TWI707146B - 超聲波偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種超聲波偵測裝置包括外殼罩、壓電組件、板體及多個固定件。外殼罩包括為金屬板的結合板與為塑膠件的承載殼體，結合板具有設置開口，承載殼體包括相對設置開口的底壁及一體成型地環繞且連接於底壁的環繞側壁其並由結合板的外緣包覆結合板的局部。壓電組件包括封裝體與至少一部分被封裝體所包覆的壓電片，封裝體配置於底壁上且被環繞側壁所環繞，壓電片具有外露於封裝體且朝向底壁的感應面。板體配置在外殼罩的結合板上且具有朝向封裝體與結合板的壓制面。多個固定件用於將板體固定於外殼罩的結合板。

Description

超聲波偵測裝置
本發明有關於一種偵測裝置，尤其是有關於一種具有壓電組件的超聲波偵測裝置。
柴油引擎需搭配還原觸媒系統(Selective catalytic reduction,SCR)才能降低有毒的氮氧化合物(NOx)的排放量。還原觸媒系統是以尿素加入柴油中與有毒的氮氧化合物中和，使得有毒的氮氫化合物轉化為水與氮氣。當柴油中的尿素濃度不夠時，柴油引擎就有可能排放過多的氮氧化合物。
應用於柴油引擎的尿素會與水混合並儲存在鄰近於柴油引擎的儲存槽中，通常會在儲存槽旁設置多個超聲波偵測裝置，以偵測儲存槽中的流體的尿素濃度或液位。
習知技術中的超聲波偵測裝置主要包括外殼罩與置入於外殼罩中的壓電片，為了使壓電片貼合於外殼罩中的感應面，必須在壓電片置入外殼罩後，往外殼罩內灌注封裝膠體。
然而，封裝膠體的膠合力有時無法使壓電片緊密的貼合於感應面，使得習知技術中的超聲波偵測裝置存在著可靠度的問題。
又，往外殼罩內灌注封裝膠體的製程往往無法精準地控制膠體材料的用量，而造成材料的浪費，而且也很難對於在外殼罩內的壓電片與膠體進行品管或施行重工。
另外，外殼罩的材料可為金屬或塑膠，當外殼罩以金屬材料製成時，外殼罩與壓電片的共振效果較差，然而若外殼罩以塑膠材料製成時，又會有強度不足的問題。
本發明提供一種超聲波偵測裝置，具有高度的可靠度。
本發明提供一種超聲波偵測裝置，具有良好的共振特性。
本發明所提供的超聲波偵測裝置包括外殼罩、壓電組件、板體及多個固定件。外殼罩包括為金屬板的結合板與為塑膠件的承載殼體，結合板具有設置開口，承載殼體包括相對設置開口的底壁及一體成型地環繞且連接於底壁的環繞側壁其並由結合板的外緣包覆結合板的局部。壓電組件包括封裝體與至少一部分被封裝體所包覆的壓電片，封裝體配置於底壁上且被環繞側壁所環繞，壓電片具有外露於封裝體且朝向底壁的感應面。板體配置在外殼罩的結合板上且具有朝向封裝體與結合板的壓制面。多個固定件用於將板體固定於外殼罩的結合板，使板體施壓於壓電組件的封裝體，進而使壓電片的感應面下壓於底壁。
本發明所提供的超聲波偵測裝置包括外殼罩、承載殼體、壓電組件、板體以及多個固定件。外殼罩為金屬件且包括一體成型的結合板、底壁與第一環繞側壁，結合板具有相對底壁的設置開口，環繞側壁則連接於底壁與環繞側壁的內緣之間。承載殼體為塑膠件且包括自結合板的外緣包覆結合板的局部的第二環繞側壁，第二環繞側壁向遠離底壁的方向延伸， 且於遠離底壁的一端具有開口，其中結合板位於開口與底壁之間。壓電組件包括封裝體與至少一部分被封裝體所包覆的壓電片，封裝體配置於底壁上且被環繞側壁所環繞，壓電片具有外露於封裝體且朝向底壁的感應面。板體配置在外殼罩的結合板上且具有朝向封裝體與結合板的壓制面。多個固定件用於將板體固定於外殼罩的結合板，使板體施壓於壓電組件的封裝體，進而使壓電片的感應面下壓於底壁。
在本發明的一實施例中，板體為電路板。
在本發明的一實施例中，壓電組件更包括一端連接於壓電片的正極導針與一端連接於壓電片的負極導針，正極導針的與負極導針並穿過封裝體，且板體具有供正極導針與負極導針穿過的兩個穿孔。
在本發明的一實施例中，封裝體黏著於環繞側壁。
在本發明的一實施例中，封裝體具有共形於環繞側壁的環繞形狀。
在本發明的一實施例中，壓電組件更包括設置於壓電片的感應面上且對應壓電片的振動能量的匹配層或傳導層。
在本發明的一實施例中，每一固定件為螺絲，板體具有多個穿孔，結合板具有多個螺孔。
在本發明的一實施例中，環繞側壁更向遠離底壁的方向延伸，且於遠離底壁的一端具有開口，結合板位於環繞側壁的開口與底壁之間，超聲波偵測裝置更包括封閉環繞側壁的開口的蓋體。
在本發明的一實施例中，封裝體包括對應壓電片的振動能量的匹配層及/或吸收層。
在本發明的一實施例中，外殼罩為金屬件，而承載殼體為塑膠件。
本發明的實施例的超聲波偵測裝置，以板體施壓於封裝體，進而可使壓電片下壓於外殼罩的底壁，相較習知技術中的壓電片僅以膠體連接 於外殼罩，本發明的實施例中壓電片可更緊密地設置於外殼罩的底壁，進而具有更高的可靠度。
本發明的實施例的超聲波偵測裝置之用於固定板體的結合板為金屬製而具有較高的耐用性，而承載壓電組件的底壁與環繞壓電組件的環繞側壁則為塑膠所製而具有較佳的共振特性，以解決習知技術的超聲波偵測裝置難以兼顧結構強度與共振特性的問題。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
100、100a、100c:超聲波偵測裝置
110、110a:外殼罩
111、111a:結合板
1110:設置開口
1111:螺孔
112、160:承載殼體
1121、114:底壁
1122:環繞側壁
1123、161:開口
115:第一環繞側壁
120:壓電組件
121:封裝體
122:壓電片
1221:感應面
123:正極導針
124:負極導針
125:膠層
130、130a:板體
131:壓制面
132:設置面
133:連接器
134:凹部
135:凸部
136、137、138:穿孔
140:固定件
150:蓋體
162:第二環繞側壁
170:反射板
180:連接桿
S:容置空間
圖1A為本發明一實施例的超聲波偵測裝置的爆炸示意圖。
圖1B為本發明一實施例的超聲波偵測裝置的剖面示意圖。
圖1C為本發明另一實施例的板體的示意圖。
圖2為本發明另一實施例的超聲波偵測裝置的剖面示意圖。
圖3為本發明另一實施例的超聲波偵測裝置的剖面示意圖。
圖1A為本發明一實施例的超聲波偵測裝置的爆炸示意圖，圖1B為本發明一實施例的超聲波偵測裝置的剖面示意圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例的超聲波偵測裝置100包括外殼罩110、壓電組件120、板體130及多個固定件140。外殼罩110包括為金屬板的結合板111與為塑膠件的承載殼體112。結合板111具有設置開口1110，承載殼體112包括相對設置於開口1110 的底壁1121及一體成型地環繞且連接於底壁1121的環繞側壁1122。環繞側壁1122並由結合板111的外緣包覆結合板111的局部。壓電組件120包括封裝體121與至少一部分被封裝體121所包覆的壓電片122，封裝體121配置於底壁1121上且被環繞側壁1122所環繞，壓電片122具有外露於封裝體121且朝向底壁1121的感應面1221。板體130配置在外殼罩110的結合板111上且具有朝向封裝體121與結合板111的壓制面131。多個固定件140用於將板體130固定於外殼罩110的結合板111，使板體130施壓於壓電組件120的封裝體121，進而使壓電片122的感應面1221下壓於底壁1121。
本實施例的超聲波偵測裝置100的外殼罩110可例如採用嵌入成型方式所製成，可將結合板111的外緣置入承載殼體112所對應的塑膠成型模穴(未繪示)中，接著將流體的塑料射入模穴中，待塑料冷卻並移除模穴後，即完成超聲波偵測裝置100的外殼罩110。
在本實施例中，結合板111的材料可為金屬例如不銹鋼、鋁合金或其他合金，但並不僅限於此。承載殼體112的材料可為絕緣材料例如聚醯胺(Polyamide,PA)、聚乙烯(polyethylene,PE)或聚丙烯(Polypropylene,PP)。
在本實施例中，環繞側壁1122更向遠離底壁1121的方向延伸，且於遠離底壁1121的一端具有開口1123，具體而言，環繞側壁1122與底壁1121形成一個容置空間S，而結合板111則位於環繞側壁1122的開口1123與底壁1121之間，而位於容置空間S中。超聲波偵測裝置100可更包括封閉環繞側壁1122的開口1123的蓋體150。
在本實施例中，板體130可包括單一材料的板體或複合材料的板體。在本實施例中，板體130可為電路板，例如，板體130可更具有相對壓 制面131的設置面132，板體130於設置面132上可設有連接器133，以電性連接於壓電片122或連接於外部裝置(未繪示)。
在本實施例中，板體130呈平板狀，但並不僅限於此。例如圖1C所示呈彎折狀的板體130a。板體130a的一側具有凹部134，另一側則具有對應的凸部135。當封裝體121凸出於結合板111的設置開口1110時，可抵接於凹部134，然而若當封裝體121凹陷於結合板111的設置開口1110時，可抵接於凸部135。
在本實施例中，壓電組件120的封裝體121具有共形於環繞側壁1122的環繞形狀，例如圖1A所示的圓形，但並不僅限於此。封裝體121與環繞側壁1122也可為其他的共形形狀，例如多邊形。封裝體121可包括對應壓電片122的振動能量的匹配層及/或吸收層，材料可包括環氧樹脂(Epoxy)、氧化矽(SiOx)或其他膠體。
在本實施例中，壓電組件120更包括設置於壓電片122的感應面1221上且對應壓電片122的膠層125其可為對應壓電片122之振動能量的匹配層或傳導層。
在本實施例中，壓電組件120更包括一端連接於壓電片122的正極導針123與一端連接於壓電片122的負極導針124，正極導針123與負極導針124並穿過封裝體121，且板體130具有分別供正極導針123與負極導針124穿過的穿孔137與穿孔138。正極導針123與負極導針124可連接至一個外部的電源供應裝置(未繪示)。
在本實施例中，每一固定件140為螺絲，而板體130具有多個穿孔136，外殼罩110的結合板111具有多個螺孔1111，藉由將這些固定件140鎖附於螺孔1111，以將板體130固定於結合板111並施壓於封裝體121。固定件140的數量至少為三個，以平衡板體130的下壓力。
本實施例的超聲波偵測裝置100可置放於液體中，例如可與一個導波管(未繪示)搭配以偵測液位的高度，或與一個反射板(未繪示)相對設置以偵測液體的濃度。
有關本實施例的壓電組件120的製法，可預先於一個模具(未繪示)中把壓電片122結合於封裝體121，或先將壓電片122置放於承載殼體112的底壁1121上後，經由結合板111的設置開口1110把液態的封裝體121灌入，再於環繞側壁1122、底壁1121與結合板111所構成的空間內固化。
本實施例的超聲波偵測裝置100，以板體130施壓於封裝體121，進而可使壓電片122抵接於外殼罩110的底壁1121，相較習知技術中的壓電片僅以膠體連接於外殼罩，本發明的實施例中的壓電片122可更緊密地貼合於外殼罩110的底壁1121，進而具有更佳的可靠度。
本實施例的超聲波偵測裝置100之用於固定板體130的結合板111為金屬製而具有較高的耐用性，而承載壓電組件120的底壁1121與環繞壓電組件120的環繞側壁1122則為塑膠所製而具有較佳的共振特性，以解決習知技術的超聲波偵測裝置難以兼顧結構強度與共振特性的問題。
圖2為本發明另一實施例的超聲波偵測裝置的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例的超聲波偵測裝置100a包括外殼罩110a、承載殼體160、壓電組件120、板體130以及多個固定件140。外殼罩110a為金屬件且包括一體成型的結合板111a、底壁114與第一環繞側壁115。結合板111a具有相對於底壁114的設置開口1110，第一環繞側壁115連接於底壁114與結合板111a之間。
承載殼體160為塑膠件，且包括第二環繞側壁162其由結合板111a的外緣包覆結合板111a的局部。第二環繞側壁162並向遠離底壁114的方向延伸，且於遠離底壁114的一端具有開口161，其中結合板111a位於開口161 與底壁114之間。與前述實施例相同地，可例如採用嵌入成型的方式將外殼罩110a的結合板111a結合於承載殼體160。
本實施例的超聲波偵測裝置100a的壓電組件120、板體130與固定件140的結構與功能相同於圖1A的超聲波偵測裝置100，於此不再加以敘述。
本實施例的超聲波偵測裝置100a與圖1A的超聲波偵測裝置100的差異在於：圖1A的超聲波偵測裝置100中，僅結合板111為金屬製，而本實施例的超聲波偵測裝置100a包括結合板111a、底壁114與第一環繞側壁115的外殼罩110a為金屬製，且一體成型。圖1A的超聲波偵測裝置100可具有較佳的共振特性，而本實施例的超聲波偵測裝置100a則可具有較佳的耐用性。使用者可針對不同的使用需求或環境，使用圖1A的超聲波偵測裝置100或本實施例的超聲波偵測裝置100a。
圖3為本發明另一實施例的超聲波偵測裝置的爆炸示意圖。請參照圖3，本實施例的超聲波偵測裝置100c與圖1A的超聲波偵測裝置100大致相同，不同處在於本實施例的超聲波偵測裝置100c更包括反射板170與多個連接桿180。反射板170相對設置於外殼罩110的承載殼體112，而連接桿180連接於反射板170與承載殼體112之間。反射板170可用於反射壓電組件120的振動訊號，以偵測液體的濃度。另一方面，本實施例也可應用於圖2的超聲波偵測裝置100a。
本發明的實施例的超聲波偵測裝置，以板體施壓於封裝體，進而可使壓電片下壓於外殼罩的底壁，相較習知技術中的壓電片僅以膠體連接於外殼罩，本發明的實施例中壓電片可更緊密地設置於外殼罩的底壁，進而具有更高的可靠度。
本發明的實施例的超聲波偵測裝置之用於固定板體的結合板為金屬製而具有較高的耐用性，而承載壓電組件的底壁與環繞壓電組件的環繞側壁則為塑膠所製而具有較佳的共振特性，以解決習知技術的超聲波偵測裝置難以兼顧結構強度與共振特性的問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:超聲波偵測裝置
110:外殼罩
111:結合板
1110:設置開口
1111:螺孔
112:承載殼體
1123:開口
120:壓電組件
121:封裝體
123:正極導針
124:負極導針
130:板體
131:壓制面
132:設置面
133:連接器
136、137、138:穿孔
140:固定件
150:蓋體
S:容置空間

Claims (10)

  1. 一種超聲波偵測裝置，包括：一外殼罩包括：一結合板，具有一設置開口；以及一承載殼體，包括相對該結合板的該設置開口的一底壁及一體成型地環繞且連接於該底壁的一環繞側壁，該環繞側壁並由該結合板的外緣包覆該結合板的局部；一壓電組件，包括一封裝體與至少一部分被該封裝體所包覆的一壓電片，該封裝體配置於該承載殼體的該底壁上且被該環繞側壁所環繞，該壓電片具有外露於該封裝體且朝向該底壁的一感應面；一板體，配置在該結合板上且具有一壓制面其朝向該封裝體與該結合板；以及多個固定件，用於將該板體固定於該外殼罩的該結合板，使該板體施壓於該壓電組件的該封裝體，進而使該壓電片的該感應面下壓於該底壁；其中，該結合板為一金屬板，而該承載殼體為一塑膠件。
  2. 如請求項1所述的超聲波偵測裝置，其中該板體為一電路板。
  3. 如請求項1所述的超聲波偵測裝置，其中該壓電組件更包括一端連接於該壓電片的一正極導針與一端連接於該壓電片的一負極導針，該正極導針與該負極導針並穿過該封裝體，且該板體具有供該正極導針與該負極導針穿過的兩個穿孔。
  4. 如請求項1所述的超聲波偵測裝置，其中該封裝體黏著於該環繞側壁。
  5. 如請求項1所述的超聲波偵測裝置，其中該封裝體具有共形於該環繞側壁的一環繞形狀。
  6. 如請求項1所述的超聲波偵測裝置，其中該壓電組件更包括設置於該壓電片的該感應面上且對應該壓電片的振動能量的一匹配層或一傳導層。
  7. 如請求項1所述的超聲波偵測裝置，其中每一該些固定件為螺絲，該板體具有多個穿孔，該結合板具有多個螺孔。
  8. 如請求項1所述的超聲波偵測裝置，其中該環繞側壁更向遠離該底壁的方向延伸，且於遠離該底壁的一端具有一開口，該結合板位於該環繞側壁的該開口與該底壁之間，該超聲波偵測裝置更包括封閉該開口的一蓋體。
  9. 如請求項1所述的超聲波偵測裝置，其中該封裝體包括對應該壓電片的振動能量的匹配層及/或吸收層。
  10. 一種超聲波偵測裝置，包括：一外殼罩，包括一體成型的一結合板、一底壁與一第一環繞側壁，該第一環繞側壁連接於該結合板與該底壁之間，且該結合板具有相對該底壁的一設置開口；一承載殼體，包括一第二環繞側壁其由該外殼罩的該結合板的外緣包覆該結合板的局部，並向遠離該底壁的方向延伸，且於遠離該底壁的一端具有一開口，該結合板位於該開口與該底壁之間；一壓電組件，包括一封裝體與至少一部分被該封裝體所包覆的一壓電片，該封裝體配置於該底壁上且被該第一環繞側壁所環繞，該壓電片具有外露於該封裝體且朝向該底壁的一感應面； 一板體，配置在該外殼罩的該結合板上且具有一壓制面其朝向該封裝體與該結合板；以及多個固定件，用於將該板體固定於該外殼罩的該結合板，使該板體施壓於該壓電組件的該封裝體，進而使該壓電片的該感應面下壓於該底壁；其中，該外殼罩為一金屬件，而該承載殼體為一塑膠件。
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