[发明专利]厚度平面模式传感器及相关设备

说明书

提供了传感器，包括：压电块，其具有相对的第一表面和第二表面；在压电块的第一表面上的第一导电柔性支撑层，第一柔性支撑层具有第一厚度；以及，在压电块的第二表面上的第二柔性支撑层，第二柔性支撑层具有第二厚度。还提供了相关设备。

相关申请的交叉引用

本申请与2016年12月9日提交的名称为“Thickness Mode Transducers andRelated Devices and Methods”的美国申请序列号15/374,044(代理案卷号170084-00003)相关，该申请的公开内容以引用的方式以其整体并入到本文中，如同在本文中进行阐述一样。

技术领域

本发明构思总体上涉及传感器，并且更具体地，涉及超声波传感器以及相关的方法和设备。

背景技术

超声波传感器优选包括小的但尺寸精确的压电块，以便以低材料成本提供高度的部件间可重复性。常规设备通常包括圆柱形压电块，其具有限定压电块的谐振频率的厚度。在这些设备中，例如，当在170 kHz下操作时，元件厚度可以是大约7.0 mm，以及当在400kHz下操作时，元件厚度可以是大约3.0 mm。然而，制造这种尺寸和形状的精确尺寸的压电圆柱体可能非常昂贵，因为圆柱体面必须在烧制后加工。

此外，常规设备通常使用焊接导线提供与压电块的电连接。然而，焊料可能是不可靠的，并且由于焊料的质量和放置没有得到严格控制，所以可能导致部件之间的可变性增加，并且可能对传感器振动性能产生显著影响。随着压电块尺寸的减小，这些问题通常变得更加严重。

发明内容

本发明构思的一些实施例提供了传感器，包括：压电块，其具有相对的第一表面和第二表面；在压电块的第一表面上的第一导电柔性支撑层，第一柔性支撑层具有第一厚度；以及，在压电块的第二表面上的第二柔性支撑层，第二柔性支撑层具有第二厚度。

在进一步的实施例中，第一厚度和第二厚度可以基本相同，并且可以显著小于压电块的厚度。

在又一些实施例中，第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层可以包括薄金属材料片。薄金属材料片可以包括不锈钢材料片。

在一些实施例中，第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层可以是具有铜迹线的柔性电路。

在进一步的实施例中，第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层可以具有大约0.025 mm到大约0.1 mm的厚度。

在另外的实施例中，压电块可以包括软PZT材料，软PZT材料选自P5A级材料和P5H级材料中的一种。

在一些实施例中，压电块可以具有大约0.5 mm到大约5.0 mm的厚度。

在进一步的实施例中，传感器的谐振频率可以是大约400 kHz，并且第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层的尺寸可以是4.2×4.2×0.1mm；并且压电块的尺寸可以是4×4×2mm。

在另外的实施例中，第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层可以使用粘合剂分别耦合到压电块的第一表面和第二表面。

在一些实施例中，压电块与第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层之间的电接触可以使用粘合剂获得，而无需在压电块与第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层之间焊接导线。

在进一步的实施例中，传感器可以进一步包括在第一导电柔性支撑层和第二导电柔性支撑层之一的面向气体和面向液体的表面之一上的声学匹配层。

在另外的实施例中，传感器可以是被配置用于燃气表、水表和热量表之一的超声波传感器。