專利名稱：超聲傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲傳感器，它包括一個(gè)具有一個(gè)平的底部的柱形外殼，在外殼中裝有一支承在外殼底部上的壓電陶瓷盤，外殼底部構(gòu)成與壓電陶瓷盤之間的第一電連接，一個(gè)支承在壓電陶瓷盤上的彈簧，該彈簧在壓電陶瓷盤的相對(duì)一端上與一個(gè)導(dǎo)電部件相接觸，彈簧構(gòu)成在壓電陶瓷盤和導(dǎo)出部件之間的第二電連接。
文獻(xiàn)DE4330745C1中描述了一種超聲傳感器，它有一個(gè)帶平底部的柱形外殼，一個(gè)壓電陶瓷盤支承在該底部上。外殼的底部上有一個(gè)沿殼壁分布的環(huán)形槽，用于容納一種焊料，用于與壓電陶瓷盤的一個(gè)端部進(jìn)行電連接。由于槽是沿殼壁延伸的，因此放置壓電陶瓷盤時(shí)可以不考慮焊點(diǎn)放置的位置。但是焊料限定了傳感器能夠承受的最大溫度。
文獻(xiàn)DK9300409U4公開了一種超聲傳感器，其中僅僅用一個(gè)薄的金屬膜將壓電盤與介質(zhì)壓力隔開，由此將介質(zhì)壓力傳遞給壓電盤。為此，需要支撐盤的背部，但由于連接電纜需要空間，因此此處的支撐是有缺陷的。即使很小的介質(zhì)壓力也可能損壞壓電盤，不僅造成測(cè)量功能的中止，而且還存在介質(zhì)通過傳感器溢出的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的是生產(chǎn)一種簡(jiǎn)單和便宜的超聲傳感器，它能夠承受高的介質(zhì)壓力并且能在一個(gè)大的溫度范圍上精確地工作，這種超聲傳感器只有一些元件。
這個(gè)任務(wù)可以用一種開頭所述類型的超聲傳感器來解決。當(dāng)該超聲傳感器處于非連接狀態(tài)時(shí)，彈簧壓迫導(dǎo)電部件使之支承在與外殼相接觸的一個(gè)鎖定部件上，因而使壓電陶瓷盤短路，而在連接了一根電纜的狀態(tài)下，導(dǎo)電部件被壓迫而脫離鎖定部件，因而形成在電纜和壓電陶瓷盤之間的電連接。
這使得在與壓電陶瓷盤進(jìn)行電連接時(shí)不需要焊接，而在拆出電纜后超聲傳感器則被短路，在壓電陶瓷盤上不會(huì)建立起高電壓。因此就不需要高壓保護(hù)線路了，并且避免了連接的電子器件受到任何損壞。同樣也消除了在傳感器上連接電纜的電工受到電擊的危險(xiǎn)。
在導(dǎo)電部件和鎖定部件之間的短路可以利用一個(gè)將傳感器向外部環(huán)境緊密封閉的導(dǎo)電密封件來實(shí)現(xiàn)。這保證了在電纜保持件拆掉后外部異物不會(huì)進(jìn)入到傳感器內(nèi)部。因此，在裝配流量傳感器的其它部件之前很早就可以將傳感器外殼焊接到一個(gè)管結(jié)構(gòu)上。
外殼底部的厚度可以制作得與外殼材料的超聲波波長(zhǎng)相匹配，這樣壓電盤以外殼底部的一個(gè)諧振頻率進(jìn)行振蕩，從而振蕩通過底部以很小的損失進(jìn)行傳送。
電纜可以安裝在一個(gè)以螺紋旋入外殼中的保持件中，保持件具有用于電纜力釋放的部件并且通過將一個(gè)凸緣支承在鎖定部件上而形成從電纜的第一導(dǎo)體到外殼的第一電連接，而電纜的第二導(dǎo)體通過保持件上的一個(gè)中央凸起形成第二電連接，保持件的凸起和中央電纜在將保持件旋入外殼期間在壓縮彈簧的同時(shí)壓迫盤使之脫離鎖定部件。這樣不需要焊接就產(chǎn)生了簡(jiǎn)單而有效的電纜連接。在超聲傳感器中避免使用焊料，使得傳感器能夠用在可能會(huì)使焊料熔化的高溫環(huán)境下。
保持件的凸起是由一個(gè)絕緣體盤制成的，絕緣體盤上有一個(gè)用于接納電纜的第二導(dǎo)體和一個(gè)壓力襯套的中央開口，壓力襯套是導(dǎo)電的并且也有一個(gè)用于穿過電纜的第二導(dǎo)體的中央開口。這就產(chǎn)生從電纜的第二導(dǎo)體到導(dǎo)電部件的直接連接并且繼續(xù)通過彈簧到壓電盤的連接。
保持件的凸緣可以有一個(gè)頸部，該頸部有一個(gè)用于接納電纜的第二導(dǎo)體和電纜絕緣體，而電纜的第一導(dǎo)體在凸緣的頸部上沿外部延伸，凸緣頸部和第一導(dǎo)體可以用一個(gè)管子包圍住。
有利的是，電纜有一個(gè)耐高溫的第一部分，該第一電纜部分通過一個(gè)電纜組件與一個(gè)第二電纜部分相連接，電纜組件包含一個(gè)電子線路。這意味著電子線路可以從超聲傳感器中拆出，然后可以將超聲傳感器放置到非常高的環(huán)境溫度中。
有利的是，電纜組件的電子線路包括一個(gè)用于阻抗匹配和用于一個(gè)諧振系統(tǒng)的匹配的線圈。這樣，壓電陶瓷盤和線圈一起構(gòu)成一個(gè)振蕩線路，其諧振頻率與輸入到振蕩線路中的信號(hào)相一致。
電子線路可以有用于沿超聲傳感器和連接電纜的方向上放大和阻抗轉(zhuǎn)換的部件。因此，電纜在電子裝置和傳感器之間的長(zhǎng)度是非關(guān)鍵的。
以下對(duì)照附圖描述超聲傳感器，附圖中，

圖1是穿過傳感器外殼的一個(gè)截面圖，圖2是穿過裝配了電纜的傳感器的一個(gè)截面圖，圖3是傳感器的電纜連接和電纜組件。
圖1示出了帶一個(gè)底部3的傳感器外殼2，底部3構(gòu)成超聲的一個(gè)窗口，超聲由一個(gè)壓電陶瓷盤4產(chǎn)生，該壓電陶瓷盤由一個(gè)壓縮彈簧5保持支承在底部3上。彈簧5裝在一個(gè)彈簧保持架6中，在壓電陶瓷盤4的相對(duì)的一端處，彈簧5支承在一個(gè)導(dǎo)電部件7上，該導(dǎo)電部件受彈簧壓迫而支承在一個(gè)鎖定部件8上。
與壓電陶瓷盤4的第一電連接是由外殼2和底部3構(gòu)成的。與壓電盤4的第二電連接是由彈簧5構(gòu)成的，彈簧5延伸在絕緣的彈簧保持件6中。
如圖1中所示，導(dǎo)電部件7和鎖定部件8之間有支承點(diǎn)，壓電盤4因此被短路。這防止了在壓電陶瓷盤上形成高壓，這種高壓在溫度改變時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生。短路的線路在運(yùn)輸和儲(chǔ)藏期間保證最后要在其上安接電纜的電工不會(huì)受到電擊形式的不愉快和危險(xiǎn)情況。
圖2示出了安裝了保持件13的超聲傳感器。電纜9有一個(gè)第一導(dǎo)體10，一個(gè)絕緣體11和一個(gè)第二導(dǎo)體12。當(dāng)保持件13旋入時(shí)，一個(gè)彈簧墊圈18壓迫第一導(dǎo)體10，使之支承在導(dǎo)電凸緣14上。第一導(dǎo)體也可以用管子15固定，該管子是在接好電纜后卡緊在電纜9周圍上。被絕緣的第二導(dǎo)體12穿過凸緣14并繼續(xù)穿過一個(gè)絕緣體16而與一個(gè)推力墊17接觸，此處示出的第二導(dǎo)體12是被卷曲起來的。電纜進(jìn)一步用一個(gè)襯套19保持固定，該襯套是用一個(gè)接頭螺帽20卡緊在電纜9上的。
在旋入保持件13時(shí)，推力墊17和卷曲的第二導(dǎo)體12端部將構(gòu)成頂住導(dǎo)電部件7的一個(gè)支承。當(dāng)繼續(xù)旋入保持件13時(shí)，將使彈簧5產(chǎn)生彎曲，這樣就消除了導(dǎo)電部件7和鎖定部件8之間的短路狀態(tài)，從而超聲傳感器開始工作。
圖3示出了電纜保持件13處于拆下的狀態(tài)，電纜9被固定在凸緣14上，彈簧墊圈處于一個(gè)未壓緊的狀態(tài)，因?yàn)橹挥挟?dāng)旋入保持件13時(shí)，彈簧墊圈才會(huì)被壓緊并將電纜的第一導(dǎo)體卡持在凸緣14上。隨后壓緊接頭螺帽20使得電纜襯套也將電纜9夾緊。電纜9延伸到一個(gè)電纜組件21，它可以包含一個(gè)電子線路22。從電子線路22和電纜組件21引出另一根電纜23，它繼續(xù)延伸到電子計(jì)算線路，超聲傳感器與該電子計(jì)算線路是共同工作的。
電子線路22可以包括一個(gè)線圈，它用于阻抗匹配和用于在線圈和壓電陶瓷盤4之間獲得一個(gè)振蕩線路。電子線路也可以包含用于放大和阻抗轉(zhuǎn)換的線路，既相對(duì)于電纜9也相對(duì)于電纜23。電纜23能夠在傳遞信號(hào)的同時(shí)給電子線路22提供所需要的電流。通過使最終的信號(hào)處理靠近超聲傳感器，經(jīng)電纜23可以選擇最合適的傳送形式，這樣，如果需要的話，電纜23可以獲得一個(gè)非常大的長(zhǎng)度。
該超聲傳感器尤其適用于高壓力下，因?yàn)榈撞?和外殼2一起能夠承受非常高的環(huán)境壓力，超聲傳感器的該實(shí)施例尤其適用于極高的溫度，因?yàn)樵谌魏螘r(shí)候電纜連接都不需要焊接。溫度上限由所采用的電纜來確定。因此，如果電纜9是專門的高溫電纜超聲傳感器可在400到500℃的溫度下工作，而電纜23可以是一種普通類型的電纜，因?yàn)樵撾娎|是設(shè)定用在環(huán)境溫度相當(dāng)?shù)偷牡胤健?br> 權(quán)利要求
1.超聲傳感器(1)，包括一個(gè)有一個(gè)平底部(3)的柱形外殼(2)，該外殼中裝有一個(gè)支承在外殼底部(3)上的壓電陶瓷盤(4)，外殼底部構(gòu)成與壓電陶瓷盤(4)的一個(gè)第一電連接，一個(gè)支承在壓電陶瓷盤(4)上的彈簧(5)，該彈簧裝在一個(gè)彈簧導(dǎo)套(6)中，在與壓電陶瓷盤(4)相對(duì)的一端彈簧(5)接觸一個(gè)導(dǎo)電部件(7)，彈簧(5)構(gòu)成壓電陶瓷盤(4)和導(dǎo)電部件(7)之間的一個(gè)第二電連接，其特征在于，在非連接狀態(tài)下，彈簧(5)壓迫導(dǎo)電部件(7)使之支承在與外殼相接觸的一個(gè)鎖定部件(8)上，因而使壓電陶瓷盤(4)短路，而在連接了一根電纜(9)的狀態(tài)下，導(dǎo)電部件(7)被壓迫而脫離鎖定部件(8)，因而形成在電纜(9)和壓電陶瓷盤(4)之間的電連接。
2.按照權(quán)利要求1的超聲傳感器，其特征在于，在導(dǎo)電部件(7)和鎖定部件(8)之間的短路是通過一個(gè)將傳感器向外部環(huán)境緊密封閉的導(dǎo)電密封件實(shí)現(xiàn)的。
3.按照權(quán)利要求1或2的超聲傳感器，其特征在于，電纜(9)安裝在一個(gè)保持件(13)中，該保持件以螺紋旋入外殼(2)中，保持件(13)具有用于電纜力釋放的部件(15，18，19)并且通過將一個(gè)凸緣(14)支承在鎖定部件(8)上而形成從電纜的第一導(dǎo)體(10)到外殼(2)的第一電連接，而電纜的第二導(dǎo)體(12)通過保持件(13)上的一個(gè)中央凸起(16，17)形成第二電連接，保持件的凸起(16，17)和電纜(12)的第二導(dǎo)體在將保持件(13)旋入期間在壓縮彈簧(5)的同時(shí)壓迫盤(7)使之脫離鎖定部件(8)。
4.按照權(quán)利要求1至3中之一的超聲傳感器，其特征在于，保持件的凸起是由一個(gè)絕緣體盤(16)制成的，絕緣體盤(16)有一個(gè)用于接納電纜的第二導(dǎo)體(12)和一個(gè)壓力襯套(17)的中央開口，壓力襯套是導(dǎo)電的并且也有一個(gè)用于穿過電纜的第二導(dǎo)體(12)的中央開口。
5.按照權(quán)利要求1至4中之一的超聲傳感器，其特征在于，保持件的凸緣(14)有一個(gè)頸部，該頸部有一個(gè)用于接納電纜的第二導(dǎo)體(12)和電纜絕緣體(11)的開口，而電纜的第一導(dǎo)體(10)在凸緣的頸部上向外部延伸，凸緣頸部和第一導(dǎo)件(13)由一個(gè)管(15)包住。
6.按照權(quán)利要求1至5的超聲傳感器，其特征在于，電纜有一個(gè)耐高溫的第一部分(9)，該第一電纜部分(9)通過一個(gè)電纜組件(21)與一個(gè)第二電纜部分(23)相連接，電纜組件(2)包含一個(gè)電子線路(22)。
7.按照權(quán)利要求6的超聲傳感器，其特征在于，電纜組件的電子線路(22)包括一個(gè)用于阻抗匹配和用于一個(gè)諧振系統(tǒng)匹配的線圈。
8.按照權(quán)利要求6或7的超聲傳感器，其特征在于，電子線路(22)具有沿超聲器和連接電纜(23)的方向用于放大和阻抗轉(zhuǎn)換的部件。
9.按照權(quán)利要求7至8中之一的超聲傳感器，其特征在于，電子線路(22)由供給電纜(23)供給能量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲傳感器(1),它有一個(gè)帶一個(gè)平底部(3)的外殼(2),該外殼包圍著一個(gè)支承在外殼底部(3)上的壓電陶瓷盤(4)。底部(3)構(gòu)成與盤(4)之間的第一電連接,一根彈簧(5)支承在盤(4)上。在盤(4)的相對(duì)的一端處,彈簧(5)與一個(gè)導(dǎo)電部件(7)相接觸,這樣構(gòu)成在盤(4)和導(dǎo)電部件(7)的第二電連接。在非連接狀態(tài)下,彈簧(5)壓迫導(dǎo)電部件(7),使之頂在與外殼(2)有接觸的一個(gè)鎖定部件(8)上,由此使盤(4)短路。在連接上一根電纜(9)時(shí),導(dǎo)電部件(7)被壓迫而脫離鎖定部件(8),由此在電纜(9)和盤(4)之間形成電連接。因此,與壓電陶瓷盤(4)的電連接是在沒有焊接的情況下產(chǎn)生的,而當(dāng)電纜拆掉后超聲傳感器(1)是短路的。
文檔編號(hào)G10K11/00GK1275100SQ98810079
公開日2000年11月29日 申請(qǐng)日期1998年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月22日
發(fā)明者E·布倫 申請(qǐng)人:丹福斯有限公司