[发明专利]具有纤维增强部的电容式声换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种声换能器，其包括基电极和能够振动的膜片，所述膜片具有导电层。本发明还涉及一种用于制造声换能器的方法。

背景技术

声换能器是电/声换能器，其将声能转换为电能或者将电能转换为声能。为了从空间中接收声波或为了将声波发射到空间中，典型地使用能够振动的电极膜片与基电极的组合，从而引起电机械相互作用。这样的声换能器的运行方式在此基于在膜片上的力作用与电极装置的电压之间根据电极之间的距离以及电极装置的电容而产生的直接关联。

超声传感器通常用作声换能器，以便实施距离测量。为此，作为发射器来控制超声传感器，以便发射超声脉冲。在发射之后，超声脉冲在位于超声传感器的有效范围内的对象上反射并且返回到充当接收器的超声传感器上。由超声脉冲的传播时间，在接收器后面的电子装置中确定与进行反射的对象的距离。

由DE102006038597A1公开了一种超声换能器，其可以用作车辆上的距离传感器。所述换能器包括能够振动的膜片电极和与膜片电极间隔地设置的基电极。基电极由设置在电路载体上的印制导线段形成，所述印制导线段又设有覆盖层。膜片电极包括载体层和施加在所述载体上的导电层，其中导电层构造在膜片电极的朝向基电极的一侧上。

以下声换能器也称作Sell换能器：直接置于基电极上的单侧金属化的塑料薄膜用作膜片电极。在此，膜片电极直接置于基电极的表面上的突起部上。通过所述方式在基电极与膜片电极之间构成薄的气垫，膜片电极能在所述气垫中振动。

以上描述类型的声换能器虽然提供了大带宽和高灵敏度。然而，声换能器仅仅通过薄的膜片来保护以免环境影响——例如潮湿，所述膜片具有低机械稳健性。因此，在恶劣周围环境中的应用时，由于外部的作用——例如机械作用或振动容易出现膜片中的裂纹。这种裂纹降低膜片的稳定性并且有助于潮湿侵入，这可以负面地影响换能器并且尤其在冰冻时会导致声换能器的完全损毁。

发明内容

根据本发明建议一种声换能器，尤其是超声换能器，其包括基电极和具有至少一个导电层的能够振动的膜片，其中在基电极与能够振动的膜片的导电层之间设有至少一个绝缘层并且能够振动的膜片包括纤维增强部。

在一种优选实施方式中，声换能器构造为Sell换能器，其中基电极具有表面粗糙部并且膜片具有至少一个绝缘层和至少一个导电层。此外，膜片可以以至少一个绝缘层直接置于基电极上。

基电极可以在本发明的范畴内实心地由导电材料——如红铜、黄铜或者钨制造或构造为印刷电路板。

对于根据本发明的声换能器作为Sell换能器的实施，可以决定性地通过用于制造的方法来确定基电极的表面粗糙部。这样，在实心电极的情形中还可以通过磨光、蒸镀或研磨来分别形成另一表面粗糙部。替代地或附加地，可以通过例如借助溅射、蚀刻、铣削或者借助施加具有特定形状——例如V形或U形的凹口的有意表面结构化来实现表面粗糙部。同样在印刷电路板的情形中，可以使用标准方法来结构化印刷电路板上的印制导线段以产生基电极。使用印刷电路板在此具有如下优点：印刷电路板可以设有附加的电路元件。

基电极的表面粗糙部确定在基电极与膜片之间放置膜片时形成的空腔的体积。表面粗糙部于是确定膜片能够在其中振动的体积。因此，与诸如膜片硬度的其他因素一起，表面粗糙部影响Sell换能器的谐振频率。在使用聚合物膜片时，Sell换能器的基电极的相应表面粗糙部可以在微米范围内，例如达到100μm。谐振频率可以根据基电极和膜片的实施位于对于人耳而言可感知的范围内或位于对于人耳而言不可感知的超声范围内。尤其是，可以在谐振频率以下运行根据本发明的声换能器。

在根据本发明的声换能器的一种实施方式中，膜片可以由至少一种聚合物制造，其中所述聚合物可以是聚酰胺（PA）、聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、双轴取向PET、聚砜（PSu）、聚丙烯腈、全氟化或部分氟化的聚合物、部分结晶的聚合物——例如聚氟乙烯（PVF）或氟乙烯与四氟乙烯或三氟乙烯的共聚物、尤其是双轴延伸的聚偏氟乙烯（PVDF）。

根据本发明的声换能器的替代实施方式也可以具有由至少一种金属构成的膜片。

膜片优选构造为柔性膜片，其具有数微米到数百微米的厚度。在另一种实施方式中，膜片包括多个层——优选一个导电层、必要时一个绝缘层和必要时一个纤维层。