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TWI684005B - 水下超音波裝置 - Google Patents

水下超音波裝置 Download PDF

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TWI684005B
TWI684005B TW108112484A TW108112484A TWI684005B TW I684005 B TWI684005 B TW I684005B TW 108112484 A TW108112484 A TW 108112484A TW 108112484 A TW108112484 A TW 108112484A TW I684005 B TWI684005 B TW I684005B
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蔣富昇
王俊傑
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佳世達科技股份有限公司
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Abstract

一種水下超音波裝置,包含至少一第一超音波換能器以及至少一第二超音波換能器。第一超音波換能器用以發射複數個超音波訊號,且第二超音波換能器用以接收複數個超音波訊號之複數個反射訊號。第一超音波換能器與第二超音波換能器相對設置。第一超音波換能器與第二超音波換能器的其中之一為弧形,且第一超音波換能器與第二超音波換能器的其中另一為弧形或直線形。

Description

水下超音波裝置
本發明關於一種水下超音波裝置,尤指一種可有效擴大量測範圍之水下超音波裝置。
由於超音波具有不破壞材料結構以及不傷害生物體的特性,因而普遍地被應用於水下量測。習知用於廣角量測範圍之水下超音波裝置係由複數個超音波換能器組成,且每一個超音波換能器皆是獨立發射與接收超音波。換言之,習知水下超音波裝置係以複數個超音波換能器之量測範圍組成廣角量測範圍。然而,當複數個超音波換能器拼接在一起時,複數個超音波換能器之間將產生大量的量測死角,使得量測結果的準確性受到影響。
本發明的目的之一在於提供一種可有效擴大量測範圍之水下超音波裝置,以解決上述問題。
根據一實施例,本發明之水下超音波裝置包含至少一第一超音波換能器以及至少一第二超音波換能器。第一超音波換能器用以發射複數個超音波訊號,且第二超音波換能器用以接收複數個超音波訊號之複數個反射訊號。第一超音波換能器與第二超音波換能器相對設置。第一超音波換能器與第二超音波換能器的其中之一為弧形,且第一超音波換能器與第二超音波換能器的其中另一為弧形或直線形。
綜上所述,本發明之水下超音波裝置係利用第一超音波換能器發射超音波訊號,且利用第二超音波換能器接收超音波訊號之反射訊號。本發明可藉由使第一超音波換能器之發射範圍與第二超音波換能器之接收範圍重疊,而形成廣角量測範圍。此外,若目標物會移動,本發明可藉由改變第一超音波換能器與第二超音波換能器之間的位移,使得量測範圍隨著目標物的移動而改變,進而達到追蹤目標物之效果。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
請參閱第1圖至第4圖,第1圖為根據本發明一實施例之水下超音波裝置1的立體圖,第2圖為第1圖中的水下超音波裝置1於另一視角的立體圖,第3圖為第1圖中的水下超音波裝置1的前視圖,第4圖為第1圖中的水下超音波裝置1的側視圖。
如第1圖至第4圖所示,水下超音波裝置1包含一第一超音波換能器10以及一第二超音波換能器12,其中第一超音波換能器10與第二超音波換能器12相對設置。於此實施例中,第一超音波換能器10為弧形,且第二超音波換能器12為直線形。於另一實施例中,第一超音波換能器10亦可為直線形,且第二超音波換能器12亦可為弧形。於另一實施例中,第一超音波換能器10與第二超音波換能器12亦可皆為弧形。換言之,第一超音波換能器10與第二超音波換能器12的其中之一可為弧形,且第一超音波換能器10與第二超音波換能器12的其中另一可為弧形或直線形,視實際應用而定。需說明的是,相位陣列式(phased array)超音波換能器亦屬於本發明所述之直線形超音波換能器。
於此實施例中,第一超音波換能器10可用以發射複數個超音波訊號,當此複數個超音波訊號碰觸到障礙物時所產生的複數個反射訊號,第二超音波換能器12用以接收複數個超音波訊號之複數個反射訊號。如第3圖與第4圖所示,第一超音波換能器10之一超音波發射面100具有一發射範圍R1,且第二超音波換能器12之一超音波接收面120具有一接收範圍R2,其中發射範圍R1與接收範圍R2具有一重疊範圍R3。因此,本發明可藉由使第一超音波換能器10之發射範圍R1與第二超音波換能器12之接收範圍R2重疊成重疊範圍R3,而形成廣角量測範圍(亦即,重疊範圍R3)。此外,本發明可藉由調整第一超音波換能器10之發射範圍R1與第二超音波換能器12之接收範圍R2間的重疊範圍R3,而得到不同的量測範圍。
如第4圖所示,第一超音波換能器10與第二超音波換能器12係沿短邊的方向相對設置。於此實施例中,第一超音波換能器10之一側面102與第二超音波換能器12之一側面122可相距第一距離D,且第一超音波換能器10之超音波發射面100與第二超音波換能器12之超音波接收面120可相距第二距離H。進一步來說,第一超音波換能器10之側面102與第二超音波換能器12之側面122可對應水平移動,且水平移動距離為上述之第一距離D;第一超音波換能器10之超音波發射面100與第二超音波換能器12之超音波接收面120可對應垂直移動,且垂直移動距離為上述之第二距離H。
於此實施例中,第一超音波換能器10為弧形。因此,第一超音波換能器10之曲率半徑可介於1/200(1/毫米)與1/5(1/毫米)之間,第一距離D可介於0毫米與50毫米之間,且第二距離H可介於0毫米與50毫米之間。於另一實施例中,若第二超音波換能器12為弧形,則第二超音波換能器12之曲率半徑可介於1/200(1/毫米)與1/5(1/毫米)之間,第一距離D可介於0毫米與50毫米之間,且第二距離H可介於0毫米與50毫米之間。於另一實施例中,若第一超音波換能器10與第二超音波換能器12皆為弧形,則第一超音波換能器10之曲率半徑可介於1/200(1/毫米)與1/5(1/毫米)之間,第二超音波換能器12之曲率半徑可介於1/200(1/毫米)與1/5(1/毫米)之間,第一距離D可介於0毫米與50毫米之間,且第二距離H可介於0毫米與50毫米之間。藉由上述之曲率半徑、第一距離D與第二距離H的限制,即可有效避免第一超音波換能器10發射之超音波訊號與第二超音波換能器12接收之反射訊號產生干涉。
請參閱第5圖以及第6圖,第5圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置2的立體圖,第6圖為第5圖中的水下超音波裝置2沿X-X線的剖面圖。水下超音波裝置2與上述的水下超音波裝置1的主要不同之處在於,水下超音波裝置2更包含一移動機構20,如第5圖與第6圖所示。於此實施例中,移動機構20可包含一馬達200、一齒輪202、一第一滑動件204、一第二滑動件206以及一彈性件208。第一滑動件204連接於第一超音波換能器10,且第二滑動件206連接於第二超音波換能器12,其中第一滑動件204與第二滑動件206相對設置。第二滑動件206具有一齒條210以及一限位部212。齒輪202連接於馬達200且與齒條210嚙合。彈性件208設置於第一滑動件204與第二滑動件206之間,且抵接於限位部212。於此實施例中,彈性件208可為彈簧,用以提供彈性力,以消除齒輪202間隙。
當馬達200驅動齒輪202轉動時,齒輪202即會經由齒條210帶動第二滑動件206相對第一滑動件204沿雙箭頭A1之方向移動,進而帶動第二超音波換能器12相對第一超音波換能器10沿雙箭頭A1之方向移動。藉此,即可調整第一超音波換能器10之發射範圍R1與第二超音波換能器12之接收範圍R2間的重疊範圍R3(如第3圖與第4圖所示)。
需說明的是,本發明亦可將第二滑動件206連接於第一超音波換能器10,且將第一滑動件204連接於第二超音波換能器12,使得移動機構20可用以移動第一超音波換能器10。換言之,移動機構20可用以移動第一超音波換能器10與第二超音波換能器12的至少其中之一,視實際應用而定。此外,本發明可針對水下超音波裝置2的X、Y、Z三軸向分別設置移動機構20,以藉由移動機構20沿X、Y、Z三軸向的至少其中之一移動第一超音波換能器10與第二超音波換能器12的至少其中之一。
請參閱第7圖,第7圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置3的立體圖。水下超音波裝置3與上述的水下超音波裝置1的主要不同之處在於,水下超音波裝置3更包含一轉動機構30,如第7圖所示。於此實施例中,轉動機構30可包含一馬達300、一第一齒輪302、一第二齒輪304以及一轉動件306。轉動件306連接於第二超音波換能器12。第一齒輪302連接於轉動件306。第二齒輪304連接於馬達300且與第一齒輪302嚙合。
當馬達300驅動第二齒輪304轉動時,第二齒輪304即會經由第一齒輪302帶動轉動件306沿雙箭頭A2之方向轉動,進而帶動第二超音波換能器12相對第一超音波換能器10沿雙箭頭A2之方向轉動。藉此,即可調整第一超音波換能器10之發射範圍R1與第二超音波換能器12之接收範圍R2間的重疊範圍R3(如第3圖與第4圖所示)。
需說明的是,本發明亦可將轉動件306連接於第一超音波換能器10,使得轉動機構30可用以轉動第一超音波換能器10。換言之,轉動機構30可用以轉動第一超音波換能器10與第二超音波換能器12的至少其中之一,視實際應用而定。此外,本發明可針對水下超音波裝置3的X、Y、Z三軸向分別設置轉動機構30,以藉由轉動機構30相對X、Y、Z三軸向的至少其中之一轉動第一超音波換能器10與第二超音波換能器12的至少其中之一。
於另一實施例中,本發明之水下超音波裝置1更可包含一位移機構,耦接第一超音波換能器10與第二超音波換能器12,並可調整使第一超音波換能器10與第二超音波換能器12之間的一位移改變。當位移改變時,第一超音波換能器10之發射範圍R1與第二超音波換能器12之接收範圍R2間的重疊範圍R3(如第3圖與第4圖所示)即會隨之改變。位移機構可為上述之移動機構20、轉動機構30或其組合,視實際應用而定。
請參閱第8圖,第8圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置4的立體圖。水下超音波裝置4與上述的水下超音波裝置1的主要不同之處在於,水下超音波裝置4之第一超音波換能器10與第二超音波換能器12皆為弧形,如第8圖所示。因此,根據上述之實施例,第一超音波換能器10與第二超音波換能器12的其中之一可為弧形,且第一超音波換能器10與第二超音波換能器12的其中另一可為弧形或直線形,視實際應用而定。
請參閱第9圖,第9圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置5的立體圖。水下超音波裝置5與上述的水下超音波裝置4的主要不同之處在於,水下超音波裝置5之第一超音波換能器10與第二超音波換能器12係沿長邊的方向相對設置,如第9圖所示。因此,根據上述之實施例,第一超音波換能器10與第二超音波換能器12可沿短邊或長邊的方向相對設置,視實際應用而定。
請參閱第10圖,第10圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置6的立體圖。水下超音波裝置6與上述的水下超音波裝置4的主要不同之處在於,水下超音波裝置6包含二個第一超音波換能器10與一個第二超音波換能器12,如第10圖所示。於此實施例中,第二超音波換能器12可設置於二個第一超音波換能器10之間。二個第一超音波換能器10可用以發射複數個超音波訊號,且第二超音波換能器12可用以接收複數個超音波訊號之複數個反射訊號。藉此,可提供更大角度的量測範圍。當然,第二超音波換能器12亦可用以發射複數個超音波訊號,且二個第一超音波換能器10亦可用以接收複數個超音波訊號之複數個反射訊號。因此,根據上述之實施例,本發明可將至少一第一超音波換能器10與至少一第二超音波換能器12相對設置,以提供更大角度的量測範圍。
綜上所述,本發明之水下超音波裝置係利用第一超音波換能器發射超音波訊號,且利用第二超音波換能器接收超音波訊號之反射訊號。本發明可藉由使第一超音波換能器之發射範圍與第二超音波換能器之接收範圍重疊,而形成廣角量測範圍。此外,若目標物會移動,本發明可藉由改變第一超音波換能器與第二超音波換能器之間的位移,使得量測範圍隨著目標物的移動而改變,進而達到追蹤目標物之效果。 以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1、2、3、4、5、6‧‧‧水下超音波裝置 10‧‧‧第一超音波換能器 12‧‧‧第二超音波換能器 20‧‧‧移動機構 30‧‧‧轉動機構 100‧‧‧超音波發射面 102、122‧‧‧側面 120‧‧‧超音波接收面 200、300‧‧‧馬達 202‧‧‧齒輪 204‧‧‧第一滑動件 206‧‧‧第二滑動件 208‧‧‧彈性件 210‧‧‧齒條 212‧‧‧限位部 302‧‧‧第一齒輪 304‧‧‧第二齒輪 306‧‧‧轉動件 A1、A2‧‧‧雙箭頭 D‧‧‧第一距離 H‧‧‧第二距離 R1‧‧‧發射範圍 R2‧‧‧接收範圍 R3‧‧‧重疊範圍 X-X‧‧‧剖面線
第1圖為根據本發明一實施例之水下超音波裝置的立體圖。 第2圖為第1圖中的水下超音波裝置於另一視角的立體圖。 第3圖為第1圖中的水下超音波裝置的前視圖。 第4圖為第1圖中的水下超音波裝置的側視圖。 第5圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置的立體圖。 第6圖為第5圖中的水下超音波裝置沿X-X線的剖面圖。 第7圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置的立體圖。 第8圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置的立體圖。 第9圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置的立體圖。 第10圖為根據本發明另一實施例之水下超音波裝置的立體圖。
1‧‧‧水下超音波裝置
10‧‧‧第一超音波換能器
12‧‧‧第二超音波換能器
100‧‧‧超音波發射面
102、122‧‧‧側面
120‧‧‧超音波接收面
D‧‧‧第一距離
H‧‧‧第二距離
R1‧‧‧發射範圍
R2‧‧‧接收範圍
R3‧‧‧重疊範圍

Claims (11)

  1. 一種水下超音波裝置,包含: 至少一第一超音波換能器,用以發射複數個超音波訊號;以及 至少一第二超音波換能器,用以接收該複數個超音波訊號之複數個反射訊號,該第一超音波換能器與該第二超音波換能器相對設置,該第一超音波換能器與該第二超音波換能器的其中之一為弧形,該第一超音波換能器與該第二超音波換能器的其中另一為弧形或直線形。
  2. 如請求項1所述之水下超音波裝置,其中該第一超音波換能器之一側面與該第二超音波換能器之一側面相距一第一距離。
  3. 如請求項2所述之水下超音波裝置,其中該第一超音波換能器與該第二超音波換能器的至少其中之一之曲率半徑介於1/200(1/毫米)與1/5(1/毫米)之間,該第一距離介於0毫米與50毫米之間。
  4. 如請求項1所述之水下超音波裝置,其中該第一超音波換能器之一超音波發射面與該第二超音波換能器之一超音波接收面相距一第二距離。
  5. 如請求項4所述之水下超音波裝置,其中第一超音波換能器與該第二超音波換能器的至少其中之一之曲率半徑介於1/200(1/毫米)與1/5(1/毫米)之間,該第二距離介於0毫米與50毫米之間。
  6. 如請求項4所述之水下超音波裝置,其中該超音波發射面具有一發射範圍,該超音波接收面具有一接收範圍,該發射範圍與該接收範圍具有一重疊範圍,該水下超音波裝置更包含: 一位移機構,耦接該第一超音波換能器與該第二超音波換能器並可調整使該第一超音波換能器與該第二超音波換能器之間的一位移改變,當該位移改變時,該重疊範圍改變。
  7. 如請求項1所述之水下超音波裝置,更包含一移動機構,用以移動該第一超音波換能器與該第二超音波換能器的至少其中之一。
  8. 如請求項7所述之水下超音波裝置,其中該移動機構包含一馬達、一齒輪、一第一滑動件以及一第二滑動件,該第一滑動件連接於該第一超音波換能器與該第二超音波換能器的其中之一,該第二滑動件連接於該第一超音波換能器與該第二超音波換能器的其中另一,該第一滑動件與該第二滑動件相對設置,該第二滑動件具有一齒條,該齒輪連接於該馬達且與該齒條嚙合。
  9. 如請求項8所述之水下超音波裝置,其中該移動機構更包含一彈性件,設置於該第一滑動件與該第二滑動件之間,該第二滑動件具有一限位部,該彈性件抵接於該限位部。
  10. 如請求項1所述之水下超音波裝置,更包含一轉動機構,用以轉動該第一超音波換能器與該第二超音波換能器的至少其中之一。
  11. 如請求項10所述之水下超音波裝置,其中該轉動機構包含一馬達、一第一齒輪、一第二齒輪以及一轉動件,該轉動件連接於該第一超音波換能器與該第二超音波換能器的其中之一,該第一齒輪連接於該轉動件,該第二齒輪連接於該馬達且與該第一齒輪嚙合。
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