[实用新型]基于微机电压电超声波换能器阵列的连续超声波测距装置

说明书

本实用新型公开了一种基于微机电压电超声波换能器阵列的连续超声波测距装置，夹具上安装有相互独立的超声波发射模块和超声波接收模块，且两个模块之间设有一块阻断横向声波信号传输的隔绝板；所述的超声波发射模块和超声波接收模块均采用微机电压电超声波换能器阵列模块；所述微机电压电超声波换能器阵列模块底部为基底层，基底层上设有换能器单元，换能器单元由底电极、压电层和上电极逐层叠加而成，底电极和上电极分别通过连接线与不同的接线端相连。本实用新型中的发射和接收模块为独立的两块芯片，可以有效减少沿基底传播的串扰信号，两者之间用一块隔绝板隔开，可以进一步防止横向声波信号的干扰。而且发射和接收模块位于同一端，便于集成。

技术领域

本实用新型涉及到的是一种基于微机电压电超声波换能器阵列的连续超声波测距装置。

背景技术

超声波是一种振动频率高于20kHz的机械波。超声波换能器的工作过程就是电压和超声波之间的互相转换过程，当超声波换能器发射超声波时，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当超声波换能器接收超声波时，接收超声波的探头将超声波转化的电压回送到微控制芯片。超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小且方向性好等优点。利用超声波测距的优点有：对外界色彩和电磁场不敏感，可以用于黑暗有灰尘或烟毒、电磁干扰强的场所。传统超声波换能器体积庞大、功耗高、不利于集成，微机电压电超声波换能器则很好地解决了这些问题。由于超声波在空气中的衰减较大，传统的基于飞行时间的测距方式在确定回波时间上存在较大的误差。利用连续波的相位信息来实现测量距离测量可以减小随机误差，从而提高测量进度。本实用新型中利用了微机电压电超声波换能器阵列发射和接收三段在谐振频率附近不同频率的连续波信号，并且可以根据测距范围的变化改变发射信号的频率，从而兼顾测量范围和测量精度。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有的超声波换能器测距存在的测量精度差，难以集成的问题，并提供一种基于微机电压电超声波换能器阵列的连续超声波测距装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于微机电压电超声波换能器阵列的连续超声波测距装置，它包括夹具，所述夹具上安装有相互独立的超声波发射模块和超声波接收模块，且超声波发射模块和超声波接收模块之间设有一块阻断横向声波信号传输的隔绝板；所述的超声波发射模块和超声波接收模块均采用微机电压电超声波换能器阵列模块；所述微机电压电超声波换能器阵列模块底部为基底层，基底层上设有换能器单元，换能器单元由底电极、压电层和上电极逐层叠加而成，底电极和上电极分别通过连接线与不同的接线端相连。

作为优选，所述的微机电压电超声波换能器阵列模块中，换能器单元有多个，且在基底层上呈矩形阵列排布，各换能器单元以并联的方式连接于接线端上。

进一步的，所述的矩形阵列为5×5矩形阵列。

更进一步的，上电极和底电极的材料为钼；压电层的材料为氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅压电陶瓷；连接线的材料为铝；基底层的材料为硅。

更进一步的，所述的微机电压电超声波换能器阵列模块的谐振频率为492kHz，-3dB带宽＞10kHz。

作为优选，所述的隔绝板为塑料隔板。

作为优选，所述的超声波发射模块通过接线端连接外部信号激励源。

本实用新型中测距装置的发射和接收模块分别为独立的两块芯片，这样可以有效减少沿基底传播的串扰信号，两者之间用一块隔绝板隔开，可以进一步防止横向声波信号的干扰。而且发射和接收模块位于同一端，便于集成。本实用新型通过微机电压电超声波换能器阵列先后发射三条频率不同的连续波，与此同时利用另一片微机电压电超声波阵列接收芯片接收反射回来的超声波，通过确定三组发射声波和接收声波的相位差和对应的频率差来达到测距的目的。并且可根据测量的范围不同，对发射的连续波的频率进行调节，从而达到兼顾测量范围和测量精度的目的。

附图说明