[发明专利]用于接近传感器的超声波换能器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2008年1月29日提交的，题目为“用于接近传感器的超声波换能器(ULTRASONIC TRANSDUCER FOR A PROXIMITY SENSOR)”的美国专利申请序列No.12/021,470的部分继续申请并要求其权益，在此以引用方式将该申请的全文并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及超声波换能器，更具体地，涉及可并入到用于检测物体的存在和/或距离的传感器中的超声波换能器组件。

背景技术

超声波感测系统提供了有效且高效的检测物体的方法，例如可以用在自动工业制造过程中。这些传感器需要使用换能器来产生超声波信号。例如，用于这种传感器的换能器通常生成沿物体的方向发送的超声波信号，然后再由该换能器接收返回或反射的信号。连接到换能器的处理器处理接收到的信号，并基于发送的信号和接收的信号之间经过的时间，确定物体的存在和/或距物体的距离。

诸如用于基于空气的飞行时间应用的现有技术的压电陶瓷超声波换能器通常被设计为具有非常好的远距离检测能力。在设计这些传感器时，通常希望考虑使得换能器的Q值(即共振)最大，并使得工作频率最小。高Q值使得对返回信号的放大更大，低频率用于减小超声波在空气中的衰减，这是因为衰减是频率的函数。这种现有技术的换能器通常被配置为由陶瓷材料形成的薄盘，其通常展现出高Q值的优点。

出于各种原因，在提高效率以及降低制造圆形陶瓷盘的成本方面存在很多限制，这继而限制了并有陶瓷盘的元件(例如，并入传感器的换能器)的可控成本降低。因此，希望提供一种另选配置的传感器换能器，其可以并有一共振器元件，该共振器元件具有有助于高效地生产共振器元件和组装的换能器两者的成形因子(form factor)或形状。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种超声波换能器组件用于感测接近换能器的物体的位置。该超声波换能器组件包括压电陶瓷共振板，该压电陶瓷共振板包括具有主尺寸和次尺寸的伸长的部件。该换能器组件还包括耦合器，该耦合器连接到共振板的表面，用于声学地将所述共振板耦合到与该耦合器接触的介质。该耦合器包括横切所述共振板延伸的基本上刚性的板状振动膜部件。

根据本发明的另一方面，提供了一种超声波换能器组件用于感测接近换能器的物体的位置。该超声波换能器组件包括具有相反的平表面的压电陶瓷共振板。电接触件连接到共振板的每个平表面，用于将共振板连接到电源。该换能器组件还包括具有相反的第一侧和第二侧的耦合器，所述第一侧横切(transverse to)共振板的表面延伸并连接到该表面，用于声学地将共振板耦合到与该耦合器的第二侧接触的介质。

根据本发明的又一方面，提供了一种包括用于感测接近换能器的物体的位置的超声波换能器组件的传感器。该传感器包括矩形压电陶瓷共振板，该矩形压电陶瓷共振板限定伸长的主尺寸和次尺寸。共振板包括相反的平表面。电接触件连接到所述每个平表面，用于将共振板连接到电源。所述传感器还包括盘形耦合器，该耦合器包括具有相反的第一侧和第二侧的平面部件。第一侧横切共振板的表面延伸并连接到该表面，其中共振板以悬臂梁的方式支撑在耦接器上，共振板的主尺寸的一端从耦接器的第一侧延伸出。该耦合器由共振板声学地激励，以将信号发送到接近该耦合器的物体，并且该耦合器接收并发送从物体到共振板的反射信号。

附图说明

尽管说明书后附权利要求特别指出并清楚地请求保护了本发明，但应当理解，根据以下结合附图的描述将更好地理解本发明，在附图中以类似的附图标号指示类似的部件，附图中：

图1是并有根据本发明的换能器组件的传感器系统的部分剖视图的侧视图；

图2是根据本发明的换能器组件的分解立体图；

图3是根据本发明的换能器组件的耦合器端的放大剖视图；

图4是示出根据本发明的换能器组件中的共振板与印刷电路板衬底的组装的分解立体图；

图5是根据本发明可选实施方式的换能器组件的耦合器端的放大剖视图；

图6是图5的可选实施方式的分解立体图；

图7是根据本发明另一可选实施方式的换能器组件的放大剖视图；以及

图8是并有图7的换能器组件的传感器系统的部分剖视图的侧视图。

具体实施方式