一種大功率超聲波傳感器的制造方法
【專利摘要】一種大功率超聲波傳感器，涉及壓電陶瓷及超聲波傳感器技術(shù)。包括金屬筒體、壓電陶瓷片及電路板；制取壓電陶瓷片的原料中還加入氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁；壓電陶瓷片與金屬筒體的底板用耐高溫粘接劑粘接，壓電陶瓷片的一面通過絲網(wǎng)印刷一層耐高溫粘接劑；所述金屬筒體的直徑尺寸不小于25毫米。故陶瓷材料性質(zhì)變“硬”，壓電陶瓷片在工作時產(chǎn)生的熱量不會導致退極化，使壓電陶瓷在高溫工作時更穩(wěn)定。總之，本發(fā)明性能大大改善，其KP(機電耦合系數(shù))≥60%，Tang(損耗)≤0.5%，∑(介電常數(shù))=1700±200，QM(品質(zhì)因數(shù))=1100±200。
【專利說明】一種大功率超聲波傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓電陶瓷及超聲波傳感器技術(shù)，尤指一種大功率超聲波傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲波傳感器為利用壓電陶瓷的壓電性而開發(fā)的傳感器器件，已廣泛應用于工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、防盜報警系統(tǒng)、門自動起閉裝置、汽車倒車傳感器、各種電子設備搖控裝置等。當在壓電陶瓷片上加一電信號時，它會產(chǎn)生形變，引起傳感器振動面發(fā)出超聲波。當超聲波碰到障礙物時，超聲波反射回來通過傳感器接收作用于壓電陶瓷片，根據(jù)逆壓電效應，超聲波傳感器產(chǎn)生一個電信號輸出。利用超聲波在同一介質(zhì)中傳播速度不變的原理，根據(jù)發(fā)射和接收信號之間的時間差，從而判斷出障礙物的距離。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生反射波，碰到移動物體產(chǎn)生多普勒效應。超聲波傳感器為一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娦阅茏優(yōu)闄C械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能能將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。超聲波傳感器向空氣中發(fā)射高于20KHz的超聲波，探測來自某個物體的反射波。
[0003]現(xiàn)有一種驅(qū)散流浪狗等動物的超聲波傳感器，該傳感器發(fā)射出20KHz以上頻率的超超聲波，動物的聽覺系統(tǒng)聽到此信號時會感到極度不適，快速離開。該傳感器金屬筒體的直徑一般為10~18 mm,金屬筒體的底板之厚度一般為0.8-1.0 mm,電壓9V測試1CM距離傳感器的聲壓值為10OTB，一般采用環(huán)氧膠水作為粘接劑來粘接壓電陶瓷片與金屬筒體。
[0004]在實際應用中，現(xiàn)有驅(qū)散流浪狗等動物的超聲波傳感器出現(xiàn)如下三個問題:
其一，由于壓電陶瓷溫度特性原因，當壓電陶瓷周邊環(huán)境的溫度越高時，其壓電陶瓷的壓電性能衰減得越厲害，當溫度達到壓電陶瓷居里溫度時，會產(chǎn)生退極化，導致壓電陶瓷無壓電性能。
[0005]其二，由于粘接壓電陶瓷片與金屬外殼的粘接劑的承耐溫度一般為80~100°C，易使粘接劑老化，致使壓電陶瓷片與金屬外殼粘接不牢固，甚至產(chǎn)生脫落等現(xiàn)象，也導致傳感器不能工作。
[0006]其三，現(xiàn)有超聲波傳感器直徑小，發(fā)射出的超聲波聲壓值小，不能起到很好的驅(qū)趕效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有驅(qū)散流浪狗等動物的超聲波傳感器的上述不足，提供一種大功率超聲波傳感器。該一種大功率超聲波傳感器的功率大，發(fā)射的聲壓值提高，且穩(wěn)定性能好。
[0008]為此，本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器采用下述技術(shù)方案:
一種大功率超聲波傳感器，包括金屬筒體、壓電陶瓷片及電路板；金屬筒體的一端制有底板，底板與金屬筒體為整體結(jié)構(gòu)，金屬筒體的另一端呈敞開狀；電路板與金屬筒體的所述另一端配裝；壓電陶瓷片與電路板導電連接；
制取壓電陶瓷片的原料成分為:
鉛的氧化物，分子式為 Pb (Mnl73Sb273) O3] ο.045- [PbT13] 0.4716_ [PbZrO3] 0.4834;
鎳的氧化物，分子式為N1，其重量為鉛的氧化物的0.01% ；
鈰的氧化物，分子式為CeO2,其重量為鉛的氧化物的0.02% ；
鈷的氧化物，分子式為CO2O3，其重量為鉛的氧化物的0.01% ；
以及氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁，氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁的用量各占鉛的氧化物重量的0.2%?0.6%。
[0009]對上述技術(shù)方案進行進一步闡述:
壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘接，其粘接劑為耐高溫粘接劑，其粘接的方法是，壓電陶瓷片的一面通過絲網(wǎng)印刷一層耐高溫粘接劑，將壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘貼，通過外力加壓將壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘合，然后放入烘箱中加溫100?150°C固化，時間3?5小時，致使壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘接牢固，導通成為一個電極面。
[0010]所述金屬筒體的直徑尺寸不小于25毫米，以提高超聲波傳感器發(fā)射的聲壓值。
[0011]所述電路板還與插針配裝，插針與使用本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器的裝置的控制電路連接，以控制本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器工作。
[0012]對本發(fā)明的一種大功率超聲波傳感器的工作機理闡述如下:
對鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片配方進行改良，加入氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁，陶瓷材料性質(zhì)變“硬”，致使壓電陶瓷片在工作時產(chǎn)生的熱量不會導致退極化。氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁的存在不是引起鉛缺位，而起氧缺位。例如K+進入原來Pb2+的位置，Mg 2+、Sc 'Fe 3+等進入原來的(Ti ,Zr ) 4+位置，為了維持晶胞子的電中性，需要使晶胞子中的負離子的總價數(shù)作相應的降低，于是產(chǎn)生氧缺位。當K+取代了 Pb 2+時，每2個離子產(chǎn)生一個氧缺位。而Mg2+取取代(Ti ,Zr) 4+時也是每2個離子產(chǎn)生一個氧缺位。而Mg 2+取代(Ti , Zr ) 4+時,則I個Mg 2+產(chǎn)生一個氧缺位。從Mg 2+的置換看來,既可能置換Pb 2+也可以置換(Ti，Zr ) 4+。雖然不能說所有的Mg 2+者進入(Ti，Zr ) 4+的位置，然而其性質(zhì)的變化說明，有相當多的Mg 2+是處于(Ti , Zr ) 4+的位置，例如，在PZT陶瓷中不加Fe3+的樣品和加入Fe 3+的樣品比較，同樣在1260°C下保溫5H燒成，未加Fe 3+的樣品晶粒平均直徑為5.5微米，機械品質(zhì)因數(shù)QM為300。加入0.3%Fe203的樣品，晶粒平均直徑為2.7微米，機械品質(zhì)因數(shù)QM提高到800。
[0013]本發(fā)明的一種大功率超聲波傳感器的有益效果為:
1、通過調(diào)整壓電陶瓷片配方，加入加入氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁，能提高壓電陶瓷的居里溫度，降低介電常數(shù)，降低損耗，機械品質(zhì)因數(shù)QM提高，電阻率提高等，使壓電陶瓷在高溫工作時更穩(wěn)定。不會出現(xiàn)退極化現(xiàn)象。
[0014]2、金屬筒體的直徑大于25mm,壁厚為0.3mm,高度為Ilmm,在電壓9Vrms測試1cm距離的聲壓值為11OTB。在相同條件下提高10DB。
[0015]3、壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘接，其粘接劑為耐高溫粘接劑，當傳感器工作時產(chǎn)生的熱量達到120?200°C，此粘接劑完全能夠承受，粘接劑不會老化，能保持壓電陶瓷片與金屬筒體粘接牢固，使壓電陶瓷片在高頻振蕩過程中通過金屬筒體向空氣中發(fā)射超聲波的連續(xù)工作時間加長。
[0016]電性能如下:
4、本發(fā)明超聲波傳感器的性能大大改善，其KP(機電耦合系數(shù))> 60%,
Tang(損耗)彡 0.5%，Σ (介電常數(shù))=1700±200，QM(品質(zhì)因數(shù))=1100±200。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明分解示意圖；
圖2為本發(fā)明立體示意圖。
[0018]圖中:1、金屬筒體；11、底板；2、壓電陶瓷片；3、電路板；4、插針。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0020]實施例一
如圖1至圖2所示，一種大功率超聲波傳感器，包括金屬筒體1、壓電陶瓷片2及電路板3 ;金屬筒體I的一端制有底板11，底板11與金屬筒體I為整體結(jié)構(gòu)，金屬筒體I的另一端呈敞開狀；電路板3與金屬筒體I的所述另一端配裝；壓電陶瓷片2與電路板3導電連接；制取壓電陶瓷片的原料成分為:
鉛的氧化物，分子式為 Pb (Mnl73Sb273) O3] ο.045- [PbT13] 0.4716_ [PbZrO3] 0.4834;
鎳的氧化物，分子式為N1，其重量為鉛的氧化物的0.01% ；
鈰的氧化物，分子式為CeO2,其重量為鉛的氧化物的0.02% ；
鈷的氧化物，分子式為CO2O3，其重量為鉛的氧化物的0.01% ；
以及氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁，氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁的用量各占鉛的氧化物重量的0.2%。
[0021]壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘接，其粘接劑為耐高溫粘接劑，其粘接的方法是，壓電陶瓷片I的一面通過絲網(wǎng)印刷一層耐高溫粘接劑，將壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘貼，通過外力加壓將壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘合，然后放入烘箱中加溫100?150°C固化，時間3?5小時，致使壓電陶瓷，2與金屬筒體I的底板11粘接牢固，導通成為一個電極面。
[0022]所述金屬筒體I的直徑尺寸不小于25毫米，以提高超聲波傳感器發(fā)射的聲壓值。
[0023]所述電路板3還與插針4配裝，插針4與使用本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器的裝置的控制電路連接，以控制本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器工作。
[0024]實施例二
如圖1至圖2所示，一種大功率超聲波傳感器，包括金屬筒體1、壓電陶瓷片2及電路板3 ;金屬筒體I的一端制有底板11，底板11與金屬筒體I為整體結(jié)構(gòu)，金屬筒體I的另一端呈敞開狀；電路板3與金屬筒體I的所述另一端配裝；壓電陶瓷片2與電路板3導電連接；制取壓電陶瓷片的原料成分為:
鉛的氧化物，分子式為 Pb (Mnl73Sb273) O3] ο.045- [PbT13] 0.4716_ [PbZrO3] 0.4834;
鎳的氧化物，分子式為N1，其重量為鉛的氧化物的0.01% ；
鈰的氧化物，分子式為CeO2,其重量為鉛的氧化物的0.02% ；
鈷的氧化物，分子式為CO2O3，其重量為鉛的氧化物的0.01% ；
以及氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁，氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁的用量各占鉛的氧化物重量的0.4%。
[0025]壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘接，其粘接劑為耐高溫粘接劑，其粘接的方法是，壓電陶瓷片I的一面通過絲網(wǎng)印刷一層耐高溫粘接劑，將壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘貼，通過外力加壓將壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘合，然后放入烘箱中加溫100?150°C固化，時間3?5小時，致使壓電陶瓷，2與金屬筒體I的底板11粘接牢固，導通成為一個電極面。
[0026]所述金屬筒體I的直徑尺寸不小于25毫米，以提高超聲波傳感器發(fā)射的聲壓值。
[0027]所述電路板3還與插針4配裝，插針4與使用本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器的裝置的控制電路連接，以控制本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器工作。
[0028]實施例三
如圖1至圖2所示，一種大功率超聲波傳感器，包括金屬筒體1、壓電陶瓷片2及電路板3 ;金屬筒體I的一端制有底板11，底板11與金屬筒體I為整體結(jié)構(gòu)，金屬筒體I的另一端呈敞開狀；電路板3與金屬筒體I的所述另一端配裝；壓電陶瓷片2與電路板3導電連接；制取壓電陶瓷片的原料成分為:
鉛的氧化物，分子式為 Pb (Mnl73Sb273) O3] ο.045- [PbT13] 0.4716_ [PbZrO3] 0.4834;
鎳的氧化物，分子式為N1，其重量為鉛的氧化物的0.01% ；
鈰的氧化物，分子式為CeO2,其重量為鉛的氧化物的0.02% ；
鈷的氧化物，分子式為CO2O3，其重量為鉛的氧化物的0.01% ；
以及氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁，氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁的用量各占鉛的氧化物重量的0.6%。
[0029]壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘接，其粘接劑為耐高溫粘接劑，其粘接的方法是，壓電陶瓷片I的一面通過絲網(wǎng)印刷一層耐高溫粘接劑，將壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘貼，通過外力加壓將壓電陶瓷片2與金屬筒體I的底板11粘合，然后放入烘箱中加溫100?150°C固化，時間3?5小時，致使壓電陶瓷，2與金屬筒體I的底板11粘接牢固，導通成為一個電極面。
[0030]所述金屬筒體I的直徑尺寸不小于25毫米，以提高超聲波傳感器發(fā)射的聲壓值。
[0031]所述電路板3還與插針4配裝，插針4與使用本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器的裝置的控制電路連接，以控制本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器工作。
[0032]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制。本行業(yè)的技術(shù)人員，在本技術(shù)方案的啟迪下，可做出一些變形與修改，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上的實施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率超聲波傳感器，包括金屬筒體、壓電陶瓷片及電路板；金屬筒體的一端制有底板，底板與金屬筒體為整體結(jié)構(gòu)，金屬筒體的另一端呈敞開狀；電路板與金屬筒體的所述另一端配裝；壓電陶瓷片與電路板導電連接；其特征在于，制取壓電陶瓷片的原料成分為:
鉛的氧化物，分子式為 Pb (Mnl73Sb273) O3] 0.045- [PbT13] 0.4716_ [PbZrO3] 0.4834; 鎳的氧化物，分子式為N1，其重量為鉛的氧化物的0.01% ； 鈰的氧化物，分子式為CeO2,其重量為鉛的氧化物的0.02% ； 鈷的氧化物，分子式為CO2O3，其重量為鉛的氧化物的0.01% ； 以及氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁，氧化鎂、氧化鈧、三氧化二鐵及三氧化二鋁的用量各占鉛的氧化物重量的0.2%?0.6%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率超聲波傳感器，其特征在于:壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘接，其粘接劑為耐高溫粘接劑，其粘接的方法是，壓電陶瓷片的一面通過絲網(wǎng)印刷一層耐高溫粘接劑，將壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘貼，通過外力加壓將壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘合，然后放入烘箱中加溫100?150°C固化，時間3?5小時，致使壓電陶瓷片與金屬筒體的底板粘接牢固，導通成為一個電極面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率超聲波傳感器，其特征在于:所述金屬筒體的直徑尺寸不小于25毫米，以提高超聲波傳感器發(fā)射的聲壓值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率超聲波傳感器，其特征在于:所述電路板還與插針配裝，插針與使用本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器之裝置的控制電路連接，以控制本發(fā)明一種大功率超聲波傳感器工作。
【文檔編號】C04B35/491GK104483014SQ201410623651
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】楊洪, 嚴紅光 申請人:東莞思威特電子有限公司