[发明专利]超声换能器和用于制造超声换能器的方法

说明书

本发明涉及一种超声换能器(1)，包括压电元件(4)、声窗(9)、壳体(2)和声耦合层(5)。声耦合层(5)布置在声窗(9)和压电元件(4)的第一表面(8)之间。为了确保声耦合层(5)的恒定厚度，压电元件(4)在压电元件(4)的与声学层(5)相对的第二表面(11)处固定到壳体(2)。此外，壳体(2)邻接声窗(9)，以在压电元件(4)的静止位置处确保第一表面(8)和声窗(9)之间的声耦合层(5)的恒定厚度。

技术领域

本发明涉及一种超声换能器，包括压电元件、声窗、壳体和声耦合层，其中声耦合层被布置在声窗和压电元件的第一表面之间。

背景技术

超声换能器用于产生或接收超声信号。为此，超声换能器包括用于从介质传输超声信号以及将超声信号声传输到介质的声窗。声窗通常由金属或塑料构成，这取决于应该被测量的介质。金属声窗可以优选用于研磨介质。

在许多情况下，超声换能器包括为压电元件形式的有源振动元件，以将电信号转变为超声信号，反之亦然。为了确保超声信号从声窗有效地传输到压电元件，通常在压电元件和声窗之间布置声耦合层。然而，重要的是控制声耦合层的厚度，以确保超声换能器的高声学效率、低噪音和高寿命。然而，控制声耦合层的厚度难以根据用于声耦合层的材料，特别是在使用流体或容易塑性变形的材料的情况下。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种上述类型的超声换能器和一种用于制造所述超声换能器的方法，其中声耦合层的厚度可以被更准确地控制。

根据本发明，上述任务被解决，这是由于压电元件在压电元件的与声耦合层相反的第二表面处固定到壳体，并且其中壳体邻接声窗，以在压电元件的静止位置处确保在第一表面与声窗之间的声耦合层的恒定厚度。

通过该技术方案，压电元件可以仅在压电元件的与声耦合层相反的第二表面处被固定到壳体。因此，确保了压电元件仍然可以在超声换能器的操作期间变形。此外，固定压电元件的壳体邻接声窗，以在压电元件的静止位置处确保在压电元件的第一表面与声窗之间的声耦合层的恒定厚度。这样，确保了压电元件例如在装配器件由于其自身重量不会使声耦合层移位。具体地，后者在声耦合层是流体或者声耦合层由需要在超声换能器的制造期间固化的粘合剂制成的情况下成为问题。在声耦合层的固化期间，压电元件的重量可能另外导致声耦合层变薄到低于预期厚度。由于壳体现在邻接声窗，因此可以确保为在压电元件的第一表面和声窗之间的声耦合层留有足够的空间且压电元件不会使声耦合层移位。

在一个优选实施例中，壳体和/或声窗包括距离控制部。优选地，距离控制部的厚度为压电元件的厚度和声耦合层的预期厚度的总和。距离控制部的厚度由第二表面至壳体与声窗的邻接区域的垂直距离给出。

在一个另外优选实施例中，距离控制部包括至少一个腿部。优选地，距离控制部包括两个、三个或四个腿部。可选地，距离控制部可以包括环形缘部。腿部或缘部之间可以布置孔口，压电元件以及声耦合层可以布置在所述孔口中。声窗可以邻接在腿部或缘部以及声耦合层上。如果距离控制部包括缘部，则声窗可以是连接到缘部的平坦盘。

在另一个优选实施例中，距离控制部包括连接到第二表面的至少一个肩部。至少一个肩部可以布置在腿部或有角缘部中。肩部允许例如在第二表面的径向外端部处将压电元件的第二表面连接到壳体。同时，距离控制部可以延伸超出压电元件的径向外端部，使得距离控制部延伸超出压电元件的厚度和声耦合层的厚度。这样就确保了壳体将邻接声窗，以使得在装配期间保持压电元件的第一表面和声窗之间的正确距离并因此声耦合层可以在装配期间保持其预期厚度。

在一个另外的优选实施例中，声耦合层包括粘合剂和/或糊剂和/或油。根据本发明的超声换能器具有的优点是：即使流体或液体材料被用于声耦合层也可以控制声耦合层的厚度，否则所述厚度在装配期间或者在声换能器的操作期间由于压电元件的影响而变得更薄。