用於氣流檢測的pvdf超聲傳感器的製造方法
2023-04-26 23:40:51
用於氣流檢測的pvdf超聲傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明公開一種用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，包括底座、蓋板、PVDF薄膜、上電極、下電極、第一橡膠圈、第二橡膠圈及彈性墊塊，所述底座的上表面上開設有凹槽，所述蓋板的下表面上突設有凸塊，所述第一橡膠圈設置於底座的凹槽內，所述第二橡膠圈套設於蓋板的凸塊上，所述PVDF薄膜設置於蓋板與底座之間且與第一橡膠圈及第二橡膠圈相接觸，所述PVDF薄膜的外側還通過彈性墊塊與蓋板的下表面相接觸以及直接與底座的上表面相接觸，所述PVDF薄膜與彈性墊塊之間設置有上電極，所述PVDF薄膜與底座的上表面之間設置有下電極。上述用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器可實現高指向性發射和接收。
【專利說明】用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種傳感器，尤其涉及一種用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器。
【背景技術】
[0002]PVDF超聲傳感器是一種利用PVDF壓電薄膜在交變電流驅動下的振動進行聲輻射的器件，其常見結構由PVDF壓電薄膜及施加邊界條件和支撐的外部結構組成。PVDF超聲傳感器的基本工作原理為:當交變電信號施加到PVDF壓電薄膜上時，薄膜由於逆壓電效應發生形變，並產生振動位移，從而向周圍的介質中輻射聲能量。
[0003]超聲波氣流信息檢測是近年來流量檢測領域新的研究熱點，具有非接觸和測量精度高等特點。超聲氣流檢測可用於防化反恐方艙、各種密封艙體、載人工程、嫦娥工程、大飛機項目等各種需要對氣體流量精確檢測和控制的場合。超聲波測流技術還可用於風速風向儀，具有精度高、體積小、測量範圍廣、無運動部件的特點。
[0004]超聲傳感器是超聲波氣流信息敏感技術的核心部件，是實現能量轉換的關鍵器件。常用的壓電傳感器多採用壓電陶瓷作為敏感元件，由於壓電陶瓷聲阻抗遠高於空氣的聲阻抗，限制了其作為氣體超聲傳感器的應用。作為一種新型壓電高分子聚合物，具有質量輕、密度小、柔韌性好、聲阻抗低、靈敏度高等特點，易與空氣介質阻抗匹配，可用作氣體超聲傳感器的敏感元件。目前，PVDF壓電薄膜已被用於壓力傳感器、加速度傳感器、水聽器等。作為超聲傳感器的敏感元件，美國精量電子利用PVDF製作了柱形全指向性揚聲器，而用於氣流檢測的超聲傳感器需要進行窄波束、高指向性發射，因此，急需一種能夠實現高指向性發射和接收的PVDF超聲傳感器。
【發明內容】
[0005]本發明實施例所要解決的技術問題在於，提供一種能夠實現高指向性發射和接收的PVDF超聲傳感器。
[0006]本發明所提供的一種用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器包括底座、蓋板、PVDF薄膜、上電極、下電極、第一橡膠圈、第二橡膠圈及彈性墊塊，所述底座的上表面上開設有凹槽，所述蓋板的下表面上突設有凸塊，所述第一橡膠圈設置於底座的凹槽內，所述第二橡膠圈套設於蓋板的凸塊上，所述PVDF薄膜設置於蓋板與底座之間且與第一橡膠圈及第二橡膠圈相接觸，所述PVDF薄膜的外側還通過彈性墊塊與蓋板的下表面相接觸以及直接與底座的上表面相接觸，所述PVDF薄膜與彈性墊塊之間設置有上電極，所述PVDF薄膜與底座的上表面之間設置有下電極。
[0007]其中，所述底座呈圓柱狀，且其內部的凹槽為階梯狀。
[0008]其中，所述底座呈圓柱狀，自所述底座的表面沿著圓柱的高度方向向下開設有第一凹槽，自所述第一凹槽的底部繼續沿著圓柱的高度方向向下開設有第二凹槽，所述第一凹槽的直徑大於第二凹槽的直徑。
[0009]其中，所述第一橡膠圈的外徑與第一凹槽的內徑相等，且所述第一橡膠圈的高度與第一凹槽的深度相同。
[0010]其中，所述蓋板呈圓柱狀，所述凸塊突設於蓋板的下表面的中間位置。
[0011]其中，所述凸塊中開設有一貫通整個蓋板的通孔，所述用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器還包括保護膜，所述保護膜設置於蓋板的上表面，用於密封所述凸塊中的通孔。
[0012]其中，所述PVDF薄膜、上電極以及彈性墊塊之間採用粘接劑進行粘結。
[0013]其中，所述PVDF薄膜、下電極以及底座之間採用粘接劑進行粘結。
[0014]其中，所述蓋板及底座上各對應設置有若干螺孔，所述蓋板及底座通過若干螺栓及螺帽進行固定連接。
[0015]上述用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器通過彈性墊塊及橡膠墊圈對PVDF薄膜施加壓力，可以實現高指向性發射和接收的功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖；
[0017]圖1是本發明用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器的較佳實施方式的剖視圖。
[0018]圖2是本發明用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器的較佳實施方式的俯視圖。
[0019]圖3是圖1中A部分的局部放大圖。
具體實施例
[0020]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0021]應當理解的是，雖然此處可以使用「第一」、「第二」等術語來描述各種元件，但是這些元件不應當由這些術語所限制。這些術語僅用來區分一個元件和另一個元件。因此，下文所討論的「第一」元件也可以被稱為「第二」元件而不偏離本發明的教導。應當理解的是，當提及一元件「連接」或者「聯接」到另一元件時，其可以直接地連接或直接地聯接到另一元件或者也可以存在中間元件。相反地，當提及一元件「直接地連接」或「直接地聯接」到另一元件時，則不存在中間元件。
[0022]在此使用的術語僅僅用於描述具體的實施方式的目的而無意作為對本發明的限定。如此處所使用的，除非上下文另外清楚地指出，則單數形式意圖也包括複數形式。
[0023]應當進一步理解的是，當在本說明書中使用術語「包括」和/或「包括有」時，這些術語指明了所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一個以上其他特徵、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在和/或附加。
[0024]請參見圖1，本發明用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器的較佳實施方式包括底座3、蓋板2、PVDF薄膜7、上電極10、下電極11、第一橡膠圈9、第二橡膠圈6及彈性墊塊8。本實施方式中，所述底座3呈圓柱狀，且其內部開設有階梯狀凹槽，即自所述底座3的表面沿著圓柱的高度方向向下開設有第一凹槽，所述第一凹槽的深度和直徑分別記為hi和rl，自所述第一凹槽的底部繼續沿著圓柱的高度方向向下開設有第二凹槽，所述第二凹槽的深度和直徑分別記為h2和r2，其中rl大於r2。所述蓋板2也呈圓柱狀，其下表面的中間位置沿與上表面相反的方向延伸出一凸塊，所述凸塊中開設有一貫通整個蓋板2的通孔。所述底座3及蓋板2上還對應開設有若干螺絲孔，本實施方式中，所述螺絲孔的數量為四個。
[0025]所述第一橡膠圈9及第二橡膠圈6均呈圓環狀，且所述第一橡膠圈9的內徑及外徑均對應大於第二橡膠圈6的內徑及外徑。更進一步的，本實施方式中，所述第二橡膠圈6的內徑與蓋板2上凸塊的外徑相當，所述第一橡膠圈9的外徑與底座3上第一凹槽的直徑rl相當。另外，所述第一橡膠圈9的高度與底座3上第一凹槽的深度hi相當，所述第二橡膠圈6的高度與蓋板2上凸塊的高度相當。所述PVDF薄膜7亦呈圓形。所述彈性墊塊8亦呈圓環狀。
[0026]組裝時，先將第一橡膠圈9置於底座3的第一凹槽內，且所述第一橡膠圈9的外圓周正好與第一凹槽的側壁相接觸，之後將PVDF薄膜7放置於底座3的上表面之上，使得所述PVDF薄膜7的邊緣處與底座3上靠近第一凹槽的位置相接觸、所述PVDF薄膜7上靠近邊緣處的位置則與第一橡膠圈9相牴觸。其中，所述PVDF薄膜7的邊緣處與底座3的接觸處之間還設置有下電極11。之後，將第二橡膠圈6套設於蓋板2的凸塊上，並將彈性墊塊8放置於PVDF薄膜7上，且所述彈性墊塊8與PVDF薄膜7的接觸處還設置有上電極10。本實施方式中，所述PVDF薄膜7、上電極10以及彈性墊塊8之間採用粘接劑進行粘結。之後，將蓋板2置於底座3之上，且使得彈性墊塊8與蓋板2相接觸以及使得第二橡膠墊6與PVDF薄膜7相接觸，之後使用螺栓I以及螺帽4將蓋板2與底座3鎖合。最後使用保護膜5將蓋板2上的通孔進行密封。
[0027]本實施方式中，所述底座3主要起支撐和保護作用，具體而言，所述底座3對PVDF薄膜7起支撐作用、對第一橡膠圈9起支撐和定位作用。當蓋板2與底座結合之後，所述底座3還對傳感器內部結構起保護作用。所述蓋板2主要起支撐、保護和施加壓力的作用，具體而言，所述蓋板2對第二橡膠圈6起支撐和定位的作用，並通過彈性墊塊8對PVDF薄膜7的邊緣施加壓力，對PVDF薄膜7起固定作用，同時還對保護膜5起到支撐作用。所述保護膜5則主要用於在相對惡劣的工作環境下對傳感器內部結構起到保護作用。所述第一橡膠圈9及第二橡膠圈6主要利用彈性形變對PVDF薄膜7施加張力。所述PVDF薄膜7是超聲傳感器結構中實現電聲能量轉化的核心功能元件。所述彈性墊塊8主要起固定PVDF薄膜7的作用，需要具有較大的絕緣電阻，以防止PVDF薄膜7的兩極在高電壓下短路。所述上電極10和下電極11為導電金屬薄片，主要對PVDF薄膜7施加電激勵信號。所述螺栓I主要起緊固作用，通過旋緊螺栓I使第一橡膠圈9和第二橡膠圈6之間產生相對位移和形變，從而對PVDF薄膜7施加張力。螺帽4與螺栓I結合主要起緊固和施加壓力的作用。
[0028]以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
【權利要求】
1.一種用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器包括底座、蓋板、PVDF薄膜、上電極、下電極、第一橡膠圈、第二橡膠圈及彈性墊塊，所述底座的上表面上開設有凹槽，所述蓋板的下表面上突設有凸塊，所述第一橡膠圈設置於底座的凹槽內，所述第二橡膠圈套設於蓋板的凸塊上，所述PVDF薄膜設置於蓋板與底座之間且與第一橡膠圈及第二橡膠圈相接觸，所述PVDF薄膜的外側還通過彈性墊塊與蓋板的下表面相接觸以及直接與底座的上表面相接觸，所述PVDF薄膜與彈性墊塊之間設置有上電極，所述PVDF薄膜與底座的上表面之間設置有下電極。
2.如權利要求1所述的用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述底座呈圓柱狀，且其內部的凹槽為階梯狀。
3.如權利要求1所述的用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述底座呈圓柱狀，自所述底座的表面沿著圓柱的高度方向向下開設有第一凹槽，自所述第一凹槽的底部繼續沿著圓柱的高度方向向下開設有第二凹槽，所述第一凹槽的直徑大於第二凹槽的直徑。
4.如權利要求3所述的用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述第一橡膠圈的外徑與第一凹槽的內徑相等，且所述第一橡膠圈的高度與第一凹槽的深度相同。
5.如權利要求1所述的用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述蓋板呈圓柱狀，所述凸塊突設於蓋板的下表面的中間位置。
6.如權利要求1所述的用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述凸塊中開設有一貫通整個蓋板的通孔，所述用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器還包括保護膜，所述保護膜設置於蓋板的上表面，用於密封所述凸塊中的通孔。
7.如權利要求1所述的用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述PVDF薄膜、上電極以及彈性墊塊之間採用粘接劑進行粘結。
8.如權利要求1所述的用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述PVDF薄膜、下電極以及底座之間採用粘接劑進行粘結。
9.如權利要求1所述的用於氣流檢測的PVDF超聲傳感器，其特徵在於:所述蓋板及底座上各對應設置有若干螺孔，所述蓋板及底座通過若干螺栓及螺帽進行固定連接。
【文檔編號】G01F1/66GK103575347SQ201310634131
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】王登攀, 王露, 方鑫, 楊靖, 鮮曉軍 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所