TWI440831B - Ultrasonic sensor - Google Patents

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TWI440831B TW100114645A TW100114645A TWI440831B TW I440831 B TWI440831 B TW I440831B TW 100114645 A TW100114645 A TW 100114645A TW 100114645 A TW100114645 A TW 100114645A TW I440831 B TWI440831 B TW I440831B
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Description

超音波感測器
本發明是有關於一種感測器，特別是指一種安裝在車上並用於偵測周遭障礙物或車輛間距的超音波感測器。
超音波感測器(ultrasonic sensor)是利用超音波的發射與接收來量測物體位置、速度等物理量，為了提升行車安全，超音波感測器已廣泛應用在車輛上，作為倒車雷達或作為偵測周遭車輛的防撞偵測系統。參閱圖1，為一種已知車輛用的超音波感測器，包含：一金屬殼體11，以及一固定設置在殼體11中的壓電元件(piezoelectric element)12。所述殼體11的一個基壁111具有一個位於中央的厚壁部112，以及一個連接在該厚壁部112周緣的薄壁部113，該壓電元件12是設置在該厚壁部112上。
當壓電元件12受到電壓作用時，該壓電元件12產生變形並連帶使該基壁111撓曲振動而發射超音波，發射出的超音波被周遭障礙物反射並傳回該基壁111，該基壁111再度振動而連帶使該壓電元件12變形，此時壓電元件12因變形產生的電壓訊號會傳遞到圖未示出的後端電路，藉由此電訊號即可偵測出周遭物體的距離。
超音波感測是有指向性(Directivity)的，所謂指向性是指超音波發射的聲波能量無法均勻地傳播，可能在某些方向會較為集中、能量較強；類似地，感測器接收回傳的超音波時，也並非四面八方傳送來的超音波都能均勻接收，而是在某些方向上的接收較為靈敏。一般而言，應用在車輛的超音波感測器，其指向性可分為水平方向的指向性及垂直方向的指向性，並且利用指向角作為指向性的指標，而指向角的角度大小應如何設計，與感測器的應用目的有關。本案發明人透過改良感測器的殼體結構，能達到改變指向角的目的。
因此，本發明之目的，即在提供一種結構創新、可依應用需求改變結構設計而獲得不同指向角的超音波感測器。
於是，本發明超音波感測器，包含：一殼體，以及一壓電元件。
該殼體包括一基壁，以及一連接在基壁周緣並與該基壁界定出一個內部空間的圍壁。該基壁具有一個朝向該內部空間的安裝面，以及一個與該安裝面反向間隔的基底面。該安裝面具有一個第一面部、一個位於該第一面部外圍且高於該第一面部的第二面部，以及一個連接在該第一面部及第二面部之間的連接面部，該連接面部與該第一面部共同界定出一凹槽，所述凹槽深度為h1，該第二面部與該基底面間的距離為h2，且0＜h1/h2≦0.41。該壓電元件位於該凹槽而設置在該殼體的第一面部。
本發明之功效：藉由改變該基壁的結構並增加設置該凹槽，使感測器的指向角能被改變，並且能依感測器的應用需求設計角度適當的指向角。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖2、3，本發明超音波感測器之較佳實施例，適用於安裝在一車輛上作為倒車雷達，或用於偵測周遭其它車輛或障礙物的位置，所述超音波感測器包含：一殼體2、一壓電元件(piezoelectric element)3，以及一封裝膠4。
本實施例之殼體2為鋁金屬製成，但不限於此，該殼體2包括一基壁21，以及一圍繞連接在基壁21周緣並與該基壁21界定出一個內部空間20的圍壁22。該基壁21的功能相當於振動板，並且能夠發出超音波，該基壁21具有一個朝向該內部空間20的安裝面211，以及一個與該安裝面211反向間隔的基底面212。
其中，該安裝面211具有一個位於中央的第一面部213、一個位於該第一面部213外圍且高於該第一面部213的第二面部214，以及一個連接在該第一面部213及第二面部214之間的連接面部215。該第一面部213的截面約呈橢圓形，該連接面部215與該第一面部213共同界定出一凹槽210，所述凹槽深度為h1，該第二面部214與該基底面212的距離為h2，且0＜h1/h2≦0.41，而且較佳地，h1＞0.05毫米(mm)，使凹槽深度足夠而達到較好的感測效果。
參閱圖2、3、4，該凹槽210的面積也就是該第一面部213的面積為A1，而第二面部214的面積為A2，且0.36≦A1/(A1+A2)≦0.9，本發明對面積限定的目的在於，該凹槽面積至少要等於壓電元件3的面積才能供壓電元件3擺放；另外因為本發明一定要設有凹槽210，該凹槽210最大可以擴大到接近A1+A2的面積，但不能等於A1+A2。
繼續參閱圖2、3，該壓電元件3位於該凹槽210而設置在該殼體2的第一面部213，壓電元件3為陶瓷材料製成，並能受到電場作用而產生尺寸上的變化。該封裝膠4填充在殼體2的內部空間20且覆蓋該壓電元件3，用於將壓電元件3固定在該第一面部213。
當然，該超音波感測器還包含有電容、連接導線等電子電路元件，但由於此等元件非本發明的改良重點，故不再說明。而本發明的使用作動原理，與先前技術記載的原理相同，在此不再詳細描述。以下則透過實驗說明本發明具有的功效。
參閱圖2、3、5，圖5數據是針對不同凹槽深度h1對於水平指向角的影響作測試，所述水平方向是指圖2中的左右方向，而指向角測試方式是利用標準麥克風量測聲壓，且麥克風與該基壁21的第二面部214的垂直距離為30公分。其中h2固定為0.8mm，A1固定為35mm2 ，A2固定為45mm2 ，所以A1/(A1+A2)=0.4375。當然，上述數值僅為本實施例之舉例，實施時不須限定。
由圖5可看出，當凹槽深度h1愈大時，h1/h2的值也會愈大，所得到的水平指向角也愈大。當h1/h2=0時，表示沒有設置凹槽210，此時水平指向角約為81.5°。一旦增設該凹槽210，並且透過適當的凹槽210設計使得h1/h2=0.41時，水平指向角可大幅提升到116°左右，此測試結果顯示：相對於沒有設置凹槽210的感測器，只要在該基壁21形態作改變，並增設該凹槽210，就可以達到改變指向角的目的，而且在本發明限定的0＜h1/h2≦0.41的範圍內，可以依據h1/h2的比值不同而獲得不同的指向角，但指向角的大小還是必需依據感測器的用途來作適當設計。
參閱圖2、3、6，圖6是針對不同凹槽深度h1對於金屬殼體2的共振頻率影響的實驗結果，當h1/h2的值愈大時，共振頻率就愈小，一般而言，超音波感測器適用的超音波頻率約為40kHz(千赫茲)~70kHz，以較低頻率傳播的好處在於，其隨著傳播而能量衰減的情況較慢，因此能傳播較遠的距離，本發明隨著h1/h2的值提升到0.41，此時的共振頻率已降低到54800Hz左右。
參閱圖2、3、7，圖7為本發明與一種已知感測器(基壁完全平坦而無凹槽設計)的水平指向角的測試結果，該圖是以極座標的方式表示，以該基壁21正前方的位置代表0°方向角，並繪製左右正負90°的音壓強度，徑向座標代表音壓強度。其中，本發明的h1=0.11mm，h2=0.64mm，A1=40mm2 ，A2=40mm2 。實驗結果顯示本發明相對於無凹槽的感測器，水平指向角較大，因此具有較佳的水平指向性。
參閱圖2、3、8，圖8數據是在固定凹槽深度h1的情況下，針對不同凹槽面積A1(但A1+A2的值為固定)對於水平指向角的影響作測試，其中h1固定為0.11 mm，h2固定為0.64 mm，所以h1/h2=0.17。由圖8可看出，當凹槽面積A1愈大時，A1/(A1+A2)的值也會愈大，所得到的水平指向角也愈大，因此藉由改變該基壁21形態及該凹槽面積A1，也就是改變A1/(A1+A2)的比值，可以產生不同的指向角，使本發明可以依據實際應用需求而使設計出的指向角有適當角度。
參閱圖2、3、9，為針對不同凹槽面積A1對於金屬殼體2的共振頻率影響的實驗結果，當A1/(A1+A2)的值愈大時，共振頻率就愈小，而且在本發明限定的0.36≦A1/(A1+A2)≦0.9範圍內，共振頻率都維持在61500Hz以下。
綜上所述，藉由該殼體2的第一面部213及第二面部214的配合設計，並將該壓電元件2設置在該凹陷的第一面部213，使本發明與已知感測器的結構不相同，而且該第一面部213不只是供壓電元件2安裝使用，還必需透過第一面部213及凹槽210的尺寸設計來製作出最佳化的凹槽面積A1及凹槽深度h1，藉此設計出大小適當的指向角，並符合感測器的應用需求，確實達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2．．．殼體
20．．．內部空間
21．．．基壁
210．．．凹槽
211．．．安裝面
212．．．基底面
213．．．第一面部
214．．．第二面部
215．．．連接面部
22．．．圍壁
3．．．壓電元件
4．．．封裝膠
A1．．．第一面部的面積
A2．．．第二面部的面積
h1．．．凹槽深度
h2．．．第二面部與基底面的距離
圖1是一種已知超音波感測器的局部剖視圖；
圖2是一俯視圖，顯示本發明超音波感測器之一較佳實施例的一殼體及一壓電元件；
圖3是取自圖2之3-3線的局部剖視圖；
圖4是一類似圖2的俯視圖，用於示意一第一面部的面積A1，以及一第二面部的面積A2所涵蓋的範圍，圖中由右上往左下的斜線涵蓋的面積代表A1，由左上往右下的斜線涵蓋的面積代表A2；
圖5是水平指向角相對於h1/h2的關係圖，顯示改變該較佳實施例之一凹槽深度對於水平指向角的影響；
圖6是頻率相對於h1/h2的關係圖，顯示改變該較佳實施例之凹槽深度對於一殼體的共振頻率的影響；
圖7是一極座標圖，顯示本發明(有凹槽)與一已知感測器(無凹槽)的水平指向角測試結果；
圖8是水平指向角相對於A1/(A1+A2)的關係圖，顯示改變該較佳實施例之凹槽面積對於水平指向角的影響；及
圖9是頻率相對於A1/(A1+A2)的關係圖，顯示改變該較佳實施例之凹槽面積對於殼體的共振頻率的影響。
2．．．殼體
20．．．內部空間
21．．．基壁
210．．．凹槽
211．．．安裝面
212．．．基底面
213．．．第一面部
214．．．第二面部
215．．．連接面部
22．．．圍壁
3．．．壓電元件
4．．．封裝膠
h1．．．凹槽深度
h2．．．第二面部與基底面的距離

Claims (2)

  1. 一種超音波感測器，包含：一殼體，包括一基壁，以及一連接在基壁周緣並與該基壁界定出一個內部空間的圍壁，該基壁具有一個朝向該內部空間的安裝面，以及一個與該安裝面反向間隔的基底面，該安裝面具有一個第一面部、一個位於該第一面部外圍且高於該第一面部的第二面部，以及一個連接在該第一面部及第二面部之間的連接面部，該連接面部與該第一面部共同界定出一凹槽，所述凹槽深度為h1，該第二面部與該基底面間的距離為h2，且0<h1/h2≦0.41；及一壓電元件，位於該凹槽而設置在該殼體的第一面部；該第一面部的面積為A1，該第二面部的面積為A2，且0.36≦A1/(A1+A2)≦0.9。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之超音波感測器，其中，h1>0.05mm。
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WO2016189812A1 (ja) * 2015-05-25 2016-12-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 超音波デバイスとこれを用いた超音波センサ

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4120681A1 (de) * 1990-08-04 1992-02-06 Bosch Gmbh Robert Ultraschallwandler
JP3014800U (ja) * 1995-02-15 1995-08-15 日本セラミック株式会社 超音波センサ
US6250162B1 (en) * 1998-04-24 2001-06-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ultrasonic sensor
JP3944052B2 (ja) * 2001-12-27 2007-07-11 株式会社デンソー 超音波送受波器及びこれを用いた超音波クリアランスソナー
CN101258771B (zh) * 2005-09-09 2011-07-27 株式会社村田制作所 超声波传感器
JP2008311736A (ja) * 2007-06-12 2008-12-25 Mitsumi Electric Co Ltd 超音波センサ
DE102008040905A1 (de) * 2008-07-31 2010-02-04 Robert Bosch Gmbh Ultraschallsensor

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