[发明专利]新型超声波传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别是一种超声波传感器。

背景技术

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。

超声波传感器的两个重要性能指标为灵敏度与余震。灵敏度是传感器在稳态工作情况下输出信号的变化量与输入变化量的比值。灵敏度可理解为放大倍数，倍数越大，灵敏度越高。提高灵敏度，可增大测量的精度。余震是指传感器在接到一个脉冲信号后从开始工作到最终停止工作的时间，余震消失前，不能启动接收回波信号，它能扰乱回波信号的接收，因此它能决定近距测量的效果。

目前市场上大部分压电式超声波传感器主要是为压电单晶片式超声波传感器，此种传感器虽制作简单，但单晶片感应到声波后，振幅小，故灵敏度较低；同时，为了满足电容及频率的要求，单晶片小而薄，质量轻，因此余震较大。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种高灵敏度低余震的超声波传感器。

为解决上述的技术问题，本发明的新型超声波传感器包括中空的柱状金属外壳，所述金属外壳的一端用匹配层封盖，所述匹配层内侧粘接有并联压电双晶片，所述并联压电双晶片为将两个压电晶片的两个相反电极面分别粘接在金属基片两面，所述两个压电晶片的另外两位两个电极面电连接；所述两个压电晶片的公共连接端与金属基片分别连接有接线端子。

所述并联压电双晶片与金属外壳之间填充消音材料。

所述消音材料为消音棉。

所述消音材料外侧的金属外壳内固定有屏蔽层，所述接线端子从消音材料和屏蔽层中伸出。

采用上述结构后，压电双晶片相当于电容并联，这样电容大，信号输出电压大；并且压电双晶片向同一方向振动，相当于两个压电单晶片振动的叠加，故振幅大，灵敏度高。同时，压电双晶片的质量高于单晶片，这一点就从本质上降低了传感器的余震，而非主要依靠消音材料及胶水的粘接来阻止压电振子的余震。本发明的超声波传感器结构简单，灵敏度更高、余震更小。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明新型超声波传感器的剖视图。

图2为本发明并联压电双晶片的结构示意图。

图3为本发明并联压电双晶片的原理示意图。

图中：1为金属外壳，2为匹配层，3为压电双晶片，4为第一接线端子，5为第二接线端子，6为消音棉，7为屏蔽层

201为金属基片，202为第一压电陶瓷片，203为第二压陶瓷片，204为编织线

具体实施方式

如图1所示，本发明的新型超声波传感器包括中空的金属外壳1，所述金属外壳1的一端用匹配层2封盖，所述匹配层2内侧粘接有并联压电双晶片3。匹配层2与压电片直接用胶水粘接，匹配层的尺寸、致密度、热膨胀系数、弹性模量及泊松比要与压电片相互匹配，进而决定超声波传感器的谐振频率。

如图2和图3所示，所述并联压电双晶片3为将两个压电晶片的两个相反电极面分别粘接在金属基片两面，即第一压电陶瓷片202的负极面与金属基片201的上表面粘接；第二压电陶瓷片203的正极面与金属基片201的下表面粘接。当然也可以是第一压电陶瓷片202的正极面与金属基片201的上表面粘接；第二压电陶瓷片203的负极面与金属基片201的下表面粘接；但是第一压电陶瓷片202和第二压电陶瓷片203必须是相反电极面分别粘接在金属基片201的上下两面，这样可以使得第一压电陶瓷片202和第二压电陶瓷片203的振动方向一致。这样两个压电陶瓷片的振动方向一致，相当于两个压电单晶片振动的叠加，所以振幅大，灵敏度高；同时，压电双晶片的质量高于单晶片，这一点从本质上降低了传感器的余震。