TWM406734U - Three-axis positioning underwater ultrasonic measuring system - Google Patents

Description

五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本新型是有關於一種超音波量測系統，特別是# — 軸定位之水下超音波量測系統。 一 【先前技術】 台灣地區由於地形陡Λ肖’降雨之空間及時間分布不去— 地質年代較新易風化崩塌，屬地質不穩定區域，故造成 地區河流及海岸地形變化劇烈，甚至水庫及橋樑也因前述= 天然環境因素，常遭遇淤積及河床劇烈變動等問題。在河川 坡陡流急的地區，每逄颱洪大雨，往往使水位大幅升高並 沖刷其河床、河道。水位高低變化及河床淤積等資訊的長期 蒐集，將有助於水利人員了解及分析當地水文特性的變遷， 以做為各項因應措施。因此對於河床地形之探測，其即時性 與準確性的要求，應盡可能提高。 過去河川量測係利用多點定位量測且以人工配合標 竿，或超音波測深儀進行河床沖淤量測，前者易產生極大誤 差，後者則由於超音波在不同介質中傳遞、反射會造成些許 誤差，因此量測結果仍具有爭議性。 有鐘於先前技術易受外物干擾且無法依據水體及底床 特性調整’對於欲求得進一步準確性有先天之限制因此利 用一超音波式定位量測系統來增進其精確度確有其必要性。 【新型内容】 因此’本新型之目的，即在提供一種可準確量測水下地 形的三軸定位之水下超音波量測系統。 3 於是，本新型三轴定位之水τ超音波量測系統包含一 定位單元、超音波量測單元及-處理單元。三轴定位單 ::括-沿一水平之第一方向延伸的第一支架、一設置於該 ::士架上且沿該第一支架位移的第—定位座一固定於該 伸的：位f一與該第一方向正交之水平之第二方向延 仲的第—1支架、至少一 m ^ ^ ^ °又置於3玄第二支架上的第二定位座， ^數量對應該第二定位座之第三支架，該第三支架設置於對 應之苐二定位座且朝下延伸。 超音波量測單元數量與該第三支架對應，包括—固定於 該^支架下端且朝下發射及接收信號的的超音波探頭，及 連接該超音波探頭的傳輸線❶ —處理早7C與魅少—傳輸線連接，依據超音波發射訊號 經由反射接收進行距離計算，再根據計算之距離描繪出河床 地形。 較佳地，該三㈣位單元還包括至少—控制該第一定位 ^沿該第-支架位移的步進馬達。更佳地，該第二定位座數 :為，且忒二轴定位單元還包括一控制該第二定位座沿該 支架位移的步進馬達。更佳地，該三軸;t位單元還包括 一控制該第三支架相對該第二支架上、下位移的步進馬達。 較佳地’該第一定位座數量為多數個，彼此相間隔設置 :該第？支架上，各對應固定有第三支架及超音波探頭，該 理單兀依據該等超音波探頭透過傳輸線之信號，在該第一 定位座未位移的狀態下即計算出-第二方向與縱向構成之 的一維水下地形。 M406734 較佳地’該三軸定位單元還包括一與該第一支架平行間 隔設置的輔助支架，供該第二支架之遠離該第—定位座之二 端架設其上。 較佳地，該三軸定位之水下超音波量測系統還包含數量 對應該第三支架的夾臂，該夾臂固定於對應之第三支架下 端’該超音波探頭藉由該炎臂而4保其信號發射及接收方 向。 【實施方式】 有關本新型之前述及其他技術内容、特點與功效，在以 下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚 的呈現。 在本新型被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明 内容中，類似的元件是以相同的編號來表示。 參閱圖1、圖2及圖3，本新型三軸定位之水下超音波 量測系統100之較佳實施例包含一三軸定位單元卜一超音 波量測單元2，及一處理單元3。 二轴定位單元1架設於鄰近量測地點的結構物，例如若 要量測某一橋墩附近河床，則可架設於該橋墩附近的橋面底 下。二轴定位單元1包括一固定於結構物的第一支架11、 一第一定位座12、一第二支架14、一第二定位座15、一第 三支架17’及三個步進馬達13、16、18。 第一支架11沿一水平之第一方向Di延伸，第一定位座 12設置於第一支架丨丨上，且受步進馬達13控制而沿該第 支架11位移，也就是在該第一方向〇1上位移。 5 M406734 第二支架14固定於第—定位座i2，且沿一與該第—方 向D,正交之水平之第二方向&延伸。本實施例是以該第二 支架14上叹置單一個第二定位座15舉例說明，所以第 架17及後述之超音波量測單元2數量也為-。該第二；位 座15受步進馬達16控制而沿該第二支架14位移 在該第二方向〇2上位移。 就疋 第二定位座i5設有上、下貫穿的定位槽（圖未示），供 第三支架17設置。第三支架17朝下延伸，並可受步進馬達 18控制而上、下位移。 為確保第二支架14之敎度，該三軸定位單元i還包 括一與第一支架11平行間隔設置的輔助支架19,供該第二 支架14之遠離該第一定位座12的一端架設其上。 立超音波量測單元2包括一設置於第三支架17下端的超 音波探頭21，及一連接該超音波探頭21的傳輸線22。 刖述三軸定位單元1可精確控制超音波探頭21在空間 中的位置，且藉由第三支架17伸入水中，可確保超音波探 頭21疋位於水下。除此之外，為了確保超音波探頭21朝下 發射超音波信號，本實施例採用一圖4所示之夾臂4,該夾 臂4固定於第三支架17下端，超音波探頭21藉由該夾臂4 而確保其化號向下發射，且面朝下地接收回波信號。 處理單元3包括脈波產生器、接收器及運算模組（圖未 示）’與該等步進馬達13、16及18連接，也與該傳輸線22 連接，依據步進馬達13、16及18提供資訊確認超音波探頭 所在位置’再依據發送、接收的超音波信號進行超音波探頭 21與〉可床間的距離運算。 3可猎：步進馬達U對第一定位座12控制位移，處理單元 于第方向Dl與縱向構成之二維地形資料，搭配步 一…，16對第一疋位座15控制位移，處理單元3可取得第 =向D2與縱向構成之二維地形資料，進而組合出河床的 二維地形。 /办4進馬達13、16及18可精準控制超音波探頭21 二間中的位置，超音波探頭21能夠被精準定位且伸入水 下，克服改變介質導致反射、誤差等問題，大幅提高準確度， 卩便在河川泥沙濃度較高的情況下也能順利量測。 參閱圖5,本新型第二較佳實施例與第一較佳實施例的 差異在於，第二支架14上設置多數個第二定位座Μ，該等 第：定位座15彼此相間隔設置於該第二支架14上各對應 固疋有第三支架17及超音波探頭2卜處理單元3(如圖υ 依據該等超音波探頭21透過傳輸線22傳來之信號，在第一 定位座12未位移的狀態下即計算出第二方向〇2與縱向構成 之一維水下地形。 综上所述，本新型三轴定位之水下超音波量測系統 設計使超音波探頭21能夠伸入水中並保持定位，對於水面 下地形之偵測能夠提高精確度，故確實能達成本新型之目 的。 惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能 以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍 及新型說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新 M406734 型專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一示意圖，說明本新型三軸定位之水下超音波量 測系統用於量測水下地形； 曰 圖2是-俯視圖，說明本新型三轴定位之水下超音波量 測系統第一較佳實施例之三軸定位單元； 圖3是-示意圖’說明本實施例架設於鄰近量測地點的 圖4是一側視圖 頭；及 說明本實施例之夹臂固定超音波探 2之視圖’說明本新型第二較佳實施 圖5是一類似於圖 例之三軸定位單元。 M406734

【主要元件符號說明】 100.......三轴定位之水下超 17•… ••…第二支架 音波量測系統 18… …··步進馬達 1..........-一袖疋位早元 19…. ……輔助支架 11 ........第一支架 2…… .....超音波里測單元 12........第一定位座 21 ···. …··超音波探頭 13 ........步進馬達 22…… 傳輸線 14........第二支架 3…… .....處理單兀 15 ........第二定位座 16 ........步進馬達 4…… •…夾臂

Claims (1)

1. M406734 六、申請專利範圍： 1. 一種三轴定位之水下超 -：軸定位i- 量測系統’包含： 一釉疋位早兀，包括—％ 一 的第一支架、一設置於」。-水平之第-方向延伸 移的第一定位座、一固… 支架上且沿該第一支架位 一方向正交之水平之第 u第一疋位座且沿一與該第 抓晋於兮笛-〜方向延伸的第二支架、至少一 β 又置於該第一支架上的第_ ^ 定位座之第三支_，令兹"'疋位座，及數量對應該第二 座且朝下延伸； 二支架設置於對應之第二定位 數:對㈣第三4的超音波量測單元 定於該第三支架下端且朝^ a 波掇Μ—朝下發射及接收信號的的超 ^ 該超音波探頭的傳輸線；及 處單元與該至少一傳輸線連接，依據超音2 發射訊號經由反射接收進行距離運算。 2. 依據申請專利範圍冑i項所述之三轴定位之水下超i 波量測系統，其中，該三轴定位單元還包括至少—控， 該第一定位座沿該第一支架位移的步進馬達。 3. 依據中請專利範圍第2項所述之三軸定位之水下超$ 波量測系統，其中，該第二定位座數量為一，且該三奉 疋位單凡還包括一控制該第二定位座沿該第二支架仿 移的步進馬達。 4.依據申請專利範圍第3項所述之三軸定位之水下超音 波量測系統，其中，該三轴定位單元還包括一控制該第 三支架相對該第二支架上、下位移的步進馬達。 10

   M406734 5 ·依據申請專利範圍笛τ 靶固第1項所述之三軸定位 波量測糸統’其中，琴繁_ —你广如旦 这第一疋位座數量為多 相間隔設置於該第- X乐—支架上，各對應固定有第三 超曰波探頭，錢理單元依據該等超音波探頭透 線之信號，在該第一定位座未位移的狀態下即計 第一方向與縱向構成之的二維水下地形。 6·依據申請專利範圍第1項所述之三軸定位之水 波量測系統’其中’該三軸定位單元還包括一與 支架平行間隔設置的輔助支架，供該第二支架之 第一定位座之一端架設其上。 7.依據申請專利範圍第1至6項中任一項所述之三 之水下超音波量測系統，還包含數量對應該第三 夾臂，該夾臂固定於對應之第三支架下端，該超 頭藉由該夾臂而確保其信號發射及接收方向。 下超音 ’彼此 支架及 過傳輸 算出一 下超音 該第一 遠離該 軸定位 支架的 音波探

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