TWI703339B - 複合型感測換能器裝置 - Google Patents

Abstract

一種複合型感測換能器裝置，其中包括：一底座，該底座具有一貫孔；一第一感測器，該第一感測器設置於該底座一側，其中該第一感測器具有一第一容置空間；一第二感測器，該第二感測器設置於該第一感測器一側，其中該第二感測器具有一第二容置空間；一第三感測器，該第三感測器容設於該第一容置空間與該第二容置空間，其中第三感測器之一側具有對應該貫孔之一連接孔；以及一上蓋，該上蓋設置於該第二感測器一側。

Description

複合型感測換能器裝置

本發明係關於一種感測裝置，特別是關於一種複合型感測換能器裝置。

傳統針對水下探測方式而言，以電磁波的方式進行偵測，但是電磁波在水中衰減的非常快，無法進行水下探測方法，因此大多使用聲波來當作傳播媒介，以探測水下各種訊號，而此裝置稱為電聲換能器，將偵測到的聲波轉為電訊號，反之也可將電訊號轉成聲波傳播出去；因此電聲換能器有水下探測、通信、定位等功能，而在海洋科學研究、海洋資源開發與海軍武器裝備製造等相關領域上也扮演著極為重要的角色。

而對於水下探測的方式可分為換能器陣列與單一換能器，該換能器陣列是利用以數個換能器以對稱的結構組合成陣列，透過數個換能器間的時間差推算目標船艦的方位；而單一換能器是進行探測水下船艦訊號，透過訊號的強度、頻率等資訊，得知此船艦是靠近或遠離；但是上述兩種水下探測的方式都有明顯之缺點，以換能器陣列方式進行水下探測，需要多個換能器且占用較大的空間與較高的製作成 本，而以單一換能器探測水下船艦訊號時，僅能偵測單一訊號的強弱變化，難以正確地判斷水下訊號源所在的方位角。

鑒於上述習知技術之缺點並同時改善上述偵測單一訊號的強弱變化，本發明提出使用複合型感測換能器裝置，可達到偵測多訊號的強弱變化來解決上述的缺點。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一種複合型感測換能器裝置，其中包括：一底座，該底座具有一貫孔；一第一感測器，該第一感測器設置於該底座一側，其中該第一感測器具有一第一容置空間；一第二感測器，該第二感測器設置於該第一感測器一側，其中該第二感測器具有一第二容置空間；一第三感測器，該第三感測器容設於該第一容置空間與該第二容置空間，其中第三感測器之一側具有對應該貫孔之一連接孔；以及一上蓋，該上蓋設置於該第二感測器一側。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該該複合型感測換能器裝置還包含：一第一矽膠，該第一矽膠設置於該底座與該第三感測器之間；一前方質量，該前方質量設置於該上蓋與該第三感測器之間；一後方質量，該後方質量設置於該第一矽膠與該第三感測器之間，其中該後方質量具有一突起部，該突起部與該第三感測器之測面貼合。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該複合 型感測換能器裝置還包含：一第二矽膠，該第二矽膠設置於該底座與該第一感測器之間，其中該第二矽膠具有一第三容置空間；一第三矽膠，該第三矽膠設置於該第一感測器與該第二感測器之間，其中該第三矽膠具有一第四容置空間。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該第三感測器、該第一矽膠、該前方質量與該後方質量容設於該第一容置空間、該第二容置空間、該第三容置空間與該第四容置空間。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該第一矽膠具有一第五容置空間。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該後方質量具有一孔洞。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該底座為一反射機構。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該底座的該貫孔具有一角度。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該角度為40度至50度。

本發明的該複合型感測換能器裝置，其中該第一感測器為方向性感測器，該第二感測器為聲控換能器，以及該第三感測器為全向性感測器。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為 了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1‧‧‧複合型感測換能器裝置

2‧‧‧底座

3‧‧‧第一感測器

4‧‧‧第二感測器

5‧‧‧第三感測器

6‧‧‧上蓋

7‧‧‧第一矽膠

8‧‧‧第二矽膠

9‧‧‧第三矽膠

10‧‧‧前方質量

11‧‧‧後方質量

12‧‧‧應力螺桿

13‧‧‧目標物

14‧‧‧換能器標準件

15‧‧‧第一分析線

16‧‧‧第二分析線

17‧‧‧第一做動線

18‧‧‧第一區域

19‧‧‧第二做動線

21‧‧‧貫孔

第一圖係為複合型感測換能器裝置之剖面示意圖；

第二圖係為複合型感測換能器裝置之爆炸示意圖；

第三圖係為本發明複合型感測換能器裝置與目標物的相對位置示意圖；

第四圖係為本發明複合型感測換能器裝置與目標物的方向角度示意圖；

第五圖係為本發明複合型感測換能器裝置於水槽的方向性波束(Beam pattern)測試架構示意圖；

第六圖係為本發明複合型感測換能器裝置於水槽的方向性波束(Beam pattern)測試結果；

第七圖係為本發明複合型感測換能器裝置的反射機構作用圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。

請參閱第一圖與第二圖所示，第一圖為複合型感 測換能器裝置之剖面示意圖，而第二圖為複合型感測換能器裝置之爆炸示意圖。該複合型感測換能器裝置1包含底座2、第一感測器3、第二感測器4、第三感測器5與上蓋6組成，其中該底座2具有一貫孔21，而該第一感測器3設置於該底座2一側，而該第一感測器3具有一第一容置空間，以及該第二感測器4設置於該第一感測器3一側，該第二感測器4具有一第二容置空間，而該第三感測器5是容設於該第一容置空間與該第二容置空間，並且該第三感測器5之一側具有對應該貫孔21之一連接孔，以及該上蓋6設置於該第二感測器4一側，其中該上蓋的材料為PU膠。

接著，該複合型感測換能器裝置1還包含第一矽膠7、第二矽膠8、第三矽膠9、前方質量10與後方質量11，該第一矽膠7設置於該底座2與該第三感測器5之間，該前方質量10設置於該上蓋6與該第三感測器5之間，其中該前方質量10一側具有一凹槽，以及該後方質量11設置於該第一矽膠7與該第三感測器5之間，其中該後方質量11具有本體與突起部，而該突起部與該第三感測器5之測面貼合。

再接著，該第二矽膠8設置於該底座2與該第一感測器3之間，其中該第二矽膠8具有一第三容置空間，而該第三矽膠9設置於該第一感測器3與該第二感測器4之間，其中該第三矽膠9具有一第四容置空間，而該第三感測器5、該第一矽膠7、該前方質量10與該後方質量11容設於該第一 容置空間、該第二容置空間、該第三容置空間與該第四容置空間。

再一較佳實施例中，該第一矽膠7具有一第五容置空間，以及該後方質量11具有一孔洞，該孔洞貫穿該後方質量11的本體與突起部，另外，該複合型感測換能器裝置1還具有一應力螺桿12，該應力螺桿12容設於該第三感測器5之一側的連接孔、該後方質量11的孔洞與該前方質量10一側的凹槽，而該應力螺桿12可用於固定其它設備；再另一較佳實施例中，該底座2為一反射機構，其中該底座2的該貫孔21具有一角度，而該角度為40度至50度，而上述所該底座2的角度不應本次實施例而有所限定。

在一較佳實施例中，該複合型感測換能器裝置1的第一感測器3為方向性感測器，而第二感測器4為聲控換能器，以及該第三感測器5為全向性感測器，其中方向性感測器的波束寬度(Band Width)較窄，而全向性感測器的波束寬度(Band Width)較寬，因此本發明複合型感測換能器裝置1分別利用方向性感測器與全向性感測器以方向性與全向性的方式來接收水下訊號，將此感測器放置在水下並將感測面朝上，可利用感測到兩者的訊號差來得知與訊號源的方位角，且其接收的方向性波束(Beam Pattern)為圓柱對稱，可接收來自所有方向的訊號。

本發明複合型感測換能器，透過使用第一感測器 3(方向性感測器)與第三感測器5(全向性感測器)，在不同的方向角上獲得聲音強度(又稱方向性波束，Beam pattern)的差異，近而來推算出與訊號源的方位角，且方向性波束為圓柱對稱，因此來自任意方向的訊號源皆能被偵測，解決了先前偵測無法確定方位的缺點。

請參閱第三圖與第四圖所示，而第三圖與第四圖是根據第一圖為複合型感測換能器裝置之剖面示意圖再進一步說明複合型感測換能器裝置與目標物的相對位置示意圖與複合型感測換能器裝置與目標物的方向角度示意圖；複合型感測換能器裝置1的第一感測器3(方向性感測器)與第三感測器5(全向性感測器)在水下並將感測面朝上來偵測目標物13的位置，主要的感應原理由為透過第一感測器3與第三感測器5來感測目標物13分別所產生的聲場強度P_方(dB re μ Pa)與P_全(dB re μ Pa)，並藉由線性平移的方式將最大值P_方max(dB re μ Pa)與P_全max(dB re μ Pa)訂為0，再將P_全、P_方與夾角θ作圖，因此當P_全-P_方可獲的聲場強度的最大值時，所對應出某個θ角度可做為此複合型換能器的特性。

接著，請參閱第五圖與第六圖所示，而第五圖與第六圖是根據第一圖為複合型感測換能器裝置之剖面示意圖再進一步說明複合型感測換能器裝置於水槽的方向性波束(Beam pattern)測試架構與複合型感測換能器裝置於水槽的方向性波束(Beam pattern)測試結果；複合型感測換能器裝置1 放置在水中並裝載在旋轉螺桿上，在2(m)外有一換能器標準件14發射出固定脈波，隨著旋轉螺桿的旋轉θ角，複合型感測換能器裝置1接收到該角度下的聲場強度值P_全(dB re μ Pa)與P_方(dB re μ Pa)，並將兩者的最大聲場強度值平移到0(即P_全max=P_方max=0)，最後將θ對P_全、P_方作圖，第一分析線15為全向性換能器-方向性波束(Beam pattern)測試結果、第二分析線16為方向性換能器-方向性波束(Beam pattern)測試結果，在某一θ c方向角，兩者有最大的聲場強度差值△P_max。

再另一較佳實施例中，請參閱第七圖所示，而第七圖是根據第一圖為複合型感測換能器裝置之剖面示意圖再進一步說明複合型感測換能器裝置的反射機構作用圖；為了要將方向性波束(Beam pattern)轉移到圓柱的高度方向，助於接收上方的聲音訊號，複合型感測換能器裝置1的底座2的貫孔21角度為40度至50度的反射機構，可將接收的聲音訊號等效為發射聲音訊號，第一做動線17為聲場由第一感測器3(方向性感測器)的表面發射出聲場，經過40度至50度的反射機構後，聲場轉移到圓柱的高度方向，因此模擬波束圖(Beam pattern)也從原來的徑向方向(第一區域18)轉移到高度方向(第二做動線19)。

需陳明者，以上所述僅為本案之較佳實施例，並非用以限制本創作，若依本創作之構想所作之改變，在不脫離本創作精神範圍內，例如：對於構型或佈置型態加以變換， 對於各種變化，修飾與應用，所產生等效作用，均應包含於本案之權利範圍內，合予陳明。

1‧‧‧複合型感測換能器裝置

2‧‧‧底座

3‧‧‧第一感測器

4‧‧‧第二感測器

5‧‧‧第三感測器

6‧‧‧上蓋

7‧‧‧第一矽膠

8‧‧‧第二矽膠

9‧‧‧第三矽膠

10‧‧‧前方質量

11‧‧‧後方質量

12‧‧‧應力螺桿

21‧‧‧貫孔

Claims (10)

1. 一種複合型感測換能器裝置，其中包括：

   一底座，該底座具有一貫孔；

   一第一感測器，該第一感測器設置於該底座一側，其中該第一感測器具有一第一容置空間；

   一第二感測器，該第二感測器設置於該第一感測器一側，其中該第二感測器具有一第二容置空間；

   一第三感測器，該第三感測器容設於該第一容置空間與該第二容置空間，其中第三感測器之一側具有對應該貫孔之

   一連接孔；以及

   一上蓋，該上蓋設置於該第二感測器一側。
2. 如申請專利範圍第1項複合型感測換能器裝置，其中該複合型感測換能器裝置還包含：

   一第一矽膠，該第一矽膠設置於該底座與該第三感測器之間；

   一前方質量，該前方質量設置於該上蓋與該第三感測器之間；

   一後方質量，該後方質量設置於該第一矽膠與該第三感測器之間，其中該後方質量具有一突起部，該突起部與該第三感測器之測面貼合。
3. 如申請專利範圍第2項複合型感測換能器裝置，其中該複合型感測換能器裝置還包含：

   一第二矽膠，該第二矽膠設置於該底座與該第一感測器之間，其中該第二矽膠具有一第三容置空間；

   一第三矽膠，該第三矽膠設置於該第一感測器與該第二感測器之間，其中該第三矽膠具有一第四容置空間。
4. 如申請專利範圍第3項複合型感測換能器裝置，其中該第三感測器、該第一矽膠、該前方質量與該後方質量容設於該第一容置空間、該第二容置空間、該第三容置空間與該第四容置空間。
5. 如申請專利範圍第2項複合型感測換能器裝置，其中該第一矽膠具有一第五容置空間。
6. 如申請專利範圍第2項複合型感測換能器裝置，其中該後方質量具有一孔洞。
7. 如申請專利範圍第1項複合型感測換能器裝置，其中該底座為一反射機構。
8. 如申請專利範圍第1項複合型感測換能器裝置，其中該底座的該貫孔具有一角度。
9. 如申請專利範圍第4項複合型感測換能器裝置，其中該角度為40度至50度。
10. 如申請專利範圍第1項複合型感測換能器裝置，其中該第一感測器為方向性感測器，該第二感測器為聲控換能器，以及該第三感測器為全向性感測器。

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