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专利名称：基于超声波的传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求I前序部分所述的基于超声波的传感器。
背景技术：
基于超声波的传感器例如在汽车制造中用在汽车中，以便检测汽车的周围环境。为此首先发射声信号、通常是超声信号，该声信号被一个位于发射范围中的物体反射。反射的回声接下来被至少一个传感器接收到。由该信号从发射直到接收到回声为止的传播时间确定与物体的距离。在此能够实现的是，发射信号的传感器以及接收信号的传感器是同一个传感器。在该情况中，传感器作为所谓的收发器工作。该收发器首先发出信号并且在隔膜的振动衰减之后能够接收到达的回声。变换地也可实现的是，发射器和接收器分开，使得一个传感器仅作为发射器工作并且第二传感器仅作为接收器工作。 目前作为用于检测周围环境的传感器，在汽车中使用尤其是基于压电晶体的超声传感器。除了这些基于压电晶体的超声传感器，也已知所谓的机电式薄膜，其中在聚合物基体中含有气孔并且在气孔的边界面上持久地施加静电电荷。在施加电压时，气孔的高度改变并且薄膜开始振动。相应地，在接收到声信号时，气孔的高度由于出现的声波而改变，其中,产生一个电压。机电式薄膜的结构和用于制造这样的薄膜的方法例如在US 4，654，546中描述。也描述了，薄膜可以用作声源。在此尤其是参考作为扬声器或麦克风的应用，其中，薄膜为此例如施加在表面、例如壁上。由US 4，654，546无法得出能够将薄膜也用作用于检测汽车的周围环境的超声波传感器。在这样的基于薄膜的传感器中存在以下可能性由于薄膜中的缺陷部位出现电压击穿。这能够导致断路和由此导致持久的损坏，在最不利的情况导致传感器完全破坏。

发明内容
按本发明构成的基于超声波的传感器包括一个用于发射和用于接收声波的机电式薄膜，其中，在机电式薄膜的一个表面上构造一个地电极并且在与地电极相对置的表面上构造至少一个传感器电极。所述至少一个传感器电极包括多个电极区域，这些电极区域能够分别通过至少一个连接片电接触。通过连接片(电极区域能够通过这些连接片电接触)构成基于超声波的传感器上的保险区域。在机电式薄膜中的缺陷部位(其可能导致从传感器电极向地电极的电压击穿)情况下，在缺陷部位的区域中的连接片熔化并且在需要时蒸发。这导致，在存在缺陷部位的区域中中断从传感器电极至地电极的电流。仅在传感器上出现局部损坏，传感器的功能不由此被不利地影响。各个连接片由此起到保险装置的作用，电极区域通过连接片相互连接。在本发明的第一实施方式中，通过所述至少一个连接片分别将相邻的电极区域相互连接。由此例如能够实现的是，一个大面积的电极被分成单个区域，这些单个区域分别通过连接片相互电接触。在出现短路的情况下，例如由于机电式薄膜中的缺陷部位，例如能够实现的是，与一个电极区域连接的所有连接片熔化并且在需要时蒸发，使得该一个电极区域不再被接触。传感器电极被分成的其余区域继续被供给电压，使得传感器的功能得到保证。在一种变换的实施方式中，传感器电极以曲折形结构的形式构成，所述曲折形结构包括一中心印制导线，从所述中心印制导线侧向地延伸出电极指，其中，所述连接片分别作为收缩部构造在所述电极指的指向所述印制导线的一侧上。在该情况中，在机电式薄膜中出现缺陷部位时，分别仅将单个指从电源切断，其方式是熔化或蒸发使电极指与中心印制导线连接的连接片。所述地电极和所述传感器电极优选分别作为金属层构造在所述机电式薄膜上，基于超声波的传感器通过传感器电极控制。变换地也可以的是，或者地电极或者优选传感器电极被构造为印制电路板上的印制导线并且机电式薄膜被粘贴到具有传感器电极的印制电路板上。但是优选的是，所述至少一个传感器电极同样被构造为机电式薄膜上的金属层。金属层的制造可以通过技术人员公知的任何沉积方法进行。因此，金属层可以例如通过化学蒸镀(化学气相沉积，CVD)或物理蒸镀(物理气相沉积，PVD)制成。也可能的是，由传感器 电极或地电极构成的金属层通过电流涂层技术制造。除了上述的方法外，技术人员公知并且能够用以制造金属层的任何其它方法都是适合的。尤其当基于超声波的传感器在汽车中用于检测周围环境时，有利的是，通过基于超声波的传感器能够不仅在物体的远近方面而且在物体的方向方面检测该物体。为了获得明确的方向检测，需要至少两个传感器元件。因此在一种优选的实施方式中，在机电式薄膜的表面上构造有多个传感器电极，它们通过非金属的电介质相互分开。多个传感器电极在此分别构成一个声换能器，该声换能器可以作为独立的传感器作用。例如机电式薄膜用作非金属的电介质，通过该非金属的电介质将传感器电极相互分开。也可能的是，机电式薄膜上的传感器电极被附加地涂层，使得附加涂层作为非金属电介质作用，该附加涂层例如用于保护传感器电极。如果传感器电极构造在其上施加机电式薄膜的印制电路板上，那么例如粘接剂层可以作为非金属电介质作用，机电式薄膜通过粘接剂层粘接在印制电路板上。能够用以对传感器电极进行涂覆的涂层通常是提供相对于环境影响的保护的涂层。尤其是使用一个涂层，通过该涂层能够阻止天气影响(例如雨、冰或雪)或机械影响(其例如在轻微碰撞时出现)对传感器电极和整个基于超声波的传感器的损坏。如果在机电式薄膜上构造有多个传感器电极，这些传感器电极通过非金属的电介质相互分开，那么特别优选的是，传感器电极具有一个曲折形结构并且相邻传感器电极的电极指相互交错，其中，相邻传感器电极的各个电极指分别通过非金属的电介质相互分开。通过相邻的传感器电极的电极指的交错能够以节省空间的方式实现具有多个声换能器的传感器。为了在构造具有曲折形结构的传感器电极时在各个电极指上实现连接片，在一种实施方式中这样地设计电极指，即电极指的宽度随着到印制导线的距离的增加而增加。电极指的窄区域在此与印制导线连接并且用作连接片，其在机电式薄膜中的缺陷部位的情况中用作保险装置，缺陷部位可能导致电压击穿。但是变换地也可能的是，指分别通过连接片与印制导线接触并且设有一个电极面，该电极面形成指的端部并且在背对印制导线的一侧与连接片连接。电极面在此可以呈现任意的形状并且例如是圆形的、方形的、正方形的、三角形的或者是具有任意数量的角的任何其它多角形的形式。当电极区域设计成圆形或椭圆形时，有利的是该连接片具有一个附加的收缩部。按本发明这样地确定导电的连接片的尺寸，使得连接片在由于机电式薄膜中的缺陷部位而出现过电压时熔化或蒸发，电极区域通过连接片电接触。通过熔化或蒸发，连接片被破坏并且由此能够用作保险元件。


本发明的例子在附图中示出并且在下面的说明书中详细地阐述。其示出图I示出基于超声波的传感器的三维视图，图2示出在图I中示出的传感器的俯视图，
图3示出具有曲折形传感器电极的传感器表面的一部分。
具体实施例方式在图I中示出基于超声波的传感器的三维视图。基于超声波的传感器I包括传感器电极3和地电极5。机电式材料位于传感器电极3和地电极5之间，当在传感器电极3和地电极5上施加电压时，该机电式材料垂直于地电极5和传感器电极3改变膨胀尺寸。通过在传感器电极3上施加交变电压能够以该方式产生振动。机电式材料按本发明是机电式薄膜7。作为机电式薄膜通常使用由铁电驻极体材料制成的隔膜。封闭极的聚合物泡沫在此被称为铁电驻极体材料，其中在各个气孔的边界面上持久地定位正和负的静电电荷。通过施加的静电电荷，各个气孔在施加电压时膨胀或者在相反极化时压缩。由此能够实现的是，通过相应的激励产生振动，该振动可以作为声脉冲发射。相应地在出现声波时通过气孔大小的机械改变产生电压，该电压能够被获取。适合作为用于制造铁电驻极体材料的泡沫的聚合物材料尤其是基于氟的聚合物，例如聚四氟乙烯、聚氟乙烯丙烯和聚偏二氟乙烯。另外例如聚对苯二甲酸乙二醇也是合适的。除了提到的聚合物外，这些聚合物的共聚物也是合适的。为了能够将机电式薄膜7用作声信号的发射器或接收器，地电极5优选作为整面的金属化结构施加在机电式薄膜7上。在机电式薄膜7的与地电极5相对置的一侧上施加传感器电极3。传感器电极3在此分别施加在机电式薄膜的其上应当定位传感器的位置上。如果应当仅设计一个单个的传感器，那么如在图I中所示，机电式薄膜可以同样具有稍后的传感器的形状。变换地也可行的是，机电式薄膜7被设计为连续的薄膜并且传感器电极3分别施加在那些应当定位传感器的位置上。传感器电极3和地电极5能够通过任意的、对于技术人员已知的沉积方法，例如无电流和/或电流沉积、化学沉积方法、物理沉积方法或蒸镀施加到机电式薄膜7上。特别适合用于施加传感器电极3和地电极5的是这样的沉积方法，其中用于传感器电极3和地电极5的金属被蒸镀，例如CVD方法或PVD方法。作为地电极5的整面设计的变换，也可以将地电极5分别仅设置在其上也施加有传感器电极3的位置上。地电极5在此优选具有与传感器电极3相同的几何形状并且与传感器电极相对置地定位在机电式薄膜7上。为了能够运行基于超声波的传感器I，该地电极5与接地触点9连接并且传感器电极3与传感器触点11连接。接地触点9和传感器触点11在此在图I中仅示意地示出。通常，传感器触点11例如作为印制导线构造在用作电介质的机电式薄膜上。用于制造基于超声波的传感器I的机电式薄膜7可能具有缺陷部位，例如通过过大的气孔。在缺陷部位的区域中可能在传感器电极3和地电极5之间出现电压击穿。这样的电压击穿导致短路，短路在传统传感器中可能导致传感器的损坏，该损坏一直会达到传感器的实效。为了避免传感器的这种损坏，按本发明将传感器电极3分成多个电极区域，这些电极区域分别通过至少一个连接片电接触。这样的传感器电极例如在图2中示出。 按本发明构成的传感器电极3具有多个电极区域13，这些电极区域通过连接片15相互电连接。附加地，传感器电极3的在图2中示出的实施方式具有一个包围电极区域13的环形电极区域17。该环形电极区域17包围电极区域13并且与电极区域13同样通过连接片15接触。通过环形电极区域17实现传感器电极3的确定的外边界。传感器电极3的电接触优选通过环形电极区域17实现。为了能够在将基于超声波的传感器例如用作汽车中的距离传感器时不仅在距离方面而且在方向方面实现对物体的检测，使用多个基于超声波的传感器。为此例如可以使用由基于超声波的传感器I组成的阵列。为此，多个传感器电极3可以分别以一个确定的距离相对彼此施加在机电式薄膜上。机电式薄膜在此用作各个传感器电极之间的电介质，使得通过传感器电极3分别限定一个单个的基于超声波的传感器。与传感器电极3相对置的地电极可以再次构造为用于所有基于超声波的传感器的单个地电极或者对于每个传感器电极可以设置一个与传感器电极3相对置的自己的地电极。优选的是，在机电式薄膜上为所有传感器电极设置一个共同的地电极。介电区域19位于通过连接片15相互连接的各个电极区域13之间。介电区域19例如是机电式薄膜7的未被涂层的区域。如果现在在机电式薄膜7中出现导致可能电压击穿并且由此可能导致短路的缺陷部位，那么在电压击穿的区域中连接片15熔化并且两个相邻的电极区域13之间的连接断开。在连接片15熔化并且材料在需要时蒸发之后，并且在电极区域13之间的连接断开之后，在该部位上不能再出现电压击穿。传感器由此总体上保持工作能力并且整个传感器电极3不会由于电压击穿而被破坏。一种变换实施方式作为图3中一部分示出。与在图2中示出的实施方式不同，图3示出一个曲折形的传感器电极21。这样的曲折形的传感器电极21具有一个中心印制导线23，从该中心印制导线延伸出电极指25。各个电极指25分别具有一个指向印制导线一侧的收缩部27。该收缩部27在此用作连接片，这些连接片在机电式薄膜7中的缺陷部位的情况中在短路时被熔化和蒸发。通过该方式将单个电极指25从印制导线23分开并且不影响整个曲折形传感器21的功能。在指离中心印制导线23的一侧上，电极指25的宽度增加并且例如如在图3中所示形成一个圆形末端29。除了圆形末端29外，电极指25也可以在椭圆形末端、三角形末端、正方形、矩形或具有任意多个角的多边形中结束。在电极指25的三角形设计中，三角形也可以通过尖端连接到中心印制导线23上。当设有由多个曲折形传感器电极21组成的阵列时，可以这样地设计各个电极指25，使得相邻传感器电极21的电极指25相互交错。相应的曲折形传感器电极21的各个电极指25在此通过电介质相互分开，该电介质例如通过机电式薄膜7构成。电介质25之间的距离在此被这样地选择，使得电压不能从一个曲折形传感器电极21转移到相邻的曲折形传感器电极上。曲折形传感器电极21的使用尤其是适合于长形延伸的传感器。在最大膨胀长度的方向上，各个段可以与受控的相移分开地控制，从而隔膜不会在相位方面振动。·
权利要求
1.基于超声波的传感器，包括用于发射和用于接收声波的机电式薄膜(7)，其中，在所述机电式薄膜(7)的一个表面上构造有一地电极(5)并且在与所述地电极(5)相对置的表面上构造有至少一个传感器电极(3)，其特征在于，所述至少一个传感器电极(3)包括多个电极区域(13，17 ;25)，这些电极区域能够分别通过至少一个连接片(15)电接触。
2.根据权利要求I的基于超声波的传感器，其特征在于，各相邻的电极区域(13，17)通过所述至少一个连接片(15)相互连接。
3.根据权利要求I的基于超声波的传感器，其特征在于，所述传感器电极(3)以曲折形结构(21)的形式构成，所述曲折形结构包括一中心印制导线(23)，从所述中心印制导线侧向地延伸出电极指(25)，其中，所述连接片分别作为收缩部(27)构造在所述电极指(25)的指向所述印制导线(23)的一侧上。
4.根据权利要求I至3中任一项的基于超声波的传感器，其特征在于，所述地电极(5)和所述至少一个传感器电极(3 ；21)分别作为金属层构造在所述机电式薄膜(7)上。
5.根据权利要求I至4中任一项的基于超声波的传感器，其特征在于，在所述机电式薄膜(7)的表面上构造有多个传感器电极(3 ;21)，所述传感器电极通过非金属的电介质(19)相互分开。
6.根据权利要求5的基于超声波的传感器，其特征在于，在多个构造为曲折形结构的传感器电极(21)中，相邻的传感器电极(21)的电极指(25)相互交错，其中，相邻的传感器电极(21)的各个电极指(25)通过非金属的电介质相互分开。
7.根据权利要求5或6的基于超声波的传感器，其特征在于，所述非金属的电介质是所述机电式薄膜(7)的表面，通过所述非金属的电介质将所述传感器电极(3 ;21)相互分开。
8.根据权利要求3至7中任一项的基于超声波的传感器，其特征在于，所述电极指(25)的宽度随着到印制导线(23)的距离增加而增加。
9.根据权利要求I至8中任一项的基于超声波的传感器，其特征在于，导电的所述连接片(15 ;27)被这样地确定尺寸，使得所述连接片在由于机电式薄膜中的缺陷部位而出现过电压时被熔化或蒸发，所述电极区域(13，17 ;25)通过所述连接片电接触。
全文摘要
本发明涉及一种基于超声波的传感器，包括用于发射和用于接收声波的机电式薄膜(7)，其中，在所述机电式薄膜(7)的一个表面上构造有一地电极(5)并且在与所述地电极(5)相对置的表面上构造有至少一个传感器电极(3)。所述至少一个传感器电极(3)包括多个电极区域(13，17；25)，这些电极区域能够分别通过至少一个连接片(15)电接触。
文档编号G01S7/521GK102798852SQ201210162580
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月23日 优先权日2011年5月25日
发明者A·格拉赫, M·黑尔姆勒 申请人:罗伯特·博世有限公司