[发明专利]使用聚合压电膜的探物传感器

说明书

本发明涉及超声探物传感器，特别涉及在换能器装置中使用聚合压电膜的改进型超声探物传感器。

探物传感器有多种用途。例如，装在车辆上的探物传感器能用来警告车辆操纵者道路上有障碍物存在。因此，若把探物传感器装在卡车后部，当卡车向装料场倒车时，就可用来提请卡车司机注意卡车与装料场之间剩下的距离。因此本发明的目的是提供可以用于这类场合的探物传感器。

在这类应用中我们所要使用的是一种利用超声波发射和反射的探物传感器。探物所要使用的超声波射束呈扁平直进形状。因此本发明的另一个目的是提供产生这种形状超声波的换能器装置。

按照本发明的原理，上述和其它的目的由用于探物传感器的换能器装置实现，它包括细长的聚合压电膜。该装置还包括把膜片支撑成细长的一系列弧形段用的机构。所有弧形段的弯曲方向和曲率半径均相同。此外，还有把变化电场加于各弧段膜片厚度上的机构，以使膜片发射超声波。

按照本发明的一个方面，膜片支撑机构包括刚性底座和刚性盖子，底座上有支撑面，为一由一系列弧形段构成的细长表面，所有弧形段的弯曲方向和曲率半径均相同，膜片即位于底座和盖子之间。盖子上有凹槽，凹槽内表面的形状与底座支撑面相合。膜片支撑机构还包括把盖子固定到底座上，从而把膜片夹紧在底座支撑面和盖子的凹槽内表面之间的构件。按照本发明的另一个方面，盖子上有一系列与凹槽相通的彼此隔开的孔，每一个孔与膜片的一个弧段相对应，换能器装置还包括在与盖子的孔对应的区域中使膜片和底座保持间隔的装置。按照本发明的又一个方面，底座支撑面由一对相间隔的狭长支撑表面构成，上述间隔保持装置包括底座上该对狭长支撑表面间的表面区域，它一般与该对狭长的支撑面平行，并从盖子处后退一段距离。按照本发明的再一个方面，电场施加机构包括由膜片两边上的导电区构成的一种电极形式，膜片两边的导电区彼此隔开，每一导电区与直接跨过膜片厚度的膜片另一边上的导电区对应，从而形成一系列隔开相对的电极对。

用作探物传感器的换能器装置包括细长的聚合压电膜。本发明提供了把膜片支撑成由一系列弧形段构成的细长形膜片的机构，这些弧形段的曲率半径和弯曲方向均相同。本发明提供了把变化电场加到每一弧段膜片厚度上以使膜片发射超声波的机构。

下面参照附图通过实施例对本发明进行说明，附图中：

图1为本发明的使用聚合压电膜发生直线超声束的超声波发生换能器的立体示意图;

图2为图1聚合压电膜的侧视图，用来说明如何确定换能器装置的工作频率;

图3A和3B分别为本发明换能器装置的俯视图和侧视图，分别表示射束的水平和垂直传播角度;

图4为本发明实际换能器装置的立体分解图;

图5例示图4装置的安装;

图6A和6B分别为使用单个换能器装置进行发射和接收的第一探物传感器实施例的俯视图和侧视图;

图7为本发明探物传感器的第二实施例的俯视图，其中，使用了三个独立的换能器装置，每个换能器装置既用作发射器，又用作接收器;

图8为本发明探物传感器的第三实施例的俯视图，并使用了三个换能器装置，其中二个用作发射器，第三个用作接收器;

图9用来说明如何计算图8传感器与障碍物之间的距离;

图10A和10B为本发明的距离确定和显示装置的两个实施例的框图;

图11A和11B分别为换能器装置和例示性波形的示意图，用来说明本发明传感器的自诊断功能;

图12说明如何按照本发明确定障碍物的两维位置。

聚合压电膜是一种能用来制造柔性的宽频带超声波换能器的材料。探物所需的超声波射束为扁平直射型。只要加长超声波源，所生成的射束便会变得较直。图1示出了本发明的这类换能器。如图1所示，聚合压电膜10为细长形，并被支撑成一系列弧形段。所有弧形段的曲率半径和弯曲方向均相同。膜片10被支撑在形状合适的支撑件12上，使得膜片10的每一弧形段与支撑件12之间保持间隔14。当合适频率的变化电场加于压电膜10的厚度之上时，膜片10以该频率振动，发射超声波。间隔14使得膜片10在振动时不致碰上支撑件12。

聚合压电材料，特别是聚偏二氟乙烯（PVDF或PVF₂），即使经拉长和支撑也能形成柔性的膜片。当膜片10处于具有两个夹紧区13的曲线形状时，在膜片厚度上施加交流电压，夹紧点之间的区域就会在与平面垂直的方向上振动（曲率半径增大或减小）。