专利名称：一种汽车超声波传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车电子设备，尤其是涉及一种在汽车中配合倒车或前进的超声波传感。
背景技术：
现阶段，绝大部分汽车倒车雷达或前进雷达都是利用超声波进行工作，其基本原理与自然界中的蝙蝠、海豚等动物的回声定位功能原理一样。声音是一种波，我们人耳所能听到声音的频率范围一般在20Hz-20KHz，超过20KHz的，人是听不到的，称之为超声波。超声波在空气中的传播速度也等于音速(340米/秒)；超声波遇到障碍物后，会产生回声，那么通过计算发射与接收之间的时差，就能算出发射地与障碍物的距离。倒车雷达系统通过控制器依时序控制多个超声波传感器工作，超声波探头检测回来的信号经超声波传感器内置电路处理后再传输给控制器，控制器通过高速运算探知传感器与障碍物的距离，然后主机通过内部或外部的声音或显示报警，从而有效辅助驾驶员进行泊车。上述的倒车雷达装置的超声波传感器一般都安装在汽车的前、后保险杠上。
目前，市场上的倒车雷达装置，超声波传感器大致有两种类别。第一种是内部没有设计内置电路的超声波传感器，传感器通过屏蔽线把检测到的微弱模拟信号传输给控制器。该第一种传感器虽然尺寸较小，适应装配于各类汽车前、后保险杠上，但是由于传输出的是微弱模拟信号，因此这样的方式系统抗干扰能力差，经常存在误报警等不正常工作的现象。第二种是内部设计有信号处理电路的超声波传感器，即有内置的超声波传感器。该第二种传感器虽然抗干扰能力强，基本不会存在误报警等不正常工作的现象，但是由于此种传感器的设计方式过于复杂，因此尺寸较大，则不但导致在汽车前、后保险杠上的装配困难，对各类车型的通用性降低，降低前、后保险杠强度，而且使得探头的外观不够美观，会再次增加传感器自身的成本。
发明内容
本发明提供一种超声波传感器，其克服了背景技术所存在的尺寸较大、系统抗干扰能力差以及经常存在误报警等不正常工作的现象的技术问题。
本发明的目的这样实现的一种超声波传感器，它应用于汽车的倒车雷达或前进雷达装置，它至少包括外壳、后盖、探头、内置电路、接插件以及卡扣，该探头和内置电路之间信号连接并均安装于外壳内，该接插件信号连接内置电路并结构连接后盖；该外壳外周面设有卡扣槽，该后盖周边设有卡柱；上述的卡柱和卡扣槽紧配合以将外壳和后盖固定在一起，上述的卡扣和卡扣槽紧配合以将外壳和卡扣固定在一起。
还包括橡胶套以及海绵块，上述的探头通过橡胶套安装于外壳内，上述的海绵块垫设于探头后面和内置电路前面之间；另用硅胶灌满外壳和后盖之间的其余空腔。
该卡柱前端面抵顶卡扣后端面。
该卡扣具有连接部以及弹性部，该连接部嵌设且紧配合于卡扣槽内，该弹性部可伸出卡扣槽外以结构定位于汽车。
该卡扣槽为燕尾槽，该燕尾槽的中部内侧面设有小三角凸起。
该后盖前面形成有容置槽，内置电路的中周变压器的后部定位于该容置槽内。
该内置电路包括电源稳压滤波电路、发射驱动电路以及回波选频放大电路，发射驱动电路连接电源稳压滤波电路，回波选频放大电路连接发射驱动电路。
该内置电路设于电路基板的上下两面。
本发明的技术方案，外壳和后盖之间通过卡柱和卡扣槽的紧配合固定在一起，外壳和卡扣之间通过卡扣和卡扣槽的紧配合固定在一起，则避免了早期采用螺钉连接而引起的结构复杂体积大的缺点，内置电路处理探头所接收的模拟信号再将处理后的信号传送于主机，则避免了传输模拟信号而引起的系统抗干扰能力差以及经常存在误报警等不正常工作的现象。本发明的超声波传感器小型化设计，使得超声波传感器在汽车前、后保险杠上的安装变得便利与容易，还有效地降低了超声波传感器的成本，还增加了在汽车上的美观度。超声波传感器的内置电路包括电源稳压滤波电路、发射驱动电路、回波选频放大电路，其对超声波传感器输出的信号进行了滤波及放大处理，从而使得倒车雷达或前进雷达控制器的设计要求降低，并且有效的提高了系统工作的可靠性。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1A是本发明的超声波传感器的立体图之一。
图1B是本发明的超声波传感器的立体图之二。
图1C是本发明的超声波传感器的主视图。
图1D是本发明的超声波传感器的左视图。
图1E是本发明的超声波传感器的右视图。
图2是本发明的超声波传感器的立体爆炸图。
图3为图1D的A-A剖视图。
图4A为本发明的超声波传感器的内置电路的立体图。
图4B为本发明的超声波传感器的内置电路的左视图。
图4C为本发明的超声波传感器的内置电路的主视图。
图5A为本发明的超声波传感器的分解主视图。
图5B为图1D的B-B剖视图。
图5C为图5B的C-C剖视图。
图5D为图5B的D-D剖视图。
图5E为图5A的E-E剖视图。
图5F为图5B的局部I放大图。
图6为本发明的超声波传感器的内置电路的原理图。
具体实施例方式
请查阅图1A、图1B、图2以及图3，一种超声波传感器，它包括外壳1、橡胶套2、后盖3、卡扣4、海绵块5、探头6、内置电路7、接插件8以及硅胶9。
请查阅图1A、图2以及图5A，外壳1成套筒形，套筒外周面均匀间隔开设有四个卡扣槽12，该卡扣槽12为轴向燕尾槽，其后端12A连通外壳1后端面以形成开口，而且该开口尾部倒圆角12C以便利插接。该外壳1主要用于为内部器件提供安装载体，以及为超声波传感器在汽车保险杠上的装配提供固定机构。
请查阅图1A、图1B以及图2，后盖3安装于外壳1后端面。该后盖3外周均匀设有四个卡柱33；后盖3上设计有特殊结构的圆孔31，如图2及图3所示，此孔为阶梯形状，分两个部分，内部为大圆孔31A，外部为小圆孔31B，小圆孔31B为通孔。该后盖3用于配合外壳1为内部器件提供安装载体。
请查阅图1A、图2以及图3，橡胶套2安装于外壳1前部，探头6安装于橡胶套2内，该橡胶套2和探头6均固设于外壳1前部。该橡胶套2用于有效地吸收振动，防止传感器的振动传递到外壳1以及汽车保险杆，最后影响传感器对回波信号的接收。该探头6用于在外界电路(内置电路7)的驱动下发射超声波、接收超声波。
请查阅图2以及图3，内置电路7安装于外壳1后部，海绵块5垫设于内置电路7前面和探头6后面之间；内置电路7和探头6之间信号连接。该内置电路7的主要作用是驱动探头工作，同时接收返回的信号并对信号进行相应处理，使之更加符合系统要求。该海绵块5用于吸收传感器后向的发射，防止在不需要的方向上产生超声波发射，引起对有效信号的干扰。
请查阅图1A、图1B以及图2，卡扣4具有连接部41以及弹性部42，连接部41嵌设且紧配合于卡扣槽内，弹性部42伸出卡扣槽外以结构定位于汽车。该卡扣4为超声波传感器在汽车保险杠上的装配提供固定机构。
请查阅图1A、图1B以及图2，接插件8信号连接内置电路7并结构连接后盖3，该接插件8用于实现与车身上传输导线的连接，传输信号。
请查阅图1B以及图3，硅胶9通过后盖孔32灌入外壳1和后盖3之间的空腔。该硅胶9的作用一是使超声波传感器具有防水功能，保护内部电子器件，二是使内部结构连接固定更加良好，增强了超声波传感器的防震功能，三是粘接外壳1与后盖3。
请查阅图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图2、图5A、图5B以及图5D，具体介绍超声波传感器的后盖3与外壳1的连接结构。超声波传感器的后盖3与外壳1都是塑料件，在设计上保证外壳1的卡扣槽尾部12A与后盖的卡柱33设计为过盈配合，后盖3与外壳1之间通过四个卡扣槽尾部12A与四个卡柱33的紧配合连接以而固定在一起，并且外壳内部灌入硅胶后也能起到粘接后盖的作用。传统的超声波传感器较多地采用螺钉把外壳及后盖连接起来，因为采用螺钉连接，使得外壳的壁厚相应增大，壁厚的增大，在装配相同的大小的电路的情况下，使得外壳的外径增大。而本发明的设计机构则有效地减少了超声波传感器的壁厚，并且产品的结构也完全符合使用的要求。此外，超声波传感器因为装配的位置使得其经常是暴露在大气之中，在行驶中会溅上地面的雨水，采用螺钉固定的超声波传感器，螺钉暴露时间长了就会生锈，生锈的螺钉不但可能影响外观，同时可能使外壳与后盖的连接作用失效。
请查阅图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图2、图5A、图5B、图5C、图5E以及图5F，具体介绍超声波传感器卡扣4与外壳1的连接结构。卡扣4采用的是不锈钢材料，外壳1上的卡扣槽中部12B内侧面具有带有三角凸起13的结构，此结构目的是为了易于装入卡扣4，又能保证与卡扣紧配合，如图5C所示。此发明的结构设计方式，也为超声波传感器设计成无螺钉连接结构，也就是为超声波传感器小型化的设计提供了保证。
请查阅图1B、图2、图3以及图4A，具体介绍超声波传感器后盖的结构。为了减少整个超声波传感器的长度，同时为了便利对超声波传感器的电气参数进行调节，本发明在后盖3上设计有特殊结构的圆孔31，如图2及图3所示，此孔为阶梯形状，分两个部分，内部为大圆孔31A，外部为小圆孔31B，小圆孔31B为通孔。由于大圆孔31A的直径比内置电路7的中周变压器T1的最大外径大，因此对中周变压器有定位作用，该定位使得中周变压器在外壳内不会随意摆动，这便利用户通过螺丝刀对中周变压器顶部调节旋钮T1-A进行调节，如图1B及图4A。由于31A有一定的深度，因此可以利用其空间来容纳中周变压器的顶部一部分体积，则这种结构使得整个超声波传感器的长度就有所减少，超声波传感器的长度减少。该传感器的长度减少具有如下两个优点其一，长度减少使得超声波传感器内部空间减少，需要灌溉的胶水也就减少；其二，长度减少便利超声波传感器在汽车前后保险杠上的装配(部分车前后保险杠内部的空间比较小，使得留给超声波的传感器装配的空间不够，有效的减少超声波传感器的长度对于装配有很明显的作用)。
请查阅图6，具体介绍超声波传感器内置电路7的设计。超声波传感器的与外界连接的导线分为两根，一根为接地线，为端口2；另一根不仅是倒车雷达控制器为超声波传感器提供电源的电源线，还是控制器驱动探头工作的驱动线，同时也是传感器向控制器回传信号的为信号线，为端口1。该内置电路7包括电源稳压滤波电路、发射驱动电路以及回波选频放大电路，发射驱动电路连接电源稳压滤波电路，回波选频放大电路连接发射驱动电路。
请查阅图6，超声波传感器内置电路的电源稳压滤波电路设有双二极管D3、二极管D2B、电解电容E1以及电容C7。当倒车雷达控制器向超声波传感器进行充电时，电源通过二极管D3A、D3B、D2B向电解电容E1充电。E1为储能器件，为回波选频放大电路的放大电路提供电源。
请查阅图6，超声波传感器内置电路的发射驱动电路设有二极管D2A、双三极管Q1、电阻R9、R10及R11、电容C6以及中周变压器T1。倒车雷达控制器产生几十千Hz的脉冲通过接插件H1的端口1驱动超声波传感器的发射驱动电路，当端口1系统电平为高时，Q1B截止，Q1A导通，驱动信号通过Q1A、C6耦合到中周变压器T1的原边，通过变压器产生高压后驱动超声波传感器，当端口1系统电平变为低时，Q1B导通，Q1A截止，负驱动信号通过Q1B、C6耦合到中周变压器T1的原边，推动超声波传感器放电，如此循环，超声波传感器被反复施压，放电，产生相应频率的超声波信号向外发射。
请查阅图6，超声波传感器内置电路的回波选频放大电路设有电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及R12、双二极管D1、双运算放大器U1、电容C1、C2、C3、C4、C5以及C8。D1是第一级放大电路的输入钳位；R3、R4、C3给放大电路提供参考电压；R1、C1构成第一级放大电路的输入电路，R2、C2则是第一级放大电路的负反馈电路，用来调节放大增益和滤波；R5、C4构成第二级放大电路的输入电路，R6、C5则是第二级放大电路的负反馈电路，用来调节放大增益和滤波；U1A、U1B分别是两级放大电路的核心运算放大器；R7、R8构成输出信号的输出缓冲级。
请查阅图2、图4A、图4B以及图4C，根据电路的原理图，即根据图6制作PCB板，在各元器件焊接在PCB板上后如图4所示，为了节省空间，PCB板设计为双面板，PCB板上最高的元件为中周变压器T1(图2、3、4所示)，中周变压器T1的顶部为调节旋钮T1-A，当电路装入外壳，并装上后盖后，小螺丝刀可以通过后盖上的通孔31对中周变压器进行调节(图1B所示)，从而调节超声波传感器的感应强度等电气参数。
因为超声波传感器内置电路的设计方式及结构设计方式使得超声波传感器的外形显著减小，此小型化超声波传感器的设计方式，相对无内置电路的超声波传感器来说，大大提高了超声波传感器的性能，而相对传统有内置电路的超声波传感器来说，又极大的便利了超声波传感器的安装，从而为超声波传感器的运用提供了更好普及运用的基础。目前，我公司设计的带内置电路的超声波传感器，其外形尺寸达到了长度27mm外径21.8mm；为一款十分精致、通用、美观、高性能的带有内置电路的超声波传感器。
超声波传感器的安装说明超声波传感器是装配在汽车的前、后保险杠上的，在前、后保险杠上开有超声波传感器的装配孔，孔的直径通常与超声波传感器的安装外径D相同，见图1A，装配时，先把超声波传感器的尾部(接插件8端)装入保险杠的孔内，当卡扣4的弹性部42要进入安装孔时，则稍微用力压超声波传感器前部，使卡扣4的弹性部后部42A产生变形，当弹性部最高点42B也进入保险杆后侧，而外壳前端外沿11的后侧与保险杆前侧接触，这时卡扣弹性部前部42C对保险杆的后侧有向前及向外的作用力，使得超声波传感器牢固地安装在保险杠的安装圆孔中。超声波传感器的外壳外沿11的作用是保持外沿11后侧与保险杠前侧的紧密配合，外沿11的外径W必须设计得比传感器安装外径D大，如果超声波传感器的安装内径D越大，那么外壳外沿11的外径W会随之增大，过大的外观则会影响整个超声波传感器在车上装配后的美观程度；同时外壳外沿11的外径W不能太大，否则可能造成外壳外沿11与保险杠表面的配合出现间隙，因为保险杠表面大多都存在一定的弧度，并非平面，间隙过大同样影响其美观。装配进入保险杠后，超声波传感器的大部分结构则就进入了保险杠内部，较多的车型，因为保险杠内部可利用空间有限，这样如果超声波传感器的长度L过大，那么势必会造成安装干涉，从而使得超声波传感器无法装配；因此超声波传感器的长度L越小，越利于在汽车上的安装。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种超声波传感器，它应用于汽车的倒车雷达或前进雷达装置，其特征是它至少包括外壳、后盖、探头、内置电路、接插件以及卡扣，该探头和内置电路之间信号连接并均安装于外壳内，该接插件信号连接内置电路并结构连接后盖；该外壳外周面设有卡扣槽，该后盖周边设有卡柱；上述的卡柱和卡扣槽紧配合以将外壳和后盖固定在一起，上述的卡扣和卡扣槽紧配合以将外壳和卡扣固定在一起。
2.根据权利要求1所述的一种超声波传感器，其特征是还包括橡胶套以及海绵块，上述的探头通过橡胶套安装于外壳内，上述的海绵块垫设于探头后面和内置电路前面之间；另用硅胶灌满外壳和后盖之间的其余空腔。
3.根据权利要求2所述的一种超声波传感器，其特征是该卡柱前端面抵顶卡扣后端面。
4.根据权利要求3所述的一种超声波传感器，其特征是该卡扣具有连接部以及弹性部，该连接部嵌设且紧配合于外壳的卡扣槽内，该弹性部可伸出卡扣槽外以结构定位于汽车。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种超声波传感器，其特征是该卡扣槽为燕尾槽，该燕尾槽的中部内侧面设有小三角凸起。
6.根据权利要求5所述的一种超声波传感器，其特征是该后盖前面形成有容置槽，内置电路的中周变压器的后部定位于该容置槽内。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种超声波传感器，其特征是该内置电路包括电源稳压滤波电路、发射驱动电路以及回波选频放大电路，发射驱动电路连接电源稳压滤波电路，回波选频放大电路连接发射驱动电路。
8.根据权利要求7所述的一种超声波传感器，其特征是该内置电路设于电路基板的上下两面。
全文摘要
本发明公开了一种超声波传感器，它应用于汽车的倒车雷达或前进雷达装置，它至少包括外壳、后盖、探头、内置电路、接插件以及卡扣，该探头和内置电路之间信号连接并均安装于外壳内，该接插件信号连接内置电路并结构连接后盖；该外壳外周面设有卡扣槽，该后盖周边设有卡柱；上述的卡柱和卡扣槽紧配合以将外壳和后盖固定在一起，上述的卡扣和卡扣槽紧配合以将外壳和卡扣固定在一起。本发明的技术方案，尺寸较小、系统抗干扰能力强而且不会存在误报警等不正常工作的现象。
文档编号G01S15/93GK101034159SQ20071000861
公开日2007年9月12日 申请日期2007年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者余晓鹏 申请人:余晓鹏