TWI782522B - 水下超音波裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種水下超音波裝置。此水下超音波裝置包括：設置區；其中設置區包含依序排列的複數個佈設區間；以及複數個超音波換能器，沿設置區依序排列分佈，並分別對應於該些佈設區間；其中，每一該超音波換能器具有訊號張角，該訊號張角大於該超音波換能器所對應之該佈設區間之弧度角。

Description

水下超音波裝置

本發明涉及一種水下超音波裝置，特別是，具有曲率弧度來達到水下廣角量測，並能補償左右二側能量低落區域的水下超音波裝置。

傳統水下超音波換能器為實現廣角範圍成像需要使用多組超音波換能器排列組合。但其缺點於單一換能器二側或邊緣產生能量分布低落之問題。因此，使影像系統產生邊緣側影像斷層。

因此，本發明提出一種水下超音波裝置，其主要用多個幾何設計超音波裝置進行排列組合，以克服能量分布不均問題。

本發明之一實施例提供一種水下超音波裝置。水下超音波裝置包括：設置區；其中設置區包含依序排列的複數個弧度區間；以及複數個超音波換能器，沿設置區依序排列分佈，並分別對應於該些弧度區間；其中，每一超音波換能器具有訊號張角，訊號張角大於超音波換能器所對應之弧度區間之弧度角。

本發明之另一實施例提供一種水下超音波裝置。此水下超音波裝置包括：設置區；其中設置區包含複數個佈設區間；以及複數個超音波換能器，沿設置區排列分佈，並分別對應於該些佈設區間；其中，每一超音波換能器具有訊號介面寬度，訊號介面寬度大於超音波換能器所對應之佈設區間之寬度。

本發明之又一實施例提供一種水下超音波裝置。此水下超音波裝置，包括：第一超音波換能器具有第一弧面具有第一曲率，第一弧面用以接收複數個超音波訊號；以及第二超音波換能器具有第二弧面具有第二曲率，第二弧面用以接收複數個超音波訊號；其中，第一弧面與第二弧面的端點至少部分交錯設置。

為更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

圖1與圖2顯示根據本發明之一實施例的水下超音波裝置。圖1顯示複數個超音波換能器與本體連接圖。圖2顯示其中一複數超音波換能器為本體分離圖。如圖1與圖2所示，此水下超音波裝置包括：本體10、設置於本體10上的設置區11及複數個超音波換能器12。設置區11包含依序排列的複數個佈設區間111。複數個超音波換能器12沿設置區11依序排列分佈，並分別對應於該些弧度區間111。每一個超音波換能器12具有一訊號張角

，訊號張角

大於超音波換能器12所對應之佈設區間111之弧度角

。

如圖2所示，複數個超音波換能器12中之第一超音波換能器12a具有第一弧面S1具有第一曲率，第一弧面S1用以接收複數個超音波訊號Ve；第二超音波換能器12b具有第二弧面S2具有第二曲率，第二弧面S2用以接收複數個超音波訊號Ve。其中，每二個超音波換能器呈交錯排列，每二個之一的超音波換能器12a的一端與每二個之另一個超音波換能器12b的一端呈上下重疊。第一弧面S1與第二弧面S2的端點至少部分交錯設置。進一步而言，第一超音波換能器12a與第二超音波換能器12b係對應第一曲率首尾交錯連接。

圖3A顯示超音波換能器的立體圖，圖3B顯示超音波換能器的俯視圖，圖3C顯示超音波換能器的側視圖，圖3D顯示每二個超音波換能器重疊的接收範圍。如圖3A所示，相反於弧曲介面S的一表面Sa用於和本體10相連接，而弧曲介面S的另一表面Sb用於接收或發射超音波訊號Ve。在本實施例中，弧曲介面S可視為以一長條矩形分別將長邊及短邊分別彎成弧邊後形成的外凸弧面。如圖3A所示，弧曲介面S上具有相交的第一曲線121及第二曲線122，且第一曲線121曲率與第二曲線122的曲率可不相等，例如第一曲線121之曲率可大於第二曲線122的曲率。如圖3A所示，在本實施例中，第一曲線121係為弧曲介面S沿長弧邊延伸的曲線，而第二曲線122係為弧曲介面S沿短弧邊延伸的曲線。此外，本體10具有相交之長邊L1及短邊D1，第一曲線121沿著長邊L1作彎曲延伸，而第二曲線122沿著短邊D1作彎曲延伸。其次，超音波換能器12的寬度可小於或等於本體10的短邊D1的寬度。於本實施例，第一曲線121為超音波換能器12的長軸，而第二曲線122為超音波換能器的短軸，因此，超音波換能器運用第一曲線與第二曲線的雙曲率的長短軸設計，或者是，於另一實施例，亦可運用多曲率的設計，來擴增大角度範圍的超音波訊號的量測。

如圖3B與3C所示，水下超音波裝置在不同截面及切線上具有不同的曲率。如圖3B所示，第一曲線121為弧曲介面S與第一虛擬截面Vs1之交界線，且第一曲線121所對應的圓心角為銳角，且第一曲線121在曲線上具有複數不同的曲率。於本實施例，第一曲線121弧度較佳為115度至125度之間，但不受限於此。如圖3C所示，第二曲線122為弧曲介面S與第二虛擬截面Vs2之交界線，第二曲線122所對應的圓心角為銳角，且第二曲線12在曲線上具有複數不同的曲率。於本實施例，第二曲線122所對應的圓心角的最佳角度為15度。由圖2B與2C可知，第一虛擬截面Vs1與第二虛擬截面Vs2相垂直，且第一曲線121與第二曲線122之平均曲率不同。另外，每一超音波換能器12具有訊號張角

，訊號張角

大於超音波換能器所對應之佈設區間之弧度角

。

於本實施例，每二個超音波換能器(例如超音波換能器12a與12b)交錯排列，每二個之一超音波換能器12a的一端與每二個之另一超音波換能器12b的一端呈上下重疊。圖3D顯示每二個超音波換能器重疊的接收範圍。如圖3D所示，第一超音波換能器12a對應第一接收範圍R1，第二超音波換能器12b對應第二接收範圍R2，該第一接收範圍R1與該第二接收範圍R2至少部分重疊，如圖3D所示，第一接收範圍R1與第二接收範圍R2具有一重疊區域O2。

於上述本發明之超音波換能器雖以弧形及以交錯排列方式設計，但並不受限於此，亦可根據實際設計情況作幾何型設計(如梯形)或文字型設計(例如，T型)。圖4顯示以梯形交錯排列的超音波換能器，如圖4所示，第一超音波換能器21的第一弧面S1具有第一曲率，第一弧面S1用以接收複數個超音波訊號Ve。以及第二超音波換能器22具有第二弧面S2具有第二曲率，第二弧面S2用以接收複數個超音波訊號Ve；其中，第一弧面S1與該第二弧面S2的端點至少部分交錯設置。其中該第一超音波換能器21與該第二超音波換能器22係對應該第一曲率首尾連接。圖5顯示以T型交會排列的超音波換能器。如圖5所示，第一超音波換能器21的第一弧面S1具有第一曲率，第一弧面S1用以接收複數個超音波訊號Ve。以及第二超音波換能器22具有第二弧面S2具有第二曲率，第二弧面S2用以接收複數個超音波訊號Ve；其中，第一弧面S1與該第二弧面S2的端點至少部分交錯設置。其中該第一超音波換能器21與該第二超音波換能器22係對應該第一曲率首尾連接。圖4與5所示的超音波換能其功能皆與圖1-3所述的超音波換能器相同，故於此不再贅述。

圖6A與6B顯示根據本發明又一實施例的水下超音波裝置。圖6A顯示複數個超音波換能器與本體連接圖。圖6B顯示超音波換能器與本體分離圖。如圖6A與圖6B所示，此水下超音波裝置包括：本體30、設置於本體30上的設置區31及超音波換能器32。設置區31包含複數個佈設區間311；以及複數個超音波換能器32沿設置區31排列分佈，並分別對應於該些佈設區間311；其中，每一超音波換能器32具有訊號介面寬度，訊號介面寬度W1大於超音波換能器32所對應之佈設區311間之寬度W2。每二個超音波換能器32呈交錯排列，每二個之一超音波換能器32的一端與每二個之另一超音波換能器32的一端呈上下重疊。

於另一實施例，每一個超音波換能器更可具有弧形曲面S，如圖6B所示，弧曲介面S具有第一交界線321與第二交界線322，第一交界線321與第二交界線322相交，且第一交界線321及第二交界線322中至少其一為曲線，且此曲線上可具有複數不同的曲率。於本實施例，第一交界線321可為直線，第二交界線322可為曲線。於本實施例，超音波換能器的曲線運用直線長軸(第一交界線321)與彎曲短軸(第二交界線322)的設計，可提升超音波換能器的靈敏度。

於上述本發明之超音波換能器雖以弧形及以交錯排列方式設計，但並不受限於此，亦可根據實際設計情況作幾何型設計(如梯形)或文字型設計(例如，T型)。圖7顯示以梯形交錯排列的超音波換能器。圖8顯示以T型交會排列的超音波換能器。圖7與圖8所示的超音波換能其排列與功能皆與前述的超音波換能器相同，故於此不再贅述。

本發明將複數個(例如4個)超音波換能器各曲率加大後組成大於120度廣角，以退避左右二側能量低落區域。更進一步而言，本發明的超音波換能器可以40度弧度角設計30度均勻區域後拼接為120度。本發明應用多個具有曲率較大的超音波換能器組成弧面，以較大涵蓋範圍取中間側均勻段。本發明的有效工作區域為線性排列短軸具弧形特徵。本發明之超音波換能器除了具有發射或接收之功能，亦具有超長線性探頭拼接，以補償超音波換能器二側能量低落區域。

上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均落入本發明的申請專利範圍內。

10:本體

11:設置區

12:超音波換能器

12a:超音波換能器

12b:超音波換能器

111:佈設區間

L1:長邊

D1:短邊

S:弧形曲面

Sa、Sb、S1、S2:弧形曲面

121:曲線

122:曲線

、

:角度

Vs1、Vs2:虛擬截面

Ve:超音波訊號

R1、R1:接收範圍

21:超音波換能器

22:超音波換能器

30:本體

31:設置區

32:超音波換能器

W1、W2:寬度

321:第一交界線

322:第二交界線

圖1顯示複數個超音波換能器與本體連接圖。

圖2顯示其中一複數超音波換能器為本體分離圖。

圖3A顯示超音波換能器的立體圖。

圖3B顯示超音波換能器的俯視圖。

圖3C顯示超音波換能器的側視圖。

圖3D顯示超音波換能器重疊的接收範圍。

圖4顯示以梯形交錯排列的超音波換能器。

圖5顯示以T型交錯排列的超音波換能器。

圖6A顯示複數個超音波換能器與本體連接圖。

圖6B顯示超音波換能器與本體分離圖。

圖7顯示以梯形交錯排列的超音波換能器。

圖8顯示以T型交錯排列的超音波換能器。

10:本體

11:設置區

12:超音波換能器

12a:超音波換能器

12b:超音波換能器

111:佈設區間

L1:長邊

D1:短邊

S:弧形曲面

121:曲線

122:曲線

θ₁、θ₂:角度

Claims (10)

1. 一種水下超音波裝置，包括： 一設置區；其中設置區包含依序排列的複數個佈設區間；以及 複數個超音波換能器，沿該設置區依序排列分佈，並分別對應於該些佈設區間； 其中，每一該超音波換能器具有一訊號張角，該訊號張角大於該超音波換能器所對應之該佈設區間之弧度角。
2. 如請求項1所述的水下超音波裝置，其中，該水下超音波裝置具有相交之一長邊及一短邊，且每一個該超音波換能器具有一第一曲線與一第二曲線，該第一曲線沿該長邊延伸，該第二曲線沿該短邊延伸，其中，該第一曲線與該第二曲線相交。
3. 如請求項2所述的水下超音波裝置，其中，該第一曲線或該第二曲線上具有複數個不同的曲率，其中，該第一曲線與該第二曲線之平均曲率不同。
4. 請如請求項2所述的水下超音波裝置，其中，該超音波換能器還具有一弧形曲面，該第一曲線為該弧曲曲面與一第一虛擬截面之交界，該第二曲線為該弧曲曲面與一第二虛擬截面之交界，該第一虛擬截面與該第二虛擬截面相垂直。
5. 如請求項1所述的水下超音波裝置，其中，每二個該超音波換能器呈交錯排列，每二個之一的該超音波換能器的一端與每二個之另一個該超音波換能器的一端呈上下重疊。
6. 一種水下超音波裝置，包括： 一設置區；其中該設置區包含複數個佈設區間；以及 複數個超音波換能器，沿該設置區排列分佈，並分別對應於該些佈設區間； 其中，每一該超音波換能器具有一訊號介面寬度，該訊號介面寬度大於該超音波換能器所對應之該佈設區間之寬度。
7. 如請求項1所述的水下超音波裝置，其中，每二個該超音波換能器呈交錯排列，每二個之一的該超音波換能器的一端與每二個之另一個該超音波換能器的一端呈上下重疊。
8. 一種水下超音波裝置，包括： 一第一超音波換能器具有一第一弧面具有一第一曲率，該第一弧面用以接收複數個超音波訊號；以及 一第二超音波換能器具有一第二弧面具有一第二曲率，該第二弧面用以接收複數個超音波訊號；其中，該第一弧面與該第二弧面的端點至少部分交錯設置。
9. 如請求項8所述的水下超音波裝置，其中該第一超音波換能器與該第二超音波換能器係對應該第一曲率首尾連接。
10. 如請求項9所述的水下超音波裝置，其中該第一超音波換能器對應一第一接收範圍，該第二超音波換能器對應一第二接收範圍，該第一接收範圍與該第二接收範圍至少部分重疊。

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