一种超声波传感器的制作方法

本实用新型涉及超声波技术领域，尤其是涉及一种超声波传感器。

背景技术：

目前，超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，其通过安装在壳体内的压电陶瓷振动来实现压电转换功能，压电陶瓷在壳体里面的振动模态和振动幅度关系到整个传感器的电性能转化的有效性，压电陶瓷的负载越少，振动越自由，内部消耗的无用功越少，传感器的灵敏度越大。

现有技术中，超声波传感器一般采用压电陶瓷片制作而成，其中，压电陶瓷片的一面需要通过贴片胶水贴附在壳体内，另一面则添加软化的吸音棉，继而添加灌封胶水以达到保护、防水和防震的目的。但是，贴片胶水的用量难以控制，很容易溢出并粘接在压电陶瓷片表面上，导致束缚压电陶瓷的振动；而吸音棉的添加则会使得工艺更为复杂，同时灌封胶水会成为影响压电陶瓷片振动的负载，导致超声波传感器产品的灵敏度下降。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种超声波传感器，以解决现有的超声波传感器由于壳体内添加了贴片胶水、灌封胶水、吸音棉使得工艺复杂并影响压电陶瓷片的振动，导致灵敏度下降的技术问题，从而有效地简化工艺并实现压电陶瓷片的自由振动，进而提高超声波传感器的灵敏度。

为了解决相同的技术问题，本实用新型提供一种超声波传感器，包括壳体、固定组件和压电陶瓷片，所述壳体的一端开口，且所述壳体内设有空腔，所述压电陶瓷片设于所述空腔的底部上；所述固定组件包括固定件和支撑件，所述固定件安装在所述壳体的开口端上，所述支撑件的一端连接在所述固定件朝向所述压电陶瓷片的一端表面上，所述支撑件的另一端抵靠在所述压电陶瓷片上；所述支撑件内开设有凹槽，所述凹槽位于所述固定件和所述压电陶瓷片之间。

作为优选方案，所述超声波传感器还包括控制电路板和信号线，所述固定件内设有放置腔和信号线通道，所述信号线通道与所述放置腔连通；

所述控制电路板设于所述放置腔内，所述信号线设于所述信号线通道内，所述控制电路板的一端与所述信号线电连接，所述控制电路板的另一端通过导线与所述压电陶瓷片电连接。

作为优选方案，所述支撑件的另一端沿所述压电陶瓷片的侧壁延伸并形成第一安装槽，所述压电陶瓷片的外侧壁表面抵靠在所述第一安装槽的内侧壁表面上；

所述第一安装槽的截面面积大于所述凹槽的截面面积，且所述第一安装槽与所述凹槽之前形成有第一台阶部，所述压电陶瓷片的顶部抵靠在所述第一台阶部上，所述压电陶瓷片的底部抵靠在所述空腔的底部上。

作为优选方案，所述支撑件的截面呈环状，所述第一安装槽的形状与所述压电陶瓷片的形状相适配，且所述支撑件的另一端端部边缘上设有若干个焊点槽。

作为优选方案，所述支撑件包括相对设置的第一支撑部和第二支撑部；

所述第一支撑部的一端固定在所述固定件朝向所述压电陶瓷片的一端表面上，所述第一支撑部的另一端抵靠在所述压电陶瓷片的顶部表面上，所述第二支撑部的一端固定在所述固定件朝向所述压电陶瓷片的一端表面上，所述第二支撑部的另一端抵靠在所述压电陶瓷片的顶部表面上，所述压电陶瓷片的底部抵靠在所述空腔的底部上。

作为优选方案，所述支撑件还包括第三支撑部和第四支撑部，所述第三支撑部和所述第四支撑部均向所述凹槽的中心凹陷成型，以形成用于将导线固定在所述压电陶瓷片的顶部表面上的焊点位置；

所述第三支撑部的一端固定在所述固定件朝向所述压电陶瓷片的一端表面上，所述第三支撑部的另一端抵靠在所述压电陶瓷片的顶部表面上，所述第四支撑部的一端固定在所述固定件朝向所述压电陶瓷片的一端表面上，所述第四支撑部的另一端抵靠在所述压电陶瓷片的顶部表面上；

所述第一支撑部的一侧通过所述第三支撑部与所述第二支撑部的一侧连接，所述第一支撑部的另一侧通过所述第四支撑部与所述第二支撑部的另一侧连接。

作为优选方案，所述第一支撑部、所述第二支撑部、所述第三支撑部、所述第四支撑部的截面均呈弧形。

作为优选方案，所述压电陶瓷片的中心轴线与所述支撑件的中心轴线重合，且所述第一支撑部、所述第二支撑部、所述第三支撑部、所述第四支撑部的高度均相同。

作为优选方案，所述第一支撑部的另一端和所述第二支撑部的另一端均沿所述压电陶瓷片的侧壁延伸并形成第二安装槽，所述压电陶瓷片的外侧壁表面抵靠在所述第二安装槽的内侧壁表面上；

所述第二安装槽的截面面积大于所述凹槽的截面面积，且所述第二安装槽与所述凹槽之前形成有第二台阶部，所述压电陶瓷片的顶部抵靠在所述第二台阶部上，所述压电陶瓷片的底部抵靠在所述空腔的底部上。

作为优选方案，所述第一支撑部的另一端端部边缘和所述第二支撑部的另一端端部边缘上设有若干个焊点槽。

相比于现有技术，本实用新型实施例的有益效果在于，通过所述支撑件将所述压电陶瓷片固定在所述空腔的底部上，无需使用贴片胶水和灌封胶水，从而避免了压电陶瓷片由于贴片胶水溢出并粘接在压电陶瓷片表面上，导致束缚压电陶瓷的振动；采用密封连接方式，将所述固定件安装在所述壳体的开口端上，能够完全隔离灌封和/或贴片胶水的渗透，并将所述压电陶瓷片振动的最活跃位置与外界环境隔离，从而使得所述压电陶瓷片的上方不受约束，以实现自由振动，进而提高所述超声波传感器的灵敏度；所述支撑件支撑着所述压电陶瓷片，且所述壳体具有保护功能，从而有利于提升超声波传感器的抗压强度；同时，所述支撑件内开设有凹槽，所述凹槽位于所述固定件和所述压电陶瓷片之间，所述凹槽能够减少所述支撑件与所述压电陶瓷片的接触范围，从而降低了所述压电陶瓷片的束缚力，进而提高了所述超声波传感器的灵敏度；此外，在所述空腔无需使用软化的吸音棉，从而有效地简化了工艺，进而降低了制作成本。

附图说明

图1是本实用新型超声波传感器的第一实施方式的剖视图；

图2a～2d展示了图1中第一实施方式中固定组件和压电陶瓷片的装配结构，其中，图2a是图2c的剖视图，图2b是图2d的剖视图；

图3是本实用新型超声波传感器的第二实施方式的剖视图；

图4a～4d展示了图3中第一实施方式中固定组件和压电陶瓷片的装配结构，其中，图4a是图4c的剖视图，图4b是图4d的剖视图；

图5是本实用新型超声波传感器的第三实施方式的剖视图；

图6a～6d展示了图5中第一实施方式中固定组件和压电陶瓷片的装配结构，其中，图6a是图6c的剖视图，图6b是图6d的剖视图；

其中，1、壳体；2、固定组件；21、支撑件；211、第一台阶部；212、第二台阶部；213、第一支撑部；214、第二支撑部；215、第三支撑部；22、固定件；23、凹槽；3、压电陶瓷片；4、信号线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型优选实施例提供一种超声波传感器，包括壳体1、固定组件2和压电陶瓷片3；所述壳体1的一端开口，且所述壳体1内设有空腔，所述压电陶瓷片3设于所述空腔的底部上；所述固定组件2包括固定件22和支撑件21，所述固定件22安装在所述壳体1的开口端上，所述支撑件21的一端连接在所述固定件22朝向所述压电陶瓷片3的一端表面上，所述支撑件21的另一端抵靠在所述压电陶瓷片3上；所述支撑件21内开设有凹槽23，所述凹槽23位于所述固定件22和所述压电陶瓷片3之间。

在本实用新型实施例中，通过所述支撑件21将所述压电陶瓷片3固定在所述壳体1空腔内的底部上，无需使用贴片胶水和灌封胶水，从而避免了压电陶瓷片3由于贴片胶水溢出并粘接在压电陶瓷片3表面上，导致束缚压电陶瓷的振动；采用密封连接方式，将所述固定件22安装在所述壳体1的开口端上，能够完全隔离灌封和/或贴片胶水的渗透，并将所述压电陶瓷片3振动的最活跃位置与外界环境隔离，从而使得所述压电陶瓷片3的上方不受约束，以实现自由振动，进而提高所述超声波传感器的灵敏度；所述支撑件21支撑着所述压电陶瓷片3，且所述壳体1具有保护功能，从而有利于提升超声波传感器的抗压强度；同时，所述支撑件21内开设有凹槽23，所述凹槽23位于所述固定件22和所述压电陶瓷片3之间，所述凹槽23能够减少所述支撑件21与所述压电陶瓷片3的接触范围，从而降低了所述压电陶瓷片3的束缚力，进而提高了所述超声波传感器的灵敏度；此外，在所述空腔内无需使用软化的吸音棉，从而有效地简化了工艺，进而降低了制作成本。

在本实施例中，应当说明的是，所述压电陶瓷片3是超声波传感器的高频振子，因此作为所述超声波传感器发生高频振动的振源。由所述压电陶瓷片3组成的超声波传感器是可逆传感器，所述压电陶瓷片3能够将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时所述压电陶瓷片3接收到超声波时，也能转变成电能，其可适用于测距、遥控、防盗等用途；例如用于倒车辅助驾驶系统，医疗系统等。超声波传感器可利用电信号驱动所述压电陶瓷片3，所述压电陶瓷片3在电压的激励下发生振动，带动与之相接触的壳体1震动发出超声波。由于超声波方向性好，可以定向传播，碰到分界面会产生显著反射波，而通过接收反射回来的超声波，将超声波信号转换成电信号并放大滤波，之后转换成数字信号，将带有距离信息的数字信号传输给所述控制电路板，从而完成测距过程。此外，所述壳体1的材料包括但不限于金属材料其他材料。

在本实用新型实施例中，所述超声波传感器还包括控制电路板(图未示)和信号线4，所述固定件22内设有放置腔和信号线通道，所述信号线通道与所述放置腔连通；所述控制电路板设于所述放置腔内，所述信号线4设于所述信号线通道内，所述控制电路板的一端与所述信号线4电连接，所述控制电路板的另一端通过导线与所述压电陶瓷片3电连接。将所述控制电路板放置在所述放置腔内，当所述固定件22为金属材料时，可以对电路起到屏蔽作用，降低外界的干扰，提高信号的性噪比，同时减少成本。

在本实施例中，需要说明的是，所述压电陶瓷片3作为换能元件并与所述控制电路板电连接，可通过所述控制电路板控制所述压电陶瓷片3发送超声波信号或采集超声波信号，获取与所述压电陶瓷片3采集的信号对应的信号参数，并由所述控制电路板对所述信号参数进行处理，直接生成所测量。无需将超声波传感器采集的信号进行长距离传输，节约传输线的同时可减小信号的传播延时所带来的误差，可有效避免外部环境的不稳定因素对信号传播的影响，从而提高超声波传感器的可靠性与测量精度。

可以理解的，所述控制电路板采用柔性电路板，由于柔性电路板具有较大的焊盘，从而易于电线与所述压电陶瓷片3的连接，并能够有效地简化将导线固定在所述压电陶瓷片3的一端表面上的工艺。

请参阅图1和图2a～2d，以下具体介绍本实用新型的超声波传感器的第一实施方式。

在本实施例中，所述支撑件21的另一端沿所述压电陶瓷片3的侧壁延伸并形成第一安装槽，所述压电陶瓷片3的外侧壁表面抵靠在所述第一安装槽的内侧壁表面上；所述第一安装槽的截面面积大于所述凹槽23的截面面积，且所述第一安装槽与所述凹槽23之前形成有第一台阶部211，所述压电陶瓷片3的顶部抵靠在所述第一台阶部211上，所述压电陶瓷片3的底部抵靠在所述壳体1空腔内的底部上。

在本实施例中，所述压电陶瓷片3呈环形结构，所述第一安装槽的形状与所述压电陶瓷片3的形状相适配，因此，可将所述压电陶瓷片3部分容置与所述第一安装槽内，以使所述压电陶瓷片3固定在所述第一台阶部211和所述壳体1空腔内的底部之间。所述凹槽23位于所述压电陶瓷片3的上方，从而有效地减少了所述固定件22与所述压电陶瓷片3的接触范围，进而降低了压电陶瓷片3束缚力，大大提高所述超声波传感器的灵敏度。

可以理解的，所述压电陶瓷片3的外侧壁表面抵靠在所述第一安装槽的内侧壁表面上，以使所述压电陶瓷片3贴紧在所述第一安装槽内，从而防止所述压电陶瓷片3发生晃动，进而提高所述压电陶瓷片3安装在壳体1内的稳固性。

进一步地，所述支撑件21的截面呈环状，所述第一安装槽的形状与所述压电陶瓷片3的形状相适配，且所述支撑件21的另一端端部边缘上设有若干个焊点槽，从而便于将所述压电陶瓷片3固定在所述支撑件21上，进而便于在装配所述超声波传感器时，所述固定组件2和所述压电陶瓷片3直接装配在所述空腔内。

请参阅图3和图4a～4d，以下具体介绍本实用新型的超声波传感器的第二实施方式。

在本实施例中，所述支撑件21包括相对设置的第一支撑部213和第二支撑部214；所述第一支撑部213的一端固定在所述固定件22朝向所述压电陶瓷片3的一端表面上，所述第一支撑部213的另一端抵靠在所述压电陶瓷片3的顶部上，所述第二支撑部214的一端固定在所述固定件22朝向所述压电陶瓷片3的一端表面上，所述第二支撑部214的另一端抵靠在所述压电陶瓷片3的顶部表面上，所述压电陶瓷片3的底部抵靠在所述壳体1的所述空腔的底部上。所述第一支撑部213和所述第二支撑部214对所述压电陶瓷具有支撑作用，可以理解的所述第一支撑部213和所述第二支撑部214的截面呈圆弧形，所述第一支撑部213的另一端端部边缘上设有若干个焊点槽，从而便于将所述压电陶瓷片3固定在所述支撑件21上，进而便于所述超声波传感器在装配时，所述固定组件2和所述压电陶瓷片3直接装配在所述壳体1空腔内。

进一步地，所述支撑件21还包括第三支撑部215和第四支撑部(图未示)，所述第三支撑部215和所述第四支撑部均向所述凹槽23的中心凹陷成型，以形成用于将导线固定在所述压电陶瓷片3的顶部表面上的焊点位置；所述第三支撑部215的一端固定在所述固定件22朝向所述压电陶瓷片3的一端表面上，所述第三支撑部215的另一端抵靠在所述压电陶瓷片3的顶部表面上，所述第四支撑部的一端固定在所述固定件22朝向所述压电陶瓷片3的一端表面上，所述第四支撑部的另一端抵靠在所述压电陶瓷片3的顶部表面上；所述第一支撑部213的一侧通过所述第三支撑部215与所述第二支撑部214的一侧连接，所述第一支撑部213的另一侧通过所述第四支撑部与所述第二支撑部214的另一侧连接。所述第三支撑部215和所述第四支撑部为所述压电陶瓷片3提供了焊点位置，以便于所述控制电路板的电线焊接在所述压电陶瓷片3的顶部表面上，从而实现所述压电陶瓷片3的正常功能。

在本实用新型实施例中，应当说明的是，所述第一支撑部213、所述第二支撑部214、所述第三支撑部215、所述第四支撑部的截面均呈弧形。

更进一步地，所述压电陶瓷片3的中心轴线与所述支撑件21的中心轴线重合，且所述第一支撑部213、所述第二支撑部214、所述第三支撑部215、所述第四支撑部的高度均相同，以使所述固定组件2和所述压电陶瓷片3在组装后，保证所述压电陶瓷片3平面持平、接触，并通过所述凹槽23隔离所述压电陶瓷片3的中间部位。

可以理解的，所述凹槽23位于所述压电陶瓷片3的上方，从而有效地减少了所述固定件22与所述压电陶瓷片3的接触范围，进而降低了压电陶瓷片3的束缚力，大大提高所述超声波传感器的灵敏度。

请参阅图5和图6a～6d，以下具体介绍本实用新型的超声波传感器的第三实施方式。

在本实施例中，所述第一支撑部213的另一端和所述第二支撑部214的另一端均沿所述压电陶瓷片3的侧壁延伸并形成第二安装槽，所述压电陶瓷片3的外侧壁表面抵靠在所述第二安装槽的内侧壁表面上；所述第二安装槽的截面面积大于所述凹槽23的截面面积，所述第二安装槽与所述凹槽23之前形成有第二台阶部212，所述压电陶瓷片3的顶部抵靠在所述第二台阶部212上，所述压电陶瓷片3的底部抵靠在所述壳体1空腔内的底部上。

相比于第二实施方式，本实施方式的所述第一支撑部213的另一端和所述第二支撑部214的另一端均沿所述压电陶瓷片3的侧壁延伸并形成第二安装槽，可将所述压电陶瓷片3部分容置与所述第二安装槽内，以使所述压电陶瓷片3固定在所述第二台阶部212和所述壳体1的所述空腔的底部之间。所述凹槽23位于所述压电陶瓷片3的上方，从而有效地减少了所述固定件22与所述压电陶瓷片3的接触范围，进而降低了压电陶瓷片3束缚力，大大提高所述超声波传感器的灵敏度。

进一步地，所述第一支撑部213的另一端端部边缘和所述第二支撑部214的另一端端部边缘上设有若干个焊点槽。所述第三支撑部215和所述第四支撑部为所述压电陶瓷片3提供了焊点位置，以便于所述控制电路板的电线焊接在所述压电陶瓷片3的表面上，从而实现所述压电陶瓷片3的正常功能。

综上，本实用新型提供了一种超声波传感器，包括壳体1、固定组件2和压电陶瓷片3；所述壳体1的一端开口，且所述壳体1内设有空腔，所述压电陶瓷片3设于所述空腔的底部上；所述固定组件2包括固定件22和支撑件21，所述固定件22安装在所述壳体1的开口端上，所述支撑件21的一端连接在所述固定件22朝向所述压电陶瓷片3的一端表面上，所述支撑件21的另一端抵靠在所述压电陶瓷片3上；所述支撑件21内开设有凹槽23，所述凹槽23位于所述固定件22和所述压电陶瓷片3之间。

相比于现有技术中超声波传感器由于壳体1内添加了贴片胶水、灌封胶水、吸音棉使得工艺复杂并影响压电陶瓷片3的振动，导致灵敏度下降，本实用新型具有如下有益效果：

(1)通过所述支撑件21将所述压电陶瓷片3固定在所述壳体1空腔内的底部上，无需使用贴片胶水和灌封胶水，从而避免了压电陶瓷片3由于贴片胶水溢出并粘接在压电陶瓷片3表面上，导致束缚压电陶瓷的振动；

(2)采用密封连接方式，将所述固定件22安装在所述壳体1的开口端上，能够完全隔离灌封和/或贴片胶水的渗透，并将所述压电陶瓷片3振动的最活跃位置与外界环境隔离，从而使得所述压电陶瓷片3的上方不受约束，以实现自由振动，进而提高所述超声波传感器的灵敏度；

(3)所述支撑件21支撑着所述压电陶瓷片3，且所述壳体1具有保护功能，从而有利于提升超声波传感器的抗压强度；

(4)同时，所述支撑件21内开设有凹槽23，所述凹槽23位于所述固定件22和所述压电陶瓷片3之间，所述凹槽23能够减少所述支撑件21与所述压电陶瓷片3的接触范围，从而降低了所述压电陶瓷片3的束缚力，进而提高了所述超声波传感器的灵敏度；

(5)此外，在所述空腔内无需使用软化的吸音棉，从而有效地简化了工艺，进而降低了制作成本；

(6)由于现有技术中，在将压电陶瓷片3贴附在保护壳上后，需在压电陶瓷片3的上方留出空间，以通过空气隔离消除对金属片的过多束缚，但由于压电陶瓷片3的上方无支撑件21，导致产品的抗压能力完全由壳体1的强度和贴片胶水的粘接力决定，这样不利于超声波传感器产品的抗压可靠性评估和提升。本实用新型提供的超声波传感器通过所述固定组件2不仅充分保证了所述压电陶瓷片3的自由振动、提升产品灵敏度，而且大大增加了抗压强度；

这样，本实用新型提供的超声波传感器杜绝了因为贴片胶水量过多的影响，同时避免在所述压电陶瓷片3上方使用软胶类物质，所述压电陶瓷片3的上方的所述固定组件2具有固定和支撑作用，从而有效地保护了所述压电陶瓷片3与所述空腔的底部之间的紧密性，本实用新型能够有效地简化工艺并实现压电陶瓷片3的自由振动，从而提高超声波传感器灵敏度。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。