专利名称：用于在流体介质中使用的超声波换能器的制作方法
用于在流体介质中使用的超声波换能器
背景技术：
由现有技术已知在不同使用领域中的超声波换能器。例如在汽车技术中在超声波流量计中使用的超声波换能器，例如在内燃机的排气管中和/或吸气管中。在DE 10 2007 037 088 Al中或者由申请者公司的后公开的德国专利申请DE 10 2008 055 1 . 0描述了这种超声波换能器的示例。超声波流量计在很多情况下以两个超声波换能器为基�。窃诹魈骞苤性诹鞫较蛏洗砜厣柚貌⑶蚁嗷シ⑺统ㄐ藕�。在此也可以使用測量装置，其中设有至少ー个反射器，例如以插式敏感元件的形式。超声波换能器的其它应用例如是料位计或测距器，例如在所谓的驻车导航系统中。超声波换能器在许多情况下具有压电陶瓷形式的电声换能元件。为了实现阻抗匹配、即尤其减小在超声波变换器与流体介质之间的边界面上的反射损失，在流体介质中要使用超声波换能器，在许多情况下使用所谓的匹配体，它们负责至少局部地在压电陶瓷与流体介质的阻抗之间的阻抗平衡。例如已知超声波变换器以压电陶瓷为基础与所谓的λ /4 阻抗匹配层结合。在DE 10 2007 037 088 Al或DElO 2008 055 1 . 0中描述了这种匹配体的示例，它们也可以在本发明的范围中使用。此外由现有技术已知超声波换能器，具有一体的套状的壳体和环形的后背盖。这种超声波换能器例如在驻车导航系统中使用。在这种情况下通常首先电接通压电陶瓷，通过例如使导线焊接在压电陶瓷和与盖环连接的触点脚上。接着通常使压电陶瓷通过吸式夹头穿过盖环固定并且与盖环和连接导线一起导入到套中。在这个过程期间连接导线得到那个弯曲变化，它在以后的超声波换能器中为了最佳的固定性是期望的。在允许去掉吸式夹头之前，通常必需激活压电体与套之间的粘接，这在许多情况下以紫外线辐射的形式实现， 通常同样穿过盖环加入辐射。但是这种装配在实践中涉及不同的技术要求和缺陷。因此通常必需使一体的换能器套大多非常深地构成，因为换能器套的内室必需以一定量的缓冲材料充满。此外通常需要换能器套的这个深度，用于能够固定接触脚或实现转换接通，用于保证对于准确对准的安装、例如在插式敏感元件壳体中的相应导向长度或者易于整个换能器的一般操作。但是由于换能器套的这个深度一般难以在安装过程期间操作，因为必须将压电元件沉降在换能器套中。在套内部只能困难地实现大量适用的压电陶瓷电接通。而如果在与选择的匹配体接合之前电接通压电陶瓷，则必须使压电陶瓷、连接导线、接触脚和可能的换能器盖或换能器盖环在接合过程内部保持相互间相对固定或定位。这种方法是极其费事的。
发明内容
因此提出一个用于在流体介质中使用的超声波换能器以及ー种用于加工在流体介质中使用的超声波换能器的方法，它们至少部分地避免已知超声波换能器和加工方法的缺陷。该超声波换能器尤其可以以按照本发明的方法制成，并且该方法尤其可以用于加工按照本发明的超声波换能器。因此对于可能的本方法扩展结构请參阅超声波换能器的描述，反之亦然。
本超声波换能器包括至少ー个换能器芯，它包括至少ー个电声转换元件。电声换能器元件指的是原理上任意的元件，它可以将电信号转换成声信号，反之亦然。尤其可以是単一的元件。所述电声换能器元件最好包括压电的换能器元件或者由压电的换能器元件构成。相应地在本发明的范围内没有限制地可以使用其它可能的电声换能器元件扩展结构， 概念“压电”、“压电陶瓷”和“压电的换能器元件”也作为概念“电声换能器元件”的同义词。 所述换能器芯还包括其它元件，如同下面还要详细描述的那样。例如所述换能器芯可以在面对流体介质的ー侧上包括一个匹配体，例如按照上述的现有技木。这个匹配体用于改善电声换能器元件与流体介质、例如空气或液体之间的声耦联。理想的方式是，所述匹配体通过ー种材料，其阻抗以几何的措施位于垫-声换能器元件和流体介质的阻杭。在实际的超声波换能器且尤其在气体的流体介质中通常使用具有不同的、大多更高声阻抗的匹配体。 该匹配体也可以包括多个具有不同声阻抗的材料和/或具有声阻抗梯度的材料。所述换能器芯例如可以具有发射面，它面对流体介质并且通过它使超声波信号给到流体介质和/或接收来自流体介质的超声波信号。所述发射面例如可以设置在壳体的开孔中，下面还要详细解释壳体。例如这个开孔可以被壳体的边缘包围，例如环形包围。也可以设想其它的几何形状。在此所述发射面与壳体边缘平齐地封闭或者也可以设置在另一平面中，例如略微错开到壳体内部中或者略微相对于边缘向着流体介质错置。所述超声波换能器还包括至少ー个壳体。该壳体尤其可以套状地构成。在此壳体指的是ー个元件，它基本对外封闭超声波换能器并且使超声波换能器对外赋予其基本形状。该壳体如同下面还要详细解释的那样尤其由金属材料和/或塑料材料制成并且可以使超声波换能器免受外部的机械和/或化学的影响和/或免受温度和/或压カ影响。本发明的ー个思想还在于，可以明显简化超声波换能器的装配和安装，如果所述壳体至少两体地构成。因此所述壳体具有至少两个壳体部件。这些壳体部件最好完全分开地构成并因此可以最好完全相互独立地制成和/或搬运。在此设有至少ー个第一壳体部件，它至少部分地包围换能器芯。该壳体部件例如可以完全或部分地包围换能器芯的匹配体和/或电声换能器元件。因此第一壳体部件例如可以环形或管状地构成，例如具有圆形或多角形横截面。这个壳体部件的内径可以配合准确地等于换能器芯的外径，或者可以在壳体部件与换能器芯之间设有中间空间，如同下面还要详细描述的那样。在此所述第一壳体部件这样包围换能器芯，使得可以接触到背离流体介质的电声转换元件的背面。在此接触的概念在本发明的范围内指的是ー个结构，其中第一壳体部件在背面上具有至少ー个开孔，例如具有比变换器芯更大开孔宽度的开孔，穿过它可以接触到背离电声换能器元件的背面，例如用于接通电声换能器元件。尤其可以这样构成开孔和/ 或换能器芯，使换能器芯可以穿过第一壳体部件中的开孔加入到第一壳体部件中和/或从这个壳体部件中取出来。例如电声换能器元件的这个背面可以与第一壳体部件的背面平齐地封闭或者甚至伸进这个第一壳体部件中，由此接触到这个背面用于电接通。备选地也可以使第一壳体部件略微突出于背面，由此使电声换能器元件的背面略微相对于第一壳体部件的背面错置到壳体内部，但是电声换能器元件的背面仍然为了电接通能够接触到。还设有至少ー个第二壳体部件，它与第一壳体部件连接，例如通过材料结合和/ 或力结合和/或形状结合的连接。这个第二壳体部件这样构成和设置，使这个壳体部件在超声波换能器的背离流体介质的ー侧上基本封闭超声波换能器。但是封闭在此不意味着密闭的封闭，而是定义超声波换能器在背离流体介质的ー 侧上的外形和/或容纳在壳体中的超声波换能器部件的稳定性。此外可以保证至少部分地保护免受外界影响。在此“基本上”指的是ー种封闭，在封闭时也可以允许至少略微的开孔，例如用于导线过孔或作为补偿孔或换能器部件(例如缓冲元件)的热膨胀。因此“基本封闭”尤其指的是第二壳体部件在背离流体介质ー侧上的形状，在该形状中换能器内部、例如电声换能器元件和/或整个换能器和/或断耦联部件和/或缓冲元件通过第二壳体部件固定在壳体内部中，由此不能从壳体取出这些部件。第二壳体部件尤其可以提供背面的支承，在其上可以支承一个或多个元件如换能器芯、电声换能器元件、断耦联元件、缓冲元件、 缓冲材料和/或断耦联材料或其它元件，它们设置在壳体内部中。因此例如第二壳体部件在其背离流体介质的ー侧上包括至少ー个支承部件，例如一个向内突出的凸缘，在其上可以支承壳体内部的ー个或多个元件，由此例如可以承受流体介质的压力。例如通过这种方式可以保证，密封膜在压カ加载时尽可能更少地向内顶压在面对流体介质的超声波换能器 ー侧上。如果在第二壳体部件中设有至少ー个背面的开孔，则这个开孔也不能选择得太�。� 因为尽管总是改善支承效果，但是热引起的换能器内部、例如缓冲浇注物质膨胀使选择的密封膜更多地承载。根据硬度、温度膨胀系数和填充体积在实践中可以找到用于第二壳体部件最佳开孔尺寸的相应兼顾。如上所述，所述第一壳体部件尤其环形地包围换能器芯。因此第一壳体部件例如完全或部分地由环和/或由环形套构成。例如第一壳体部件可以具有端面，尤其圆形端面， 它面对流体介质。可以由这个端面环形地包围换能器芯的发射面、即ー个表面，通过它使声信号从换能器芯给到流体介质和/或通过它使来自流体介质的声信号被换能器芯接收。例如发射面可以设置在第一壳体部件的具有这个端面的平面中。这种扩展结构是特别优选的，如同下面还要详细描述的那样，如果设有至少ー个密封膜，它屏蔽和/或密封超声波换能器的壳体内部空间免受来自流体介质的影响、例如化学的影响和/或压カ的影响。这种密封膜例如可以与第一壳体部件的端面和/或与发射面粘接或以其它方式连接。所述电声换能器元件可以在背离流体介质的ー侧上与第一壳体部件平齐地封闭或者突出于第一壳体部件。这个扩展结构是特别有利，用于保证电声换能器元件的简单电接通。所述第二壳体部件尤其可以钵形地构成。在这种情况下第二壳体部件例如从背离流体介质的ー侧与第一壳体部件反套。第一壳体部件和第二壳体部件例如可以通过材料结合的连接方法、尤其焊接方法相互连接。尤其在塑料材料中、但是也在其它材料中尤其提供超声波焊接。但是备选或附加地也可以使用其它连接技木，例如力结合的和/或形状结合的和/或材料结合的连接技木，例如通过激光焊接、粘接或通过将第二壳体部件卡接在第 ニ壳体部件上或反之。所述超声波换能器还可以包括至少ー个用于电接通电声换能器元件的接触弓。该接触弓例如可以包括ー个、两个或多个用于接通电声换能器元件电极的触点。至少ー个接触弓例如可以基本形状稳定地构成，即这样，使这个接触弓至少在其自有重力作用下不变形或只不大地变形。所述接触弓尤其可以由金属材料制成。在此接触弓可以穿过第二壳体部件伸进超声波换能器的内室中并且在那里与电声换能器元件电连接。在接触弓与电声换能器元件之间的这个电连接例如可以通过接触弓直接接通电声换能器元件实现。但是备选地或附加地也可以使用其它连接技木，例如导线复合技木。这种复合技术能够在技术上特别简单地实现，因为通过壳体的两体或多体的结构容易接触到电声换能器元件。所述接触弓尤其可以与第一壳体部件连接。通过这种方式尤其可以空间地固定接触弓。这个连接例如可以包括形状结合的和/或カ结合的连接。例如接触弓可以包括一个或多个连接部件， 例如卡子，利用它能够使接触弓插接和/或卡接在第一壳体部件上。所述接触弓除了可以电接通电声换能器元件以外还满足其它目的。例如这个接触弓可以至少部分地由电磁屏蔽构成。因此接触弓例如至少部分地包围电声换能器元件。如上所述，所述换能器芯可以在至少ー个电声换能器元件中包括其它元件。例如所述换能器芯可以包括一个匹配体，例如按照上述的现有技木。这个匹配体可以用于改善电声换能器元件与流体介质之间的声耦联。在此第一壳体部件可以至少部分地包围匹配体，例如环形地包围。如上所述，所述第一壳体部件和第二壳体部件可以完全或部分地由金属材料和/ 或由塑料材料和/或由其它材料制成。特别优选同时具有良好的自缓冲和精细结构加工性的材料。因此例如可以使用液晶聚合物。备选或附加地也可以使用其它塑料，例如ΡΡΑ,ΡΒΤ 和/或PEEK和/或其它塑料。这些塑料材料可以非充满或充满地构成，例如以玻璃纤维、 陶瓷、碳或类似物质。第一壳体部件尤其可以具有面对流体介质的开孔。例如如上所述，第一壳体部件具有端面，例如环形端面，它围绕开孔。所述换能器芯的发射面可以设置在这个开孔内部。 所述开孔可以通过至少ー个密封膜封闭。该密封膜例如可以与壳体部件、例如端面连接。在超声波换能器内部尤其可以设有至少ー个壳体内室。这个壳体内室例如可以至少部分地通过第二壳体部件限制。这个壳体内室尤其可以至少部分地以填充材料和/或缓冲材料充满，例如缓冲浇注物。为此例如提供硅。缓冲材料尤其可以直接与换能器芯、例如电声换能器元件连接并且可以调整，用于在激励换能器芯以后提供尽可能快速的缓冲。此外可以调整填充和/或缓冲材料，用于使由流体介质施加到换能器上的压カ通过换能器芯和填充和/或缓冲材料背面传导到第二壳体部件上。除了ー个或多个上述扩展结构形式的超声波换能器以外，还建议ー种用于加工在流体介质中使用的超声波换能器的方法。该方法尤其可以用于加工ー个或多个上述扩展结构形式的超声波换能器，但是原则上也可以通过所建议的方法制成其它形式的超声波换能器。本方法包括下面的步骤，它们不必一定以所示的顺序执行。各个方法步骤也可以同时和/或时间上重叠地执行。此外可以重复地执行单个或多个方法步骤。在方法步骤中产生换能器芯，它包括至少ー个电声变换器元件。此外在另一方法步骤中这样制备至少ー个第一壳体部件，使第一壳体部件至少部分地包围换能器芯。此时换能器芯已经完全构成，但是也可以仅仅部分地构成，例如通过此时仅仅制备变换器芯的匹配体，它通过第一壳体部件至少部分地包围。在此第一壳体部件这样构成并且这样制备， 使得可以接触到背离流体介质的电声换能器元件的背面，例如为了电接通过程。在另一方法步骤中制备至少ー个第二壳体部件。这个第二壳体部件与第一壳体部件这样连接，使超声波换能器在其背离流体介质的ー侧上通过第二壳体部件基本封闭。所述加工方法可以特别简单地这样实现，使用至少ー个例如上述形式的密封膜。在此例如可以是ー个塑料膜，如同下面还要详细描述的那样，例如聚酰亚胺膜或其他膜材料。但是金属膜在原理上也是可以的。在此可以这样实现本方法，第一壳体部件和换能器芯或部分换能器芯、例如匹配体放置在密封膜上。尤其可以使它们与密封膜连接，例如通过粘接方法和/或其它形式的材料结合方法。在此使换能器芯或部分换能器芯与第一壳体部件之间的中间空间至少部分地通过至少一个缓冲和/或断耦联材料充满。例如可以使这种缓冲和/或断耦联材料包括塑料材料，尤其液体硅胶(Liquid Silicone Rubber LSR)。尤其通过浇注过程实现充满。在连接第一壳体部件与第二壳体部件之前尤其可以使用于接通电声换能器元件的接触弓与第一壳体部件连接。这个连接如上所述尤其可以包含形状结合的和/或カ结合的连接。所述接触弓尤其可以具有多个相关的电触点，其中电触点在接触弓与第一壳体部件连接以后、例如在放置第二壳体部件在第一壳体部件上以后相互分开。所建议的超声波换能器和所建议的方法与已知的超声波换能器和已知的方法相比具有许多优点。例如为成本有利且大批量加工的超声波换能器、例如空气超声波换能器提供了基�。缤缥瞬饬科髟谄盗煊蛑兴褂玫哪茄�。超声波换能器例如可以作为Ultrasonic Flow Meter，即作为超声波流量计在加载的内燃机压カ侧上使用。所述超声波换能器可以简单且成本有利地构造。例如可以以压电陶瓷为基础加工超声波换能器，具有可选择的阻抗匹配层，具有例如两体套形式的壳体。在此第一壳体部件由套的正面部分构成并且与匹配层连接。例如通过至少一个断耦联部件和/或至少ー个密封膜和/或覆层和/或这些部件的組合实现这种连接。第一壳体部件、例如整个套的正面部分可以这样扁平地构成，使压电元件的背面基本与后面的套边缘位于ー个平面中。因此可以在装配、粘接和接通过程期间良好地接触到压电元件。第二壳体部件尤其可以由背面的套部件构成。这个第二壳体部件可以由反套第一壳体部件的部件构成。第二壳体部件如上所述可以相应地容纳缓冲的和/或断耦联的和/或支承的材料，例如浇注物质。通过壳体的至少两体的结构、例如通过两体套的结构，具有最好相对扁平的正面部件保证压电元件背面的良好接触性。由此能够实现有利的加工順序。本发明总体上能够实现更多的设计自由度，例如在选择接通技术方面。由此最终能够满足超声波换能器的特殊要求，例如汽车领域的要求，尤其由于发动机安装引起的要求。
由下面的优选实施例描述给出本发明的可能扩展结构的其它细节和特征。附图中图1以截面图示出按照本发明的超声波换能器的实施例，图2以截面图示出在图1中所示的实施例，具有垂直于图1剖视面的剖视面，图3示出接触弓的实施例。
具体实施例方式在图1和2中示出按照本发明的超声波换能器110的可能的实施例。在此图1示出侧面截面图，而图2以从上面的视线方向示出垂直于图1剖视面的截面图。所述超声波换能器110包括换能器芯112，它本身包括电声换能器元件114和匹配体116。在此匹配体116例如由λ/4阻抗匹配层构成。电声换能器元件114例如可以由压电元件构成并且直接或通过至少ー个中间层(例如用于平衡热机械应カ的中间层)与匹配体116连接。在所示实施例中匹配体116具有比电声换能器元件114略微更大的直径dl。例如，整个换能器芯 112因此可以总体上具有直径dl，例如8mm直径。所述换能器芯112加入到壳体118中，它在所示实施例中两体地构成。原则上也可以多于两个部分。因此所述壳体118包括ー个正面的、在使用中面对流体介质120(见图 1)的第一壳体部件122和ー个背面的、背离流体介质120的第二壳体部件124。第一壳体部件122在下面也称为第一壳体套或正面套，它例如可以由基本圆柱形的套构成。在所示实施例中第一壳体部件122示例地在横截面中折角地构成并且具有平行于轴线1 延伸的轴向部分1 和基本垂直于轴线1 延伸的径向部分130。径向部分130具有端面132，它面对流体介质120。这个端面132例如圆环形地构成。它具有内径d2，例如12mm。因此在换能器芯112与至少部分包围这个换能器芯的第一壳体部件122之间可以构成中间空间134。 这个中间空间134例如可以在所示情况下基本圆套形地构成，具有例如Imm的厚度。中间空间134在图1和2的实施例中例如完全或部分地以断耦联元件136充满，它尽管负责换能器芯112在壳体118中的良好机械固定，但是至少阻尼在壳体118与换能器芯112之间的体声波传递。例如作为断耦联元件136的材料可以使用浇注物质，例如液体硅胶(LSR)。所述换能器芯112在其面对流体介质120的ー侧上具有发射面138。它在所示的实施例中与第一壳体部件122的端面132设置在ー个平面中。面对流体介质120的断耦联部件136 —侧也最好不突出于表面132和138的公共平面。向着流体介质120可以使超声波换能器110通过至少ー个密封部件140密封，例如密封膜142。备选或附加地还考虑其它形式的密封部件140，例如覆层。密封膜例如可以大面积地与发射面138和/或端面132 连接，例如与它粘接。在背面，即在背离流体介质120的ー侧上第一壳体部件122相对较短地构成，由此在所示的实施例中换能器芯112的背面与第一壳体部件122的背面平齐地封闭或者甚至突出这个背面。因此电声换能器元件114最好自由地从背面接触到。电声换能器元件114通过接触弓144接通。这个接触弓144例如在第二壳体部件 124的径向扩展146中，它否则例如基本圆柱形地构成，例如钵形地构成。接触弓144在其上端部上通过第二壳体部件1 中的开孔150向外导引并且在其下端部上最好具有用干与第一壳体部件122连接的连接部件148。这个连接部件148在所示实施例中，如同例如在图 1中看到的那样，卡子形或钩形地构成并且可以在第一壳体部件122的轴向部分1 的背面端部上反套和/或夹紧。通过这种方式可以实现例如形状结合的和/或カ结合的连接。在图3中示例地示出接触弓144。由此可以看出，接触弓144在所示实施例中具有两个电触点152，154，它们例如在其上端部可以通过短臂156相互连接。短臂156可以在装配超声波换能器110以后如同下面还要详细描述的那样去除。连接部件148可以侧面突出于基本轴向延伸的电触点152，154，例如以2. 2mm。电触点152，154例如也可以具有2. 2mm 的宽度并且例如可以以1. 4mm间隔。电触点152，154如同例如由图1看到的那样可以提供接通面158，。通过这个接通面158例如可以导引接通160到电声换能器元件114的相应触点，例如通过导线连接。因为在将换能器芯加入到第一壳体部件122中时也在放置第二壳体部件IM之前相对自由地接触到换能器芯112的背面，因此通过放置例如导线或者利用其它复合技术或者卡紧技术或者其它接通技术容易实现这种接通。在这个接通后将例如钵形的第二壳体部件IM放置在第一壳体部件122上并且与它连接，例如通过超声波焊接。在图1中通过标记符号162表示连接。由此在背离流体介质120的换能器芯112—侧上形成内室164。这个内室164例如可以大空间地构成，由此可以使这个内室例如完全或部分地以至少一个填充和/或缓冲材料166充满，例如缓冲浇注物质。为此可以使第一壳体部件122例如包括一个或多个开孔168，它们可以事后封闭或者它们也可以保留在壳体118中。在按照图1和2所示的实施例中超声波换能器110也通过两体的壳体118、例如两体的套构成。在此换能器正面在图1中向下指向流体介质120。相应地正面的套部件例如可以环形地构成。为了加工按照图1和2的超声波换能器110例如可以将第一壳体部件 122的端面132粘接在密封膜142上。匹配体116也可以粘接在这个密封膜142上，由此固定这些元件。作为密封膜142例如可以使用聚酰亚胺膜(例如Kapton)。在ー个注塑模具中可以注射和/或浇注断耦联元件136作为声断耦，例如LSR材料。接着可以粘接电声换能器元件114，并且可以使接触弓144的连接部件148、例如接触脚定位在轴向部分1 上。 在此如同在图1和2中所示的那样可以使用相关的接触弓144。但是备选或附加地也可以使用单个的接触脚。接触弓144例如可以在装配超声波换能器110以后打开。接着可以放置接通160。例如可以使铜导线或小铜带通过热压焊接固定在压电电极和/或接通面158 上，例如接触脚、接触弓144的接触带上。备选地可以使至少一部分接触弓144直接、例如通过焊接固定在压电电极和/或接通面158上。接着放置第二壳体部件IM形式的背面套部件并且与第一壳体部件122、例如套环连接，尤其通过超声波焊接。接着可以充满缓冲浇注物质和/或其它填充或缓冲材料166并硬化。在此背面的开孔168不仅可以用于灌入填充或缓冲材料166，而且也可以补偿缓冲浇注物质在传感器运行范围内部的热膨胀。另一方面这个开孔168要仅仅设计这样大的尺寸，使变换器内部、即内室164在要被测量的流体介质122、例如空气的背压下还足够地在套上向下支承。为此开孔168的大小和/或其几何形状可以根据填充体积或填充形状以及相关材料的硬度和膨胀系数这样设计，使得面对流体介质的发射面不仅在压カ负荷时而且在热负荷时都尽可能不运动。在图1和2中所述的超声波换能器110只是多个实施例中的ー个。该实施例与本发明的其它实施例一祥可以以不同的方式有利地改进和/或变化。因此例如可以设有内部断耦联，它形成对外确定的、硬且容易密封的机械节点。壳体118的材料最好可以由塑料制成，因为塑料具有特別好的断耦联特性。例如通过缓冲材料166、断耦联部件136或密封膜 142传递的体声波分量由于塑料的声波阻尼充分地阻尼。液晶聚合物(Liquid Crystal Polymers LCP)是特别适合的，因为这种材料特別适合于加工精細结构并且同时具有良好的自缓冲性。其它材料例如是PPA，PBT和/或PEEK 或其它塑料。这些塑料材料可以非充满或充满地使用，例如以玻璃纤维、陶瓷、碳或类似物质填充。此外也可以备选或附加地选择金属和/或复合材料作为壳体118和/或壳体部件 122，124的材料。例如金属作为套材料和/或衬在塑料上的金属部件能够实现EMV屏蔽。 但是金属倾斜于明显太长持续的自振荡，它们可能不利于断耦联特性。在塑料作为套材料或者作为壳体118的材料的情况下代替只分成两个分段接触弓144例如也可以分布成三个分段或电触点152，其中例如两个分段用于压电接通并且第三段可以是电声换能器元件
10114和/或超声波换能器110的其它部件的环形或局部环形的屏蔽。如上所述，作为密封膜142的材料例如考虑聚酰亚胺(例如Kapton)。其它的、备选或附加使用的材料例如氟化碳氢物，例如特氟龙和/或PEEK，其它形式的热塑塑料或热固塑料或层材料，它们不作为膜涂覆，例如聚对ニ甲苯、漆或类似材料。备选或附加地对于密封膜142与第一壳体部件122的平面粘接也考虑其它连接技木。此外也可以单独地封闭密封膜142的膜边缘。这例如可以与粘接超声波换能器110到顶置的传感器壳体中同时进行，该顶置传感器壳体在附图中未示出。在这种顶置的传感器壳体中例如也可以设置多个这样的超声波换能器116，如同例如在上述的现有技术和/或 DE 10 2004 061 404 Al中所示的那样。在那里描述的传感器结构也可以在使用按照本发明的超声波换能器110的条件下实现。密封膜142可以在适合的エ艺步骤中粘接在第一壳体部件122的套环上和匹配体 116上。但是备选或附加地可以以其它方式实现密封膜与第一壳体部件122和/或匹配体 116之间的连接，例如在一个步骤中通过例如加入断耦联元件136到注塑模具中，例如LSR 模具。备选或附加地也可以使连接在时间上靠近LSRエ艺和/或其它用于加入断耦联部件 136的注塑エ艺实现，例如通过平衡顶压力，它也封闭或密封模具、例如LSR模具。备选或附加地也可以使用其它形式的断耦联元件136。例如也可以使断耦联元件 136完全或部分地由成形件构成和/或装配。这种工作方式的优点在于匹配层材料的更低负荷。但是缺陷是由于更软的硬度造成更大误差。另ー备选或附加使用的变化是，仅仅在第一壳体部件122并且可选择地在密封膜142上喷射断耦联元件136、例如LSR材料，而匹配体116在独立的エ艺步骤中放置、例如粘接。备选地对于LSRエ艺也可以利用铸造技术加入缓冲和/或断耦联材料。代替硅也可以使用其它材料。作为独立材料也可以省去断耦联元件136和/或可以完全或部分地与缓冲材料166組合。例如可以使用唯一的浇注物质，它兼容缓冲和断耦联。这例如可以是硅材料。作为基本材料也可以设想例如具有其他填充物的柔性树脂。其它变化和/或改进方案涉及匹配体116。例如可以使这个匹配体按照上述的现有技术构成。尤其可以使匹配体116由玻璃空心球充满的树脂和/或由多孔的烧结的聚酰亚胺、例如杜邦公司Vespel型的聚酰亚胺或其它材料和/或也由反差材料制成，这样选择其声阻抗或其阻抗变化，由此得到电声换能器元件114与流体介质120之间有利的耦联。在电声换能器元件114与匹配体116之间可以定位一个或多个附加层，它们保护电声换能器元件114、例如压电元件免受应力，通过使它们例如具有接近压电材料的膨胀系数(即例如 10ppm/K或更小的数量级)并且具有足够的厚度。这个至少ー个层可以同时用干，相对于粘接剂密封匹配体116的敞开的孔，通过粘接剂固定电声换能器元件114。这个至少ー个可选择附加的层例如可以粘接或通过成型エ艺涂覆和/或使匹配体116的一部分，例如匹配层， 尤其具有不同的热/声特性。电声换能器元件114的直径可以这样选择，基本上充分利用用于产生超声波和/ 或超声波检测的面谐振。电声换能器元件114的厚度可以是ー种兼容。例如压电元件越�。饺崛恚馐顾谌瘸寤鞣矫娓榷ǖ毓钩伞Ａ愆`方面太薄的压电元件实现太强的弯曲振动，它们可以与匹配体116 —起导致太强的超声波换能器110温度过程。在电声换能器元件114与匹配体116或补偿层之间的连接也可以没有独立粘接剂地构成，例如通过使压电元件直接衬入到匹配体116和/或至少ー个中间体中。电声换能器元件114与匹配体 116和/或可选择的补偿层之间的连接可以这样的柔软，匹配体116或补偿层的热变化或通过热冲击不会对压电功能产生不利影响。另ー方面最好选择足够硬的连接，出现足够的声的耦联。为此通�？梢允褂檬髦牟牧�。 在电声换能器元件114、例如压电元件的电极与接触弓(它一般包括ー个或多个接触脚)之间的电连接可以以不同的方式实现。例如可以如上所述利用导线、小带、薄膜或芯线实现连接。作为接通代替所谓的热压焊接原则上也可以考虑其它技木。例如提供导电粘接、钎焊或复合导线。接触位置或电声换能器元件与接触弓144和/或这个接触弓144 的单个接触脚之间的整个连接可以通过硬的保护物质、例如Glob-Top物质和/或通过软的硅胶覆盖，用于保护它们，例如免受腐蚀。接触脚原则上也可以与壳体118的一个壳体部件固定连接，例如作为衬入部件或作为围注的部件。
权利要求
1.用于在流体介质(120)中使用的超声波换能器(110)，包括至少ー个换能器芯 (112)，其中该换能器芯(11 包括至少ー个电声转换元件(114)，其中该超声波换能器 (110)还包括至少ー个壳体(118)，其中该壳体(118)具有至少两个壳体部件(122，1M)， 其中设有至少ー个第一壳体部件(122)，其中第一壳体部件(12 至少部分地包围换能器芯(112)，其中可以接触到背离流体介质(120)的电声转换元件(114)的背面，其中设有至少ー个第二壳体部件(1 )，其中该第二壳体部件(124)与第一壳体部件(12 连接，其中该超声波换能器(110)在其背离流体介质(120)的ー侧上通过第二壳体部件(124)基本封闭。
2.如上述权利要求所述的超声波换能器(110)，其中所述第一壳体部件(12 环形地包围换能器芯(112)。
3.如上述权利要求中任一项所述的超声波换能器(110)，其中所述电声换能器元件 (114)在背离流体介质(120)的一侧上与第一壳体部件(12 平齐地封闭或者突出于第一壳体部件(122)。
4.如上述权利要求中任一项所述的超声波换能器(110)，其中所述第二壳体部件 (124)鉢形地构成并且从背离流体介质(120)的ー侧与第一壳体部件(122)反套。
5.如上述权利要求中任一项所述的超声波换能器(110)，其中所述第一壳体部件 (122)和第二壳体部件(124)通过材料结合的连接方法相互连接，尤其通过焊接方法。
6.如上述权利要求中任一项所述的超声波换能器(110)，还包括至少ー个用于电接通电声换能器元件(114)的接触弓(144)、尤其ー个基本形状稳定的接触弓(144)，其中该接触弓(144)通过第二壳体部件(124)伸进超声波换能器(110)的内室中并且在那里与电声换能器元件(114)电连接。
7.如上ー权利要求所述的超声波换能器(110)，其中所述接触弓(144)与第一壳体部件(122)连接，尤其通过形状结合和/或カ结合的连接。
8.如上述两个权利要求中任一项所述的超声波换能器(110)，其中所述接触弓(144) 至少部分地包围电声换能器元件(114)并且提供电磁屏蔽。
9.如上述权利要求中任一项所述的超声波换能器(110)，其中所述第一壳体部件 (122)和第二壳体部件(124)由塑料材料制成。
10.用于加工在流体介质(120)中使用的超声波换能器(110)、尤其如上述权利要求中任一项所述的超声波换能器(110)的方法，包括下面的步骤-产生换能器芯(112)，其中该换能器芯(112)包括至少ー个电声变换器元件(114)，-制备至少ー个第一壳体部件(122)，该第一壳体部件(12 至少部分地包围换能器芯 (112)，其中可以接触到背离流体介质(120)的电声换能器元件(114)的背面，-制备至少ー个第二壳体部件(IM)，-并且使第一壳体部件(12 与第二壳体部件(124)这样连接，使超声波换能器(110) 在其背离流体介质(120)的ー侧上通过第二壳体部件(124)基本封闭。
11.如上述权利要求所述的方法，其中将第一壳体部件(122)和换能器芯(112)或一部分换能器芯(112)、尤其是匹配体(116)安置、尤其粘接在密封膜(14 上，其中在换能器芯 (112)或部分换能器芯(112)与第一壳体部件(122)之间的中间空间至少部分地通过至少一种缓冲和/或断耦联材料(136)充满。
12.如上述两个权利要求中任一项所述的方法，其中在连接第一壳体部件(12 与第 ニ壳体部件(124)之前使一个用于接通电声换能器元件(114)的接触弓(144)与第一壳体部件(122)连接，尤其通过形状结合和/或カ结合的连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于在流体介质(120)中使用的超声波换能器(110)。该超声波换能器(110)包括至少一个换能器芯(112)，该换能器芯包括至少一个电声转换元件(114)。该超声波换能器(110)还包括至少一个壳体(118)，该壳体具有至少两个壳体部件(122，124)。设有至少一个第一壳体部件(122)，它至少部分地包围所述换能器芯(112)。该电声转换元件(114)的背离流体介质(120)的背面可以被接触到。还设有至少一个第二壳体部件(124)，它与所述第一壳体部件(122)连接。该超声波换能器(110)在其背离流体介质(120)的一侧上基本上被该第二壳体部件(124)封闭。
文档编号G01F1/66GK102597713SQ201080048660
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月10日 优先权日2009年10月29日
发明者B·金茨, G·许夫特尔, M·赫斯特布林克, R·万贾, R·米勒, S·拉德万, T·朗 申请人:罗伯特·博世有限公司
