用于气流检测的pvdf超声传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种用于气流检测的PVDF超声传感器，包括底座、盖板、PVDF薄膜、上电极、下电极、第一橡胶圈、第二橡胶圈及弹性垫块，所述底座的上表面上开设有凹槽，所述盖板的下表面上突设有凸块，所述第一橡胶圈设置于底座的凹槽内，所述第二橡胶圈套设于盖板的凸块上，所述PVDF薄膜设置于盖板与底座之间且与第一橡胶圈及第二橡胶圈相接触，所述PVDF薄膜的外侧还通过弹性垫块与盖板的下表面相接触以及直接与底座的上表面相接触，所述PVDF薄膜与弹性垫块之间设置有上电极，所述PVDF薄膜与底座的上表面之间设置有下电极。上述用于气流检测的PVDF超声传感器可实现高指向性发射和接收。
【专利说明】用于气流检测的PVDF超声传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种用于气流检测的PVDF超声传感器。
【背景技术】
[0002]PVDF超声传感器是一种利用PVDF压电薄膜在交变电流驱动下的振动进行声辐射的器件，其常见结构由PVDF压电薄膜及施加边界条件和支撑的外部结构组成。PVDF超声传感器的基本工作原理为:当交变电信号施加到PVDF压电薄膜上时，薄膜由于逆压电效应发生形变，并产生振动位移，从而向周围的介质中辐射声能量。
[0003]超声波气流信息检测是近年来流量检测领域新的研究热点，具有非接触和测量精度高等特点。超声气流检测可用于防化反恐方舱、各种密封舱体、载人工程、嫦娥工程、大飞机项目等各种需要对气体流量精确检测和控制的场合。超声波测流技术还可用于风速风向仪，具有精度高、体积小、测量范围广、无运动部件的特点。
[0004]超声传感器是超声波气流信息敏感技术的核心部件，是实现能量转换的关键器件。常用的压电传感器多采用压电陶瓷作为敏感元件，由于压电陶瓷声阻抗远高于空气的声阻抗，限制了其作为气体超声传感器的应用。作为一种新型压电高分子聚合物，具有质量轻、密度小、柔韧性好、声阻抗低、灵敏度高等特点，易与空气介质阻抗匹配，可用作气体超声传感器的敏感元件。目前，PVDF压电薄膜已被用于压力传感器、加速度传感器、水听器等。作为超声传感器的敏感元件，美国精量电子利用PVDF制作了柱形全指向性扬声器，而用于气流检测的超声传感器需要进行窄波束、高指向性发射，因此，急需一种能够实现高指向性发射和接收的PVDF超声传感器。
【发明内容】
[0005]本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种能够实现高指向性发射和接收的PVDF超声传感器。
[0006]本发明所提供的一种用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述用于气流检测的PVDF超声传感器包括底座、盖板、PVDF薄膜、上电极、下电极、第一橡胶圈、第二橡胶圈及弹性垫块，所述底座的上表面上开设有凹槽，所述盖板的下表面上突设有凸块，所述第一橡胶圈设置于底座的凹槽内，所述第二橡胶圈套设于盖板的凸块上，所述PVDF薄膜设置于盖板与底座之间且与第一橡胶圈及第二橡胶圈相接触，所述PVDF薄膜的外侧还通过弹性垫块与盖板的下表面相接触以及直接与底座的上表面相接触，所述PVDF薄膜与弹性垫块之间设置有上电极，所述PVDF薄膜与底座的上表面之间设置有下电极。
[0007]其中，所述底座呈圆柱状，且其内部的凹槽为阶梯状。
[0008]其中，所述底座呈圆柱状，自所述底座的表面沿着圆柱的高度方向向下开设有第一凹槽，自所述第一凹槽的底部继续沿着圆柱的高度方向向下开设有第二凹槽，所述第一凹槽的直径大于第二凹槽的直径。
[0009]其中，所述第一橡胶圈的外径与第一凹槽的内径相等，且所述第一橡胶圈的高度与第一凹槽的深度相同。
[0010]其中，所述盖板呈圆柱状，所述凸块突设于盖板的下表面的中间位置。
[0011]其中，所述凸块中开设有一贯通整个盖板的通孔，所述用于气流检测的PVDF超声传感器还包括保护膜，所述保护膜设置于盖板的上表面，用于密封所述凸块中的通孔。
[0012]其中，所述PVDF薄膜、上电极以及弹性垫块之间采用粘接剂进行粘结。
[0013]其中，所述PVDF薄膜、下电极以及底座之间采用粘接剂进行粘结。
[0014]其中，所述盖板及底座上各对应设置有若干螺孔，所述盖板及底座通过若干螺栓及螺帽进行固定连接。
[0015]上述用于气流检测的PVDF超声传感器通过弹性垫块及橡胶垫圈对PVDF薄膜施加压力，可以实现高指向性发射和接收的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
[0017]图1是本发明用于气流检测的PVDF超声传感器的较佳实施方式的剖视图。
[0018]图2是本发明用于气流检测的PVDF超声传感器的较佳实施方式的俯视图。
[0019]图3是图1中A部分的局部放大图。
具体实施例
[0020]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]应当理解的是，虽然此处可以使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。
[0022]在此使用的术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定。如此处所使用的，除非上下文另外清楚地指出，则单数形式意图也包括复数形式。
[0023]应当进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。
[0024]请参见图1，本发明用于气流检测的PVDF超声传感器的较佳实施方式包括底座3、盖板2、PVDF薄膜7、上电极10、下电极11、第一橡胶圈9、第二橡胶圈6及弹性垫块8。本实施方式中，所述底座3呈圆柱状，且其内部开设有阶梯状凹槽，即自所述底座3的表面沿着圆柱的高度方向向下开设有第一凹槽，所述第一凹槽的深度和直径分别记为hi和rl，自所述第一凹槽的底部继续沿着圆柱的高度方向向下开设有第二凹槽，所述第二凹槽的深度和直径分别记为h2和r2，其中rl大于r2。所述盖板2也呈圆柱状，其下表面的中间位置沿与上表面相反的方向延伸出一凸块，所述凸块中开设有一贯通整个盖板2的通孔。所述底座3及盖板2上还对应开设有若干螺丝孔，本实施方式中，所述螺丝孔的数量为四个。
[0025]所述第一橡胶圈9及第二橡胶圈6均呈圆环状，且所述第一橡胶圈9的内径及外径均对应大于第二橡胶圈6的内径及外径。更进一步的，本实施方式中，所述第二橡胶圈6的内径与盖板2上凸块的外径相当，所述第一橡胶圈9的外径与底座3上第一凹槽的直径rl相当。另外，所述第一橡胶圈9的高度与底座3上第一凹槽的深度hi相当，所述第二橡胶圈6的高度与盖板2上凸块的高度相当。所述PVDF薄膜7亦呈圆形。所述弹性垫块8亦呈圆环状。
[0026]组装时，先将第一橡胶圈9置于底座3的第一凹槽内，且所述第一橡胶圈9的外圆周正好与第一凹槽的侧壁相接触，之后将PVDF薄膜7放置于底座3的上表面之上，使得所述PVDF薄膜7的边缘处与底座3上靠近第一凹槽的位置相接触、所述PVDF薄膜7上靠近边缘处的位置则与第一橡胶圈9相抵触。其中，所述PVDF薄膜7的边缘处与底座3的接触处之间还设置有下电极11。之后，将第二橡胶圈6套设于盖板2的凸块上，并将弹性垫块8放置于PVDF薄膜7上，且所述弹性垫块8与PVDF薄膜7的接触处还设置有上电极10。本实施方式中，所述PVDF薄膜7、上电极10以及弹性垫块8之间采用粘接剂进行粘结。之后，将盖板2置于底座3之上，且使得弹性垫块8与盖板2相接触以及使得第二橡胶垫6与PVDF薄膜7相接触，之后使用螺栓I以及螺帽4将盖板2与底座3锁合。最后使用保护膜5将盖板2上的通孔进行密封。
[0027]本实施方式中，所述底座3主要起支撑和保护作用，具体而言，所述底座3对PVDF薄膜7起支撑作用、对第一橡胶圈9起支撑和定位作用。当盖板2与底座结合之后，所述底座3还对传感器内部结构起保护作用。所述盖板2主要起支撑、保护和施加压力的作用，具体而言，所述盖板2对第二橡胶圈6起支撑和定位的作用，并通过弹性垫块8对PVDF薄膜7的边缘施加压力，对PVDF薄膜7起固定作用，同时还对保护膜5起到支撑作用。所述保护膜5则主要用于在相对恶劣的工作环境下对传感器内部结构起到保护作用。所述第一橡胶圈9及第二橡胶圈6主要利用弹性形变对PVDF薄膜7施加张力。所述PVDF薄膜7是超声传感器结构中实现电声能量转化的核心功能元件。所述弹性垫块8主要起固定PVDF薄膜7的作用，需要具有较大的绝缘电阻，以防止PVDF薄膜7的两极在高电压下短路。所述上电极10和下电极11为导电金属薄片，主要对PVDF薄膜7施加电激励信号。所述螺栓I主要起紧固作用，通过旋紧螺栓I使第一橡胶圈9和第二橡胶圈6之间产生相对位移和形变，从而对PVDF薄膜7施加张力。螺帽4与螺栓I结合主要起紧固和施加压力的作用。
[0028]以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述用于气流检测的PVDF超声传感器包括底座、盖板、PVDF薄膜、上电极、下电极、第一橡胶圈、第二橡胶圈及弹性垫块，所述底座的上表面上开设有凹槽，所述盖板的下表面上突设有凸块，所述第一橡胶圈设置于底座的凹槽内，所述第二橡胶圈套设于盖板的凸块上，所述PVDF薄膜设置于盖板与底座之间且与第一橡胶圈及第二橡胶圈相接触，所述PVDF薄膜的外侧还通过弹性垫块与盖板的下表面相接触以及直接与底座的上表面相接触，所述PVDF薄膜与弹性垫块之间设置有上电极，所述PVDF薄膜与底座的上表面之间设置有下电极。
2.如权利要求1所述的用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述底座呈圆柱状，且其内部的凹槽为阶梯状。
3.如权利要求1所述的用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述底座呈圆柱状，自所述底座的表面沿着圆柱的高度方向向下开设有第一凹槽，自所述第一凹槽的底部继续沿着圆柱的高度方向向下开设有第二凹槽，所述第一凹槽的直径大于第二凹槽的直径。
4.如权利要求3所述的用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述第一橡胶圈的外径与第一凹槽的内径相等，且所述第一橡胶圈的高度与第一凹槽的深度相同。
5.如权利要求1所述的用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述盖板呈圆柱状，所述凸块突设于盖板的下表面的中间位置。
6.如权利要求1所述的用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述凸块中开设有一贯通整个盖板的通孔，所述用于气流检测的PVDF超声传感器还包括保护膜，所述保护膜设置于盖板的上表面，用于密封所述凸块中的通孔。
7.如权利要求1所述的用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述PVDF薄膜、上电极以及弹性垫块之间采用粘接剂进行粘结。
8.如权利要求1所述的用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述PVDF薄膜、下电极以及底座之间采用粘接剂进行粘结。
9.如权利要求1所述的用于气流检测的PVDF超声传感器，其特征在于:所述盖板及底座上各对应设置有若干螺孔，所述盖板及底座通过若干螺栓及螺帽进行固定连接。
【文档编号】G01F1/66GK103575347SQ201310634131
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】王登攀, 王露, 方鑫, 杨靖, 鲜晓军 申请人:中国电子科技集团公司第二十六研究所