TWI749951B - 超音波傳感模組 - Google Patents

超音波傳感模組 Download PDF

Info

Publication number
TWI749951B
TWI749951B TW109144617A TW109144617A TWI749951B TW I749951 B TWI749951 B TW I749951B TW 109144617 A TW109144617 A TW 109144617A TW 109144617 A TW109144617 A TW 109144617A TW I749951 B TWI749951 B TW I749951B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
opening
sensor module
ultrasonic sensor
ultrasonic
width
Prior art date
Application number
TW109144617A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202225728A (zh
Inventor
游文鼎
何佩芳
甘證顥
何其驊
蔡弈騰
Original Assignee
華碩電腦股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 華碩電腦股份有限公司 filed Critical 華碩電腦股份有限公司
Priority to TW109144617A priority Critical patent/TWI749951B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI749951B publication Critical patent/TWI749951B/zh
Publication of TW202225728A publication Critical patent/TW202225728A/zh

Links

Images

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

一種超音波傳感模組，包括一殼體、一超音波發射單元與一超音波接收單元。殼體包括一第一表面。此第一表面包括一第一開口、一第二開口與至少一溝槽。溝槽係位於第一開口與第二開口間。超音波發射單元係設置殼體內，並透過第一開口向外發射聲波。超音波接收單元係設置於殼體內，並透過第二開口接收聲波。其中，溝槽具有一寬度，此寬度滿足以下公式：w = L (n + 1/m)；其中，w是寬度，n是大於或等於零的整數，L是超音波發射單元所發射之聲波之波長，m是介於3至16之數值。

Description

超音波傳感模組
本案係關於一種超音波傳感器。
傳統的超音波傳感器是利用發射端發射聲波至一待測物，再利用接收端接收反射聲波，以偵測超音波傳感器與待測物之距離。
不過，在實際使用上容易遇到發射端的聲波直接繞射到接收端，而導致測距功能產生問題，使超音波感測器產生誤判。
依據本案之一實施例，本案提供一種超音波傳感模組。此超音波傳感模組包括一殼體、一超音波發射單元與一超音波接收單元。殼體包括一第一表面。此第一表面包括一第一開口、一第二開口與至少一溝槽。溝槽係位於第一開口與第二開口間。超音波發射單元係設置殼體內，並透過第一開口向外發射聲波。超音波接收單元係設置於殼體內，並透過第二開口接收聲波。其中，溝槽具有一寬度，此寬度滿足以下公式：w = L (n + 1/m)；其中，w是寬度，n是大於或等於零的整數，L是超音波發射單元所發射之聲波之波長，m是介於3至16之數值。
本案之超音波傳感模組之殼體的第一開口與第二開口間具有至少一溝槽，此溝槽具有一特定寬度，超音波發射單元繞射至殼體表面的聲波會在此溝槽內來回反射而削減其強度，如此，即可有效消除由超音波發射單元繞射至超音波接收單元之聲波，避免超音波感測器產生誤判。
下面將結合示意圖對本案的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本案的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本案實施例的目的。
第一圖係本案超音波傳感模組第一實施例之立體示意圖。第二至四圖係對應於此超音波傳感模組之一前視示意圖、側視示意圖與俯視示意圖。第五圖係對應於第三圖中之A-A剖面的剖面示意圖。一實施例中，此超音波傳感模組100可適用於機器人相關產品，如工業用機器人、玩具機器人、樂高機器人、掃地機器人等，用於偵測外界環境，避免產生碰撞。
如第一圖所示，此超音波傳感模組100包括一殼體120、一超音波發射單元140與一超音波接收單元160。
此殼體120包括一第一表面121與一第二表面122。第一表面121包括一第一開口123、一第二開口124與至少一溝槽（圖中係以三個溝槽125a, 125b, 125c為例）。超音波發射單元140係設置殼體120內，並透過第一開口123向外發射聲波。超音波接收單元160係設置於殼體120內，並透過第二開口124接收聲波。溝槽125a, 125b, 125c係位於第一開口123與第二開口124間。
一實施例中，殼體120之側邊並具有接頭180，用以提供此超音波傳感模組100運作所需的電能，並用以將此超音波傳感模組100所產生之偵測訊號向外傳輸。
一實施例中，如第五圖所示，超音波發射單元140與超音波接收單元160間可設置一間隔層170進行區隔。此間隔層170係位於殼體120內。一實施例中，此間隔層170可以填充吸音材料，例如泡棉。
在本實施例中，這些溝槽125a, 125b, 125c具有相同的寬度w，且此寬度w滿足以下公式：w = L(n + 1/m)；其中，w是寬度，n是大於或等於零的整數，L是超音波發射單元140所發射之聲波之波長，m是介於3至16之數值。
此寬度設定可以避免在溝槽125a, 125b, 125c內產生駐波，使繞射於殼體120表面之聲波可在溝槽125a, 125b, 125c內來回反射而削減其強度。同時亦可避免溝槽125a, 125b, 125c寬度過窄而影響製造工序。如此，即可以有效消除由超音波發射單元140繞射至超音波接收單元160之聲波。
一實施例中，如第二圖中所示，溝槽125a, 125b, 125c之長度約略等同於第一開口123或第二開口124之寬度。不過亦不限於此。在其他實施例中，溝槽125a, 125b, 125c之長度大於第一開口123或第二開口124之1/2寬度，即可有效達到削減繞射聲波的效果。
一實施例中，如第二圖中所示，第一開口123係呈圓形，第二開口124係呈圓形，以配合超音波發射單元140之發射端與超音波接收單元160之接收端的外型。第一開口123之圓心與第二開口124之圓心係定義出一中線LM（即第一開口123之圓心與第二開口124之圓心的連線）。這些溝槽125a, 125b, 125c係對稱地分布於中線LM之兩側。
一實施例中，如第二圖中所示，這些溝槽125a, 125b, 125c均沿著直線方向D1延伸，且其延伸方向垂直於中線LM。不過亦不限於此。在其他實施例中，依據實際需求，這些溝槽125a, 125b, 125c亦可採斜向配置於第一表面121上。又，在其他實施例中，各個溝槽125a, 125b, 125c之延伸方向亦可不同。
一實施例中，如第二圖中所示，這三個溝槽125a, 125b, 125c係互相平行地排列於第一開口123與第二開口124間，且相鄰二溝槽125a, 125b, 125c之間隔距離g維持固定。不過亦不限於此。在其他實施例中，因為超音波發射單元140所產生之聲波會有些微變化，這些溝槽125a, 125b, 125c的間隔距離g可因應此變化而採不同間隔距離之設計方式。
一實施例中，如第二圖中所示，這些溝槽125a, 125b, 125c之延伸方向互相平行，且各個溝槽125a, 125b, 125c的寬度w相同。不過亦不限於此，在其他實施例中，因為超音波發射單元140所產生之聲波會有些微變化，這些溝槽125a, 125b, 125c可因應此變化而採取不同寬度之設計方式。不過，這些寬度都須滿足前述公式：w = L (n + 1/m)，且m是介於3至16之數值。一實施例中，這些溝槽125a, 125b, 125c之間隔距離g可大於或等於溝槽的寬度w。
第二表面122包括複數個呈陣列排列之連接結構1222。一實施例中，這些連接結構1222係成圓形。這些連接結構1222可用以與其他具有對應連接結構的表面或元件相連接。藉此，即可以模組方式容易地將本案之超音波傳感模組100固定在所欲裝設的位置。
一實施例中，殼體120大致呈現一長方體，第二表面122與第一表面121係位於殼體之相對側。不過亦不限於此。在一實施例中，依據實際需求，用於安裝之第二表面122與用於感測之第一表面121亦可以是位於殼體120之相鄰兩側，以提供不同的安裝方式。
下表（表一）係以實驗數據呈現依據本案第一實施例進行配置之超音波傳感模組對於繞射聲波的改善程度。表中的D是第一開口123的圓心至第二開口124的圓心的距離。殼體導致之繞射增量是以比較安裝殼體前後之繞射訊號的強度，其數值越低，代表對於繞射的改善越好。表中的對照樣本一是不具有溝槽的超音波傳感模組。對照樣本二的溝槽寬度較大，其對應的m值為2.01，未落入本案設定的範圍（即介於3至16之數值）。樣本一與樣本二均採取本案第一實施例之配置方式，不過其溝槽寬度不同。
  對照樣本一 (不具有溝槽) 對照樣本二 (溝槽寬度較大) 樣本一 樣本二
n N/A 0 0 0
m N/A 2.01 4.02 5.41
w(mm) N/A 4.3 2.15 1.6
D(mm) 22.4 22.4 22.4 22.4
溝槽數 0 1 3 3
殼體導致的繞射增量(%) 25% 9% -69% -68%
表一
依據上表之實驗數據，超音波傳感模組的殼體確實會導致繞射產生而影響其超音波傳感模組的偵測結果。又，雖然在殼體上形成溝槽可以改善繞射問題，不過，相較於對照樣本二的改善效果（其溝槽寬度之對應m值為2.01），依據本案所設定之溝槽寬度所形成的溝槽（即樣本一與樣本二），對於繞射問題的改善可以有明顯的提升。
除此之外，本案的超音波傳感模組可以依據需求而設計為不同尺寸或規格，一實施例中，若第一開口123的圓心至第二開口124的圓心的距離較大時，也就是表中的D數值較大時，n的數值可以對應調大。一實施例中，若超音波傳感模組的尺寸受限於D數值無法太大，也就是需要縮減w的數值時，則可調大m的數值。
第六圖係本案超音波傳感模組200第二實施例之立體示意圖。不同於第一圖之超音波傳感模組100，其溝槽125a, 125b, 125c之長度約略等同於第一開口123或第二開口124之直徑，本實施例之超音波傳感模組200之溝槽225a, 225b, 225c則是延伸至第一表面221之邊緣，以確保超音波發射單元140繞射至殼體220表面的聲波會經過溝槽225a, 225b, 225c削減其強度後，才會傳遞至超音波接收單元160。不過亦不限於此，一實施例中，溝槽125a, 125b, 125c之長度大於第一開口123或第二開口124之1/2寬度，即可有效達到削減繞射聲波的效果。
第七圖係本案超音波傳感模組300第三實施例之立體示意圖。不同於第一圖之超音波傳感模組100中，三個溝槽125a, 125b, 125c具有相同的長度，本實施例之超音波傳感模組300之三個溝槽325a, 325b, 325c則是採取長度不同的設計方式。如第七圖中所示，靠近第一開口123與第二開口124的二個溝槽325a, 325c之長度較短，位於中間處的溝槽325b之長度較長，以配合聲波由第一開口123向外擴散傳遞至第二開口124的軌跡，有效涵蓋超音波發射單元140繞射至殼體320表面的聲波範圍。
第八圖係本案超音波傳感模組400第四實施例之立體示意圖。不同於第一圖之超音波傳感模組100在殼體120上設置三個溝槽125a, 125b, 125c，本實施例之殼體420上只設置一溝槽425。本實施例可適用於殼體420尺寸較小或是第一開口123與第二開口124的距離較小的情形。
第九圖係本案超音波傳感模組500第五實施例之立體示意圖。不同於第一圖之超音波傳感模組100中，三個溝槽125a, 125b, 125c沿著直線方向D1延伸，本實施例之超音波傳感模組500之溝槽525a, 525b, 525c則是沿著弧線方向D2延伸。
一實施例中，這些溝槽525a, 525b, 525c的長度大於第一開口123或是第二開口124的1/2寬度，且此弧線方向D2的曲率半徑大於第一開口123或是第二開口124之1/2寬度，以確保這些溝槽525a, 525b, 525c可以有效涵蓋超音波發射單元140繞射至殼體520表面的聲波範圍。
一實施例中，如第九圖中所示，這些溝槽525a, 525b, 525c的彎曲方向均是朝向第一開口123。不過亦不限於此。在其他實施例中，靠近第一開口123的溝槽525a可朝向第一開口123的方向彎曲，靠近第二開口124的溝槽525b可朝向第二開口124的方向彎曲，位於中間處的溝槽525b可以朝向第一開口123或第二開口124的方向彎曲，亦可以採取如第一圖中所示之直線型的溝槽125b。
綜上所述，本案之超音波傳感模組之殼體的第一開口與第二開口間具有至少一溝槽，此溝槽具有一特定寬度，超音波發射單元繞射至殼體表面的聲波會在此溝槽內來回反射而削減其強度，如此，即可有效消除由超音波發射單元繞射至超音波接收單元之聲波，避免超音波感測器產生誤判。
上述僅為本案較佳之實施例而已，並不對本案進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本案的技術手段的範圍內，對本案揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本案的技術手段的內容，仍屬於本案的保護範圍之內。
100,200,300,400,500:超音波傳感模組 120,220,320,420,520:殼體 140:超音波發射單元 160:超音波接收單元 121,221:第一表面 122:第二表面 123:第一開口 124:第二開口 125a,125b,125c,225a,225b,225c,325a,325b,325c,425,525a,525b,525c:溝槽 170:間隔層 180:接頭 w:寬度 LM:中線 g:間隔距離 1222:連接結構 D1:直線方向 D2:弧線方向
第一圖係本案超音波傳感模組第一實施例之立體示意圖； 第二至四圖係對應於此超音波傳感模組之一前視示意圖、側視示意圖與俯視示意圖； 第五圖係對應於第三圖中之A-A剖面的剖面示意圖； 第六圖係本案超音波傳感模組第二實施例之立體示意圖； 第七圖係本案超音波傳感模組第三實施例之立體示意圖； 第八圖係本案超音波傳感模組第四實施例之立體示意圖；以及 第九圖係本案超音波傳感模組第五實施例之立體示意圖。
100:超音波傳感模組
120:殼體
140:超音波發射單元
160:超音波接收單元
121:第一表面
122:第二表面
123:第一開口
124:第二開口
125a,125b,125c:溝槽
180:接頭
1222:連接結構

Claims (10)

  1. 一種超音波傳感模組，包括： 一殼體，包括一第一表面，該第一表面包括一第一開口、一第二開口與至少一溝槽，該至少一溝槽係位於該第一開口與該第二開口間； 一超音波發射單元，設置於該殼體內，且透過該第一開口向外發射一聲波； 一超音波接收單元，設置於該殼體內，且透過該第二開口接收該聲波； 其中，該溝槽具有一寬度，該寬度滿足以下公式： w = L (n + 1/m)； 其中，w是該寬度，n是大於或等於零的整數，L是該超音波發射單元所發射之該聲波之波長，m是介於3至16之數值。
  2. 如請求項1所述之超音波傳感模組，其中，該殼體更包括一第二表面，該第二表面包括複數個呈陣列排列之連接結構。
  3. 如請求項2所述之超音波傳感模組，其中，該第二表面與該第一表面係位於該殼體之相對側。
  4. 如請求項1所述之超音波傳感模組，其中，該溝槽之長度大於該第一開口之1/2寬度。
  5. 如請求項1所述之超音波傳感模組，其中，該溝槽係沿著一直線方向延伸。
  6. 如請求項1所述之超音波傳感模組，其中，該第一開口係呈圓形，該第二開口係呈圓形。
  7. 如請求項6所述之超音波傳感模組，其中，該溝槽係沿著一弧線方向延伸，該弧線方向的曲率半徑大於該第一開口或是該第二開口之半徑。
  8. 如請求項6所述之超音波傳感模組，其中，該溝槽之長度大於該第一開口之1/2寬度。
  9. 如請求項1所述之超音波傳感模組，其中，該溝槽的數量為複數個，且該些溝槽係互相平行地排列於該第一開口與該第二開口間。
  10. 如請求項9所述之超音波傳感模組，其中，該些溝槽之間隔距離大於或等於該寬度。
TW109144617A 2020-12-17 2020-12-17 超音波傳感模組 TWI749951B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109144617A TWI749951B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 超音波傳感模組

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109144617A TWI749951B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 超音波傳感模組

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI749951B true TWI749951B (zh) 2021-12-11
TW202225728A TW202225728A (zh) 2022-07-01

Family

ID=80681285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109144617A TWI749951B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 超音波傳感模組

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI749951B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206400093U (zh) * 2016-12-12 2017-08-11 东莞市美光达光学科技有限公司 一种测距透镜模组及激光测距装置
WO2018191516A1 (en) * 2017-04-12 2018-10-18 Sense Photonics, Inc. Devices incorporating integrated dectors and ultra-small vertical cavity surface emitting laser emitters
TW202009514A (zh) * 2018-08-29 2020-03-01 華碩電腦股份有限公司 超音波傳感裝置
TW202044570A (zh) * 2019-02-21 2020-12-01 日商索尼半導體解決方案公司 崩潰光二極體感測器及測距裝置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206400093U (zh) * 2016-12-12 2017-08-11 东莞市美光达光学科技有限公司 一种测距透镜模组及激光测距装置
WO2018191516A1 (en) * 2017-04-12 2018-10-18 Sense Photonics, Inc. Devices incorporating integrated dectors and ultra-small vertical cavity surface emitting laser emitters
TW202009514A (zh) * 2018-08-29 2020-03-01 華碩電腦股份有限公司 超音波傳感裝置
TW202044570A (zh) * 2019-02-21 2020-12-01 日商索尼半導體解決方案公司 崩潰光二極體感測器及測距裝置

Also Published As

Publication number Publication date
TW202225728A (zh) 2022-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8199953B2 (en) Multi-aperture acoustic horn
EP3683553B1 (en) Gas flow metering gas chamber and gas flow meter
CN103547893B (zh) 超声波流量计
TWI749951B (zh) 超音波傳感模組
CN114111928B (zh) 一种适用于气体流量检测的高频超声波传感器
KR20120107940A (ko) 유체에 사용하기 위한 초음파 유량 센서
CN114646951B (zh) 超音波传感模块
TWI663418B (zh) 超音波傳感裝置
CN101900827B (zh) 声波探测装置
JP6611992B2 (ja) 超音波センサ装置及び障害物検知装置
CN107765248A (zh) 非接触式超声波计米仪及其计米算法
SU422958A1 (ru) Ультразвуковой расходомер
JP4165240B2 (ja) 超音波流量計
Massa Understanding how frequency, beam patterns of transducers, and reflection characteristics of targets affect the performance of ultrasonic sensors
EP0144761A2 (en) Ultrasonic sensor
TW202115396A (zh) 水下超音波裝置
TWI806027B (zh) 水下超音波裝置
SU1109882A1 (ru) Ультразвукова лини задержки
JP7367322B2 (ja) 対象物位置検出センサ
JP4037240B2 (ja) 超音波センサー用ウエーブガイド
CN211099973U (zh) 一种新型水下机器人避障换能器
JPS60151516A (ja) 超音波流量計
KR20110011017A (ko) 프로브의 음향 특성 측정용 대상체
JPS61144512A (ja) 超音波流量計
US20200072954A1 (en) Ultrasonic sensing device