新型耐疲勞超聲波傳感器的製作方法
2023-07-29 16:31:21
專利名稱：新型耐疲勞超聲波傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器，特別是一種超聲波傳感器。
背景技術：
超聲波傳感器是利用超聲波的特性研製而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高於聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生都卜勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。目前，壓電式超聲波傳感器在常溫下(25°C)的性能如靈敏度、餘震、一致性較好，符合生產應用上的要求。但在高低溫的衝擊下(_40_85°C)，靈敏度降低、餘震增大較快，性能很快衰退，明顯降低了傳感器的使用壽命，限制了其在世界各個國家各種溫度環境下的使用，降低了安全係數。而壓電式超聲波傳感器性能的退化主要是由於壓電陶瓷片的退極化。瓷片的退極化主要是由於消音材料、陶瓷片、鋁合金的熱膨脹係數、彈性模量不匹配；在高低溫的衝擊下，材料頻繁的熱脹冷縮，從而使陶瓷片經受較大的應力，內部微結構發生改變，進而疲勞受損。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種耐疲勞的超聲波傳感器。
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為解決上述的技術問題，本發明的新型耐疲勞超聲波傳感器包括設置有腔室的外殼，所述外殼的腔室內固定有壓電陶瓷片；所述壓電陶瓷片包括中間陶瓷片以及設置在陶瓷片上下兩側的上電極和下電極，所述上電極與外殼相接觸；所述上電極為硬質顆粒金屬粉與銀漿的混合層；所述下電極與消音棉相接觸，所述腔室內設置有兩個引線端子，其中之一與下電極電連接，另一個與外殼電連接。進一步的，所述硬質大顆粒金屬粉的質量比為5%_8%，所述銀漿的質量比為92%-95%。進一步的，所述混合層中硬質大顆粒金屬粉粒度為15 μ m-20 μ m,銀漿中銀粉的粒度為 2. 5 μ m-3. 5 μ m ；進一步的，所述腔室內消音層外側設置有屏蔽層，所述引線端子從屏蔽層中伸出。進一步的，所述屏蔽層由矽膠製成。本發明還提供了一種製備所述的上電極混合層的方法，包括以下步驟，步驟1:稱取佔總質量比例為92%_95%的銀漿於鋼缽中；
步驟2 :稱取佔總質量比例為5%_8%的硬質金屬粉放置與銀漿中；步驟3 :將鋼缽放置在超聲分散攪拌機中超聲攪拌8min-12min。採用上述結構後，如表I和表2所示，表I為採用常規電極的超聲波傳感器分別在常溫和1000次衝擊後檢測的傳感器性能數據，表2為採用本發明電極的超聲波傳感器分別在常溫和1000次衝擊後檢測的傳感器性能數據。從表中可以得知，採用常規電極的超聲波傳感器在受衝擊前後性能靈敏度降低、餘震增大較快，性能很快衰退，明顯降低了傳感器的使用壽命。本發明的超聲波傳感器使壓電陶瓷片與鋁合金的接觸為點接觸，降低衝擊作用導致的瓷片退極化，提高傳感器的抗衝擊性，提高了超聲波傳感器的實用壽命。
權利要求
1.一種新型耐疲勞超聲波傳感器，包括設置有腔室的外殼，其特徵在於所述外殼的腔室內固定有壓電陶瓷片； 所述壓電陶瓷片包括中間陶瓷片以及設置在陶瓷片上下兩側的上電極和下電極，所述上電極與外殼相接觸；所述上電極為硬質顆粒金屬粉與銀漿的混合層；所述下電極與消音棉相接觸，所述腔室內設置有兩個引線端子，其中之一與下電極電連接，另一個與外殼電連接。
2.按照權利要求1所述的新型耐疲勞超聲波傳感器，其特徵在於所述硬質大顆粒金屬粉的質量比為5%-8%，所述銀漿的質量比為92%-95%。
3.按照權利要求1或2所述的新型耐疲勞超聲波傳感器，其特徵在於所述混合層中硬質大顆粒金屬粉粒度為15 μ m-20 μ m,銀漿中銀粉的粒度為2. 5 μ m-3. 5ym；
4.按照權利要求1所述的新型耐疲勞超聲波傳感器，其特徵在於所述腔室內消音層外側設置有屏蔽層，所述引線端子從屏蔽層中伸出。
5.按照權利要求4所述的新型耐疲勞超聲波傳感器，其特徵在於所述屏蔽層由矽膠製成。
6.一種按照權利要求1所述的上電極混合層的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟， 步驟1:稱取佔總質量比例為92%-95%的銀漿於鋼缽中； 步驟2 :稱取佔總質量比例為5%-8%的硬質金屬粉放置與銀漿中； 步驟3 :將鋼缽放置在超聲分散攪拌機中超聲攪拌8min-12min。
全文摘要
本發明涉及一種傳感器，特別是一種超聲波傳感器，包括設置有腔室的外殼，所述外殼的腔室內固定有壓電陶瓷片；所述壓電陶瓷片包括中間陶瓷片以及設置在陶瓷片上下兩側的上電極和下電極，所述上電極與外殼相固定；所述上電極為硬質顆粒金屬粉與銀漿的混合層；所述下電極與消音棉相接觸，所述腔室內設置有兩個引線端子，其中之一與下電極電連接，另一個與外殼電連接。採用上述結構後，本發明的超聲波傳感器使壓電陶瓷片與鋁合金的接觸為點接觸，降低衝擊作用導致的瓷片退極化，提高傳感器的抗衝擊性，提高了超聲波傳感器的實用壽命。
文檔編號G01D5/48GK103063243SQ201210544439
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月16日 優先權日2012年12月16日
發明者餘方雲, 李紅元, 鄒東平, 龍陽, 張堯, 倪雪晴 申請人:常州波速傳感器有限公司