CN108072513B - 智慧机械元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种智慧机械元件，其包含有：一机械元件本体；一机械元件副体，其设于该机械元件本体的内部；一三维预留空间，其位于该机械元件本体与该机械元件副体之间；至少一连结单元，其连结该机械元件本体与该机械元件副体；其中，该机械元件本体、该机械元件副体与该三维预留空间形成一电容；该连结单元形成一电感；该电容与该电感构成一电感电容回路。

Description

智慧机械元件
技术领域
本发明涉及一种智慧机械元件，尤其是涉及一种通过其内件的电感电容回路的电性谐振感测，而得知机械元件是否需要更换的元件。
背景技术
螺丝、螺栓、螺杆或吊钩是最基本，也最为重要的机械零件，其大幅被应用于航太、医疗、重工业或民生方面。然于长期使用下，容易产生毁损，如疲劳、拉伸、弯折、挤压或断裂。
如上所述的毁损，其却无任何内建感测器可监测。业界的作法是使用额外装设的附加感测器，使用上极为不便，也因此常采用定期更换或等损坏才更换。然而有些场合，如航空器、核电厂、化工厂、重工厂、货运港口或电厂，不允许毁损情况产生。所以如何使机械零件本身具有感测能力就具有可讨论的空间。
发明内容
本发明提供一种智慧机械元件，其包含有：
机械元件本体；
机械元件副体，其位于该机械元件本体的内部；
三维预留空间，其位于该机械元件本体与该机械元件副体之间；
至少一连结单元，其连结该机械元件本体与该机械元件副体；
其中，该机械元件本体、该机械元件副体与该三维预留空间形成一电容；该连结单元形成一电感；该电容与该电感构成一电感电容回路。
本发明复提供一种智慧机械元件，其包含有：
机械元件副体；
机械元件本体，其穿设于该机械元件副体；以及
连结单元，其连结该机械元件本体与该机械元件副体；
其中，该机械元件本体与该机械元件副体之间具有一三维预留空间；该连结单元与该机械元件副体之间具有该三维预留空间；该机械元件副体、该机械元件本体与该三维预留空间形成一电容；该连结单元形成一电感；该电容与该电感构成一电感电容回路。
附图说明
图1A为本发明的一种智慧机械元件的第一实施例的剖面示意图；
图1B为一连结单元的局部示意图；
图2为本发明的智慧机械元件与一信号读取器的信号运作示意图；
图3为一信号操作频率与一反射功率比例的示意图；
图4为一智慧机械元件末端位移量与一电性谐振频率的示意图；
图5为一压缩力与一电性谐振频率的示意图；
图6为本发明的智慧机械元件的第二实施例的剖面示意图；
图7为本发明的智慧机械元件的第二实施例的局部剖面示意图；
图8为本发明的智慧机械元件的第二实施例与一信号读取器的信号运作示意图；
图9A为本发明的智慧机械元件的第三实施例的剖面示意图；
图9B为本发明的智慧机械元件的第三实施例的连结单元的局部剖面示意图；
图10为本发明的智慧机械元件的第三实施例与一信号读取器的信号运作示意图；
图11A为本发明的智慧机械元件的第四实施例的示意图；
图11B为本发明的智慧元件的第四实施例的局部剖面示意图。
符号说明
1 电感电容回路
10 机械元件本体
11 连结单元
12 机械元件副体
13 三维预留空间
20 信号读取器
21 外力
22 能量
23 反射能量
A～I、H 曲线
3 电感电容回路
30 机械元件本体
31 连结单元
32 机械元件副体
33 三维预留空间
40 外力
41 信号读取器
42 射频线圈
43 能量
44 反射能量
5 电感电容回路
50 机械元件本体
51 连结单元
52 机械元件副体
53 三维预留空间
60 外力
61 信号读取器
62 射频线圈
63 能量
64 反射能量
7 电感电容回路
70 机械元件本体
71 连结单元
72 机械元件副体
73 三维预留空间
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域中具有通常知识者可由本说明书所揭示的内容，轻易地了解本发明的其他优点与功效。
请配合参考图1A与图1B所示，是本发明智慧机械元件的第一实施例，其具有一机械元件本体10、至少一连结单元11与至少一机械元件副体12。
机械元件副体12设于机械元件本体10的内部，机械元件副体12与机械元件本体10之间具有一三维预留空间13。机械元件副体12、机械元件本体10与三维预留空间13构成一电容。机械元件本体10为一螺丝或一螺栓。
连结单元11连结机械元件副体12与机械元件本体10。连结单元11形成一电感。电感与上述的电容构成一电感电容回路1。
上述的机械元件本体10、机械元件副体12与连结单元11可由积层制造或一体成形。机械元件本体10、机械元件副体12与连结单元11的表面可镀有一膜体，或者改变机械元件本体10、机械元件副体12与连结单元11的材质，以提升其导电性或结构强度。
上述的机械元件副体12的周围可具有一导磁材料。或者机械元件副体12可为一电性导体。上述的三维预留空间13可全部填满或部分填满介电材料。三维预留空间13的距离，即机械元件副体12与机械元件本体10之间的距离可由外力或一调整器调整。
如图2所示，一信号读取器20，可由扫频仪搭配射频线圈所组成，读取上述的电感电容回路1。当一外力21作用于机械元件本体10时。信号读取器20提供一能量22给电感电容回路1，电感电容回路1回弹一反射能量23给信号读取器20，通过信号读取器进行信号处理，便可得知电感电容回路1所带有的电性谐振频率，进而得知机械元件本体10的变形或所受的外力21。
如图3所示，举例而言，曲线A是信号读取器未接近智慧机械元件时，所读取到的信号，由于距离过远，反射能量23过小，因此未量测到电性谐振频率。
曲线E是无外力21作用且读取器适当靠近智慧机械元件，并且末端位移量为0㎜。故可感测电性谐振频率趋近于104MHz。
曲线D是有外力21作用且读取器适当靠近智慧机械元件，并且末端位移量为0.2㎜。故可感测电性谐振频率趋近于102MHz。
曲线C是有外力21作用且读取器适当靠近智慧机械元件，并且末端位移量为0.4㎜。故可感测电性谐振频率趋近于101.5MHz。
曲线B是有外力21作用且读取器适当靠近智慧机械元件，并且末端位移量过大，为0.6㎜。故无法感测电性谐振频率。
如上述的曲线A至E，可知当机械元件本体10的末端位移量为0.6㎜时，可判断机械元件本体10接触机械元件副体12，亦即电容形成短路，而使电感电容回路不具备电性谐振。由前述的电性谐振频率变化或短路，可判断智慧机械元件的变形程度是否过大。
请配合参考图4所示，曲线F为本发明的智慧机械元件所受侧向外力逐渐增强时，末端位移量逐渐增加，电性谐振频率随之减少的趋势。
曲线G为本发明的智慧机械元件所受侧向外力逐渐减少，末端位移量逐渐降低，电性谐振频率随之增加的趋势。
请配合参考图5所示，曲线I为本发明的智慧机械元件未受一压缩力作用，且压缩力逐渐增加时，电性谐振频率随的增加的趋势
曲线H为本发明的智慧机械元件接续上述压缩力作用，压缩力逐渐减少时，电性谐振频率随之降低的趋势。
请配合参考图6与图7所示，本发明的智慧机械元件的第二实施例，其具有一机械元件本体30、至少一连结单元31与一机械元件副体32。
机械元件副体32设于机械元件本体30的内部，机械元件副体32与机械元件本体30之间具有一三维预留空间33。机械元件副体32、机械元件本体30与三维预留空间33构成一电容。机械元件本体30为一吊钩。
连结单元31连结机械元件副体32与机械元件本体30。连结单元31具有一电感效应并形成一电感。电感与上述的电容构成一电感电容回路3。
如图8所示，一信号读取器由一扫频仪41与一射频线圈42所组成。扫频仪41通过射频线圈42提供一能量43给机械元件本体30。一外力40作用于机械元件本体30。电感电容回路3通过射频线圈42提供的能量43，回弹一反射能量44，反射能量44带有电感电容回路3的电性谐振频率，可通过扫频仪41加以读取之。如图3至图5所示，当如图6所示实施例的电感电容回路的电性谐振频率改变时，则可判断此智慧机械元件已有一定程度的变形，当如电性谐振频率量测不到时，则可判断此智慧机械元件所受的变形已过大而毁损。
请配合图9A与图9B所示，本发明的智慧机械元件的第三实施例，其具有一机械元件本体50、至少一连结单元51与一机械元件副体52。
机械元件副体52设于机械元件本体50的内部，机械元件副体52与机械元件本体50之间具有一三维预留空间53。机械元件副体52、机械元件本体50与三维预留空间53构成一电容。机械元件本体50为一螺杆或一滑轨。
连结单元51连结机械元件副体52与机械元件本体50。如第9图所示，连结单元51位于机械元件本体50的至少两端。多个连结单元51的设置因机械元件本体50的长度较长，为了维持结构稳定，故采用多个连结单元51的设置方式。
连结单元51具有一电感效应或形成一电感。电感与上述的电容构成一电感电容回路5。
请配合参考图10所示，电感电容回路5为一带有两连结单元的回路，亦即带有两电感，但整体仍等效成一电感电容回路。一信号读取器由扫频仪61与一射频线圈62所组成。扫频仪61通过射频线圈62提供一能量63给机械元件本体50。一外力60作用于机械元件本体50。电感电容回路5通过射频线圈62提供的能量63，回弹一反射能量64，反射能量64带有电感电容回路5的电性谐振频率，可通过扫频仪61加以读取之。如图3至图5所示，当如第9图所示实施例的电感电容回路的电性谐振频率改变时，则可判断此智慧机械元件已有一定程度的变形，当如电性谐振频率量测不到时，则可判断此智慧机械元件所受的变形已过大而毁损。
请配合参考图11A与图11B所示，本发明的智慧机械元件的第四实施例，其具有一机械元件本体70、一机械元件副体72与一连结单元71。
机械元件本体70穿设于机械元件副体72。连结单元71连结机械元件本体70与机械元件副体72。机械元件副体72与连结单元71及机械元件本体70之间具有一三维预留空间73。前述的机械元件副体72、机械元件本体70与三维预留空间73构成一电容。连结单元71具有一电感效应或形成一电感。前述的电感与电容构成一电感电容回路7。前述的机械元件本体70为一骨钉，机械元件副体72为该骨钉的垫片。连结单元71可为一线圈。
如上所述，信号读取器读取如图11A所示的本发明的智慧机械元件的第四实施例时，因本发明的第四实施例为一骨钉，举例而言，本发明的第四实施例设于人体的脊椎处，若骨钉处于锁紧状态，机械元件副体72会与机械元件本体70接触而形成短路，而不具备电感电容回路，因此无量测到电性谐振频率；若骨钉处于松脱状态，机械元件副体72与机械元件本体70没有接触，而带有电容效应，因此形成电感电容回路，可量测到其电性谐振频率；故可通过量测其电性谐振存在与否，来得知该骨钉的锁固状态。
综合上述，本发明的智慧机械元件构成一电感电容回路，通过量测电感电容回路所输出的电性谐振频率，以判断智慧机械元件是否完好或需要更换。由此可避免损毁情况产生。
以上所述的具体实施例，仅用于例释本发明的特点及功效，而非用于限定本发明的可实施范畴，在未脱离本发明上揭的精神与技术范畴下，任何运用本发明所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为下述的权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种智慧机械元件，其包含有：
机械元件本体，为螺丝、螺栓或吊钩；
机械元件副体，为穿设于该机械元件本体的内部的一内轴，且该机械元件副体不接触该机械元件本体；
三维预留空间，其位于该机械元件本体与该机械元件副体之间；
电感，具有螺旋状且位于该机械元件本体的头部，其中该电感的中心端部连接至该内轴的一端，且该电感的螺旋末端连接至该螺丝、该螺栓或该吊钩，以连结该机械元件本体与该机械元件副体；
其中，该机械元件副体、该机械元件本体与该三维预留空间形成一电容；该电容与该电感构成一电感电容回路。
2.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该机械元件本体、该机械元件副体与该电感为积层制造或一体成形。
3.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该机械元件本体、该机械元件副体与该电感的表面镀有一膜体。
4.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该电感的周围具有一导磁材料。
5.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该三维预留空间全部填满或部分填满一介电材料。
6.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该三维预留空间的调整由一外力或一调整器所调整。
7.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该电感电容回路的电性谐振频率或电性谐振品质因子由一信号读取器所读取。
8.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该电感位于该机械元件本体的至少两端。
9.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该机械元件本体、该机械元件副体、该电感为电性导体。
10.如权利要求1所述的智慧机械元件，其中该电感为一线圈。
11.一种智慧机械元件，其包含有：
机械元件副体，为在中心具有孔的垫片；
机械元件本体，为螺钉或螺栓，穿设于该机械元件副体的该孔中，且不接触该机械元件副体；以及
电感，具有螺旋状且连结该机械元件本体与该机械元件副体，其中，该电感的螺旋末端连接至该垫片的外周，并且该电感的中心端部连接至该螺钉或螺栓的头部；
其中，该机械元件本体与该机械元件副体之间具有一三维预留空间；该机械元件副体、该机械元件本体与该三维预留空间形成一电容；该电容与该电感构成一电感电容回路。
12.如权利要求11所述的智慧机械元件，其中该机械元件本体、该机械元件副体与该电感为积层制造或一体成形。
13.如权利要求11所述的智慧机械元件，其中该机械元件本体、该机械元件副体与该电感的表面镀有一膜体。
14.如权利要求11所述的智慧机械元件，其中该三维预留空间的调整由一外力或一调整器所调整。
15.如权利要求11所述的智慧机械元件，其中该电感电容回路的电性谐振频率或电性谐振品质因子由一信号读取器所读取。
16.如权利要求11所述的智慧机械元件，其中该机械元件本体、该机械元件副体与该电感为电性导体。
17.如权利要求11所述的智慧机械元件，其中该电感为一线圈。
18.如权利要求11所述的智慧机械元件，其中该电感的周围具有一导磁材料。
19.如权利要求11所述的智慧机械元件，其中该三维预留空间全部填满或部分填满一介电材料。
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