超聲傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于發(fā)射和/或接收超聲信號(hào)的超聲傳感器，所述超聲傳感器包括膜片罐(3)和殼體(7)，所述膜片罐具有聲波轉(zhuǎn)換器(11)，其中所述膜片罐(3)與所述殼體(7)可松脫地連接并且在膜片罐(3)與殼體(7)之間容納有脫耦合環(huán)(13)并且所述膜片罐(3)以填充材料(15)填充。所述脫耦合環(huán)(13)具有唇部(27)，所述唇部如此構(gòu)型，使得在唇部(27)和殼體內(nèi)壁之間構(gòu)造有縫隙(31)并且所述填充材料(15)容納在由膜片罐(3)和所述脫耦合環(huán)(13)上的唇部(27)包圍的空間(33)中。此外，本發(fā)明涉及所述超聲傳感器的應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】超聲傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明從根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的超聲傳感器出發(fā)。此外，本發(fā)明也涉及超聲傳感器的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲傳感器的使用領(lǐng)域例如是機(jī)動(dòng)車中的駕駛輔助系統(tǒng)。在所述駕駛輔助系統(tǒng)中，借助超聲傳感器確定與圍繞機(jī)動(dòng)車的物體的間距。為此，由超聲傳感器發(fā)射聲脈沖，所述聲脈沖由機(jī)動(dòng)車的周圍環(huán)境中的物體反射。接收如此反射的回波并且由聲的傳播時(shí)間確定與物體的距離。
[0003]例如在機(jī)動(dòng)車中用于物體距離測(cè)量的超聲傳感器通常具有膜片(例如以膜片罐的形式)，借助聲轉(zhuǎn)換器可以使所述膜片振動(dòng)。作為聲轉(zhuǎn)換器通常使用壓電元件。膜片罐與殼體連接，借助所述殼體將如此裝配的超聲傳感器例如裝配在機(jī)動(dòng)車的保險(xiǎn)杠中。為了能夠發(fā)射定義的聲脈沖，脫耦合環(huán)通常位于構(gòu)型為膜片罐的膜片和殼體之間，通過(guò)所述脫耦合環(huán)使振動(dòng)衰減。由此，減少或避免振動(dòng)傳輸?shù)綒んw上和(因此)以下機(jī)動(dòng)車部件上:超聲傳感器裝配在所述機(jī)動(dòng)車部件中。
[0004]這種超聲傳感器可以用作發(fā)射器、接收器或組合的發(fā)射器與接收器。當(dāng)超聲傳感器用作發(fā)射器與接收器時(shí)，發(fā)射短的聲脈沖，等待膜片的停振并且然后接收信號(hào)。在接收時(shí)，通過(guò)出現(xiàn)的聲波使膜片重新振動(dòng)，由此在聲轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生可以檢測(cè)的電壓。
[0005]例如在DE 10 2006 028 213 Al或DE 10 2006 050 037 Al中描述了超聲傳感器的當(dāng)今通常的構(gòu)型，所述超聲傳感器具有膜片罐、脫耦合環(huán)和殼體，所述膜片罐具有聲轉(zhuǎn)換器。
[0006]為了尤其在用作發(fā)射器與接收器的超聲傳感器中得到膜片的快速停振，通常以起衰減作用的填充材料來(lái)填充膜片罐。在此，填充材料通常是在施加到膜片罐中之后才發(fā)泡的泡沫。在此，由于制造精確度方面的差別并且由于發(fā)泡時(shí)的摻雜差別可能出現(xiàn)填充材料溢出超過(guò)膜片罐的高度并且也接觸殼體。由此，存在固體聲從膜片通過(guò)填充材料傳輸?shù)綒んw上的可能性。然而不期望通過(guò)填充材料到殼體上的所述振動(dòng)傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了避免由現(xiàn)有技術(shù)已知的不利，根據(jù)本發(fā)明提出一種用于發(fā)射和/或接收超聲信號(hào)的超聲傳感器，所述超聲傳感器包括具有聲轉(zhuǎn)換器的膜片罐和殼體，其中所述膜片罐與殼體可松脫地連接并且在膜片罐和殼體之間容納有脫耦合環(huán)并且膜片罐以填充材料填充。根據(jù)本發(fā)明，脫耦合環(huán)具有唇部，所述唇部如此構(gòu)型，使得在唇部和殼體內(nèi)壁之間構(gòu)造有縫隙并且填充材料容納在由膜片罐和脫耦合環(huán)上的唇部包圍的空間中。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0009]通過(guò)具有唇部的脫耦合環(huán)的構(gòu)型(所述唇部如此構(gòu)型，使得在殼體內(nèi)壁和唇部之間構(gòu)造有縫隙)避免在由于制造公差引起的不同幾何尺寸時(shí)用于填充膜片罐的填充材料也與殼體接觸。填充材料保留在由膜片罐和唇部包圍的空間中。這具有以下優(yōu)點(diǎn):由于避免從膜片到殼體的不期望的振動(dòng)傳輸可以增大傳感器的聲壓并且可以縮短暫態(tài)振蕩時(shí)間。增大的聲壓允許更大的距離的測(cè)量而縮短的暫態(tài)振蕩時(shí)間相反則允許更短的距離的測(cè)量，因?yàn)榭梢愿〉剡x擇發(fā)射信號(hào)的結(jié)束至接收信號(hào)之間的間距。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)更有規(guī)律的停振時(shí)間，由此可以調(diào)節(jié)傳感器的發(fā)射運(yùn)行和接收運(yùn)行之間的定義的等待時(shí)間。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的解決方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，僅僅改變脫耦合環(huán)的幾何形狀并且由此可以保留用于超聲傳感器的當(dāng)前的制造工藝。
[0011]因?yàn)閼?yīng)通過(guò)脫耦合環(huán)抑制從膜片罐到殼體的振動(dòng)傳輸，所以脫耦合環(huán)由衰減材料制成。橡膠彈性材料例如適合作為制造脫耦合環(huán)的材料。適合的橡膠彈性材料例如是天然的或合成的橡膠或者熱塑彈性體。優(yōu)選地，從天然橡膠、苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)、聚丁二烯、聚異戊二烯、氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、聚異丁烯、丁基橡膠、乙烯乙酸乙烯酯橡膠、乙烯丙烯共聚物(EPM/ETOM)、硅樹脂、硅樹脂凝膠和硅樹脂泡沫(例如Fermasil? )中
選擇用于制造脫耦合環(huán)的橡膠彈性材料。作為脫耦合環(huán)的材料特別有利的是乙烯丙烯共聚物、尤其EPM或者EPDM。
[0012]脫耦合環(huán)通常具有與膜片罐的圓周相同的形狀。因此，脫耦合環(huán)通常是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，即圓形構(gòu)型。但除圓形構(gòu)型以外，也可考慮每一種任意的其他構(gòu)型，例如構(gòu)型為例如具有三個(gè)、四個(gè)或六個(gè)角的多邊形或者也可考慮橢圓形狀的構(gòu)型。對(duì)于脫耦合環(huán)而言，每一種任意的其他形狀也是可能的。然而，脫耦合環(huán)優(yōu)選是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地圓形的。因?yàn)槊擇詈檄h(huán)完全包圍膜片罐，所以唇部在相對(duì)脫耦合環(huán)的對(duì)稱軸的軸向方向上延伸。然而，根據(jù)膜片罐和殼體的構(gòu)型也能夠?qū)崿F(xiàn)唇部相對(duì)對(duì)稱軸例如具有一個(gè)角。在此，由唇部在側(cè)面限界的空間例如可以縮窄或擴(kuò)寬。唯一重要的是，唇部不觸及殼體。優(yōu)選的是，唇部在與膜片罐的側(cè)壁相同的方向上定向。
[0013]在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，脫耦合環(huán)具有接觸區(qū)域，在所述接觸區(qū)域中脫耦合環(huán)以一側(cè)靠觸在膜片罐上并且以相對(duì)置的一側(cè)靠觸在殼體上，其中脫耦合環(huán)在接觸區(qū)域中具有至少一個(gè)肋部。在此，所述肋部?jī)?yōu)選環(huán)繞地構(gòu)型。
[0014]通過(guò)接觸區(qū)域中的優(yōu)選環(huán)繞構(gòu)型的肋部能夠?qū)崿F(xiàn)在所述區(qū)域中減小脫耦合環(huán)的剛性。通過(guò)更小的剛性,更少的固體聲從膜片罐傳輸?shù)綒んw。通過(guò)增加肋部的數(shù)量增加空氣空腔的數(shù)量并且進(jìn)一步減小脫耦合環(huán)的剛性，從而這引起固體聲從膜片罐到殼體上的進(jìn)一步減少的傳輸。
[0015]優(yōu)選如此選擇唇部的高度，使得用于填充膜片罐的填充材料不超過(guò)唇部侵入脫耦合環(huán)和殼體內(nèi)壁之間的縫隙中。在此，如此選擇唇部的高度，使得即使在通過(guò)膜片罐和唇部形成的空間的尺寸由于制造公差而不同并且填充材料量由于制造公差而不同的情況下分別確保沒(méi)有填充材料超過(guò)唇部侵入脫耦合環(huán)與殼體內(nèi)壁之間的縫隙中。因此優(yōu)選如此選擇唇部的高度，使得在通過(guò)膜片罐和唇部形成的空間的高度最小并且填充量最大時(shí)仍使全部填充材料在發(fā)泡之后保留在通過(guò)膜片罐和唇部形成的空間中并且不超過(guò)唇部侵入唇部和殼體內(nèi)壁之間的縫隙中。
[0016]用于產(chǎn)生聲信號(hào)或者用于在超聲傳感器的接收模式中接收在傳感器上出現(xiàn)的聲信號(hào)的聲轉(zhuǎn)換器優(yōu)選是壓電轉(zhuǎn)換器。但除壓電轉(zhuǎn)換器以外也可以使用每一種任意的其他的、本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的聲轉(zhuǎn)換器。然而，壓電轉(zhuǎn)換器的使用是優(yōu)選的，因?yàn)槠湓试S定義的脈沖的發(fā)射。[0017]用于超聲傳感器中的衰減的填充材料優(yōu)選是閉孔的聚合物泡沫。在此，每一種任意的、本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的聚合物泡沫是適合的。特別優(yōu)選的是，聚合物泡沫是基于硅樹脂的泡沫。例如可從公司Sonderhoff Chemicals GmbH的商品名稱Fermasil?得到這種基于硅樹脂的閉孔的聚合物泡沫。然而，除基于硅樹脂的閉孔的泡沫以外，例如基于聚氨酯的閉孔的泡沫也適合。
[0018]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的超聲傳感器例如適合作為駕駛輔助系統(tǒng)中的間距傳感器，其中在所述情形中超聲傳感器施加在車輛上并且用于測(cè)量與圍繞車輛的物體的間距。除用于駕駛輔助系統(tǒng)以外，根據(jù)本發(fā)明的超聲傳感器例如也用于無(wú)駕駛員的運(yùn)輸系統(tǒng)。
[0019]特別優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的超聲傳感器作為間距傳感器用于機(jī)動(dòng)車中或無(wú)駕駛員的運(yùn)輸系統(tǒng)中的駕駛輔助系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出并且在隨后的描述中進(jìn)一步闡述。
[0021]唯一的附圖示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的超聲傳感器的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在唯一的附圖中示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的超聲傳感器。
[0023]超聲傳感器I包括膜片罐3，所述膜片罐借助鎖緊螺母5固定在殼體7上。
[0024]在膜片罐3的底部9上，在內(nèi)側(cè)上安裝有聲轉(zhuǎn)換器11。借助聲轉(zhuǎn)換器11產(chǎn)生超聲脈沖，所述超聲脈沖使膜片罐3的底部9振動(dòng)。振動(dòng)向外傳遞，由此由超聲傳感器I發(fā)射聲脈沖。在存在物體的情況下，由所述物體反射所發(fā)射的聲脈沖，并且由膜片罐3的底部9接收回波。由此，使膜片罐3的底部9振動(dòng)，所述振動(dòng)傳輸?shù)铰曓D(zhuǎn)換器11上。因此，由聲轉(zhuǎn)換器11檢測(cè)振動(dòng)并且將其轉(zhuǎn)換成信號(hào)。通過(guò)這種方式，可以通過(guò)信號(hào)的發(fā)射至所反射的回波的接收的聲傳播時(shí)間來(lái)確定與物體的距離。作為聲轉(zhuǎn)換器11通常使用壓電元件。
[0025]為了尤其在超聲傳感器I用作發(fā)射器與接收器時(shí)也能夠測(cè)量與物體的近的間距，必須在發(fā)射聲脈沖之后使振動(dòng)快速衰減。為此，優(yōu)選以起衰減作用的填充材料15來(lái)填充膜片罐3。在此，填充材料15優(yōu)選是閉孔的聚合物泡沫、優(yōu)選基于硅樹脂的閉孔的聚合物泡沫。
[0026]為了減少或盡可能排除從膜片罐3到殼體7上的聲傳輸，在膜片罐3和殼體7之間容納有脫耦合環(huán)13。為了也排除從膜片罐3經(jīng)由鎖緊螺母5到殼體7上的聲傳輸，鎖緊螺母5同樣位于脫耦合環(huán)13上而不直接位于膜片罐3上。
[0027]為了裝配，膜片罐具有凸緣17，所述凸緣由脫耦合環(huán)13包圍。在此，脫耦合環(huán)13位于凸緣17上。借助鎖緊螺母5將脫耦合環(huán)13壓到凸緣17上，并且因此使膜片罐3與殼體7連接。
[0028]為了能夠?qū)崿F(xiàn)脫耦合環(huán)并且使振動(dòng)從膜片罐3到殼體7上的傳輸最小化，脫耦合環(huán)13由衰減材料制成。如以上已經(jīng)描述的那樣，彈性體尤其適合作為衰減材料。為了進(jìn)一步使固體聲從膜片罐3到殼體7的傳輸最小化，優(yōu)選以小的剛性構(gòu)成脫耦合環(huán)。為此，脫耦合環(huán)13具有接觸區(qū)域19。在接觸區(qū)域19中，脫耦合環(huán)13以第一側(cè)21靠觸在膜片罐3上。脫率禹合環(huán)13以與第一側(cè)21相對(duì)置的一側(cè)23靠觸在殼體7上。[0029]通過(guò)接觸區(qū)域19具有至少一個(gè)肋部25實(shí)現(xiàn)剛性的降低。通過(guò)肋部能夠?qū)崿F(xiàn):減小脫耦合環(huán)13的壁厚并且由此降低剛性。在此，所述肋部是靠觸在膜片罐3或者殼體7上的區(qū)域。為此，肋部25優(yōu)選環(huán)繞地構(gòu)造在脫耦合環(huán)13的接觸區(qū)域中。例如替代地，除直線延伸以外，所述肋部也能夠鋸齒狀或者波浪狀地延伸。由脫耦合環(huán)的壁厚和膜片罐3上的凸緣17的寬度的所期望的減小得到肋的數(shù)量。具有靠觸在膜片罐3上和殼體7上的肋部25的脫耦合環(huán)13的減小的壁厚導(dǎo)致在膜片3和脫耦合環(huán)13之間或者在脫耦合環(huán)13和殼體?之間構(gòu)成多個(gè)空氣空腔28。
[0030]通過(guò)由于脫耦合環(huán)的剛性的降低引起的固體聲傳輸?shù)臏p小能夠?qū)崿F(xiàn)最小化或排除通過(guò)至殼體的傳輸?shù)玫降牟黄谕拇我盘?hào)。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，脫耦合環(huán)13還具有唇部27。在此，唇部27優(yōu)選環(huán)繞地構(gòu)造在脫耦合環(huán)13上。如在圖1中示出的那樣，在一種實(shí)施方式中，所述唇部在平行于對(duì)稱軸29的軸向上定向。所述唇部在此如此構(gòu)型，使得在唇部27和殼體7之間構(gòu)成縫隙31。除唇部27的軸平行的定向以外(如其在示圖中示出的那樣)也能夠?qū)崿F(xiàn):唇部27具有相對(duì)于對(duì)稱軸29的傾斜，其中在此所述唇部不僅可以如此傾斜，使得由膜片罐3和唇部27包圍的空間33在唇部27的區(qū)域中擴(kuò)寬或者替代地也在唇部27的區(qū)域中縮窄。在擴(kuò)寬時(shí)唇部隨著與膜片罐3的距離增加向外遠(yuǎn)離對(duì)稱軸29，而在空間直徑縮窄時(shí)唇部27隨著與膜片罐3的距離增加指向?qū)ΨQ軸29的方向。
[0032]因?yàn)樵谘b配超聲傳感器時(shí)通常在拼裝膜片罐9和殼體7之后才置入聲轉(zhuǎn)換器I并且通常通過(guò)粘接將聲轉(zhuǎn)換器I與膜片罐9連接，所以必須使空間33的直徑保持得如此大，使得在裝配超聲傳感器I的其余部件之后仍能夠?qū)崿F(xiàn)聲轉(zhuǎn)換器的裝配。在置入聲轉(zhuǎn)換器11并且安裝之后，以填充材料15填充空間33。為此，填充材料15優(yōu)選以液體形式施加到空間33中，其中液體在施加到空間33中之后硬化并且在此發(fā)泡。填充材料通常是在發(fā)泡之后形成閉孔的泡沫的 材料，優(yōu)選基于硅樹脂。在此，填充材料15用于衰減，以便實(shí)現(xiàn)在發(fā)射聲脈沖之后的快速停振。為了避免振動(dòng)通過(guò)填充材料15傳輸?shù)綒んw7上，根據(jù)本發(fā)明在脫耦合環(huán)13上構(gòu)造有唇部27。這防止填充材料15與殼體7接觸。在此，如此選擇唇部27的高度，使得填充材料15在發(fā)泡之后不超過(guò)唇部27流入縫隙31中。通過(guò)唇部27可以均衡例如由于制造公差得到的制造差別。因此例如能夠?qū)崿F(xiàn):膜片罐3的側(cè)壁35的高度接受由于制造公差引起的偏差。形成填充材料15的發(fā)泡液體的填充量也可以在制造公差內(nèi)變化。這分別導(dǎo)致借助填充材料15的不同高度的填充。在此，如此選擇唇部27的高度，使得在膜片罐13的側(cè)壁35的最小高度和填充材料在發(fā)泡之后的最大量時(shí)填充材料15不超過(guò)唇部27到達(dá)縫隙31中。由此，一方面在信號(hào)結(jié)束之后實(shí)現(xiàn)聲轉(zhuǎn)換器11的最優(yōu)衰減，而另一方面避免固體聲從聲轉(zhuǎn)換器11經(jīng)由填充材料15傳輸?shù)綒んw7上。
[0033]為了提高唇部27的穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)例如波浪狀或者鋸齒狀地構(gòu)型所述唇部或者使所述唇部設(shè)有增強(qiáng)肋。
【權(quán)利要求】
1.一種用于發(fā)射和/或接收超聲信號(hào)的超聲傳感器，所述超聲傳感器包括膜片罐(3)和殼體(7)，所述膜片罐具有聲波轉(zhuǎn)換器(11)，其中，所述膜片罐(3)與所述殼體(7)可松脫地連接并且在膜片罐(3)與殼體(7)之間容納有脫耦合環(huán)(13)并且所述膜片罐(3)以填充材料(15)填充，其特征在于，所述脫耦合環(huán)(13)具有唇部(27)，所述唇部如此構(gòu)型，使得在唇部(27)和殼體內(nèi)壁之間構(gòu)造有縫隙(31)并且所述填充材料(15)容納在由膜片罐(3)和所述脫耦合環(huán)(13)上的唇部(27)包圍的空間(33)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲傳感器，其特征在于，所述脫耦合環(huán)(13)由橡膠彈性材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲傳感器，其特征在于，所述橡膠彈性材料是天然橡膠或合成橡膠或者熱塑彈性體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的超聲傳感器，其特征在于，所述橡膠彈性材料從天然橡膠、苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)、聚丁二烯、聚異戊二烯、氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、聚異丁烯、丁基橡膠、乙烯乙酸乙烯酯橡膠和乙烯丙烯共聚物(EPM/EPDM)中選出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的超聲傳感器，其特征在于，所述脫耦合環(huán)(13)是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的并且所述唇部(27)在軸向上延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的超聲傳感器，其特征在于，所述唇部(27)的高度如此選擇，使得所述填充材料(15)不超過(guò)所述唇部(27)侵入脫耦合環(huán)(13)和殼體內(nèi)壁之間的縫隙(31)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的超聲傳感器，其特征在于，所述脫耦合環(huán)(13)具有接觸區(qū)域(19)，在所述接觸區(qū)域中所述脫耦合環(huán)(13)以第一側(cè)(21)靠觸在所述膜片罐(3)上并且以與所述第一側(cè)(21)相對(duì)置的一側(cè)(23)靠觸在所述殼體(7)上，其中，所述脫耦合環(huán)(13)在所述接觸區(qū)域(19)中具有至少一個(gè)優(yōu)選環(huán)繞的肋部(25)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的超聲傳感器，其特征在于，所述聲轉(zhuǎn)換器(11)是壓電轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的超聲傳感器，其特征在于，所述填充材料(15)是閉孔的聚合物泡沫。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的超聲傳感器，其特征在于，所述聚合物泡沫是基于娃樹脂的泡沫。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的超聲傳感器作為機(jī)動(dòng)車的駕駛輔助系統(tǒng)中的間距傳感器或者作為無(wú)駕駛員的車輛中的間距傳感器的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】G10K9/122GK104040619SQ201280067004
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月17日
【發(fā)明者】D·巴爾特伊拉, B·巴亞爾塞漢 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司