一種帶加熱功能的超聲波傳感器的製造方法
2023-07-14 02:09:41 2
一種帶加熱功能的超聲波傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明公開一種超聲波傳感器，具體涉及一種帶加熱功能的超聲波傳感器。該超聲波傳感器包括殼體，聲音匹配層，陶瓷電路基底，壓電陶瓷片，聲音衰減體和連接線；所述連接線包括第一連接線、第二連接線、第三連接線以及第四連接線。該超聲波傳感器在內部設置加熱電路，在傳感器處於低溫工作狀態的時候，可以進行加熱處理，有效的保障了傳感器在惡劣條件下的溫度一致性，避免了冰霜霧等在傳感器端面形成的沉積。通過本發明的技術方案，為超聲波測量領域提供了一種新的加熱電路集成方式，滿足了超聲波傳感器使用環境中對溫度的要求。
【專利說明】一種帶加熱功能的超聲波傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超聲波傳感器，特別涉及一種帶加熱功能的超聲波傳感器。
【背景技術】
[0002]超聲波傳感器被廣泛應用在工程測量領域。主要用來測量傳輸距離和速度等參數。但是在工程測量領域，使用環境往往比較惡劣。尤其在低溫環境時，超聲波傳感器會因為低溫而發生精度漂移，另外一旦傳感器被凍住，就會大大影響測量效果。
[0003]這是因為超聲波傳感器的核心元件是一種可將電信號與聲學信號進行轉換的器件(多數是壓電片材料)。這個聲電轉換器所具有的轉換效率以及諧振頻率等特性會伴隨著周圍溫度的變化而表現不同。為了保證超聲波傳感器工作溫度恆定，一般情況下需要增加外置加熱器。這種方式需要增加新的電路，往往成本較高，而且效率並不是非常理想。尤其在超聲波風速儀領域，超聲波風速儀由超聲波傳感器和其他電路組成，該儀器一般被安裝在氣候惡劣的嚴寒地區，冰雪很容易對超聲波傳感器產生覆蓋。一般的外部加熱器很難加熱到探頭，並需要很大的功耗。這給超聲波風速儀的使用帶來很多不便。
[0004]圖1為現有超聲波傳感器的結構示意圖，其中，I表示壓電陶瓷片，2為金屬殼，3為聲音衰減體，4為固定支撐環，5為聲音匹配層，6為第一連接線，7為第二連接線，10為線纜。現有超聲波傳感器，內部無加熱裝置，當被應用在惡劣的自然環境中，聲音匹配層(5)的端面(傳感器發射端面)易產生冰霜等沉積物，從而影響傳感器的使用，而不適於集成在風速儀中進行高精度的風速測量。
[0005]通過在超聲波傳感器內置入加熱器，就能有效保證傳感器的工作溫度，並降低增加加熱器的成本。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，S卩外置加熱器成本高昂且加熱效率不高的問題。提供一種帶加熱功能的超聲波傳感器，其結構簡單緊湊，測量精度高且成本低廉
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[0007]為實現上述目的，本發明提供一種帶加熱功能超聲波傳感器，包括:殼體，聲音匹配層，陶瓷電路基底，壓電陶瓷片，聲音衰減體和連接線。交流信號的激勵可以使壓電陶瓷片產生同頻率的機械振動，從而發射出超聲波。同時陶瓷電路基底上的加熱電路開始工作，並使超聲波傳感器工作在設定溫度下。
[0008]進一步，在所述壓電陶瓷片和聲音匹配層之間有陶瓷電路基底。基底上有連接線，直接連接到電源上。另外壓電陶瓷片的另外一極也製作在陶瓷電路基底上。
[0009]進一步，在所述陶瓷電路基底上有連接電極和加熱電路。通過絲網印刷工藝製成，加熱單元厚度為20-40 μ m，其上方印刷為高溫陶瓷基絕緣層，厚度為15-25um。
[0010]進一步,所述電極採用金屬銅製成,連接電極的厚度為30-65 μ m。
[0011]進一步，所述聲音衰減體通過將聚氨基甲酸酯與鎢粉以體積比為3:1的比例混合製成或通過將聚氨基甲酸酯與氧化鋁以體積比為1:1的比例混合製成。
[0012]進一步，所述聲音匹配層通過環氧樹脂(LY5138)與中空丙烯腈小球(EXPANCEL公司)以體積比1:1混合製成。
[0013]有益效果:本發明採用陶瓷電路式加熱單元，並放置在壓電陶瓷片與聲音匹配層間，有效的提高了熱量向傳感器端面的輻射。由於加熱電源採用陶瓷基底，具有與壓電陶瓷片相近的聲阻特性，有利于振動的傳播，從而增加了測量的精度；另外傳感器結構簡單緊湊，測量精度高，安全可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為現有超聲波傳感器的結構示意圖。
[0015]圖2為本發明的結構示意圖。
[0016]圖3為本發明陶瓷電路基底的平面示意圖。
[0017]圖中1-壓電陶瓷片；2_金屬殼；3_聲音衰減體；4_固定支撐環；5_聲音匹配層；6-第一連接線；7_第二連接線；8_第三連接線；9_第四連接線；10_線纜；11_陶瓷電路基底，11-1-介質板；11-2_加熱電路；11-3_連接電極；
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
[0019]如圖2所示:殼體2呈圓筒狀結構，殼體2內的兩端相連通。殼體2內設有聲音匹配層5，聲音匹配層5上設有陶瓷電路基底11，陶瓷電路基底11上印製連接電極以及加熱電路，所述陶瓷電路基底上方設有壓電陶瓷片1，壓電陶瓷片I與陶瓷電路基底11電連接並對應配合，壓電陶瓷片I與聲音匹配層5對應配合後能夠得到超聲波傳感器的工作頻率。6和7是超聲波傳感器的兩個電極，8和9為加熱電路兩個埠，並給電路提供電源。所有線路最終通過線纜10進行外部連接。
[0020]為了將聲音匹配層5、陶瓷電路基底11與壓電陶瓷片I安裝於殼體2內，所述殼體2內灌注有聲音衰減體3。殼體2可以由金屬或塑料製成，聲音匹配層5及壓電陶瓷片I的軸線與殼體2的軸線位於同一直線上，且聲音匹配層5的端部與殼體2的端部處於同一水平面上。支撐定位環4套在殼體2上，並與殼體2相對應配合。起定位作用。
[0021]如圖3所示:所述陶瓷電路基底11包括介質板11-1，呈圓盤狀，連接電極11-3呈開口圓環狀，連接電極11-3與壓電陶瓷片I相連。所述介質板11-1上設有加熱電路11-2，加熱電路為起到更好的加熱效果，特別做成彎曲狀，並與連接線8，9分別相連。應用過程中，加熱電路11-2根據電源供給情況，進行工作或停止。
[0022]壓電陶瓷片I與連接電極11-3的表面通過化學粘膠粘接在一起。聲音匹配層5與介質板11的另一面也通過化學粘膠粘接在一起。聲音衰減體3被填充在殼體2內，用來對壓電陶瓷片I產生的向後以及向側面發出的超聲波進行吸收抑制。從而減小該震動對發射端的超聲波造成的影響。
[0023]當傳感器正常工作在低溫環境時，只要通過連接線8和9給加熱電路提供電源，則該電路就開始加熱。使超聲波傳感器溫度正常。具體控制方式由外在控制系統進行控制。這部分並不屬於該
【發明內容】
。
【權利要求】
1.一種帶加熱的超聲波傳感器，包括殼體，聲音匹配層，壓電陶瓷片，聲音衰減體和連接線；其特徵在於，還包含陶瓷電路基底。通過該陶瓷電路基底集成加熱電路，實現超聲波傳感器的加熱功能。
2.根據權利要求1所述的帶加熱的超聲波傳感器，其特徵是:所述陶瓷電路基底包括介質板及位於介質板上的連接電極和加熱電路。整體電路採用陶瓷厚膜電路的方式製作而成。
3.根據權利要求1所述的帶加熱的超聲波傳感器，其特徵是:所述陶瓷電路基底通過粘膠和聲音匹配層以及壓電陶瓷片粘接。
4.根據權利要求1所述的帶加熱的超聲波傳感器，其特徵是:所述陶瓷電路基底上的電路部分，所其連接電極(11-3)位於介質板(11-1)中心，並呈開口圓環狀。
5.根據權利要求1所述的帶加熱的超聲波傳感器，其特徵是:所述加熱電路(11-2)位於介質板(11-1)連接電極(11-3)的外側，並呈彎曲狀。
【文檔編號】G01D5/48GK103471633SQ201310455965
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】曹二林, 曹大林, 郝曉冉, 魯德來 申請人:江蘇德易普傳感科技有限公司