferner ist die Elektrode 5c des Temperaturkompensationskondensators 5 mittels eines Zuleitungsdrahtes 6b mit dem Metallgehäuse 2 elektrisch ver bunden. Die Kontaktierungsverbindung der Zuleitungsdrähte 6a, 6b wird mittels Löttechniken unter Verwendung eines leitfähigen Klebstoffes oder weiterer geeigneter Techniken durchgeführt.

Da das Elektrodenpaar 5b, 5c auf einer gemeinsamen Oberflä che des dielektrischen Körpers 5a angeordnet ist, ist es bei dem Ultraschallsensor 1 dieses bevorzugten Ausführungsbei spiels möglich, ohne weiteres eine Kopplung oder Kontaktie rung der Zuleitungsdrähte 6a, 6b mit dem Temperaturkompensationskondensator 5 vorzunehmen. Insbesondere dort, wo diese Zuleitungsdrähte 6a, 6b mit den Elektroden 5b, 5c beispiels weise mittels Löttechniken gekoppelt oder kontaktiert sind, kann aufgrund der Tatsache, daß diese Elektroden 5b, 5c auf dieser einen einzigen gemeinsamen Oberfläche des dielektri schen Körpers 5a angeordnet sind, das Verfahren zum Koppeln der Zuleitungsdrähte 6a, 6b ohne weiteres auf einer gemein samen Oberfläche des dielektrischen Körpers 5a durchgeführt werden.

Es wird ferner angemerkt, daß ein elastisches Harz 7 in das Gehäuse 2 gepackt ist, um das Innere des Gehäuses 2 zu fül len. Das elastische Harz 7 besteht aus einem gewünschten Harz, das eine ausgezeichnete Elastizität oder Nachgiebig keit aufweist, wie z. B. Silikonharz, Butylgummi oder der gleichen, um dadurch eine ungewollte Ultraschallwellenrefle xion zu unterdrücken.

Vor dem Füllen des Gehäuses 2 mit dem elastischen Harz 7 muß das Kontaktierungsverbindungsverfahren der Zuleitungsdrähte 6a, 6b abgeschlossen sein. Es ist folglich während der In jektion des elastischen Harzes 7 erforderlich, daß eine Sichtprüfung durchgeführt werden muß, um zu überprüfen, ob die Zuleitungsdrähte 6a, 6b fest mit dem Temperaturkompen sationskondensator 5 kontaktiert und gekoppelt sind. Da die Zuleitungsdrähte 6a, 6b mit den Elektroden auf einer einzi gen gemeinsamen Oberfläche des dielektrischen Körpers 5a des Temperaturkompensationskondensators 5 verbunden sind, wird es bei dem Ultraschallsensor 1 dieses bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels möglich, durch eine einmalige Sichtprüfung den Kontakt/Verbindungszustand dieser Zuleitungsdrähte 6a, 6b einfach zu überprüfen.

Insbesondere war es bei im dem Stand der Technik bekannten Ultraschallsensor 61 erforderlich, daß, nachdem die Sicht prüfung durchgeführt wurde, um einen Kontaktabschnitt auf einer Hauptoberfläche des Temperaturkompensationskondensa tors 65 zu überprüfen, eine Überprüfung des verbleibenden Kontaktabschnittes auf der gegenüberliegenden Hauptoberflä che des Kondensators 65 wiederholt ausgeführt werden muß. Im Gegensatz dazu ist es mit dem Ultraschallsensor 1 dieses be vorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung möglich, beide Kontaktoberflächen, die auf einer einzigen gemeinsamen Oberfläche des dielektrischen Körpers 5a ange ordnet sind, mit einer einzigen Sichtprüfung zu überprüfen.

Verlängerungszuleitungsdrähte 8a, 8b sind mittels Löttechni ken oder dergleichen mit dem Temperaturkompensationskonden sator 5 verbunden. Die Verlängerungszuleitungsdrähte 8a, 8b sind angeordnet, um sich von einem inneren Teil zu einem äu ßeren Teil des Gehäuses 2 zu erstrecken, und sind daraufhin mit einem Stecker 9 verbunden. Der Stecker 9 ist vorgesehen, um eine schnelle Verbindung mit einer zugeordneten Komponen te, die einen Verstärker umfaßt, der ein Ausgangssignal des Ultraschallsensors 1 bereitstellt, zu ermöglichen.

Hinsichtlich einer Kontaktierungsverbindung der Verlänge rungszuleitungsdrähte 8a, 8b mit dem Temperaturkompensa tionskondensator 5 muß diese Kontaktierung vor dem Füllen mit dem elastischen Harz 7 durchgeführt werden. In diesem Fall ist es auch möglich, den Kontaktzustand dieser Verlän gerungszuleitungsdrähte 8a, 8b hinsichtlich des Temperatur kompensationskondensators 5 durch eine Sichtprüfung in einem einzigen Schritt einfach zu überprüfen.

Ferner ist die Größe des Temperaturkompensationskondensators 5 in der Ultraschallwellenausbreitungsrichtung vorzugsweise entworfen, um kleiner als ein Viertel der Ultraschallwellen länge λ zu sein. Bei einem praktischen Beispiel sind die Länge l, die Breite w und die Dicke t, die in dem bevorzug ten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 gezeigt sind, vorzugs weise derart angeordnet, daß l = 3,3 mm, w = 1,6 mm und t = 0,6 mm. Anders ausgedrückt, die akustische Wellenausbrei tungsgeschwindigkeit oder -Rate C in Luft mit einer Tempera tur von 20°C beträgt C = 344 m/sek. Bei einer Frequenz von 40 kHz ist die Wellenlänge λ gegeben durch λ = C/f = 8,6 mm. Folglich ist λ/4 = 2, 15 mm, so daß die Breite W = 1,6 mm kleiner als λ/4 ist. Zusätzlich beträgt der Abstand zwi schen dem piezoelektrischen Vibratonselement und dem Ab schnitt des piezoelektrischen Vibrationselements des Tempe raturkompensationskondensators, der am weitesten von dem piezoelektrischen Vibrationselement beabstandet ist, vor zugsweise ungefähr gleich 2,0 mm. Dieser Abstand ist ferner vorzugsweise kleiner als λ/4.

Die im vorhergehenden genannte Größe W des Temperaturkompen sationskondensators 5 ist kleiner als λ/4, so daß keine un nötige Reflexion stattfindet, die andernfalls aufgrund des Vorhandenseins von Komponenten einer stehenden Welle der Ul traschallwellen auftreten würden. Außerdem ist aufgrund der Tatsache, daß aufgrund von Wärme kaum eine Verformung auf tritt, selbst bei einem externen Anlegen von Wärmestößen an den Ultraschallsensor die Wärmestoßstabilität gesteigert.

Da zusätzlich der Kontaktbereich zwischen dem Temperatur kompensationskondensator 5 und dem elastischen Harz 7 wäh rend der Injektion und dem Packen des elastischen Harzes 7 klein bleibt, treten kaum Luftblasen auf, wodurch folglich eine Unterdrückung einer unerwünschten Ultraschallwellenre flexion ermöglicht wird, die ansonsten aufgrund der Erzeu gung dieser Luftblasen auftreten würden.

Es sollte angemerkt werden, daß, obwohl bei diesem bevorzug ten Ausführungsbeispiel der Mehrschichtkondensator eine im wesentlichen rechtwinklige Quaderform zum Bilden des Tempe raturkompensationskondensators 5 aufgewiesen hat, die Struk tur der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die als der Temperaturkompensationskondensator verwendbar ist, nicht ausschließlich darauf begrenzt sein sollte. Mit anderen Worten, es können beliebige Kondensato ren mit geeigneten Strukturen ferner verwendet werden, so lange dieselben aufgebaut sind, um ein Elektrodenpaar auf einer gemeinsamen Oberfläche des dielektrischen Körpers auf zuweisen.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, kann beispielsweise ein Kon densator 10 verwendet werden, der aus einem im wesentlichen kreis- oder scheibenförmigen dielektrischen Körper 10a mit einem Elektrodenpaar 10b, 10c, das auf zumindest einer ge meinsamen Oberfläche desselben angeordnet ist, aufgebaut ist. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, kann ferner alternativ ein Kondensator 11 mit einem scheibenförmigen dielektrischen Körper 11a und einem Elektrodenpaar 11b, 11c, das auf zumin dest einer gemeinsamen Hauptoberfläche desselben gebildet ist, und mit einem unterschiedlichen Elektrodenbereich oder einer planaren Abdeckung voneinander verwendet werden. Die scheibenförmigen dielektrischen Körper 10a, 11a können al ternativ in anderen Formen entworfen sein, die im wesentli chen Formen rechtwinkliger Platten oder dergleichen aufwei sen.

Da bei den Kondensatoren das Elektrodenpaar 10b, 10c oder 11b, 11c auf einer einzigen gemeinsamen Oberfläche angeord net ist, werden hinsichtlich der Kondensatoren 10, 11 die selben Auswirkungen und Vorteile erreicht, wie sie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ultraschallsensor 1 erhalten wurden, wenn einer dieser Kondensatoren 10, 11 anstelle des Tempera turkompensationskondensators 5 verwendet wird.

Falls die Kondensatoren 10, 11, die in den Fig. 3 und 4 ge zeigt sind, ferner eine Größe bezüglich der Ultraschallwel lenausbreitungsrichtung aufweisen, die weniger als λ/4 be trägt, und einen Abstand zwischen einem piezoelektrischen Vibrationselement und dem Abschnitt der Kondensatoren, der am weitesten von dem piezoelektrischen Vibrationselement entfernt ist, aufweisen, der geringer als λ/4 ist, ist es möglich, d. h. auf eine Art und Weise, die zu dem Fall des Verwendens des Temperaturkompensationskondensators 5 ähnlich ist, i) eine Verbesserung der Wärmestoßstabilität, ii) eine Unterdrückung einer ungewollten Ultraschallwellenreflexion, die durch die Erzeugung von Luftblasen verursacht wird, und iii) eine Unterdrückung einer unerwünschten Ultraschallwellenreflexion, die durch den Temperaturkompensationskondensa tor selbst verursacht wird, zu erhalten.

Ferner sollte bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung das Material, das den dielektrischen Körper des Temperaturkompensationskondensators bildet, nicht auf das dielektrische Keramikmaterial alleine beschränkt sein, sondern kann ferner aus anderen Materialien, die Harz oder Äquivalente desselben umfassen, hergestellt werden.

Auf diese Weise wird das Temperaturfolgeverhalten des Tem peraturkompensationskondensators 5 hinsichtlich einer Tem peraturänderung des piezoelektrischen Vibrationselements 3 verbessert, indem der Abstand x (gezeigt in Fig. 1) kleiner als λ/4 gelassen wird, während gleichzeitig bewirkt wird, daß der Abschnitt des Temperaturkompensationskondensators 5, der am weitesten entfernt von dem piezoelektrischen Vibrati onselement 3 angeordnet ist, im Vergleich zu dem Fall des im Stand der Technik bekannten Ultraschallsensors 1 näher an dem piezoelektrischen Vibrationselement 3 angeordnet ist. Folglich sollte es ohne weiteres ersichtlich sein, daß eine gewünschte Temperaturkompensationsfunktion, die durch den Temperaturkompensationskondensator 5 durchgeführt wird, aus reichend erreichbar ist.

Bezüglich der Kondensatoren 10, 11, die in Fig. 3 und 4 ge zeigt sind, ist es auf eine zu dem Fall, bei dem der Tempe raturkompensationskondensator 5 verwendet wird, entsprechen de Art und Weise möglich, i) eine Verbesserung der Wärme stoßstabilität, ii) eine Unterdrückung einer ungewollten Ul traschallwellenreflexion aufgrund der Erzeugung von Luftbla sen, und iii) eine Unterdrückung einer ungewollten Ultra schallwellenreflexion durch den Temperaturkompensationskon densator selbst zu erreichen.

Ein Ultraschallsensor gemäß einem zweiten bevorzugten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im allgemei nen durch das Bezugszeichen 21 in Fig. 5 bezeichnet, das eine Schaltungskonfiguration, die in Fig. 6 dargestellt ist, aufweist. Der Ultraschallsensor 21 von Fig. 5 weist eine zu dem Ultraschallsensor 1 des ersten bevorzugten Ausführungs beispiels ähnliche Struktur auf, wobei ferner ein Übertra gerelement 22, das als induktives Element wirksam ist, und ein resistives Element 23 im Inneren des Gehäuses 2 zusätz lich zu dem Temperaturkompensationskondensator 5 angeordnet sind. Folglich sind bestimmten Teilen oder Komponenten, die denen des in Fig. 1 dargestellten Ultraschallsensors 1 ent sprechen, folglich zum Zweck der Klarheit dieselben Bezugs zeichen zugeordnet; detaillierte Erklärungen derselben wer den folglich weggelassen, da die Erklärungen bezüglich des in Fig. 1 dargestellten Ultraschallsensors 1 hierin aufge nommen werden.

Ein Zuleitungsdraht 6a, der sich mit einer Elektrode (nicht gezeigt) an der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Vi brationselements 3 in Kontakt befindet, ist mit einer Elek trode 5b des Temperaturkompensationskondensators 5 elek trisch verbunden. Das Übertragerelement 22 ist mit dieser Elektrode 5b über einen Zuleitungsdraht 24a verbunden. Das Übertragerelement 22 ist ferner über einen Zuleitungsdraht 24b entsprechend mit der verbleibenden Elektrode 5c des Tem peraturkompensationskondensators 5 verbunden. Das resistive Element 23 ist mittels eines Zuleitungsdrahts 25a mit der Elektrode 5c verbunden.

Das resistive Element 23 umfaßt Elektroden 23b, 23c, die auf beiden Enden eines Widerstandskörpers 23a angeordnet sind. Der Zuleitungsdraht 25a ist mit einer Elektrode 23b elek trisch verbunden. Ferner ist ein Zuleitungsdraht 25b mit der Elektrode 23b verbunden, während bewirkt wird, daß der Zu leitungsdraht 25b mit dem Gehäuse 2 an dem anderen Ende des selben elektrisch gekoppelt ist.

Andererseits ist ein Verlängerungszuleitungsdraht 25c mit der verbleibenden Elektrode 23c des resistiven Elements 23 elektrisch verbunden. Dieser Verlängerungszuleitungsdraht 25c erstreckt sich von der Innenseite des Gehäuses zu der Außenseite des Gehäuses 2. Ferner ist das Übertragerelement 22 mit Verlängerungszuleitungsdrähten 26a, 26b gekoppelt. Die Verlängerungszuleitungsdrähte 26a, 26b, 25c sind mit ei nem Verbinder (nicht gezeigt) verbunden, der an der Außen seite des Gehäuses 2 vorgesehen ist.

Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner der Temperaturkompensationskondensator 5 strukturell angeordnet, um ein Elektrodenpaar 5b, 5c, das auf einer gemeinsamen Oberfläche des dielektrischen Körpers 5a gebildet ist, auf zuweisen. Es ist folglich möglich, das Kontaktierungsverfah ren für eine Verbindung der Zuleitungsdrähte 6a, 25a, 24a, 24b mit dem Temperaturkompensationskondensator entsprechend dem Verfahren des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels zu vereinfachen.

Außerdem ist dieses Element bezüglich des resistiven Ele ments 23 derart konfiguriert, daß die Elektroden 23b, 23c auf einer einzigen gemeinsamen Oberfläche des Widerstands körpers 23a plaziert sind. Folglich ist es möglich, das Ver fahren zum Koppeln der Zuleitungsdrähte 25a, 25b, 25c mit dem resistiven Element 23 entsprechend dem Fall des Tempera turkompensationskondensators 5 zu vereinfachen.

Folglich wird bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbei spiel ferner das Zuleitungsdrahtkontaktierungs/Kopplungsver fahren viel einfacher durchgeführt, wodurch eine einfache Überprüfung der Kontaktabschnitte dieser Zuleitungsdrähte während des Packens des elastischen Harzes 7 ermöglicht wird.

Es sollte angemerkt werden, daß, da der Temperaturkompen sationskondensator 5 derart entworfen ist, daß sich seine maximale Außenabmessung oder Größe wie bei dem ersten bevor zugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise innerhalb etwa 5 mm befindet, es möglich ist, d. h. entsprechend dem ersten be vorzugten Ausführungsbeispiel, i) eine Verbesserung der Wärmestoßstabilität, ii) eine Unterdrückung einer ungewollten Ultraschallwellenreflexion, die durch eine Erzeugung von Luftblasen verursacht wird, und iii) eine Unterdrückung ei ner unerwünschten Ultraschallwellenreflexion an dem Tempera turkompensationskondensator 5 zu erreichen.

Vorzugsweise kann das Entwurfsschema für eine maximale Au ßenabmessung von ungefähr 5 mm ferner auf das resistive Ele ment 23 und das Übertragerelement 22 angewendet werden, wo durch entsprechende Funktionen und Vorteile, die im vorher gehenden festgestellt wurden, erreichbar werden.

Wie es im vorhergehenden erörtert wurde, ist der Ultra schallsensor 21 angeordnet, um darin ein eingebautes Über tragerelement 22 und ein resistives Element 23 aufzunehmen, die auf die im vorhergehenden erwähnte Art und Weise ver bunden sind. Folglich ist es aus der Betrachtung des in Fig. 6 dargestellten Schaltungsdiagramms offensichtlich, daß der Temperaturkompensationskondensator 5 und das Übertragerele ment 22 ebenso wie das resistive Element 23 einen eingebau ten LCR-Resonator bilden, der ein integraler Bestandteil in dem Gehäuse 2 ist.

In Fig. 6 bezeichnen die Bezugszeichen "L₁" und "L₂" Primär seiten- und Sekundärseiteninduktivitäten des Übertragerele ments 22; "C₁" gibt die elektrostatische Kapazität des Tem peraturkompensationskondensators 5 an; "R₁" zeigt den Wider standswert des resistiven Elements 23; und "R₀", "L₀", "C₀" und "C_d" zeigen die Teile, die ein Ersatzschaltbild des pie zoelektrischen Vibrationselements 3 bilden.

Da die Induktivität L₂ und die Kapazität C₁, C_d hier einen Parallelresonanzkreis bilden, kann die Resonanzfrequenz f₀ folgendermaßen dargestellt werden:

Dies gibt an, daß die Impedanz bei der Resonanzfrequenz un endlich ist.

Andererseits bilden die äquivalente Induktivität L₀ und die äquivalente elektrostatische Kapazität C₀ des piezoelektri schen Vibrationselements 3 einen Serienresonanzkreis, so daß die Resonanzfrequenz f₀ in diesem Fall gegeben ist als:

Bei der Resonanzfrequenz wird die Impedanz Null.

Es wird folglich offensichtlich, daß das Temperaturfolgever mögen des Ultraschallsensors 21 verbessert wird, indem die Werte der Induktivität L₂ und der elektrostatischen Kapazi tät C₁ des Temperaturkompensationskondensators 5 geeignet bestimmt werden, um die Impedanz des Ultraschallsensors 21 bei der Resonanzfrequenz auf einen Minimalwert zu zwingen, während gleichzeitig ermöglicht wird, daß der Ultraschall sensor 21 diese Komponenten darin als eingebaute Komponenten enthält.

Ein Ultraschallsensor gemäß einem dritten bevorzugten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im allgemei nen durch das Bezugszeichen 31 in Fig. 7A bezeichnet, der eine Schaltungskonfiguration besitzt, die in Fig. 7B darge stellt ist. Der Ultraschallsensor 31 von Fig. 7A entspricht bezüglich der Struktur dem Ultraschallsensor 1 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels, mit der Ausnahme, daß das Übertragerelement 22, das als induktives Element wirksam ist, mit dem Temperaturkompensationskondensator 5 verbunden ist, wodurch ein LC-Resonanzkreis gebildet wird. Entspre chenden Teilen oder Komponenten sind entsprechende Bezugs zeichen zugeordnet, wobei eine detaillierte Erklärung wegge lassen wird.

Das Übertragerelement 22 ist jeweils mit den Elektroden 5b, 5c des Temperaturkompensationskondensators 5 über Zulei tungsdrähte 24a, 24b verbunden. Das Übertragerelement 22 ist auch in dem Gehäuse 2 angeordnet und mittels eines elasti schen Harzes 7 in dem Gehäuse 2 befestigt. Das Element 22 ist mit Zuleitungsdrähten 8a, 8b verbunden.

Auf diese oben beschriebene Art und Weise kann mit dem Ul traschallsensor 31 gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispie len der vorliegenden Erfindung der LC-Resonanzkreis in dem Gehäuse 2 angeordnet werden, indem das Übertragerelement 22 zusätzlich mit dem Temperaturkompensationskondensator 5 ver bunden wird, wodurch das Temperaturfolgevermögen entspre chend dem des Ultraschallsensors 21 des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels verbessert wird.

Eine Erklärung wird bezüglich praktischer Anwendungsbeispie le des Ultraschallsensors 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel und des Ultraschallsensors 21 des zwei ten bevorzugten Ausführungsbeispiels vorgelegt. Hinsichtlich der Ultraschallsensoren 1, 21 wurde eine Meßschaltung, die in Fig. 8 gezeigt ist, zur Messung der Temperatureigenschaf ten derselben verwendet. Bei der Meßschaltung von Fig. 8 be zeichnet das Bezugszeichen "41" ein Oszilloskop, wohingegen "42" einen Funktionsgenerator bezeichnet. Der Funktionsge nerator arbeitet, um einen Ultraschallpuls mit einem Recht ecksignalverlauf bei einer Frequenz von 40 kHz mit einer Pulsbreite von 0,2 Millisekunden, einem Pulszyklus von 50 Hz und einer Spannung von 10 V_O-P zu erzeugen, wobei der Puls an einem Ultraschallsensor B anliegt und daraufhin auf eine Re flexionsplatte 43 projiziert wird, die an einer Position an geordnet ist, die für eine Messung eines von derselben re flektierten Ultraschallechos mittels des Ultraschallsensors B etwa 200 mm beabstandet ist, woraufhin ein Übertragungssi gnalverlauf und deren entsprechender empfangener Signalver lauf an dem Oszilloskop 41 beobachtet wird.

Wie der Ultraschallsensor B wurde der Ultraschallsensor 1 mit den Spezifikationen, die im folgenden dargestellt wer den, für eine Messung der Übertragung und des Empfangs von Ultraschallwellen verwendet; daraufhin wurden die in Fig. 9 dargestellten Ergebnisse erhalten.

Der Ultraschallsensor 1 besteht vorzugsweise aus einem PZT- basierten piezoelektrischen Keramikmaterial und umfaßt eine scheibenförmige piezoelektrische Keramikplatte, mit einem Durchmesser von etwa 7 mm und einer Dicke von etwa 0,16 mm, wobei auf beiden Hauptoberflächen derselben Silberelektroden angeordnet sind.

Der Temperaturkompensationskondensator weist einen Mehr schichtkondensator mit Abmessungen von etwa 3,3 mm × 1,6 mm × 0,6 mm aufweist, wobei dessen elektrostatische Kapazität etwa 1400 pF und der Abstand x etwa 2 mm beträgt.

Wie es aus Fig. 9 zu erkennen ist, wurde die Anstiegszeit dauer des Ultraschallpulses, d. h. eine Zeitperiode vom Ein leiten einer Übertragung einer Ultraschallwelle bis zu einem Zeitpunkt, bei dem die Intensität des resultierenden Refle xionssignals y 2 mV_PP (PP = Peak-Peak = Spitze-Spitze) er reicht hat, gemessen, um zu zeigen, daß diese Zeitdauer 1,0 Millisekunden beträgt, wohingegen die Empfindlichkeit 16 mV_PP beträgt.

Als nächstes wurden die thermischen bzw. Temperatureigen schaften des Ultraschallsensors 1 gemessen, der gemäß den obigen Spezifikationen hergestellt wurde, während die Tem peraturmuster einer Umgebung verändert wurden, in der der Ultraschallsensor 1 angeordnet werden soll. Die Ergebnisse sind in Fig. 10 dargestellt. In Fig. 10 gibt die x-Achse die Temperatur an, wohingegen die y-Achse die tatsächlich gemes senen elektrostatischen Kapazitätswerte des Ultraschallsen sors angibt. Ferner gibt eine durchgezogene Linie C die Tem peratureigenschaft des hierin verwendeten Temperaturkompen sationskondensators 5 an, eine durchgezogene Linie D zeigt die Temperatureigenschaft eines Ultraschallsensors ohne den Temperaturkompensationskondensator 5, wobei eine gestrichel te Linie E die Temperatureigenschaft des Ultraschallsensors 1 darstellt, d. h. eines Ultraschallsensors, in dem der Tem peraturkompensationskondensator 5 aufgenommen ist.

Aus Fig. 10 wird offensichtlich, daß eine Kombination des Temperaturkompensationskondensators 5 mit dem Sensor eine Unterdrückung einer Änderung der Gesamtkapazität des Ultra schallsensors 1 aufgrund von Temperaturänderungen ermög licht, wie es durch die gestrichelte Linie E dargestellt ist.

Als nächstes wurde die Temperatureigenschaft bezüglich der Pulsabfallzeitdauer der Ultraschallsensoren 1, 31 und des im Stand der Technik bekannten Ultraschallsensors 61, der in Fig. 12 gezeigt ist, gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 11 dargestellt. Ein Sensorausführungsmuster mit den vorge schriebenen Spezifikationen wurde als der Ultraschallsensor 1 verwendet; die Ultraschallsensoren 31, 61 wurden vorberei tet, um die folgenden Spezifikationen aufzuweisen.

Die Spezifikationen des Ultraschallsensors 31 waren diesel ben, wie diejenigen des Ultraschallsensors 1, mit der Aus nahme, daß der Sensor 31 ein resistives Element 23 mit einem Widerstandswert von 10 kΩ und ein Übertragerelement 22 mit L₁ = 64 µH und L₂ = 3,86 mH aufgewiesen hat.

Der im Stand der Technik bekannte Ultraschallsensor 61 hatte dieselben Spezifikationen, wie diejenigen des Ultraschall sensors 1 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels, mit der Ausnahme eines Kondensators, der aus einer dielektri schen Keramikplatte mit Silberelektroden, die einen Durch messer von 8,3 mm und eine Dicke von 0,51 mm aufweist, be steht, die auf dessen zwei Hauptoberflächen angeordnet sind, und daß der Abstand zwischen dem piezoelektrischen Vibrati onselement 63 in Fig. 12 und dem am weitest entfernten Teil des Temperaturkompensationskondensators 65 von dem piezoelektrischen Vibrationselement 63 auf y = 5 mm eingestellt wurde.

In Fig. 11 bezeichnet eine durchgezogene Linie F ein experi mentell erhaltenes Ergebnis des im Stand der Technik bekann ten Ultraschallsensors, eine gestrichelte Linie G zeigt das Ergebnis des Ultraschallsensors 1 gemäß dem ersten bevorzug ten Ausführungsbeispiel, wobei eine durchgezogene Linie H das Ergebnis des Ultraschallsensors 21 gemäß dem zweiten be vorzugten Ausführungsbeispiel ist. Die Ergebnisse von Fig. 11 sind ferner in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Pulsanstiegszeitdauer (Millisekunden)

Es wird aus Fig. 11 und Tabelle 1 offensichtlich, daß bei den Ultraschallsensoren 1, 31 eine Änderung der Pulsabfall zeitdauer im Vergleich zu dem in Stand der Technik bekannten Ultraschallsensor 61 niedriger bleibt, selbst wenn eine Tem peraturänderung an dieselben angelegt wird. Folglich ist oh ne weiteres zu erkennen, daß die Ultraschallsensoren 1, 31 im Vergleich zu dem im Stand der Technik bekannten Ultra schallsensor 61 deutlich verbesserte Temperatureigenschaften aufweisen.

Claims

1. Ultraschallsensor mit folgenden Merkmalen:
einem Gehäuse (2);
einem piezoelektrischen Vibrationselement (3), das in dem Gehäuse (2) gehäust ist;
einem gegenüberliegende Seitenflächen aufweisenden Tem peraturkompensationskondensator (5; 10; 11) mit einem Elektrodenpaar (5b, 5c; 10b, 10c; 11b, 11c), der in dem Gehäuse (2) gehäust ist, wobei das Elektrodenpaar (5b, 5c, 10b, 10c, 11b, 11c) auf einer der Seitenflächen des Temperaturkompensationskondensators (5; 10; 11) vorge sehen ist;
einem Paar von ersten Zuleitungsdrähten (6a, 6b; 25a, 25b), die das piezoelektrische Vibrationselement (3) und den Temperaturkompensationskondensator (5; 10; 11) über das Elektrodenpaar (5b, 5c; 10b, 10c; 11b, 11c) elektrisch verbinden; und
einem Paar von zweiten Zuleitungsdrähten (8a, 8b; 24a, 24b), die sich von einer Innenseite des Gehäuses (2) in Richtung einer Außenseite des Gehäuses (2) erstrecken und deren einer mit der einen und deren anderer mit der anderen der Elektroden (5b bzw. 5c; 10b bzw. 10c; 11b bzw. 11c) des Elektrodenpaars (5 b, 5c; 10b, 10c; 11b, 11 c) verbunden ist.

2. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, bei dem das erste Paar von Zuleitungsdrähten (6a, 6b; 6a, 25a, 25b) mit nur einer der Seitenflächen des Temperaturkompensati onskondensators (5; 10; 11) verbunden ist.

3. Ultraschallsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zweite Paar von Zuleitungsdrähten (8a, 8b; 24a, 24b) mit nur einer der Seitenflächen des Temperaturkompensa tionskondensators (5; 10; 11) verbunden ist.

4. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Elektrodenpaar (10b, 10c; 11b, 11c), das auf dem Temperaturkompensationskondensator (10; 11) vorge sehen ist, auf nur einer der Seitenflächen des Tempera turkompensationskondensators (10; 11) angeordnet ist.

5. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Temperaturkompensationskondensator (5; 10; 11) eine Breite aufweist, die weniger als etwa λ/4 in einer Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwelle be trägt, wobei λ eine Wellenlänge einer Ultraschallwelle ist, die von dem piezoelektrischen Vibrationselement (3) erzeugt wird.

6. Ultraschallsensor nach Anspruch 5, bei dem ein Abstand zwischen einem Abschnitt des Temperaturkompensati onskondensators (5; 10; 11), der am weitesten von dem piezoelektrischen Vibrationselement (3) beabstandet ist, und dem piezoelektrischen Vibrationselement (3) weniger als etwa λ/4 in der Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwelle beträgt.

7. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Abstand zwischen einem Abschnitt des Tempera turkompensationskondensators (5; 10; 11), der am wei testen von dem piezoelektrischen Vibrationselement (3) beabstandet ist, und dem piezoelektrischen Vibrations element (3) weniger als etwa λ/4 in einer Ausbrei tungsrichtung eine Ultraschallwelle beträgt, wobei λ eine Wellenlänge einer Ultraschallwelle ist, die durch das piezoelektrische Vibrationselement (3) erzeugt wird.

8. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Temperaturkompensationskondensator (5) eine im wesentlichen rechtwinklige Form aufweist.

9. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Temperaturkompensationskondensator (10; 11) eine im wesentlichen kreisförmige Form aufweist.