超声波传感器
阅读：241发布：2020-05-12
专利汇可以提供超声波传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 超 声波 传感器 具有一个整体的 外壳 ，包括多个管状容器和至少一个连接部件，其中，管状容器一端开口，另一端由底部封闭，侧面部从一端延伸至另一端，连接部件连接该多个管状容器；以及压电装置，设置在该多个管状容器各自的底部的内底面上。由一个压电装置产生的振动回响可能通过连接部件影响另一个压电装置。管状容器11和12的侧面部11b和12b通过连接部件13相互连接，连接 位置 靠近底部11c和12c，该处压电装置51a和51b的振动产生的位移量最小。，下面是超声波传感器专利的具体信息内容。
1.一种超声波传感器，包括：一个整体的外壳，该外壳包括多个管状容器和至少一个连接部件，其中，管状容器一端开口，另一端由底部封闭，侧面部从一端延伸至另一端，连接部件连接各个管状容器；以及压电装置，设置在该多个管状容器各自的底部的内底面上，其中，关于该外壳，各个管状容器的侧面部通过连接部件相互连接，连接位置邻近管状容器的底部，使各容器的底部的外底面彼此平齐，且弹性构件支撑该外壳。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于：所述连接部件的共振频率不同于所述压电装置的驱动频率。
3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于：关于所述的各个管状容器，面向另一个通过连接部件连接的管状容器的侧面部分的壁厚大于与其垂直的侧面部分的壁厚。
4.根据权利要求3所述的超声波传感器，其特征在于：所述各个管状容器的外底面的外形为多边形。
5.根据权利要求2所述的超声波传感器，其特征在于：关于所述的各个管状容器，面向另一个通过连接部件连接的管状容器的侧面部分的壁厚大于与其垂直的侧面部分的壁厚。
6.根据权利要求5所述的超声波传感器，其特征在于：所述各个管状容器的外底面的外形为多边形。
7.根据权利要求1-6的任意一个权利要求所述的超声波传感器，其特征在于：所述多个管状容器的外底面和连接部件的外表面形成一个单一的平面。
技术领域
本发明涉及一种超声波传感器，例如：作为汽车倒车雷达的超声波传感器。
背景技术
超声波传感器是一种利用超声波执行传感的传感器。这种传感器具有一个压电式换能器，该压电式换能器间歇地发送超声波(发射波)和接收物体的反射波(接收波)。利用发射/接收波的信号可以测量出该超声波传感器与物体之间的距离。该压电式换能器设置在一个管状容器的一底部的内底面。管状容器固定在一个支撑件上，并使作为振动面的底部外底面设置在与物体相对的位置。
现有的超声波传感器包括一个单独的作为发送器和接收器的压电装置。既然如此，当超声波传感器与物体彼此靠近时，发送信号或接收信号的回响严重地影响到另一个信号。这导致了检测不到物体。在一种解决上述问题的结构中，两个压电装置被设置在各自的管状容器中，其中一个作为传送器，另一个作为接收器。然而，回响振动减弱的同时，该结构增加了零件的数量以及装配的成本。
日本未审查专利申请公开NO.10-206529中，提出了一种超声波传送及接收设备，在该设备中，两个压电装置被设置在各自的管状容器内，两个容器接合在一起，形成一个整体外壳。该设备设置成信号传送和接收不互相干扰的形式。
图10是根据日本未审查专利申请公开NO.10-206529的一种超声波传送及接收设备的横截面图剖视图。在超声波传感器90中，两个管状容器92a和92b以及连接部件92c形成一个具有传导性的整体外壳92，其中连接部件92c连接该管状容器92a和92b。超声波传感器90的一端由作为振动面的底部92a1和92b1封闭，同时超声波传感器90的另一开口端由电路板92f和92g遮盖。两个管状容器92a和92b通过连接部件92c，在两个容器的靠近开口端的侧边部位相互连接。压电式换能器92d和92e设置在外壳92底部92a1和92b1各自的内底面。隔离线W1和W2分别连接到电路板92f和92g。火线92h1和92i1分别从电路板92f和92g引出，分别连接到压电装置92d和92e。地线92h2和92i2分别从电路板92f和92g引出，分别连接到底部92a1和92b1的邻近压电装置92d和92e的部分。
根据日本未审查专利申请公开NO.10-206529的超声波传感器的外壳结构，两个管状容器通过连接部件92c，在靠近开口的侧面部分(该位置振动比较小)，连接在一起。因此，一个压电装置产生的回响不会轻易影响到另一个压电装置。靠近开口的侧边部分的振动比较小，一个可能的原因是，被电路板92f和92g遮盖的开口屈服于电路板92f和92g的抑制力。
现有的超声波传感器包括一个单独的作为发送器和接收器的压电装置。既然如此，当超声波传感器与物体彼此靠近时，发送信号或接收信号的回响严重地影响到另一个信号。这导致了检测不到物体。在一种解决上述问题的结构中，两个压电装置被设置在各自的管状容器中，其中一个作为传送器，另一个作为接收器。然而，回响振动减弱的同时，该结构增加了零件的数量以及装配的成本。
日本未审查专利申请公开NO.10-206529中，提出了一种超声波传送及接收设备，在该设备中，两个压电装置被设置在各自的管状容器内，两个容器接合在一起，形成一个整体外壳。该设备设置成信号传送和接收不互相干扰的形式。
图10是根据日本未审查专利申请公开NO.10-206529的一种超声波传送及接收设备的横截面图剖视图。在超声波传感器90中，两个管状容器92a和92b以及连接部件92c形成一个具有传导性的整体外壳92，其中连接部件92c连接该管状容器92a和92b。超声波传感器90的一端由作为振动面的底部92a1和92b1封闭，同时超声波传感器90的另一开口端由电路板92f和92g遮盖。两个管状容器92a和92b通过连接部件92c，在两个容器的靠近开口端的侧边部位相互连接。压电式换能器92d和92e设置在外壳92底部92a1和92b1各自的内底面。隔离线W1和W2分别连接到电路板92f和92g。火线92h1和92i1分别从电路板92f和92g引出，分别连接到压电装置92d和92e。地线92h2和92i2分别从电路板92f和92g引出，分别连接到底部92a1和92b1的邻近压电装置92d和92e的部分。
根据日本未审查专利申请公开NO.10-206529的超声波传感器的外壳结构，两个管状容器通过连接部件92c，在靠近开口的侧面部分(该位置振动比较小)，连接在一起。因此，一个压电装置产生的回响不会轻易影响到另一个压电装置。靠近开口的侧边部分的振动比较小，一个可能的原因是，被电路板92f和92g遮盖的开口屈服于电路板92f和92g的抑制力。
发明内容
一般超声波传感器的外壳结构应以能够尽量不阻碍压电式换能器产生的振动为好。但是，如日本未审查专利申请公开No.10-206529，用电路板或其他类似物遮盖管状容器的开口，导致与这种振动相干涉。如果一个超声波传感器具有开口不遮盖的结构，随着压电式换能器的振动，管状容器的侧面部在开口附近振动最强烈。因此，如果各管状容器的侧面部在开口附近相互连接，一个压电装置产生的振动回响更可能影响另一个压电装置。
因此，本发明的一个目的是提供一种超声波传感器，该超声波传感器具有一个能解决上述问题的外壳结构。
本发明的一种超声波传感器具有一个整体的外壳，它包括：多个管状容器和至少一个连接部件，其中，管状容器一端开口，另一端由底部封闭，侧面部从一端延伸至另一端，连接部件连接该多个管状容器；以及压电装置，设置在该多个管状容器各自的底部的内底面上。在该外壳中，该多个管状容器的侧面部通过连接部件相互连接，连接位置邻近管状容器的底部，使各管状容器的底部的外底面彼此平齐。该外壳还包括一用于支撑外壳的弹性构件。
本发明的超声波传感器的另一个具体的方面，连接部件的共振频率不同于压电装置的驱动频率。
本发明的超声波传感器的另一个具体的方面，在每个管状容器中，面向另一个管状容器的侧面部分，其壁厚大于与之垂直的侧面部分。
本发明的超声波传感器的另一个具体的方面，每个管状容器的外底面的外形为多边形。
本发明的超声波传感器的还有另一具体的方面，该多个管状容器的外底面和连接部件的外表面形成一个单一的平面。
本发明的超声波传感器中，因为多个管状容器相互连接，连接位置邻近底部，该处压电式换能器振动产生的位移量最小，所以一个压电式换能器产生的振动回响不会轻易地通过连接部件影响另一个压电式换能器。这使得，即使物体离超声波传感器很近时，都能精确探测到物体。
通过改变连接部件的共振频率，使其与压电式装置的驱动频率不同，能进一步降低压电式换能器的振动回响。
此外，在每个管状容器中，通过使面向相邻管状容器的侧面部分的壁厚，大于与其垂直的侧面部分，压电式换能器的振动回响能进一步降低。每个管状容器的外底面轮廓优先选择多边形，例如矩形，因为面向邻接管状容器的侧面部分与连接部件沿一直线相接，并能形成一个大于远离连接部件的侧面部分的均匀壁厚，从而降低振动回响。
此外，在外观上，该多个管状容器底部的外底面，最好是，和与之相邻的连接部件形成一个单一的平面。例如，如果超声波传感器设置在车辆的保险杆上，外观上将是一个平滑的表面。
附图说明
图1是本发明第一实施例的超声波传感器1的外部视图；
图2是超声波传感器1另一方向的外部视图；
图3是超声波传感器1的横截面剖视图；
图4(a)是超声波传感器2振动状态的横截面示意图，图4(b)是超声波传感器2的位移量曲线图；
图5是后保险杆53安装有超声波传感器1的车辆52的局部视图；
图6是车辆52的局部横截面剖视图；
图7是本发明第二实施例的超声波传感器3的外部视图；
图8是本发明第三实施例的超声波传感器4的外部视图；
图9是超声波传感器3的正视图；
图10是现有的超声波传感器90的外部视图。
符号说明：
1-4：超声波传感器
10，20，30：外壳
11，12，41，42：管状容器
11a，12a：开口
11b，12b：侧面部
11c，12c：底部
11d，12d，41d，41d：外底面
11e，12e，41e，42e：内底面
13，33：连接部件
14：接合线
51a，51b：压电装置
52：车辆
53：保险杆
54：弹性构件
因此，本发明的一个目的是提供一种超声波传感器，该超声波传感器具有一个能解决上述问题的外壳结构。
本发明的一种超声波传感器具有一个整体的外壳，它包括：多个管状容器和至少一个连接部件，其中，管状容器一端开口，另一端由底部封闭，侧面部从一端延伸至另一端，连接部件连接该多个管状容器；以及压电装置，设置在该多个管状容器各自的底部的内底面上。在该外壳中，该多个管状容器的侧面部通过连接部件相互连接，连接位置邻近管状容器的底部，使各管状容器的底部的外底面彼此平齐。该外壳还包括一用于支撑外壳的弹性构件。
本发明的超声波传感器的另一个具体的方面，连接部件的共振频率不同于压电装置的驱动频率。
本发明的超声波传感器的另一个具体的方面，在每个管状容器中，面向另一个管状容器的侧面部分，其壁厚大于与之垂直的侧面部分。
本发明的超声波传感器的另一个具体的方面，每个管状容器的外底面的外形为多边形。
本发明的超声波传感器的还有另一具体的方面，该多个管状容器的外底面和连接部件的外表面形成一个单一的平面。
本发明的超声波传感器中，因为多个管状容器相互连接，连接位置邻近底部，该处压电式换能器振动产生的位移量最小，所以一个压电式换能器产生的振动回响不会轻易地通过连接部件影响另一个压电式换能器。这使得，即使物体离超声波传感器很近时，都能精确探测到物体。
通过改变连接部件的共振频率，使其与压电式装置的驱动频率不同，能进一步降低压电式换能器的振动回响。
此外，在每个管状容器中，通过使面向相邻管状容器的侧面部分的壁厚，大于与其垂直的侧面部分，压电式换能器的振动回响能进一步降低。每个管状容器的外底面轮廓优先选择多边形，例如矩形，因为面向邻接管状容器的侧面部分与连接部件沿一直线相接，并能形成一个大于远离连接部件的侧面部分的均匀壁厚，从而降低振动回响。
此外，在外观上，该多个管状容器底部的外底面，最好是，和与之相邻的连接部件形成一个单一的平面。例如，如果超声波传感器设置在车辆的保险杆上，外观上将是一个平滑的表面。
附图说明
图1是本发明第一实施例的超声波传感器1的外部视图；
图2是超声波传感器1另一方向的外部视图；
图3是超声波传感器1的横截面剖视图；
图4(a)是超声波传感器2振动状态的横截面示意图，图4(b)是超声波传感器2的位移量曲线图；
图5是后保险杆53安装有超声波传感器1的车辆52的局部视图；
图6是车辆52的局部横截面剖视图；
图7是本发明第二实施例的超声波传感器3的外部视图；
图8是本发明第三实施例的超声波传感器4的外部视图；
图9是超声波传感器3的正视图；
图10是现有的超声波传感器90的外部视图。
符号说明：
1-4：超声波传感器
10，20，30：外壳
11，12，41，42：管状容器
11a，12a：开口
11b，12b：侧面部
11c，12c：底部
11d，12d，41d，41d：外底面
11e，12e，41e，42e：内底面
13，33：连接部件
14：接合线
51a，51b：压电装置
52：车辆
53：保险杆
54：弹性构件
具体实施方式
第一实施例：
图1是本发明第一实施例的超声波传感器外部视图。图2是图1所示的超声波传感器1翻转后的外部视图。图3是图2所示的超声波传感器1沿A-A线的剖视图。在本实施例的超声波传感器1中，产生振动的压电装置51a和51b设置在一个铝外壳10中。在外壳10中，两个管状容器11和12通过一连接部件13相互连接，连接位置在管状容器11和12的侧面部11b和12b的一末端部分，该末端部分与底部11c和12c相邻。其中该两个管状容器11和12一端开口，另一端由底部11c和12c封闭。换句话说，该外壳10是一个包括两管状容器11和12的整体件。连接部件13是具有均匀壁厚的板件。侧面部11b和12b同样具有均匀壁厚。如图1所示，管状容器11和12的外底面11d和12d与连接部件13的相邻外表面形成一个单一的平面。压电装置51a和51b分别设置在管状容器11和12的内底面11e和12e上。导线(图未显示)连接压电装置51a和51b，并经开口11a和12a，伸出超声波传感器1。
本发明的特征在于，外壳的结构中，管状容器的侧面部通过连接部件相互连接，连接位置靠近管状容器的底部。采用该结构的原因如下：
图4(a)是横截面剖视示意图，该图展示的是，当超声波传感器2通电时，侧面部11b随着压电装置51a的驱动而振动的状态。该超声波传感器2结构包含单一的管状容器11。图4(a)中省略了电源、导线及其他电压供应所必须的器件，展示的只是压电装置51a和包含管状容器11的外壳的示意图。
图4(b)是侧面部随着电压的输入而振动的位移量(即，水平振动的宽度)曲线图。水平轴线代表侧面部内的位置，范围从零位置的底部11c到开口11a。垂直线代表位移量。图4(a)和图4(b)显示，随着侧面部内的位置靠近开口，位移量增加。这是因为，在侧面部11b中，靠近开口的部分较少受到底部11c的约束力影响，而靠近底部11c的部分受到底部11c的约束力影响较大，因而振动被抑制了。因此，在本发明中，多个管状容器的侧面部通过连接部件相互连接在靠近底部的部分，该部分的位移量小。在第一个实施例中，连接部件13所设置的位置，使外底面11d和12d(该位置的位移量最小)与连接部件13外表面形成一个单一的平面。
超声波传感器1设置在，例如，车辆的保险杆上，作为倒车雷达。
图5是后保险杆53设置有超声波传感器1的车辆52的局部视图。超声波传感器1的外底面11d和12d外露，而侧面部11b和12b以及开口11a和12a均嵌入后保险杆53。
图6是图5沿B-B线的局部横截面剖视图。侧面部11b和12b由橡胶或其他类似物制成的弹性构件54覆盖后，嵌入保险杆32。照这样利用弹性构件23支撑外壳10，使得管状容器11和12自由地、无干涉地，随压电装置51a和51b的驱动而振动，从而达到本发明的效果。
除上述功能效果之外，本发明还能增进超声波传感器1的外观，因为超声波传感器1外露的表面是一个单一的平面。
第二实施例：
图7是本发明第二实施例的一种超声波传感器的外部视图。第一实施例的连接部件13为一个均匀厚度的板件，而本实施例中的连接部件33则是部分变薄，如连接部件33设置有一凹进部分33a。在管状容器11和12中，该凹进部分33a处于与外表面相对的内表面上，其中该外表面与外底面11d和12d平齐。本实施例的其他零件与第一实施例的一样。
本发明的一个目的是防止各压电装置产生的振动回响相互影响，其中，各压电装置设置在各自的管状容器中，组成一个整体外壳。因此，在上述的外壳结构中，两个管状容器相互连接在振动产生的位移量最小的位置上。此外，最好是使压电装置51a和51b的驱动频率不同于连接部件33的共振频率，以防止振动容易地传播。可以通过修改连接部件33的形状来改变频率，比如，如图7所示，形成一个凹进部分，或者相反，形成一个凸起部分。另一个可行的方式是，调整连接部件的厚度或长度。
第三实施例：
图8本发明第三实施例的一种超声波传感器从开口方向看的外部视图。图9是超声波传感器4的正视图。本实施例的超声波传感器4不同于第一实施例的超声波传感器1，不同之处在于管状容器的侧面部的厚度。其他零件的形状与第一实施例的相同。
本实施例的超声波传感器4包括矩形管状容器41和42，其侧面部的壁厚不均匀。在管状容器41和42中，与连接部件连接的侧面部分的厚度C，大于与之垂直的侧面部分的厚度D。具体地说，在侧面部分与连接部件13间的接合线任意一点14的位置，外底面41d和42d的外边分别到内底面41e和42e的外边的距离，换句话说，与连接部件13邻接的侧面部分的厚度都大于壁厚D，即：壁厚C1＝C＝C2＞D。在侧面部的较薄部分，压电装置51a和51b驱动引起的振动较大，而在较厚的部分振动较小。因此，邻近连接部件13的侧面部分的壁厚大于远离连接部件13的侧面部分，这种结构能进一步降低振动的影响。因而，该结构是优选的。
虽然，在本实施例中，由管状容器构成的外壳的各个开口是矩形的，但是本发明并不限制于此。例如，各个开口可以是圆形的。类似地，各个压电装置外形，在本实施例中都是圆形的，并不局限于此，可以是矩形的。
虽然，管状容器优先采用在最接近底部的侧面位置相互连接，但是连接部件的连接位置可以稍稍向开口方向移动，而形成一个缺口。
此外，管状容器的数量不限制在两个，比如，本发明也可以采用一种外壳结构：三个管状容器通过两个连接部件连接在一起。
此外，用弹性构件填充管状容器，使外壳的振动没有干涉，从而不会影响本发明的效果。
图1是本发明第一实施例的超声波传感器外部视图。图2是图1所示的超声波传感器1翻转后的外部视图。图3是图2所示的超声波传感器1沿A-A线的剖视图。在本实施例的超声波传感器1中，产生振动的压电装置51a和51b设置在一个铝外壳10中。在外壳10中，两个管状容器11和12通过一连接部件13相互连接，连接位置在管状容器11和12的侧面部11b和12b的一末端部分，该末端部分与底部11c和12c相邻。其中该两个管状容器11和12一端开口，另一端由底部11c和12c封闭。换句话说，该外壳10是一个包括两管状容器11和12的整体件。连接部件13是具有均匀壁厚的板件。侧面部11b和12b同样具有均匀壁厚。如图1所示，管状容器11和12的外底面11d和12d与连接部件13的相邻外表面形成一个单一的平面。压电装置51a和51b分别设置在管状容器11和12的内底面11e和12e上。导线(图未显示)连接压电装置51a和51b，并经开口11a和12a，伸出超声波传感器1。
本发明的特征在于，外壳的结构中，管状容器的侧面部通过连接部件相互连接，连接位置靠近管状容器的底部。采用该结构的原因如下：
图4(a)是横截面剖视示意图，该图展示的是，当超声波传感器2通电时，侧面部11b随着压电装置51a的驱动而振动的状态。该超声波传感器2结构包含单一的管状容器11。图4(a)中省略了电源、导线及其他电压供应所必须的器件，展示的只是压电装置51a和包含管状容器11的外壳的示意图。
图4(b)是侧面部随着电压的输入而振动的位移量(即，水平振动的宽度)曲线图。水平轴线代表侧面部内的位置，范围从零位置的底部11c到开口11a。垂直线代表位移量。图4(a)和图4(b)显示，随着侧面部内的位置靠近开口，位移量增加。这是因为，在侧面部11b中，靠近开口的部分较少受到底部11c的约束力影响，而靠近底部11c的部分受到底部11c的约束力影响较大，因而振动被抑制了。因此，在本发明中，多个管状容器的侧面部通过连接部件相互连接在靠近底部的部分，该部分的位移量小。在第一个实施例中，连接部件13所设置的位置，使外底面11d和12d(该位置的位移量最小)与连接部件13外表面形成一个单一的平面。
超声波传感器1设置在，例如，车辆的保险杆上，作为倒车雷达。
图5是后保险杆53设置有超声波传感器1的车辆52的局部视图。超声波传感器1的外底面11d和12d外露，而侧面部11b和12b以及开口11a和12a均嵌入后保险杆53。
图6是图5沿B-B线的局部横截面剖视图。侧面部11b和12b由橡胶或其他类似物制成的弹性构件54覆盖后，嵌入保险杆32。照这样利用弹性构件23支撑外壳10，使得管状容器11和12自由地、无干涉地，随压电装置51a和51b的驱动而振动，从而达到本发明的效果。
除上述功能效果之外，本发明还能增进超声波传感器1的外观，因为超声波传感器1外露的表面是一个单一的平面。
第二实施例：
图7是本发明第二实施例的一种超声波传感器的外部视图。第一实施例的连接部件13为一个均匀厚度的板件，而本实施例中的连接部件33则是部分变薄，如连接部件33设置有一凹进部分33a。在管状容器11和12中，该凹进部分33a处于与外表面相对的内表面上，其中该外表面与外底面11d和12d平齐。本实施例的其他零件与第一实施例的一样。
本发明的一个目的是防止各压电装置产生的振动回响相互影响，其中，各压电装置设置在各自的管状容器中，组成一个整体外壳。因此，在上述的外壳结构中，两个管状容器相互连接在振动产生的位移量最小的位置上。此外，最好是使压电装置51a和51b的驱动频率不同于连接部件33的共振频率，以防止振动容易地传播。可以通过修改连接部件33的形状来改变频率，比如，如图7所示，形成一个凹进部分，或者相反，形成一个凸起部分。另一个可行的方式是，调整连接部件的厚度或长度。
第三实施例：
图8本发明第三实施例的一种超声波传感器从开口方向看的外部视图。图9是超声波传感器4的正视图。本实施例的超声波传感器4不同于第一实施例的超声波传感器1，不同之处在于管状容器的侧面部的厚度。其他零件的形状与第一实施例的相同。
本实施例的超声波传感器4包括矩形管状容器41和42，其侧面部的壁厚不均匀。在管状容器41和42中，与连接部件连接的侧面部分的厚度C，大于与之垂直的侧面部分的厚度D。具体地说，在侧面部分与连接部件13间的接合线任意一点14的位置，外底面41d和42d的外边分别到内底面41e和42e的外边的距离，换句话说，与连接部件13邻接的侧面部分的厚度都大于壁厚D，即：壁厚C1＝C＝C2＞D。在侧面部的较薄部分，压电装置51a和51b驱动引起的振动较大，而在较厚的部分振动较小。因此，邻近连接部件13的侧面部分的壁厚大于远离连接部件13的侧面部分，这种结构能进一步降低振动的影响。因而，该结构是优选的。
虽然，在本实施例中，由管状容器构成的外壳的各个开口是矩形的，但是本发明并不限制于此。例如，各个开口可以是圆形的。类似地，各个压电装置外形，在本实施例中都是圆形的，并不局限于此，可以是矩形的。
虽然，管状容器优先采用在最接近底部的侧面位置相互连接，但是连接部件的连接位置可以稍稍向开口方向移动，而形成一个缺口。
此外，管状容器的数量不限制在两个，比如，本发明也可以采用一种外壳结构：三个管状容器通过两个连接部件连接在一起。
此外，用弹性构件填充管状容器，使外壳的振动没有干涉，从而不会影响本发明的效果。
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