一种超声波换能器和一种超声波测距模块的制作方法

本实用新型涉及超声波测距领域，特别涉及一种超声波换能器和一种超声波测距模块。
背景技术：
：超声波是一种对于所关注物体的测程或距离测量有用的技术。超声波测距涉及从超声波源向所关注物体发射的超声波。超声波从所关注物体反射并传输回到超声波源。由于声音具有相对恒定的速度，因此超声波脉冲从所关注物体反射并返回到超声波源的行进时间与所述源和所述物体之间的距离成正比。因此，通过测量超声波脉冲的行进时间，可以确定距离。当超声波测距应用在身高测量时，产生了超声波身高测量仪，替代了传统的机械式身高测量仪，超声波身高测量仪测量方法简单方便，且精准度高。但是，对于超声波身高测量仪，机身较高，且商用的超声波身高测量仪的机身上设有投币口，当仪器发射超声波的换能器的指向性大，发射出的超声波有可能传播到机身或者投币口上，反射回波形成杂波，影响精准性。技术实现要素：本实用新型的目的是提供一种超声波换能器，能够发射出具有特定指向性的超声波，减少反射波中杂波的干扰，提高测量的精准性。为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种超声波换能器，包括外壳、支撑环、压电晶片、引脚、锥形共振盘和金属丝网罩，所述外壳包括容置腔、喇叭和相位塞，所述容置腔连接所述喇叭，所述相位塞设置在所述喇叭内，所述支撑环设置在所述容置腔内，所述支撑环的一侧依次设有压电晶片、锥形共振盘和金属丝网罩，所述支撑环上支撑设置所述压电晶片，所述压电晶片上设有所述锥形共振盘，所述金属丝网罩与所述容置腔的腔壁连接，所述引脚设置在所述支撑环的另一侧，并穿过所述支撑环连接所述压电晶片。作为优选，所述喇叭包括大端和小端，所述大端为出声的口部，所述小端为传声的喉部，所述容置腔连接所述小端。作为优选，所述相位塞包括舌头和若干支脚，所述舌头平行所述口部的截面设置，每个所述支脚一端设置在所述喇叭的筒体上，另一端支撑所述舌头，所述支脚至少设置三个。作为优选，所述舌头朝向喉部的一面设有圆锥状凸起。作为优选，所述喇叭呈碗状，为内扣的半圆形腔体。作为优选，所述喇叭呈盆状，为发散的半圆形腔体。本实用新型还提供了一种超声波测距模块，包括安装机构和上述超声波换能器，所述超声波换能器设置在所述安装机构上。作为优选，所述安装机构包括电路板。作为优选，所述安装机构还包括支撑板，所述电路板设置在所述支撑板上。作为优选，所述电路板上设有至少一个定位元件，所述支撑板上设有相应的互补定位元件。作为优选，所述定位元件为卡扣。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型所述超声波换能器，包括外壳、支撑环、压电晶片、引脚、锥形共振盘和金属丝网罩，所述外壳包括容置腔、喇叭和相位塞，所述容置腔连接所述喇叭，所述相位塞设置在所述喇叭内，所述支撑环设置在所述容置腔内，所述支撑环的一侧依次设置所述压电晶片、锥形共振盘和金属丝网罩，所述支撑环上支撑设置所述压电晶片，所述压电晶片上设有所述锥形共振盘，所述金属丝网罩与所述容置腔的腔壁连接，所述引脚设置在所述支撑环的另一侧，并穿过所述支撑环连接所述压电晶片。发射出的超声波通过所述喇叭反射形成反射波，接着，反射波经过所述相位塞聚焦，形成特定单边波束角的超声波。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。在附图中：图1是本实用新型实施例一的超声波换能器的结构示意图；图2是本实用新型实施例一的号筒仿真指向性结果的示意图；图3是本实用新型实施例二的号筒的结构示意图。图中所示：1-支撑环、2-压电晶片、3-引脚、4-锥形共振盘、5-金属丝网罩、31-容置腔、32-喇叭、33-相位塞、331-舌头。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例一一种超声波测距模块，包括安装机构(未图示)和超声波换能器，所述超声波换能器设置在所述安装机构上。所述安装机构包括电路板和支撑板，所述电路板设置在所述支撑板上，所述电路板上设有至少一个定位元件，所述支撑板上设有相应的互补定位元件，所述定位元件为卡扣。请参见图1，所述超声波换能器，包括外壳、支撑环1、压电晶片2、引脚3、锥形共振盘4和金属丝网罩5，所述外壳包括容置腔31、喇叭32和相位塞33，所述外壳为一个具有相位塞的号筒，所述容置腔31连接所述喇叭32，所述相位塞33设置在所述喇叭32内，所述支撑环1设置在所述容置腔31内，所述支撑环1的一侧依次设有压电晶片2、锥形共振盘4和金属丝网罩5，所述支撑环1上支撑设置所述压电晶片2，所述压电晶片2上设有所述锥形共振盘4，所述金属丝网罩5与所述容置腔31的腔壁连接，所述引脚3设置在所述支撑环1的另一侧，并穿过所述支撑环1连接所述压电晶片2。所述外壳的号筒结构改善超声波波束的指向性和换能器振动部件的声负载特性。所述超声波换能器发射出的超声波通过所述外壳形成特定波束角的超声波辐射到空气中，遇到障碍物形成反射波，接着，反射波由同一换能器接收形成可以分析的电信号。所述喇叭32包括大端和小端，所述大端为出声的口部，所述小端为传声的喉部，所述容置腔31连接所述小端。本实施中，所述喇叭32呈碗状，为内扣的半圆形腔体。给定换能器一个驱动电压，压电晶片震动产生超声波，由锥形共振盘辐射出去，号筒型的外壳，超声波通过所述喇叭32反射形成反射波，接着，发射波经过所述相位塞33聚焦，减小超声波的单边相位角，提高超声波的指向性。所述相位塞包括舌头331和若干支脚(未图示)，所述舌头331平行所述口部的截面设置，所述舌头331朝向喉部的一面设有圆锥状凸起。所述支脚一端设置在所述喇叭32上，另一端支撑所述舌头331，所述支脚至少设置三个，本实施例中，所述支脚设置三个。所述压电式的超声波换能器，使用了一种相位塞号筒作为外壳，替代了普通换能器的金属外壳或者塑料外壳，根据换能器中心频率设计出满足要求的相位塞尺寸，可以达到对指向性有特殊要求的场景。设置超声波换能器的中心频率为40KHZ左右，为满足需求，分别仿真了距离声源1m位置处，控制相位塞33宽度为7.5mm时，相位塞33高度分别为3mm、3.5mm、4mm、4.5mm时候，中心声压级、-6db指向性全宽、主旁瓣差三个参数，仿真结果见表1：表1相位塞高度(mm)中心声压级(dB)-6db指向性全宽(degree)主旁瓣差(dB)3.097.737.986.873.595.248.826.314.095.129.328.004.595.169.909.82如图2所示，对中心声压级和-6db指向性全宽(即波束角)作图，箭头方向表示当相位塞33宽度为7.5mm时，相位塞33高度分别为3mm、3.5mm、4mm、4.5mm时的仿真结果。所述超声波测距模块应用在身高仪上，需要波束角单边为11°，根据仿真结果，相位塞33宽度为7.5mm，高度分别为3mm、3.5mm、4mm、4.5mm的号筒都可以选择。当所述超声波测距模块应用在超声波测高仪中，使用压电式换能器具有工作状态稳定、成本较低的优点，将压电式换能器外壳用相位塞号筒替代，可以提高超声波的指向性，减小波束角，减少反射回波中投币口回波信号，提高测量的精准性。所述超声波换能器或所述超声波测距模块，安装在超声波身高测量仪上，发射出的超声波指向性高，不会传播到机身或者投币口上，接收的反射波中杂波少，超声波身高测量仪测量的精准度高。当然，所述超声波换能器或所述超声波测距模块应用在超声波身高测量仪上只是一种应用领域，还可以应用在汽车防碰撞、自动驾驶仪等领域。实施例二请参见图3，实施例二与实施例一的区别在于，所述喇叭呈盆状，为发散式，所述相位塞号筒可以扩大声波的波束角，使其探测的范围更广。应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的实用新型主题的一部分。当前第1页1 2 3