CN116027309A - 超声波换能器阵列组合及其超声波成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超声波换能器阵列组合及其超声波成像系统，包含：外壳，第一层壳体、第二层壳体及第三层壳体分别具有第一设置面、第二设置面，以及第三设置面，该第一设置面、该第二设置面，以及该第三设置面呈拉链式Z字形排列；第一直线型换能器阵列，设置于该第一层壳体内对应该第一设置面的位置；第二直线型换能器阵列，设置于该第二层壳体内对应该第二设置面的位置；以及第三直线型换能器阵列，设置于该第三层壳体内对应该第三设置面的位置，以与该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列彼此隔开不相连且共同形成拉链式Z字形排列。本发明可有效提升超声波量测范围以及量测结果的准确性。

Description

超声波换能器阵列组合及其超声波成像系统
技术领域
本发明涉及超声技术领域，尤其涉及一种超声波换能器阵列组合及其超声波成像系统。
背景技术
由于超声波具有不破坏材料结构以及不伤害生物体的特性，因而普遍地被应用于水下量测。习知用于广角量测范围的超声波装置由多个超声波换能器组成，且每一个超声波换能器皆是独立发射与接收超声波。换言之，习知超声波装置以多个超声波换能器的量测范围组成广角量测范围。然而，当多个超声波换能器拼接在一起时，多个超声波换能器之间将产生大量的量测死角，使得量测结果的准确性受到影响。
因此，有必要设计一种新型的超声波换能器阵列组合及其超声波成像系统，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波换能器阵列组合及其超声波成像系统，其能够有效扩大量测范围。
为达到上述目的，本发明提供了一种超声波换能器阵列组合，该阵列组合包含：外壳，其包含第一层壳体、第二层壳体，以及第三层壳体，该第一层壳体、该第二层壳体，以及该第三层壳体彼此层叠相接以共同构成该壳体且该第一层壳体、该第二层壳体及该第三层壳体分别具有第一设置面、第二设置面，以及第三设置面，该第一设置面、该第二设置面，以及该第三设置面呈拉链式Z字形排列；第一直线型换能器阵列，设置于该第一层壳体内对应该第一设置面的位置；第二直线型换能器阵列，设置于该第二层壳体内对应该第二设置面的位置；以及第三直线型换能器阵列，设置于该第三层壳体内对应该第三设置面的位置，以与该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列彼此隔开不相连且共同形成拉链式Z字形排列。
较佳的，该第一层壳体、该第二层壳体，以及该第三层壳体彼此层叠相接以共同构成具有四边形轮廓的该壳体。
较佳的，该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列之间具有第一夹角，该第一夹角介于10°～30°之间；该第二直线型换能器阵列以及该第三直线型换能器阵列之间具有第二夹角，该第二夹角介于10°～30°之间。
较佳的，该第一设置面平行于水平面。
较佳的，该第二层壳体以及该第三层壳体位于该第一层壳体的同一侧且与该第一层壳体依序堆叠设置。
较佳的，该第二层壳体以及该第三层壳体分别位于该第一层壳体的两侧。
较佳的，该第一设置面为该第一层壳体的顶面或底面。
较佳的，该第一直线型换能器阵列具有第一量测范围，该第二直线型换能器阵列具有第二量测范围，该第三直线型换能器阵列具有第三量测范围，且该第一量测范围与该第二量测范围以及该第三量测范围共同形成广角量测范围。
较佳的，该超声波换能器阵列组合经由该外壳固定于船体以进行水下超声波量测。
基于上述超声波华能其阵列组合，本发明还提供一种超声波成像系统，该系统包含：超声波换能器阵列组合，其包含：外壳，其包含第一层壳体、第二层壳体，以及第三层壳体，该第一层壳体、该第二层壳体，以及该第三层壳体彼此层叠相接以共同构成该壳体且该第一层壳体、该第二层壳体及该第三层壳体分别具有第一设置面、第二设置面，以及第三设置面，该第一设置面、该第二设置面，以及该第三设置面呈拉链式Z字形排列；第一直线型换能器阵列，设置于该第一层壳体内对应该第一设置面的位置；第二直线型换能器阵列，设置于该第二层壳体内对应该第二设置面的位置；以及第三直线型换能器阵列，设置于该第三层壳体内对应该第三设置面的位置，以与该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列彼此隔开不相连且共同形成拉链式Z字形排列；超声波控制器，电连接于该超声波换能器阵列组合，用来控制该第一直线型换能器阵列、该第二直线型换能器阵列，以及该第三直线型换能器阵列进行超声波量测；以及显示器，电连接于该超声波控制器，用来接收从该超声波控制器于该第一直线型换能器阵列、该第二直线型换能器阵列，以及该第三直线型换能器阵列进行超声波量测后所传来的超声波信号以显示超声波量测影像。
较佳的，该第一层壳体、该第二层壳体，以及该第三层壳体彼此层叠相接以共同构成具有四边形轮廓的该壳体。
较佳的，该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列之间具有第一夹角，该夹角介于10°～30°之间；该第二直线型换能器阵列以及该第三直线型换能器阵列之间具有第二夹角，该夹角介于10°～30°之间。
较佳的，该第一设置面平行于水平面。
较佳的，该第二层壳体以及该第三层壳体位于该第一层壳体的同一侧且与该第一层壳体依序堆叠设置。
较佳的，该第二层壳体以及该第三层壳体分别位于该第一层壳体的两侧。
较佳的，该第一设置面为该第一层壳体的顶面或底面。
较佳的，该第一直线型换能器阵列具有第一量测范围，该第二直线型换能器阵列具有第二量测范围，该第三直线型换能器阵列具有第三量测范围，且该第一量测范围与该第二量测范围以及该第三量测范围共同形成广角量测范围。
较佳的，该超声波换能器阵列组合经由该外壳固定于船体以进行水下超声波量测。
与现有技术相比，本发明提供的超声波换能器阵列组合及其系统将第一、第二与第三直线型换能器阵列分别设置在彼此层叠相接之第一、第二与第三层壳体内以彼此隔开不相连且共同形成拉链式Z字形排列的分层隔开排列设计，藉以产生广角超声波量测功效，因此，本发明可有效地解决多个超声波换能器在拼接在一起时会产生量测死角的问题，从而大幅地提升超声波量测范围以及量测结果的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的超声波成像系统的功能方块示意图；
图2为本发明实施例提供的超声波换能器阵列组合的立体示意图；
图3为本发明实施例提供的超声波换能器阵列组合的内部配置示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。
请参阅图1、图3，以及图3，图1为根据本发明实施例所提出的超声波成像系统10的功能方块示意图，图2为图1中超声波换能器阵列组合12的立体示意图，图3为图2中超声波换能器阵列组合12的内部配置示意图。超声波成像系统10可较佳地设置于船体底部下方或是设置于船舵下，用来经由超声波反射量测水下物件的存在(如鱼群或是地形)，亦可以做成独立元件以应用在冰上钓鱼等活动，但不以此为限。
如图1至图3所示，超声波成像系统10包含超声波换能器阵列组合12、超声波控制器14，以及显示器16，超声波换能器阵列组合12包含外壳18、第一直线型换能器阵列20、第二直线型换能器阵列22，以及第三直线型换能器阵列24。超声波控制器14系电连接于超声波换能器阵列组合12以用来控制第一直线型换能器阵列20、第二直线型换能器阵列22，以及第三直线型换能器阵列24进行超声波量测，且显示器16电连接于超声波控制器14以接收从超声波控制器14于第一直线型换能器阵列20、第二直线型换能器阵列22，以及第三直线型换能器阵列24进行超声波量测后所传来的超声波信号，进而显示相对应的超声波量测影像，以供后续超声波量测应用。需说明的是，相位阵列式(phasedarray)超声波换能器亦属于本发明所述的直线型超声波换能器阵列，此外，针对上述超声波控制器14的超声波信号收发控制设计以及显示器16的超声波影像显示设计的相关描述，其常见于先前技术中，于此不再赘述。
更详细地说，外壳18包含第一层壳体26、第二层壳体28，以及第三层壳体30，第二层壳体28以及第三层壳体30可较佳地位于第一层壳体26的同一侧且与第一层壳体26依序堆叠设置以共同构成具有四边形轮廓的壳体18(如图2所示，但不受此限)，且第一层壳体26、第二层壳体28及第三层壳体30分别具有第一设置面32、第二设置面34，以及第三设置面36，其中第一设置面32、第二设置面34，以及第三设置面36呈拉链式Z字形排列。第一直线型换能器阵列20设置于第一层壳体26内对应第一设置面32的位置(例如以贴附在第一设置面32上的方式，但不受此限)，第二直线型换能器阵列22设置于第二层壳体28内对应第二设置面34的位置(例如以贴附在第二设置面34上的方式，但不受此限)，且第三直线型换能器阵列24设置于第三层壳体30内对应第三设置面36的位置(例如以贴附在第三设置面36上的方式，但不受此限)，藉此，第三直线型换能器阵列24可与第一直线型换能器阵列20以及第二直线型换能器阵列22彼此隔开不相连且共同形成拉链式Z字形排列(如图3所示)。
更进一步地，在此实施例中，第一直线型换能器阵列20以及第二直线型换能器阵列22之间具有第一夹角θ1，第二直线型换能器阵列22以及第三直线型换能器阵列24之间具有第二夹角θ2，第一夹角θ1以及第二夹角θ2可较佳地介于10°～30°之间。除此之外，于此实施例中，第一直线型换能器阵列20、第二直线型换能器阵列22，以及第三直线型换能器阵列14可分别用来发射多个超声波信号，且可分别用来接收对应所发射出去的超声波信号的多个反射信号，其中第一直线型换能器阵列20可较佳地具有第一量测范围A1(于图3中显示二个，但数量与范围不以此为限)，第二直线型换能器阵列22可较佳地具有第二量测范围A2(于图3中显示二个，但数量与范围不以此为限)，且第三直线型换能器阵列24系可较佳地具有第一量测范围A3(于图3中显示二个，但数量与范围不以此为限)，藉此，由图3可知，第一量测范围A1与第二量测范围A2以及第三量测范围A3可共同形成广角量测范围(如120°，但不受此限)。需注意的是，本发明可根据超声波换能器阵列组合的实际应用需求而相对应增加直线型换能器阵列的配置数量，以调整所需的广角量测范围。
透过上述设计，举例来说，超声波换能器阵列组合12可经由外壳18固定于船体，第一设置面32系可调整至实质上平行于水平面的位置，使得超声波换能器阵列组合12可针对靠近水平面处之生物(例如，鱼群)进行水下超声波量测。在实际应用中，使用者可将第二设置面34水平朝下，使得超声波换能器阵列组合12可提供对称的超声波影像范围，以供后续进行定点垂钓之用。除此之外，超声波换能器阵列组合12可设计成可相对旋转的结构，一般的使用状态是朝下侦测水底影像，在需要追逐鱼群的状况下则可将超声波换能器阵列组合12往水面向上转动以使第一直线型换能器阵列20更邻近水平面。藉此，超声波换能器阵列组合12即可增进靠近水平面的成像范围，从而针对船体前方或船体行进方向水域进行超声波影像量测，以便后续追踪鱼群之用。
综上所述，由于本发明采用将第一、第二与第三直线型换能器阵列分别设置在彼此层叠相接之第一、第二与第三层壳体内以彼此隔开不相连且共同形成拉链式Z字形排列的分层隔开排列设计，藉以产生广角超声波量测功效，因此，本发明可有效地解决在多个超声波换能器在拼接在一起时会产生量测死角的问题，大幅提升了超声波量测范围以及量测结果的准确性。
值得一提的是，超声波换能器阵列组合的壳体设计可不限于如图2所示的第二层壳体28与第三层壳体30位于第一层壳体26的同一侧以及第一设置面32为第一层壳体26的底面的实施态样，藉以提升本发明在直线型换能器阵列配置上的设计弹性，换句话说，只要是可将第一、第二与第三直线型换能器阵列分层隔开且使其呈拉链式Z字形排列之壳体设计，其均可为本发明所采用。举例来说，在另一实施例中，第二层壳体28以及第三层壳体30可分别位于第一层壳体26之前后两侧，或者是第一设置面32可改设为第一层壳体26的顶面，其相关描述可参照上述实施例类推，于此不再赘述，至于采用何种设计，其端视本发明之超声波换能器阵列组合的实际应用而定。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (18)

1.一种超声波换能器阵列组合，其特征在于，该阵列组合包含：
外壳，其包含第一层壳体、第二层壳体，以及第三层壳体，该第一层壳体、该第二层壳体，以及该第三层壳体彼此层叠相接以共同构成该壳体且该第一层壳体、该第二层壳体及该第三层壳体分别具有第一设置面、第二设置面，以及第三设置面，该第一设置面、该第二设置面，以及该第三设置面呈拉链式Z字形排列；
第一直线型换能器阵列，设置于该第一层壳体内对应该第一设置面的位置；
第二直线型换能器阵列，设置于该第二层壳体内对应该第二设置面的位置；以及
第三直线型换能器阵列，设置于该第三层壳体内对应该第三设置面的位置，以与该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列彼此隔开不相连且共同形成拉链式Z字形排列。
2.如权利要求1所述的音波换能器阵列组合，其特征在于，该第一层壳体、该第二层壳体，以及该第三层壳体彼此层叠相接以共同构成具有四边形轮廓的该壳体。
3.如权利要求1所述的超声波换能器阵列组合，其特征在于，该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列之间具有第一夹角，该第一夹角介于10°～30°之间；
该第二直线型换能器阵列以及该第三直线型换能器阵列之间具有第二夹角，该第二夹角介于10°～30°之间。
4.如权利要求1所述的超声波换能器阵列组合，其特征在于，该第一设置面平行于水平面。
5.如权利要求1所述的超声波换能器阵列组合，其特征在于，该第二层壳体以及该第三层壳体位于该第一层壳体的同一侧且与该第一层壳体依序堆叠设置。
6.如权利要求1所述的超声波换能器阵列组合，其特征在于，该第二层壳体以及该第三层壳体分别位于该第一层壳体的两侧。
7.如权利要求1所述的超声波换能器阵列组合，其特征在于，该第一设置面为该第一层壳体的顶面或底面。
8.如权利要求1所述的超声波换能器阵列组合，其特征在于，该第一直线型换能器阵列具有第一量测范围，该第二直线型换能器阵列具有第二量测范围，该第三直线型换能器阵列具有第三量测范围，且该第一量测范围与该第二量测范围以及该第三量测范围共同形成广角量测范围。
9.如权利要求1所述的超声波换能器阵列组合，其特征在于，该超声波换能器阵列组合经由该外壳固定于船体以进行水下超声波量测。
10.一种超声波成像系统，其特征在于，该系统包含：
超声波换能器阵列组合，其包含：
外壳，其包含第一层壳体、第二层壳体，以及第三层壳体，该第一层壳体、该第二层壳体，以及该第三层壳体彼此层叠相接以共同构成该壳体且该第一层壳体、该第二层壳体及该第三层壳体分别具有第一设置面、第二设置面，以及第三设置面，该第一设置面、该第二设置面，以及该第三设置面呈拉链式Z字形排列；
第一直线型换能器阵列，设置于该第一层壳体内对应该第一设置面的位置；
第二直线型换能器阵列，设置于该第二层壳体内对应该第二设置面的位置；以及
第三直线型换能器阵列，设置于该第三层壳体内对应该第三设置面的位置，以与该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列彼此隔开不相连且共同形成拉链式Z字形排列；
超声波控制器，电连接于该超声波换能器阵列组合，用来控制该第一直线型换能器阵列、该第二直线型换能器阵列，以及该第三直线型换能器阵列进行超声波量测；以及
显示器，电连接于该超声波控制器，用来接收从该超声波控制器于该第一直线型换能器阵列、该第二直线型换能器阵列，以及该第三直线型换能器阵列进行超声波量测后所传来的超声波信号以显示超声波量测影像。
11.如权利要求10所述的超声波成像系统，其特征在于，该第一层壳体、该第二层壳体，以及该第三层壳体彼此层叠相接以共同构成具有四边形轮廓的该壳体。
12.如权利要求10所述的超声波成像系统，其特征在于，该第一直线型换能器阵列以及该第二直线型换能器阵列之间具有第一夹角，该夹角介于10°～30°之间；
该第二直线型换能器阵列以及该第三直线型换能器阵列之间具有第二夹角，该夹角介于10°～30°之间。
13.如权利要求10所述的超声波成像系统，其特征在于，该第一设置面平行于水平面。
14.如权利要求10所述的超声波成像系统，其特征在于，该第二层壳体以及该第三层壳体位于该第一层壳体的同一侧且与该第一层壳体依序堆叠设置。
15.如权利要求10所述的超声波成像系统，其特征在于，该第二层壳体以及该第三层壳体分别位于该第一层壳体的两侧。
16.如权利要求10所述的超声波成像系统，其特征在于，该第一设置面为该第一层壳体的顶面或底面。
17.如权利要求10所述的超声波成像系统，其特征在于，该第一直线型换能器阵列具有第一量测范围，该第二直线型换能器阵列具有第二量测范围，该第三直线型换能器阵列具有第三量测范围，且该第一量测范围与该第二量测范围以及该第三量测范围共同形成广角量测范围。
18.如权利要求10所述的超声波成像系统，其特征在于，该超声波换能器阵列组合经由该外壳固定于船体以进行水下超声波量测。
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