[发明专利]超声波传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的超声波传感器和一种相应的用于制造超声波传感器的方法。

背景技术

超声波传感器在汽车中例如用作泊车辅助，为此，一个特别重要的功能要求是30厘米以下距离范围内的近距离测量能力。它们一般包括壳体和布置在壳体内的换能元件。壳体通常用金属材料如铝成型或铣成。出于防腐蚀和漆装原因它被涂上底漆。在壳体底部安装电子机械换能元件(例如压电元件)，例如粘接并接触。壳体用减振材料填充。一种可能性是注入硅泡沫。这些制造步骤出于各种原因而在技术上不一般。特别是粘接和发泡的化学过程要求精确的参数，在制造中很难转换。换能元件与凸点的接触也是这种情况，这例如通过热压钎焊(TKS)进行。

可以通过向壳体中填入泡沫件来代替在壳体内部空间发泡实现减振。由此可用可以简单地人工控制的步骤来替代发泡的生产步骤。然而表明，这样的传感器与使用发泡材料相比具有较差的减振特性，这影响到对近距离测量能力的重要功能要求。

通过测量减振过程的频谱部分可以发现，主要部分涉及超声波传感器工作频率(48kHz)之外的共振，其中特别是30kHz和70kHz左右的部分比较重要。这是由壳体壁内的倾翻和折叠运动过程引起的。此外为了衰减壳体壁振动还需使用壳体填充剂，它由减振材料组成和/或附加包含这种材料。

换能元件的接触例如在于，在压电元件的金属化的换能元件上侧面上安装连接导线，换能元件的下侧面用粘接剂固定在壳体底部上。金属壳体或者说金属薄膜构成第二端子或者说第二电极(阴极)。然后将第二连接导线钎焊到该可导电的壳体(例如用铝制成)上，通过在壳体壁上打孔与该壳体壁适宜地导电连接或固定在一个壳体销轴上，这在构件数量和制造费用方面是不利的。

在另一个例子中，通过所谓环绕接触来实现换能元件下侧面的接触。为此对压电陶瓷片完全涂覆银并且在上侧面实施银覆层的D形分界切口(见图2)。由此在上侧面产生两个可通过绞合线、凸点或其它导体接触的面。这里缺点为压电陶瓷中的场/力分布不均匀，因为上侧面由于D形切口而只部分地被(阳极)接触装置覆盖(不均匀的平板电容)。另一个缺点在于，当换能元件下侧面与壳体底部不正确地粘接时(与粘接剂的厚度和底部的粗糙度相关)，壳体由于环绕接触而不接地(GND)，传感器会不希望地作为电容式传感器工作，它对电子干扰场敏感。此外还有缺点为，在换能元件的上侧面通过环绕接触可以在有效振动范围内产生两个接触。连同耦合振动意义上的接触的影响，实际上产生与接触部(例如焊点)质量大小成正比的共振频率减小。因此，在具有较小质量的批量热压焊时在功能方面有利。

JP2002238095A描述了一种有盖的超声波传感器，其中壳体一面具有光滑的壁，另一面为阶梯面，阶梯面需要较高的加工费用。盖可以错位地置入壳体内，以便衰减一定的振动模式，其中，调节位置意味着费事。盖表面光滑，它比罐形薄膜厚，但在其它处具有未详细说明的铣出部或拱出部。该公安规定，一侧自由的振动器“罐壁”在上侧面硬支承，因此产生一个双侧悬挂的弯曲轴(附图6和7)。该盖被粘接。接头以未详细描述的方式安装在换能元件上和在壳体上。

DE296 14 691U1描述了一种超声波传感器，其中在换能元件的上方固定有盖片的毡垫。换能元件的接触通过直接接头并通过插入负载环中的接触引脚实现。该结构费事并且包含预加应力的特氟龙薄膜的设计。

DE197 54 891C1描述了一种超声波转换器，它在换能元件上面具有两种减振材料。壳体壁厚比薄膜大，其中壳体壁包含接触引脚。

DE101 25 272A1描述了一种超声波传感器及其制造方法。换能元件被三个不同的层覆盖，其中，一个盖遮盖三个壳体件。构成薄膜的导电壳体件设置有敛缝的接头。该文献只针对振动薄膜与壳体之间通过用硅注射包封来产生退耦环。

DE197 44 229A1中描述的超声波换能器具有一壳体，该壳体带有一凸起和一将该壳体封闭的退耦环。该退耦环在一个实施例中同时作为壳体内部的减振材料构成一个填料。在另一实施例中它具有一圆柱形通孔，该通孔用减振材料填充。通孔在几何尺寸和功能方面的详细说明此没有给出。退耦环同时用作换能元件接头的支架，其中，壳体具有接头。

DE44 34 692A1是描述将压电陶瓷用导电胶固定在超声波传感器的金属板上的一个例子。

发明内容

本发明涉及的超声波传感器具有以下优点，它以较少数量的零件实现了对重要的近距离测量能力的要求。另一个优点为，构件这样构造：使得超声波传感器的制造没有难以控制的过程并且允许以简单的方式人工制造。