压电陶瓷片及具有该压电陶瓷片的超声波传感器的制作方法

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种压电陶瓷片及具有该压电陶瓷片的超声波传感器。

背景技术：

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面，尤其用于汽车自动泊车系统。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头，超声波传感器主要包括金属壳体以及安装在金属壳体内的压电晶片(即压电陶瓷片)，压电晶片既可以发射超声波，也可以接收超声波。

现有的超声波传感器中的压电陶瓷片多采用圆片状结构，产生超声波时振动幅度以及振动频率较弱，进而降低超声波传感器的灵敏度，影响该超声波传感器应用于汽车自动泊车系统探测距离的检测精确度；其次，现有的超声波传感器中的一电极与压电陶瓷片连接，另一电极与金属壳体连接，该结构稳定性较差，产生超声波时，抗干扰性能弱、杂音较大，进而降低超声波传感器的灵敏度。现有的超声波传感器可满足应用在汽车倒车时，通过超声波传感器传感检测倒车安全距离。然而对于在汽车变道时，对于后方过近的汽车由于后视镜存在一个视角盲区，很难观察到后方疾驶很贴近的车辆，如此，易造成两车碰撞发生安全事故，因此，汽窗侧安装一个检测灵敏度高的用于感测贴近车辆以提醒变道安全性的超声波传感器为切实需要的一个实用产品。

技术实现要素：

鉴于以上所述，本发明有必要提供一种提高检测灵敏度高的压电陶瓷片。

本发明提供的技术方案如下：一种压电陶瓷片，包括板体，所述板体为长方形片状结构，且板体的长度为6mm-7mm、宽度为5mm-6mm、厚度为0.1mm-0.15mm，所述板体的表面上形成有正电极与负电极，所述正电极与所述负电极之间设有绝缘带。

进一步的，所述板体的长度为6.5mm、宽度为5.5mm、厚度为0.12mm。

另外，本发明有必要提供一种具有所述压电陶瓷片的超声波传感器。

一种超声波传感器，包括壳体以及设置在壳体内的传感组件，所述传感组件包括金属壳体、安装在金属壳内的压电陶瓷片、连接在压电陶瓷片上的两电极引脚、设置在金属壳体内的消音层以及封灌在金属壳体内的灌注层。

进一步的，所述消音层设置在金属壳体内，且覆盖在压电陶瓷片上，消音层为消音海绵。

进一步的，所述壳体形成有一容置腔，传感组件通过一橡胶垫圈安装在所述容置腔内，金属壳体包括底壁以及形成在底壁上的侧壁，侧壁端部形成有两卡持凸起，所述胶垫圈安装在金属壳体的两卡持凸起处，每一所述卡持凸起沿侧壁端部垂直向外侧延展，两卡持凸起关于侧壁的中心线对称。

进一步的，所述底壁为圆板状结构，底壁上形成有卡持腔，以供压电陶瓷片卡设在底壁上。

进一步的，所述灌注层封灌在金属壳体内，且密封住所述消音层，所述灌注层采用硅胶，且灌注层的外表面与金属壳体的侧壁端部保持平行。

进一步的，所述壳体包括本体，本体包括安装壳以及形成在安装壳外周面上的插接头，安装壳上设置有连接接头，插接头包括插头，插头对应地与连接接头连接，两电极引脚的一端对应连接在压电陶瓷片的正电极与负电极上，两电极引脚的另一端与连接接头连接。

进一步的，所述壳体包括设置在本体上部的顶壳以及可拆卸地设置在本体下部的底壳，安装壳包括安装壁，安装壁的外周面上等间距分布有若干卡扣，用以安装所述底壳，底壳包括端壁以及形成在端壁上的连接臂，连接臂上开设有与安装壁上的卡扣相配合的卡槽，端壁的内表面与传感组件的底壁外端面抵靠。

进一步的，所述安装壳包括形成在安装壁上的周壁以及形成在安装壁与周壁连接处的抵持壁，且安装壁与抵持壁之间形成所述容置腔，抵持壁用以抵持传感组件，抵持壁上开设有通孔，以供传感组件中的两电极引脚的穿过通孔与连接接头连接，抵持壁底面上对称地形成有两个定位凸起，用以对传感组件定位，每一定位凸起沿抵持壁的底面向安装壁端部延伸且与安装壁端部平行。

与现有技术相比，本发明超声波传感器通过将压电陶瓷片设计为长方形片状结构，减小传感器的探测盲区，提高传感器的灵敏度，保证传感器的正常测距不被干扰，其次，该超声波传感器中的两电极均形成在压电陶瓷片上，并通过电极引脚与电源连接，以提高传感器的稳定性。

附图说明

图1是本发明超声波传感器的整体结构示意图；

图2是本发明超声波传感器的分解结构示意图；

图3是图2中壳体中的本体的另一视角的结构示意图；

图4是图1中传感组件的纵截面视图；

图5是图4中压电陶瓷片的结构视图。

具体实施方式

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，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请参阅图1、图2所示，一种超声波传感器，用于汽车自动泊车系统或者变道车距安全监测系统，以实现超声波探测距离，包括壳体10以及设置在壳体10内的传感组件20。

请参阅图2、图3，壳体10包括本体11、设置在本体11上部的顶壳13以及设置在本体11下部的底壳12。本体11包括安装壳111以及形成在安装壳111外周面上的插接头112。

安装壳111为筒状结构，用以安装传感组件20。安装壳111包括下周壁1111、形成在下周壁1111上的上周壁1112以及形成在下周壁1111与上周壁1112连接处的抵持壁1113，且下周壁1111与抵持壁1113之间形成一容置腔(图未标)，用以容置传感组件20；下周壁1111的外周面上形成有若干卡扣1114，用以安装底壳12，本实施例中，卡扣1114为3个且等间距分布在下周壁1111上外周面上；上周壁1112的内周面上设有连接接头1117，连接接头1117的一端与插接头112连接，连接接头1117的另一端以供传感组件20连接；抵持壁1113用以抵持传感组件20，抵持壁1113上开设有通孔1115，以供传感组件20与连接接头1117连接，抵持壁1113底面上形成有定位凸起1116，用以对传感组件20定位，防止传感组件20在安装壳10内来回移动，以提高传感器的灵敏度，定位凸起1116为两个且对称地形成在抵持壁1113底面上，每一定位凸起1116沿抵持壁1113的底面向下周壁1111端部延伸且与下周壁1111端部平行。

插接头112一体地形成安装壳111的上周壁1112外周面上，用以与外部电路板连接，以保证传感器的正常工作，具体地，插接头112包括插接壳1121以及设置在插接壳1121内的插头(图未示)，插头对应地与上周壁1112内周面的连接接头1117连接，插头用以与电路板连接。

底壳12可拆卸地连接在本体11的下周壁1111上，以方便将传感组件20封装或拆下，具体地，底壳12包括端壁121以及形成在端壁121上的连接臂122，连接臂122上开设有与下周壁1111上的卡扣1114相配合的卡槽1221，以使底壳12紧凑的安装在本体11下部的下周壁1111上，且端壁121的内表面与传感组件20的外端面抵靠，以进一步提高传感组件20的稳定性。

顶壳13盖设在本体11的上周壁1112上部。

请参阅图2、图4，传感组件20安装在本体11的容置腔内，并通过底壳12将传感组件20固定，本实施例中，传感组件20通过一橡胶垫圈30安装在壳体10的容置腔内，以提高传感组件20的防震性以及稳定性。传感组件20用以收发射超声波，传感组件20包括金属壳体21、安装在金属壳21内的压电陶瓷片22、连接在压电陶瓷片22上的两电极引脚23、设置在金属壳体21内的消音层24以及封灌在金属壳体21内的灌注层25。

金属壳体21采用耐腐蚀性的铝合金材料制成，金属壳体21为一端开口、另一端封闭的壳状结构，包括底壁211以及形成在底壁211上的侧壁212，底壁211为圆板状结构，底壁211上形成有卡持腔(图未标)，以供压电陶瓷片22卡设在底壁211的卡持腔内，本实施例中，卡持腔为方形腔。安装在底壳12内时底壁211的外端面抵靠在底壳12的端壁121内表面处，以提高稳定性；侧壁212一体地形成在底壁211上，侧壁212端部外侧形成有两卡持凸起2121，胶垫圈30安装在金属壳体21外侧的两卡持凸起2121处，以方便橡胶垫圈30卡设在金属壳体21上，进而将金属壳体21卡持在壳体10内。本实施例中，每一卡持凸起2121沿侧壁212端部垂直向外侧延展，两卡持凸起2121关于侧壁212的中心线对称。

压电陶瓷片22贴附在底壁211上的卡持腔的表面上，用以收发射超声波，压电陶瓷片22可将机械能与电场能相互转换，具体地，当加载交变信号时，压电陶瓷片22伸缩并带动金属壳体21的底壁211振动，随着脉冲信号的推动而发出同步的脉冲超声波。请结合参阅图5，压电陶瓷片22包括板体224，板体224为长方形片状结构，板体224的长度为6mm-7mm、宽度为5mm-6mm、厚度为0.1mm-0.15mm，优选地，板体224的长度为6.5mm、宽度为5.5mm、厚度为0.12mm，可提高传感器的灵敏度；板体224的表面上形成有正电极221与负电极222，正电极221与负电极222之间设有绝缘带223。

压电陶瓷片22通过如下方法制备：

步骤1：配料，按配方比例称量若干原材料；

步骤2：混合研磨，将步骤1中的各种原料混匀磨细；

步骤3：造粒成型，将步骤2的混合均匀的粉料形成高密度的流动性好的颗粒，并将制好的颗粒料压结成所需的预制尺寸的毛坯；

步骤4：烧结，将步骤3制成的毛坯在箱式炉中以1200℃至1300℃的高温密封烧结成瓷，保温50分钟至60分钟，并随炉冷却；

步骤5：烧银极化，将步骤4烧结成型的陶瓷片表面印刷银浆，并置于加热炉中，升温至700℃至800℃、保温9分钟至12分钟，冷却至室温，极化温度为100℃，极化时间为15分钟，极化电场为3KV/mm，以形成正电极221与负电极222。

请再次参阅图4，两电极引脚23的一端对应连接在压电陶瓷片22的正电极221与负电极222上，两电极引脚23的另一端穿过通孔1115与连接接头1117连接，提高传感器的稳定性，保证压电陶瓷片22的正常工作。

消音层24设置在金属壳体21内，且覆盖在压电陶瓷片22上，用以对压电陶瓷片22减震消音，具体地，压电陶瓷片22发生高频振动后，会向辐射面(金属壳体21的底壁211)方向发出超声波，实现探测距离的功能，但同时也会向辐射面反方向产生超声波信号，为了不影响辐射面的超声波正常工作，辐射面反方向的超声波必须消除，此消音层24会吸收辐射面反方向的超声波，保证传感器的正常测距不被干扰。本实施例中，消音层24为消音海绵。

灌注层25封灌在金属壳体21内，且密封住消音层24，以提高传感器的防水、防尘性能，并进一步提高传感器的灵敏度。灌注层25采用硅胶，且灌注层25的外表面与金属壳体21的侧壁212端部保持平行。

该超声波传感器的插接头112与电源连接，当变道进入盲区时，传感器加载交变信号，压电陶瓷片22伸缩并发生高频振动，进而带动金属壳体21的底壁211振动，并随着脉冲信号的推动向底壁211方向发出同步的脉冲超声波，实现探测距离的功能，但同时也会向底壁211反方向产生超声波信号，该超声波信号由消音层24吸收，并对底壁211的振动进行过滤，以有效减少传感器的余震，减小传感器的探测盲区，提高传感器的灵敏度，保证传感器的正常测距不被干扰，提高汽车的安全性能。

综上所述，本发明超声波传感器通过将压电陶瓷片设计为长方形片状结构，提高传感器的灵敏度，保证传感器的正常测距不被干扰，其次，该超声波传感器中的两电极均形成在压电陶瓷片上，并通过电极引脚与电源连接，以提高传感器的稳定性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。