超声转换器和用于制造超声转换器的方法与流程

1.本发明涉及一种超声转换器和一种用于制造超声转换器的方法。


背景技术：

2.超声转换器通常在不同的专业范围中用于距离测量。在发送运行中，在距离测量时由超声转换器发出超声信号作为短脉冲串，所述短脉冲串在其遇到物体或其他障碍物之后有时又反射回来。在接收运行中，探测所述反射回来的脉冲，由此能够确定渡越时间。因为超声波在空气中、但是也在水中以已知的声速传播，所以能够借助于渡越时间来计算距反射物体的距离。
3.所述技术在航运中例如长久以来作为声呐或回声探测器已知。沿主要水平方向的距离测量，即例如距其他船只的距离测量，称为声呐，而沿主要竖直方向的距离测量，例如用于测量水深或海底形貌的距离测量，称为回声探测器。较新的汽车例如在停车辅助系统中使用借助于超声的距离测量，所述距离测量在距附近物体的间距小时给驾驶员发送警报信号。超声转换器通常安置在保险杠中，所述保险杠提供相对多的空间用于装入超声转换器连同壳体和所需的电子装置。
4.新技术发展和应用，如无人机、吸尘机器人、割草机器人和自主机器人一般对适用于距离测量的超声转换器提出新的挑战。
5.因此，希望更紧凑和更鲁棒的超声转换器。


技术实现要素：

6.本发明的目的是，提供更紧凑和更鲁棒的超声转换器。
7.当前目的通过根据权利要求1的超声转换器来实现。另外的有利的实施方案和潜在的设置方案从另外的权利要求中得出。
8.描述一种超声转换器，所述超声转换器具有容器，所述容器具有开口、底部和壁。压电盘在容器内设置在底部上，所述底部也用作为膜片。此外，超声转换器具有封闭容器的盖。在盖中集成有电子装置，所述电子装置电接触压电盘并且设计用于控制和读取压电盘。
9.电子装置集成在盖中使超声转换器特别紧凑，使得所述超声转换器能够在对于超声转换器提供小空间的应用中使用。越来越小的机器人，如无人机、吸尘机器人、割草机器人或例如在物流中或在工业生产中使用的机器人，对于各个构件提供小空间，因此存在对于更小的更紧凑的传感器和尤其对于超声转换器的强烈需求。借助电子装置集成在盖中，与常见的超声转换器相反，不需要将超声转换器安装到装有电子装置的外部壳体中。通过将发出声波的容器的功能与传感器壳体的功能相结合，与传统的将发出声波的容器装入传感器壳体中的超声转换器相反地，本发明的超声转换器能够实施得紧凑得多。此外，能够节省生产时的成本，因为不需要附加的电的和机械的接口，并且能够省去超声转换器和壳体的组装。
10.在发送运行中，压电盘能够经由由电子装置施加的交流电压被激励成脉冲式振
动，所述脉冲式振动具有例如50khz至100khz的频率和预确定数量的周期。例如能够为8个周期。因为压电盘能够固定在底部处，所以底部能够作为膜片一起振动并且能够发出超声锥。如果超声锥遇到物体或其他障碍物，则超声锥能够有时又反射回来。反射的声脉冲又能够遇到底部或膜片并且能够不仅在底部中而且也在压电盘中引起具有与发出的声脉冲相同频率的机械偏转。压电盘的机械偏转能够引起所施加的电极处的电压变化，所述电压变化又能够由电子装置读取.从超声脉冲的确定的渡越时间和已知的声速能够计算距反射物体的距离。
11.在其上设置有压电盘的底部和盖之间能够设置有填满整个容器的衰减元件。衰减元件能够主要用于衰减从压电盘开始朝向盖的超声振动，然而也还能够附加地稳定容器。对于衰减元件的最重要的材料特性是衰减常数，所述衰减常数在50khz和100khz之间的典型超声频率下应尽可能大。合适的材料是橡胶或泡沫材料。由具有气体包封物的塑料，如例如硅树脂构成的泡沫材料尤其适合于衰减元件。其例如能够液态地添加到容器中，在那里硅树脂硬化并且形状配合地填满容器。
12.同样能够由硅树脂构成的弹性环设置在衰减元件和盖之间能够在此有助于，阻止振动从容器可能传输给盖。此外，弹性环能够用于盖和容器之间的密封，使得湿气或灰尘不能够到达容器中。
13.盖能够借助可重复封闭的紧固机构固定在容器中。因此，能够随时到达盖的下侧，以便例如检查或维修电部件或接触部。如果盖相对于容器的横截面接近地设计，则有利的是，在盖下方放置弹性环，以便在盖打开时获得一点自由空间。紧固机构能够明确地是能够将盖可脱开地固定在至少一个位置处的卡扣机构。
14.容器具有远离底部的开口。盖能够设置在所述开口中，使得盖不与开口的边沿齐平。盖能够设置在容器的壁中的台阶中并且台阶的尺寸能够设计成，使得平放的盖不与开口的边沿齐平。因此，盖能够与开口间隔开。盖能够从开口通过间距保持件缩回。间距保持件例如能够是硅树脂环。因此，集成在盖中的电子装置相对于撞击和其他机械应力受到保护。盖和开口的边沿之间的空间能够借助浇注料、如例如漆密封。如果容器还由导电材料构成，或具有导电材料，则容器作用为法拉第笼，借此盖中的电子装置也相对于电磁辐射受到保护，所述电磁辐射可能负面地影响电子装置从而可能导致错误的测量结果。
15.盖还能够具有至少两个凹部。所述凹部例如能够设置在盖的相对的侧上。在闭合状态中，也就是说当容器通过盖封闭时，容器能够通过凹部也借助液态填充材料填充。因此，能够在填充材料和盖之间形成形状配合的连接并且避免其间的空气包封物，因为液态填充材料完全填满容器。第二凹部在填充过程中有助于容器中的连续的压力补偿。因此，避免在填充过程中否则可能基于空气包封物容易产生的气泡，并且在容器中形成均匀的形状配合的填充材料。
16.至少在凹部中的一个凹部中能够形成用于金属线的通道，其中压电盘能够通过金属线与电子装置电连接。通过通道能够机械地稳定金属线并且建立鲁棒的电连接。附加地，能够将填充材料填充到容器中，使得填充材料覆盖金属线和电子装置之间的接触部和通道并且在硬化之后电连接自身相对于外部影响受到保护。
17.容器还能够沿着开口在壁中具有台阶。所述台阶作为支承面用于盖，使得盖能够简单地设置在容器中，而没有盖滑落到容器中的危险。为了使盖牢固地和衰减地与容器连
接，能够有利的是，在盖和容器之间设置硅树脂层或泡沫材料层。
18.电子装置能够在盖的外侧上具有数字i/o接口。在一个优选的实施例中，数字i/o接口同样能够实施超声转换器的供电。通过直接在盖上设置连接端，能够紧凑地保持超声转换器。此外，可能突然接触超声转换器并且不需要其他电连接端。数字i/o接口特别适合于通信，以便例如向外发出测量信号或警报信号，因为所述数字i/o接口与模拟接口相反具有更高的抗干扰性从而也在由干扰信号加载的环境中无错误地运转。
19.电子装置能够在盖的外侧上具有引脚。这例如能够是三个直的电导体，这些电导体从盖开始与朝向底部的方向相反地从容器突出。引脚尤其能够设计用于，同时用作为电子连接端并且用于机械地紧固超声转换器。随之能够简化超声转换器的装入，因为超声转换器能够通过插接系统通过引脚锁定在其使用位置，而无需其他工具或其他紧固机构。此外，引脚也能够仅仅用于支持其他紧固类型。
20.此外，底部能够比1mm更薄。同样用作为膜片的底部必须一方面是足够弹性的，以便跟随压电盘的偏转运动，另一方面底部应足够稳定，以便承受外部影响、如例如用于清洁的水射流。底部的小于1mm且大于0.2mm的厚度已证明为有利的。底部的厚度，与直径一起，也能够主要确定谐振频率，在所述谐振频率处，构件能够有利地运行以输出和接收超声。
21.壁的厚度能够大于底部的厚度的1.5倍并且优选地比底部的厚度的3倍更厚。已经证实的是，这种壁厚适合于，抑制底部或膜片的振动传输至平行于底部伸展的面，如例如容器的盖或能够用于保持超声转换器的突出部。经由支架传输给属于应用的邻接的紧固部的振动能够随后反射从而在超声转换器中作为幻象信号错误地作为测量信号检测。如果选择壁厚，使得其至少为膜片的厚度的1.5倍，则能够禁止振动从底部传输给容器的其他部分。底部具有一定的固有模式，所述固有模式以固有频率振动并且此外通过底部的厚度确定。通过壁能够至少具有底部的1.5倍的厚度，能够禁止振动模式传输给容器的其他区域。然而，壁厚应不大于底部的厚度的20倍，优选地不大于底部的厚度的10倍，因为否则构件会变得过重并且更难以实现构件的小的实施方案。
22.此外，容器能够设计用于使声传播方向的平面优先。通过约束传播的声锥，能够提高距离测量的精度，因为能够排除声波在空间方向上的传播。在最简单的情况下，为此容器椭圆形地构成。容器的其他形状能够同样设计用于使声在一个平面中的传播优先。
23.容器能够由导电材料构成。由与传感器的电接地端连接的导电材料构成的容器提高电磁兼容性，借此超声转换器不会无意地通过周围环境中的其他电设备干扰。在一个有利的实施例中，能够经由可选的数字i/o连接端实现容器的接地。尤其在较小的移动应用、如例如无人机或自主机器人中，例如能够安装可能发出电磁干扰信号的多个电动机。如果容器由导电材料制成，则压电盘和设置在容器内部的电子装置能够相对于外部干扰信号屏蔽。
24.合适的材料能够是金属，如al、cu、sn、fe、钢，但是也能够是合金。因为容器的底部也作用为膜片，所以有利的是，使用具有相对高的柔韧性的材料。因此，具有低的弹性模量的金属，如al或sn是特别优选的。
25.此外，容器的内表面能够局部地粗糙化和/或平整化。容器内部中的表面粗糙化引起，材料更好地附着在所述表面处，但是为此超声也在所述表面处更强地散射。表面的平整化减弱在表面上的附着，然而超声不散射。出于所述原因，例如能够有利的是，使邻接于压
电盘的底部的表面粗糙化，借此所述压电盘在那里更好地附着。容器内部中的底部的面的其余部分例如能够平整化，以便减弱衰减元件在所述部位的附着从而较少地阻碍压电盘的偏转。补充地，也能够将容器的内表面粗糙化，借此声在所述表面处更强地散射。为了粗糙化，例如能够使用喷砂方法或刻蚀方法并且为了平整化使用磨削方法或覆层方法。
26.能够对容器进行阳极氧化处理或阳极化处理。阳极化处理保护容器免受腐蚀并且使其更抵抗环境影响。能够对容器的内表面进行阳极氧化处理或阳极化处理而不对外表面进行处理，或对容器的内表面和容器的外表面进行阳极氧化处理或阳极化处理。也可行的是，对容器的外表面进行阳极氧化处理或阳极化处理而不对内表面进行处理。容器的内表面的阳极化尤其能够发生，以便相对于通过填充材料、所使用的溶剂或通过化学反应造成的损伤保护容器。在容器的外表面上，阳极化处理是特别有利的，因为外表面暴露于环境中并且阳极化处理保护容器免受腐蚀。为了尽可能好地保护容器，推荐不仅在容器的内表面上而且也在容器的外表面上进行阳极化处理。
27.容器的内表面能够具有阳极化层，其中阳极化层能够具有断裂部。为此例如，容器的经过阳极化处理的内表面能够在一个部位处有针对性地断裂，以便通过不导电的阳极化层能够实现容器的电接触部。
28.此外，能够经由断裂部形成压电盘和附加地或替选地电子装置与参考电势的电连接。这例如能够经由在断裂部上的焊接部实现。
29.附加地，容器的内表面能够具有导电层。如果容器由不导电的材料构成，则通过导电层形成法拉第笼，所述法拉第笼相对于外部影响保护设置在容器内部的电子部件从而有利于测量稳定性和测量精度。如果对容器的内表面此外进行阳极氧化处理、阳极化处理或设有另一保护层，则通过内表面上的导电层开启经由导电层对于安装的电子部件实现接地的可行性。
30.与邻接于压电盘的用作为膜片的底面相比，底部的一部分能够具有更大的厚度。加厚的面稳定容器并且为此适合作为在紧固部、支架或承载机构处的支承面来应用。
31.在一个有利的实施方式中，与邻接于压电盘的底面相比，容器的平行于底部伸展并且与底部不重叠的面能够具有更厚的壁厚。在所述实施方式中，加厚的面也用于稳定容器并且用作为支承面。通过相对于底部侧向设置加厚的面，容器能够设置在孔中，使得容器的底部连同压电盘设置在孔中并且加厚的面平放到孔的边缘之上。因此，这样设置在孔中的超声转换器能够穿过孔执行距离测量。
32.加厚的面能够在外表面上具有粘性材料。因此，确保超声转换器无问题地装入应用中。超声转换器为此仅必须定位在预定的部位处，使得粘性材料附着在紧固部上。期望的是，粘性材料由具有气体包封物的泡沫状的软的材料构成，所述材料衰减从超声转换器至紧固部的振动。
33.在容器的外表面上能够设置有消声部件。消声部件关于不希望的传播方向衰减超声和振动。优选地，消声部件由泡沫状的材料构成。实施为导电材料是期望的，以便不减弱超声转换器的电磁兼容性，而是相反还提高超声转换器的电磁兼容性。
34.在一个实施方式中，盖是电路板。以这种方式，能够将电子装置容易地集成到盖中并且能够容易地电接触所有需要的电构件。附加地，因为能够调整印制导线，所以能够改变电构件在印制导线上的设置，使得能够节省空间地或几何上有利地设置电部件。
35.如果电路板用作为盖，那么所述电路板能够是柔性的。因此，能够衰减从压电盘传播至盖的超声并且不仅抑制幻象信号而且也抑制振动的传输。此外，柔性的电路板作为盖的装入能够相对于刚性的电路板可更容易实施。
36.电路板能够在外侧上具有接地的电接地面。因此，能够提高超声转换器的电磁兼容性。同时，设置在电路板上的电部件以及电路板自身能够相对于危险的电压峰值受到保护。
37.用作为盖的电路板还能够注入到塑料模料中。优选地，塑料模料也在硬化之后是柔性的，以便衰减振动。塑料模料填充电路板中存在的裂缝或孔以及在电路板和容器之间的间隙。因此，能够气密地密封容器并且抑制超声波在所述方向上的传播。此外，能够借助相对于容器的壁不具有接触点的盖实现密封封闭。因此抑制振动在盖和壁之间的传输。例如能够使用硅树脂或软的树脂作为塑料模料。
38.电路板能够具有电部件，所述电部件设置在电路板的朝向压电盘的面上。因此，电部件不仅相对于由于机械或化学的环境影响造成的可能的损伤、而且也相对于外部电磁干扰信号受到保护。附加地，盖的通过电部件引起的不平坦的表面能够散射超声并且减少超声的不希望的传播。
39.电路板能够具有集成电路，所述集成电路具有电荷泵。与通常预设的5至12v的供给电压相比，压电盘对于运行通常需要更高的电压。在这种情况下需要的是，从低供给电压生成用于压电盘的高运行电压。因为变压器具有大的结构形式，有利的是，借助于包含在集成电路中的电荷泵从低供给电压产生用于压电盘的更高的运行电压。
40.电路板还能够具有模拟接地线路和数字接地线路，其中模拟接地线路和数字接地线路能够设计成，使得能够抑制在数字接地线路和模拟接地线路之间的电磁相互作用。以这种方式能够避免，例如在数字接地线路上由于集成电路的快速开关时间形成的快速振荡寄生地传播到模拟接地线路上并且干扰距离测量。电荷泵尤其倾向于，在接地线路上生成低的偏置电压。通过构成数字和模拟接地线路，使得其不互相影响，抑制距离测量的干扰。
41.模拟接地线路和数字接地线路能够设置在集成电路的相对的侧上。因此，已经预设在数字和模拟接地线路之间的空间距离，使得避免在接地线路之间的电磁相互作用并且不出现不期望的干扰。
42.超声转换器还能够具有温度传感器。介质中的声速总是温度相关的，由此超声转换器的距离测量也与环境温度相关。用于空气中的声速的线性修正公式能够是c
air
＝(331.3+0.606*ν)m/s，其中ν是以℃为单位的空气温度。通过测量空气温度，所述修正项能够应用于所测量的距离，以便能够实现正确的距离测量。温度传感器到超声转换器中的集成能够在此有助于，在宽的温度范围内实现正确的距离测量。
43.温度传感器例如能够具有ntc传感器或ptc传感器。所述ntc传感器或ptc传感器在低能耗的同时具有高的测量精度和鲁棒性。此外，ntc和ptc传感器能够容易地结合到电路中，借此所述ntc和ptc传感器特别适合于在根据本发明的超声传感器中使用。
44.能够有利的是，温度传感器设置在容器内部。在容器内部，温度传感器相对于外部危险受到保护。在容器的内表面上的直接设置引起，温度传感器具有与环境良好的热接触，因为容器的壁厚是小的并且如果容器由金属构成，则容器也具有突出的导热性。在一个特别优选的设置方案中，温度传感器能够平放在容器的底部上。在所述部位处，壁厚是特别小
的从而提供温度传感器与环境的特别好的热接触。此外，由集成在盖中的电子装置必然产生热量，所述热量能够使温度测量错误。因此，传感器芯片集成在盖中能够是不利的，因为能够使温度测量错误。通过温度传感器相对于盖具有尽可能大的距离，因为所述温度传感器设置在底部上，能够实现更精确的温度测量。
45.在一个实施方式中，压电盘能够用作为温度传感器。压电盘由压电材料构成，所述压电材料设置在两个电极之间从而形成电容。与环境温度相关地，压电材料膨胀或收缩，借此也改变电极彼此的间距进而也改变压电盘的电容。通过借助于集成在盖中的电子装置测量压电盘的电容，能够从电容中推断出温度并且基于环境温度修正超声转换器的距离测量。
46.超声转换器能够设计用于，基于温度传感器的测量值来补偿由于声速的温度相关性造成的所测量的距离的温度相关性。通过由与环境温度相关的项修正测量到的距离，超声转换器能够在宽的温度范围中、例如在能够从-40至85℃的温度范围中提供精确的测量结果。
47.根据本发明的超声转换器能够集成在具有用于所属的应用的紧固部的设置中，其中超声传感器能够在无其他壳体的情况下直接设置在紧固部处。这种设置不需要用于超声转换器的其他壳体，使得节省空间并且超声转换器也能够在拥挤的环境中使用。这能够实现超声转换器在常见的超声转换器无法实现的应用、如例如小型无人机或自主机器人中的使用。
48.设备能够具有根据本发明的超声转换器，其中所述设备能够设计用于，基于由超声转换器确定的信号来测量设备相对于物体的距离。所述设备例如能够是自主机器人，如仓储物流中或工业生产中的自行驶机器人、吸尘机器人、割草机器人或自主飞行物，如无人机。但是，超声转换器也能够在设备，如汽车、电动交通中的充电站或手提电脑和具有监视器的控制设备中用作为用于操作者的接口。
49.另一方面涉及一种用于制造超声转换器的方法。例如能够为上述超声转换器。
50.用于制造超声转换器的方法具有以下步骤：
[0051]-以挤压方法制造容器，所述容器具有开口、底部和壁；
[0052]-将压电盘紧固在容器的底部上；
[0053]-借助盖封闭容器，所述盖具有集成电子装置，
[0054]
其中电子装置电接触压电盘并且设计用于控制和读取压电盘。
[0055]
盖尤其能够是印刷电路板。
[0056]
在封闭容器之前，能够在容器的远离底部的支承面上设置和硬化第一硅树脂环，其中在封闭容器的步骤中，在第一硅树脂环上设置盖。对于第一硅树脂环替选地，能够使用泡沫材料层。
[0057]
能够在盖的远离底部的侧上设置第二硅树脂环，其中盖固定在第一硅树脂环和第二硅树脂环之间。
[0058]
电子装置能够经由与电子装置焊接的金属线与压电盘电接触。优选地，电子装置能够经由两个金属线与压电盘接触，其中两个金属线中的每个金属线焊接到电子装置上。
[0059]
盖能够具有至少一个凹部，金属线设置在所述凹部中，其中在封闭容器的步骤中，将盖通过平移运动推动到容器上并且随后将金属线与电子装置焊接。对于每个金属线，盖
能够具有凹部。
[0060]
液态填充材料能够填入到在盖和底部之间的空腔中，其中液态填充材料硬化成衰减元件。盖能够具有另一凹部，通过所述另一凹部填入液态填充材料。在此，能够填入大量液态填充材料，使得其从设置有金属线的凹部溢出。溢出的填充材料在其硬化之后包覆并且保护相应的金属线与盖的接触部位。
[0061]
为了使超声转换器的颜色或特性匹配于客户意愿，容器能够尤其在底部的远离盖的外表面处被合适地处理，例如覆层、阳极氧化或涂漆。附加地，盖能够以保护层覆层或以薄膜或另一盖包封。
附图说明
[0062]
在下文中根据示意图详细描述本发明。
[0063]
图1示出超声转换器的分解视图。
[0064]
图2示出盖的下侧的俯视图。
[0065]
图3示出组装的超声转换器的横截面。
[0066]
图4示出容器的一个替选的实施方式，在所述容器中设置有温度传感器。
[0067]
图5示出超声转换器的另一实施方式的分解视图。
[0068]
图6示出组装的超声转换器的另一实施方式的横截面。
[0069]
图7示出组装的超声转换器的立体视图。
具体实施方式
[0070]
在图1中示出根据本发明的超声转换器1的分解视图。具有开口、底部3和圆形壁的容器2由两个柱形部分、即下部部分和上部部分构造。与上部部分相比，下部部分具有更小的半径并且在下部的圆形底面处借助底部3封闭，所述底部也用作为膜片。下部部分向上敞开。整个容器2是一件式的并且上部部分因此与下部部分经由平行于底部3伸展的连接面连接。上部部分同样向上敞开。
[0071]
在容器2的内部，压电盘5借助粘接层13或粘接盘固定在底部3处。在其上方设置有衰减元件8，所述衰减元件匹配于容器2的形状并且完全填满所述容器。经由金属线14，压电盘5与电子装置7连接。所述电子装置设置在盖6的指向内部的一侧上。盖6自身是电路板12并且在指向外部的一侧上具有数字i/o接口9。
[0072]
经由数字i/o接口9，不仅实现向外通信，而且也给电子装置7以及压电盘5供电。数字i/o接口9设置在盖6上能够实现超声转换器1的紧凑构造方式以及简单的接触，因为不考虑其他连接端。与模拟接口相反，数字i/o接口9具有关于例如可能来自附近电动机的干扰信号的高公差。例如也能够借助ffc连接器实现接口。所述ffc连接器经由其八个接触部提供调试(debug)接口，所述调试接口提供多个读取可行性，所述读取可行性尤其能够对于开发者和在更耗费的应用中是有利的。作为特别简单的替选方案能够使用2-或3-线接口作为接口。所述接口相对于上述替选方案是最廉价的接口。设有两个至八个销的简单的多芯连接带也可以作为用于超声转换器1的接口。
[0073]
盖6是电路板12，所述电路板在外侧上具有接地面并且在内侧上具有呈电构件的形式的电子装置7。优选地，盖6成形为，使得其不接触容器2的壁。电路板12上的印制导线可
以调整，以便电部件例如节省空间地或几何有利地关于容器2的形状布置。
[0074]
通过电子装置7设置到盖6的内侧上，如果容器2由导电材料构成，则相对于外部电磁干扰信号保护电部件。
[0075]
此外，通过电部件产生的不平坦的表面促进从压电盘5至盖6从而以错误的方式传播的超声波的散射。电子装置7设置在电子装置7的内侧上的另一优点是，相对于由周围环境导致的机械或化学损伤保护电子装置7。
[0076]
通过电路板12是柔性的和/或注入塑料模料中，能够衰减从压电盘5传播至盖6的超声进而抑制振动的进一步传播以及随之带来的幻象信号。将柔性电路板12作为盖6装配能够相对于刚性盖6更简单地执行。塑料模料用于填充电路板12中的可能的裂缝和孔以及在盖6和容器2之间的可能的间隙。因此，能够密封容器2并且还更好地抑制超声波的传播。如果使用小于容器2的盖6，则仍然能够以塑料模料实现密封的封闭，所述密封的封闭甚至减少振动在盖6和壁4之间的传输。例如能够使用硅树脂或软树脂作为塑料模料。
[0077]
盖6能够借助可重复封闭的紧固机构固定在容器2中。紧固机构例如能够是卡扣机构，所述卡扣机构将盖6可脱开地固定在一个位置。由此能够打开盖6并且查看盖6的内侧上的电子装置7的电部件或接触部。如果盖6的横截面对应于容器2的内部横截面，则有利的是，在盖6下方放置例如能够由硅树脂构成的弹性环22。以这种方式能够在打开盖6时构成小的自由空间，所述小的自由空间使打开变得容易。
[0078]
在图2中示出对于外部裂纹形状以及对于盖6的印制导线的布局的实施例。盖6能够连同电子装置7在盖6的外侧和内侧上借助保护层覆盖，以便相对于湿气、腐蚀和可能的短路保护线路、电子装置7和接触部。保护层例如能够为漆或浇注件。
[0079]
盖6在边缘处具有三个凹部15，其中三个凹部15中的两个凹部处于盖6的相对的侧上。相对的凹部15允许，盖6在插入到容器2中时能够更简单地操作。因此，盖6中的同样能够在外侧和内侧之间具有电连接的凹部15允许在金属线14和电子装置7之间的更简单的接触。例如能够通过凹部15实现，盖6以平移运动推到金属线14上。盖6能够借助于用于例如借助焊接工艺实现的简单接触的凹部15还稍微运动，以便借助于金属线14建立用于盖6的接触的一点间隙空间。对此替选地，金属线14必须穿过盖中的小孔，由此会使超声转换器的组装加难。
[0080]
盖6的有利的安装如下。首先，在容器2处，盖的支承面和邻接的侧面以衰减材料、例如硅树脂覆盖并且其在需要的情况下硬化。随后，在容器2中设置盖6并且经由金属线14建立在压电盘5和电子装置7之间的电接触。在电接触盖6之后，将其推动到其最终位置。现在，将另一层衰减材料、如例如硅树脂沿着盖6的外环周粘接，所述另一层衰减材料将盖6紧固到其位置上。随后，能够将液态衰减材料填充到容器中。
[0081]
容器2还能够通过凹部15也在闭合状态中借助液态填充材料填充。这确保，能够在衰减元件8和盖6及电子装置7之间形成形状配合的连接，因为避免在盖6和衰减元件8之间的空气包封部，因为液态填充材料完全填满容器2。这确保，通过形状配合的衰减元件8还更好地保护盖6处的电子装置7并且相对于振动衰减盖6。尤其能够通过由衰减元件8衰减盖6抑制振动从容器2传输给盖6，使得不能够形成可能使距离测量错误的声学旁路。通过在盖6中引入多于一个凹部15，能够在填充过程中发生连续的和均匀的压力补偿。这防止气泡和空气包封物，这在填充过程中否则容易产生。替代于此，在无宏观气泡的情况下，在容器2中
形成均匀的形状配合的衰减元件8。
[0082]
在三个凹部15中的两个凹部中，能够形成用于金属线14的通道16。通过所述通道，压电盘5能够与盖6中的电子装置7电连接。在金属线14和电子装置7之间的电连接通过通道16稳定。在一个实施方式中，液态填充材料能够填充到容器2中，使得液态填充材料覆盖凹部15进而也覆盖在金属线14和电子装置7之间的通道16和接触部。通过由在连接端中干燥的液态填充材料的包覆，相对于外部影响保护金属线14和电子装置7的接触。盖6还能够在安装之后在外侧上借助保护层覆层并且借助薄膜或封闭件密封，以便相对于环境保护超声转换器1和电子装置7。
[0083]
在图2中示出的印制导线的布局中，集成电路17居中地设置。集成电路17具有电荷泵，借助所述电荷泵能够生成由压电盘5需要的运行电压，所述运行电压高于在5和12之间的电路供给电压。替选地，虽然变压器也能够用于产生更高的电压，然而所述变压器具有大的结构形式。电荷泵倾向于在接地线路上生成低的偏置电压。接地线路上的例如能够在数字接地线路19上由于集成电路17的快速开关时间形成的快速振荡能够寄生地传播到模拟接地线路18上从而干扰信号处理和距离测量。通过构成数字和模拟接地线路18、19，使得其不互相影响，抑制距离测量的干扰。这在图2中示出的布局的情况下实现。
[0084]
首先，通过模拟接地线路18和数字接地线路19设置在集成电路17的相对的侧上，实现数字接地线路19的电磁解耦。在图2中的布局中，数字接地线路19设置在集成电路17的右下角点处并且在那里形成接地面，对此模拟接地线路18仅仅通过短的印制导线在集成电路17的左上角构成。因此，预设在数字和模拟接地线路18、19之间的空间距离，使得避免在接地线路之间的电磁相互作用并且不出现不期望的干扰。
[0085]
设置在盖6和底部3之间并且填满整个容器2的衰减元件8首先用于衰减来自压电盘5的超声和振动。因此，衰减元件8的最重要的特性是尤其对于在50khz和100khz之间的典型的超声频率的衰减常数，其中衰减常数应尽可能大。橡胶或泡沫材料具有合适的衰减特性。明确地，由具有气体包封物的塑料、如例如硅树脂构成的泡沫材料适合作为用于衰减元件8的材料。所述泡沫材料能够作为固体放置到容器2中或作为液体浇注到容器2中，在那里液态模料、如例如两组分的硅树脂硬化并且形状配合地填满容器2。对衰减超声波附加地，衰减元件8也还机械地稳定容器2，使得容器2经得住更大的外部压力。
[0086]
在容器2的上部部分和下部部分之间的连接面的外表面上，设置有粘性材料10。优选的方式是粘性材料10由衰减振动的泡沫状的柔软的材料构成。通过使用粘性材料10，简化超声转换器1的装配，因为超声转换器1仅必须放置到目标位置，使得粘性材料10附着在紧固部上。泡沫状的材料减少振动从超声转换器1至紧固部的传输。在此能够为具有泡沫状的核心的双面胶带。所述胶带能够已经以胶带的一侧安置到预定的面上，其中胶带的第二粘接侧还能够直至超声转换器1最终安装到应用中保持由保护膜覆盖。
[0087]
沿着容器2的下部部分的壁5的外表面设置有振动衰减部件11。振动衰减部件11关于垂直于底部3的不希望的传播方向衰减超声和振动。振动衰减部件11优选地由优选也导电的泡沫状的材料构成，以便提高超声转换器1的电磁兼容性。然而也可以使用不导电的材料、如例如硅树脂。
[0088]
在图3中示出组装的超声转换器1的横截面。容器2的下部部分的壁5借助振动衰减部件11从外部覆盖，并且在容器2的下部部分和上部部分之间的连接面从外部设有粘性材
料10。在容器2的内部中的底部3上设置有压电盘5，所述压电盘通过填满整个容器2的衰减元件8经由金属线14与电子装置7电接触。
[0089]
在容器2的上部部分和下部部分之间的连接面比容器2的其余部分更厚。所述加厚的连接面为此设计为在紧固部、支架或承载机构处的支承面在应用中使用。也用作为膜片的底部3比1mm更薄。在一侧上，底部3必须是足够弹性的，以便不强烈妨碍压电盘5的偏转运动。在另一侧上，底部3必须具有一定稳定性，借此其在外部力作用时，如例如在以水喷射用于清洁时不受到损伤。有利的折中是底部3的厚度小于1mm且大于0.2mm。壁至少是底部3的1.5倍厚，但是根据可行性应比底部3的厚度的3倍更厚。这样厚的壁厚适合于减少底部3或膜片的振动传输至在容器2的上部部分和下部部分之间的连接面。因为连接面能够是超声转换器1的用于紧固的支承面，所以刚好在所述连接面处避免振动和偏转。否则，振动可能传输给属于应用的邻接的紧固部。传输的振动能够又反射从而在超声转换器1中作为幻象信号错误地检测为测量信号。壁厚至少为膜片的厚度的1.5倍，这减少振动从底部3传输给容器2的其他部件从而预防问题。
[0090]
在容器2的在图4中示出的另一实施方式中，容器2沿着开口在壁4中具有台阶。所述台阶用作为用于盖6的支承面，使得盖6能够简单地设置在容器2中。盖6能够通过如下方式牢固地和振动衰减地与容器2连接：将硅树脂层或泡沫材料层在盖6和容器2之间用作为连接材料。另一层硅树脂或泡沫材料能够提供给嵌入的盖6和容器2之间的边缘处和边缘中，以便还更防水地构造超声转换器1。
[0091]
容器2处的所有角以小的半径倒圆。这是由于容器2的制造方法，所述容器能够以挤压方法制造。在此，铝块在内部冲头和外部压模之间压制成容器2。为了容易地将容器2从冲压工具松开，避免尖棱和角并取而代之以一定角度引入圆角是有利的。
[0092]
图4此外示出温度传感器20，所述温度传感器在容器2的内表面上，在底部3上设置。因为声速在介质中是温度相关的，所以超声转换器1的基于声脉冲的渡越时间的距离测量也与环境温度相关。用于空气中的声速的线性修正公式能够是c
air
＝(331.3+0.606*ν)*m/s，其中ν是以℃为单位的空气温度。为了能够实现超声转换器1的正确的距离测量，在距离测量时考虑所述修正项。因此，能够在-40至85℃的范围中实现正确的距离测量。
[0093]
通过温度传感器20设置在容器2的内部，相对于外部危险保护温度传感器。通过与容器2的直接接触，温度传感器20具有与环境的良好热接触，因为容器2的壁厚是小的。由金属构成的容器2尤其能够与温度传感器20组合是有利的，因为金属具有突出的导热性。此外，通过集成在盖6中的电子装置7产生余热，由此可能使在盖6附近的温度测量错误。温度传感器20在容器2的底部3上的设置因此特别有用，因为容器2在底部3处的壁厚特别小并且带来在电子装置7和温度传感器20之间的尽可能大的距离。因此能够实现精确的温度测量，因为底部处的温度传感器20具有与环境的良好的热接触并且不通过电子装置7的热产生改变热测量。
[0094]
例如考虑ntc传感器或ptc传感器作为温度传感器20。两种类型的传感器在低能耗的同时具有高的测量精度和鲁棒性。两种类型的温度传感器20能够无问题地集成到电路中，从而也适合于在超声转换器1中使用。在一个特别有利的实施方式中，压电盘5用作为温度传感器20。因为压电盘5由设置在两个电极之间的压电材料构成，所以所述压电盘在两个电极之间形成电容。所述电容与环境温度相关地变化，因为压电材料在正的温度变化时膨
胀并且在负的温度变化时收缩。基于此，电极彼此的间距，进而压电盘5的电容也根据环境温度改变。通过借助于在盖6中集成的电子装置7读取压电盘5的电容，因此能够推断出环境温度并且因此基于环境温度修正超声转换器1的距离测量。
[0095]
理想地，容器2由导电材料制造，因为因此提高超声转换器1的电磁兼容性。尤其压电盘5和设置在盖6的内侧上的电子装置7能够通过在容器2中使用导电材料相对于外部电磁干扰信号屏蔽。在小的和也窄的应用、如例如无人机或自主机器人中，通常安装有大量电动机，所述电动机可能损害超声转换器1。金属如al、cu、sn、fe、钢和合金也是用于容器2的合适的导电材料。底部3作为膜片的功能需要相对高的柔性。基于此，具有低弹性模量的导电材料，如al和sn特别合适。
[0096]
能够附加地通过如下方式优化容器2：局部地粗糙化和/或平整化内表面。表面的粗糙引起，材料更强地附着在其上。然而，超声也在粗糙的不平坦的面处更强地散射。表面的平整性减少在表面处的附着，然而击中的超声更少地散射。因此有利的是，底部3的邻接于压电盘5的表面粗糙化，借此其经由粘接层13更好地保持。此外，容器2的内部中的底部3的其余面平整化，借此衰减元件8在所述面处不附着并且通过衰减元件8不太强地妨碍压电盘5的偏转。可选地，容器2的内表面同样能够粗糙化，以便超声在所述表面处更强地散射。用于粗糙化的合适的方法例如是喷砂工艺或刻蚀工艺以及用于表面的平整化的合适的方式是磨削工艺或覆层工艺。
[0097]
此外，能够将底部3的外表面覆层、阳极氧化或涂漆。一方面由此消除表面上的可能干扰距离测量的可能的不均匀性。另一方面能够使面匹配于可能的应用，因为能够适合于环境地构造颜色或表面材料，使得不突出超声转换器1。也可行的是，对容器2的外表面完全阳极氧化处理或阳极化处理。容器2的外表面特别强烈地经受环境影响，如例如道路交通中的盐雾。通过阳极化处理外表面保护容器2免受腐蚀。
[0098]
对容器2的内表面的阳极化处理也能够是希望的，以便容器2相对于化学反应、例如通过衰减元件8中的溶剂或粘接层13中的粘接剂引起的化学反应屏蔽。对于最优的保护，容器2能够不仅在外表面上、而且也在内表面上阳极化。
[0099]
对容器2的内表面进行阳极化处理的一个缺点是，容器2不再能够电接触从而不再能够简单地用于电连接，例如至参考电势、如接地端的电连接。因此有利的是，附加地在容器2的内表面上施加导电层。
[0100]
对此替选地或补充地，容器2的阳极化处理的内表面能够在至少一个部位处具有阳极化部的有针对性的断裂部。换言之，能够设有内表面的不导电的阳极化层的有针对性的断裂部。所述断裂部能够实现容器2的导电接触。容器2例如能够经由至少一个断裂部与附加地施加的导电层电接触。替选地，容器2能够经由安置在断裂部中的焊接接触部电接触。
[0101]
经由引入附加的导电层、阳极化部的有针对性的断裂部或其组合能够执行安装的电子部件，如例如压电盘5、温度传感器20或电子装置7与参考电势的电连接，并且超声转换器1的电磁兼容性或电子装置7在容器2中的电磁屏蔽与在不在内表面处阳极化处理的容器2的情况下类似好地或相同好地实现。
[0102]
在图5中示出超声转换器1的另一实施方式的分解视图，类似于在图1中示出的分解视图。与图1相反，盖6在所述实施方式中设置在两个硅树脂环22之间。硅树脂环22首先用
于盖6与容器6机械解耦，但是也用作为密封件，以便例如浇注料不能够进入到容器6的内部。衰减元件8在朝向盖6的表面上具有凹部，从盖6伸出的电子装置7能够安置到所述凹部中。在所述实施方式中提供三个引脚21作为用于超声转换器的电连接端。
[0103]
图6示出超声转换器1的在图5中示出的实施方式的横截面，其中所述示图类似于图3的示图。容器2的形状对应于图4中的容器2的形状。盖6相对于容器2的开口间隔开地进而在容器2中设置。以这种方式，相对于机械和电磁应力保护盖6中的电子装置7。在容器2的盖6、开口和壁之间的中间空间中，能够引入浇注料，所述浇注料将盖6振动衰减地牢固地固定在盖6中并且提供保护。通过在盖6和衰减元件8之间的硅树脂环22，浇注料不具有与衰减元件8的接触直接。
[0104]
在图7中示出超声转换器1的在图5和图6中示出的实施方式的立体视图。三个引脚21与连接件23彼此刚性连接。引脚21分别在平放在盖6上的一个端部处弯曲从而设置成，使得引脚作为三脚架具有稳定状态。三个引脚21中的每个引脚竖立在导电接触面24上，所述导电接触面能够视为盖6中的电子装置7的一部分。三个引脚21能够分别用作为用于供给电压的连接端，用作为与参考电势的连接部或用作为i/o连接端9。因为盖6与容器2的开口间隔开，所以能够使用涂覆在盖6上的浇注料来在盖6上固定引脚21。三个引脚21设计成，使得其能够同时用作为电子连接端并且用于机械紧固超声转换器。
[0105]
附图标记列表
[0106]
1 超声转换器
[0107]
2 容器
[0108]
3 底部
[0109]
4 壁
[0110]
5 压电盘
[0111]
6 盖
[0112]
7 电子装置
[0113]
8 衰减元件
[0114]
9 数字i/o接口
[0115]
10 粘性材料
[0116]
11 振动衰减部件
[0117]
12 电路板
[0118]
13 粘接层
[0119]
14 金属线
[0120]
15 凹部
[0121]
16 通道
[0122]
17 集成电路
[0123]
18 模拟接地线路
[0124]
19 数字接地线路
[0125]
20 温度传感器
[0126]
21 引脚
[0127]
22 弹性环/硅树脂环
[0128]
23 连接件