[发明专利]具有由纤维复合材料制成的膜片的声学传感器

说明书

本发明涉及一种声学传感器(10)，其包括具有转换器元件(16)的有振动能力的膜片(12)并且具有传感器壳体(14)，其中，所述膜片(12)由纤维复合材料制造并且作为单独的部件与所述传感器壳体(14)连接。本发明还涉及所述声学传感器(10)的应用及其制造方法。

技术领域

本发明涉及一种声学传感器，其包括传感器壳体和具有压电致动器的有振动能力的膜片。本发明还涉及所述传感器的应用及其制造方法。

背景技术

在一般情况下声学传感器将声学信号或通过声学信号引起的可变声压(Schallwechseldrücke)变换成电信号、尤其电压。在这种情况下声学传感器用作接收器。反之声学传感器也可以作为发射器起作用，其将电信号转换成声学信号。为了从空间接收声学信号或向空间发射声学信号通常使用由有振动能力的膜片与结合压电致动器的组合，以便引起机电交互作用。在此，这种传感器的作用方式以膜片的弹性变形与由此在压电材料中导致的电压(压电效应)之间的直接关系为基础。

在汽车工业中将这种类型的声学传感器、尤其超声波传感器作为距离传感器使用，以便例如在驾驶辅助系统内执行距离测量。对此，控制作为发射器的超声波传感器用于发射超声波脉冲，并且通过作为接收器起作用的超声波传感器探测被反射的超声波脉冲。在此可以使用不同构型的超声波传感器。

从DE 10 2010 044 995 A1中已知一种用于驾驶辅助装置的超声波转换器，所述超声波转换器两件式地以转换器罐形式构型。在此，膜片具有由第一材料制成的底，所述底构造有由与第一材料制不同的第二材料制成的空心体。此外，由金属材料制成的膜片通过粘接部与由一种非金属材料制成的空心体连接。

从DE10 2008 040 905 A1中已知一种具有壳体的超声波传感器，所述超声波传感器一件式地构型为罐式转换器。在此，超声波传感器包括底面和环形包围所述底面的由金属材料制成的侧壁。从EP 0 308 931 A1中已知一种罐式转换器形式的超声波转换器的另一实施方式。在此，膜片形成一件式实施的罐式转换器的底并且包括纤维复合材料，其他组成部分——如与压电陶瓷复合的聚酰亚胺层与所述纤维复合材料邻接。

以上所述类型的声学传感器在其功能方式方面如下受限制，对于距离测量仅仅能够使用低带宽的信号频率。附加地，振动衰减时间长并且限制可实现的扫描频率。

但是对于一些应用——如驾驶辅助系统范围中的环境检测，对声学传感器提出高要求。例如传感器和所属测量参数应能够最佳地与在行驶期间变化的环境匹配。由此能够分别根据情况提高扫描率并且因此提高系统的精度。例如在运动的、在反射中使频率发生偏移的对象的情况下产生一个问题。如果传感器是窄带的，则具有已偏移的频率的回波信号不再能够被充分地接收。因此，持续的兴趣在于，如此设计传感器，使得在宽的参数范围上也能够实现可靠的测量运行。

发明内容

根据本发明提出一种声学传感器、尤其超声波传感器，其包括传感器壳体并且具有转换器元件的、尤其压电致动器的有振动能力的膜片，其中，膜片由纤维复合材料制造并且作为单独的部件与传感器壳体连接。

根据本发明的声学传感器的传感器壳体可以由至少在一侧是敞开的空心体形成。在这里有振动能力的膜片设置在空心体的敞开的端面处。因此，膜片形成传感器壳体的底，并且声学传感器构造为声学罐式转换器。优选地，空心体在两侧敞开地构型，以便必要时将用于运行传感器的装置、尤其是控制和调节电子元件连接在与膜片相对置的端面之上。

传感器壳体的或空心体的侧壁在与膜片平行的平面内具有多角形的、圆形的或椭圆形的轮廓。此外，侧壁可以以恒定的壁厚或阶梯状的内部轮廓实施，其中，阶梯状的内部轮廓在侧壁的圆周上沿着整个圆周或分区段地构造。阶梯状在这里表示，侧壁包括不同壁厚的至少两个区段。例如与膜片邻接的下侧壁区段比上侧壁区段具有较大的壁厚。在此，上侧壁区段可以在大于10％并且尤其小于90％之上延伸。此外，可以在这两个侧壁区段之间构造至少一个合适的、尤其朝侧壁倾斜约45°的区段。