电声转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电声转换器。
【背景技术】
[0002]由DE 10 2009 040 264 A1已知一种用于产生用于车辆的超声波的设备，其中用于产生厚度振动的微长形的超声转换器耦合到车辆的平面的构件上、尤其保险杠上。在此，所述超声转换器包括一组压电片以及接通层和绝缘层，其中压电片的长度与空气中的所期望的超声波频率协调。所述压电片由压电陶瓷纤维复合材料构造，所述压电陶瓷纤维复合材料包括平行于相应的压电片的中轴线延伸的或者平行于纵向轴线延伸的纤维。所述压电片的装置还布置在支撑设备中。所述装置又安装在保险杠上。
[0003]在DE 10 2005 037 724 A1中描述了一种具有布置在两个电极之间的压电转换器体的超声转换器。所述转换器体具有至少两个由压电半导体材料组成的体积区域，所述至少两个体积区域通过高度h’的边界层彼此分离。示出具有杆状的转换器区段的网格状结构，在所述网格状结构中所述区域中的一个杆状地构型。借助所述构型，应当实现具有短的衰减时间和可偏转的射束的超声转换器。
[0004]由DE 10 2008 018 110 A1得知一种超声传感器，其具有压电陶瓷元件，所述压电陶瓷元件用于将保险杠激励成振动并且设置在压电陶瓷模块内部。在此，所述模块能够从外部不可见地集成在保险杠中。附加地，构造围绕压电陶瓷模块的加肋(Verrippung)，以便在所述区域中可以改变保险杠的刚性并且可以调节保险杠区域之间的机械阻抗跳变。
[0005]W0 2011/090484 A1描述了一种以厚度振动器形式的超声转换器。从具有电极的片状的压电陶瓷出发设置至少一个前部体，所述至少一个前部体具有一形状，从而产生所期望的辐射特性。传输路径的长度相应于谐振频率fR的情况下的λ/4，以便实现振动从压电陶瓷片出发到所辐射的表面上的加强。此外描述了，对于某些应用优选使用在温度稳定性、易被污染性和沉积性方面更稳健的λ/2振动器。在图8中示出所述λ/2振动器1。所述振动器具有前部体40和后部体60，其中相应的前部体和后部体的长度加上压电陶瓷片50的厚度的一半相应于谐振的波长λ的四分之一。所述转换器中的优点在于，其可以用作用于检测车辆或者机器人的周围环境的传感器并且在此可以从外部不可见地集成在车辆的车身部件、例如保险杠中或者机器人的挡板部件中。
[0006]由现有技术已知的λ/2厚度振动器1，如其在图8中所示出的那样，具有其非常长的不利。如果长度减半以借助λ/4厚度振动器来发射或者接受，则压电陶瓷片的与前部体相对置的面必须与传感器壳体或者保持结构连接。如果所述压电陶瓷为此平面地粘合在底基(Untergrund)上或者此外平面地固定，则这阻碍压电陶瓷片的横向收缩，由此降低变换器的灵敏度。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的任务是说明一种电声转换器，其在长度、即结构大小方面具有λ/4厚度振动器的有利特性，然而其灵敏度相应于或者至少接近λ/2厚度振动器的灵敏度。根据本发明应当防止压电元件的横向收缩的阻碍。
[0008]所述任务通过具有权利要求1的特征的电声转换器来解决。
[0009]设置一种电声转换器，其包括壳体、振动结构和声学传输器(也称作前部体)，所述振动结构具有至少一个优选片状的压电元件，所述压电元件具有第一和第二表面。为了控制压电元件设置电连接模块，所述电连接模块与压电元件的电极连接。根据本发明的转换器根据已知的原理运行。当所述转换器运行为发射器时，将所述压电元件激励成振动，所述振动传输到前部体上并且作为声波辐射。如果所述转换器作为接收器运行，则到达的声波通过压电元件转换成电信号。所述前部体将声波接收器的面与压电元件连接并且因此起声学传输器的作用。通过构件连接的谐振的设计增强所产生的振动。
[0010]所述声学传输器具有第一表面和与所述第一表面平行的第二表面。所述声学传输器优选杆状地构造并且例如可以具有圆柱形的或者矩形的形状。声学传输器的第一表面与压电元件的第一表面连接。声学传输器的与第一表面相对置的第二表面适于辐射和/或接收声波。声学传输器的第二表面和压电元件的第二表面之间的间距基本上相应于振动结构的谐振的波长λ的1/4。因此，所述振动结构是所谓的λ/4厚度振动器，如其由现有技术已知的那样。所述振动主要在垂直于压电元件的表面的方向上实现(厚度振动)。因此，在接收声学振动时，引起压电元件的纵向延展和横向延展的力施加到压电元件上。所述横向延展的阻碍会导致转换器的灵敏度的降低。
[0011]因此根据本发明设置，所述压电元件例如通过其第二表面借助支承结构与壳体连接，其中所述支承结构构造用于能够实现压电元件的横向延展。换言之，实现振动结构在壳体中的可靠的机械固定，而不通过固定损害压电元件的横向延展或者横向收缩。
[0012]对此，所述支承结构优选包括多个、尤其杆状的支撑元件，所述支撑元件在压电元件的第二表面和壳体、例如壳体的内表面之间延伸。所述支撑元件例如可以具有陶瓷材料或者金属。优选地，材料具有高的刚性(即高的弹性模量)、例如氧化铝陶瓷或者钢，以便能够实现振动器的刚性支撑。然而也可能的是，使用具有较低刚性的材料(铝或者黄铜)，只要在振动结构的度量时适当地对其进行考虑。所述支撑元件防止振动结构在厚度方向上的移位并且通过其在横向方向上的低的刚性能够实现压电元件的横向延展。这优选通过以下实现:其中以杆形状构造支撑元件，即相比之下具有大的纵向尺寸并且在横向方向上具有小的尺寸。在横向方向上的尺寸例如可以取压电元件的横向尺寸的约1/4至1/200。通过所述尺寸实现在横向方向上支撑元件的低的刚性。所述支撑元件以小的反作用力跟随压电元件的横向运动。因此，通过杆形状以有利的方式实现根据本发明的以下效果:尽可能少地阻碍压电元件的横向延展。
[0013]所述杆状的支撑元件优选彼此平行地布置在其纵向延伸中并且分别具有基本上小于压电元件的表面的横截面。优选地，支撑元件基本上彼此相同地构造。然而，也可以设置彼此不相同地构造的支撑元件，其方式是，例如至少两个支撑元件的形状和/或横截面和/或材料不同地构造。
[0014]本发明的一个实施是特别优选的，在所述实施中支撑元件借助特别柔性的或者弹性的填充材料加套或者嵌入到这种填充材料中。所述材料例如可以包括聚合物或者泡沫、例如双组分娃酮泡沫Fermasil (Sonderhoff公司)或者环氧树脂材料。通过借助这种填充材料的加套，在制造技术上更简单地实现支撑元件的规则的布置。
[0015]本发明的一种构造是优选的，在所述构造中支撑元件与压电元件单件式地构造。在制造压电元件时例如可以已经构造所述支撑元件。因此，在安装根据本发明的电声转换器时节省了固定步骤并且总体上简化了结构。优选地，支撑元件借助可导电的粘合材料与壳体连接。这能够实现压电元件的直接接通。
[0016]在本发明的一种替代的实施中构造支承结构，其方式是，支撑元件布置在基元件上或者与基元件单件式地构造。因为基元件固定在电声转换器的壳体上，例如通过粘合。通过所述实施也简化电声转换器的安装。
[0017]在本发明的另一替代的实施中设置，支撑元件自身具有压电材料、尤其压电陶瓷材料。设置由平行定向的这种支撑元件构成的装置，其中由压电活跃的支撑元件构成的所述装置构造电声转换器的根据本发明设置的压电元件。每一个单个的支撑元件作为单独的压电元件起作用，其中支撑元件中的每一个优选杆状地构造并且所述支撑元件具有彼此平行的端面。为了构造所述压电元件，可以将各个支撑元件嵌入到柔性的材料中、例如泡沫或者聚合物中。每一个支撑元件的第一端面分别与声学传输器的第一表面连接。每一个支撑元件的相应的第二端面与壳体连接。所述实施的优点在于，不需要独立的支承结构。因此，进一步减少电声转换器的构件的数量并且减小结构大小。为了电接通压电元件，可以将电连接模块与支撑元件的端面接通或者替代地与支撑元件的相对置的侧面接通。压电元件的类似的结构由所谓的复合压电陶瓷已知，其中然而与本发明相比在已知的