201040506 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種光纖量測裝置，尤其是一種用以量 測動態物件之相關參數的光纖量測裝置。 【先前技術】 隨著科技日新月異，利用光纖進行一待測物件的物理 量（例如：應變或溫度）的測量技術已逐漸成熟。一般而 言，若欲量測該待測物件之應變量，係讓一短週期布拉格 光纖光柵之二端分別與一光源及一輸出單元相連接，其中 該短週期布拉格光纖光柵設置於該待測物件上；由於該待 測物件自身的應變量會連帶該短週期布拉格光纖光栅相對 產生應變，使付該短週期布拉格光纖光拇之反射中心波長 會隨著該應變量改變而飄移，藉此可透過該輸出單元偵測 該反射中心波長的波長差，進而推導出該待測物件應變量 的變化。 然而，前述習知光纖量測方式僅適合用以對處於靜止 狀態下之制物件騎制，其並未針對處於運動狀態下 之待測物件設置任何其他辅助制構件，因此無法用二量 =待測物件之其他物理參數，導致習知光纖量測方式的 應用領域受到侷限。 為了克服前述習知光纖量測方式的缺點 公告第—「應用先織二 2超速超載m缺方法」發明專利 一種光纖量測裝置9,其包含—基座91、—懸臂92月= 201040506
Ο 測桿93、-彈性元件94及一光纖95，該懸臂92設置於該 基座91内，且具有一固定段921及一自由段922,該懸臂 92之固定段921固設於該基座91上，該自由段922則水 平延伸形成懸錄；該探測桿93之二端分別為-頭端931 及一抵接端932，該頭端931凸伸出該基座91外，該抵接 端932則抵靠於該懸臂92之自由段922上。該彈性元件 94之-端抵靠於該探測桿93之頭# 931，另一端則抵靠於 該基座91之頂部，該彈性元件94選自一彈箐。該光纖％ 设有一感測段951 ,該感測段951具有用來感測該懸臂％ 之光纖光柵。 當該探測桿93之頭端931受外力施壓而連動該抵接 端932抵靠該自由端922時，係同時迫使該懸臂92向下產 生彎折形變，此時藉由量測通過該感測段州之光訊號的 中心波長偏移量，進一步推導出外力值的大小，藉此習知 光纖量測裝置9係可應用於監測行駛於道路上之車輛的車 速及車重。 然而，剛述習知光纖量測裝置9必須透過該探測桿93 及懸臂92的連動方可使該光纖95之感測段951產生彎折 形變，其連動的必要構件過多，容易影響量測上的精確度 及造成組裝的不便利性，同時也導致製作成本過高；再者， 習知光纖量測裝置9無法針對量測需求調整量測靈敏度， 亦導致使用便利性的低落。基於上述原因，前述習知光纖 量測裝置確實有加以改善之必要。 【發明内容】 201040506 主要係利用簡單構 目的’藉此降低製 本發明係提供一種光纖量測裝置， 件即可達$彳量嶋g物件之相關參數的 作成本，為主要之發明目的。 為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段及藉 由該技術手段所能達到之功效包含有： 曰 -種光纖制裝置，包含__承載單元、—彈性體、一 光纖光柵單元、-輸人光源及—輸出單元。該承載單元一 载板及至少-彈性元件，該彈性元件—端㈣該載板之側 面’另-端則抵靠於-捕平面上。該彈性體為—半弧形 彈性體’且該彈性體設有—受力部及二滑動端部，該二滑 ，端部設置於該彈性體之三端，且該受力部位於該二滑動 端部之間。該光纖光柵單元具有一感測段，該感測段之二 知为別為一第一端點及一第二端點，該第一端點及第二端 點分別固定於該彈性體上，且該第一端點及第二端點在水 平方向上分別位於該受力部的不同側。該輸入光源連接該 光纖光柵單元之一端，用以提供一寬頻光；該輸出單元則 連接該光纖光柵單元之另一端，且較佳選擇為一光電訊號 轉換器。 ~ 其中’該彈性體設置於該載板及支撐平面之間，該彈 性體之受力部抵靠於該載板’該彈性體之二滑動端部則可 滑動的抵靠於該支擇平面上，當一外力施加於該载板時， 該載板係迫使抵靠於該載板底面之彈性元件及彈性體產生 201040506 變形’並帶動該二滑動端部沿著該支撐平面朝相反方向水 平位移’藉此造成該光纖光栅單元產生拉伸形變，以便透 過該光纖光柵單元之中心波長的調變測得施壓力值的大 小。 【實施方式】 為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯 易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式， 0 作洋細說明如下： 請參照第2圖所示，本發明較佳實施例之光纖量測裝 置係包含一承載單元1、一彈性體2、一光纖光柵單元3、 一輸入光源4及一輸出單元5 ;該承載單元丨及彈性體2 没置於-支樓平面P上’且該彈性體2位於該承載單元工 與該支樓平面P之間。該光纖光柵單元3固定於該彈性體 2上，且該賴光栅單元3之—端連接該輸人紐4。另一 端則連接該輸出單元5。 t) 更詳言之，該承载單元1包括一載板11及至少一彈性 兀件12 ’該載板11較佳係選自—平面板體，該彈性元件 12設置於該載板11與該支撐平面p之間，其—端抵靠於 該載板11之-側® (底自），另一端則抵靠於該支標平面 P上；其中’在實際使用±較佳係依照該載板n所欲承受 之外力值大小選用具有適當彈性係數的彈性元件u， 免該彈性體2直接承受過大負荷而形成永久變形，同時亦 可使外力的分布較為均勻，進而達到精確量測的目的 外，該支撐平面P可為任何具有平坦表面之物件，且該平 201040506 之表μ、為光&絲雜餘的表面（例如.·金屬物件 之表面等），以減少卿性體2與該讀平面 : 力’避免雜力影響到量灣確度。 3、摩，T、 亦可2_之彈性體2選擇為钱形之板片彈簣，或者 二k擇為具有彈性恢復力之其他形狀物件（例如：^形 金屬彈片等）^該彈性體2設有一受 ’ 2?，兮总丄 又刀〇|5 21及二滑動端部 該文力部21設置於該半弧形彈性體2的弧形部位上， ^於該二滑動端部22之間’該受力部21係抵靠於該载 板U之一側面（底面）。該二滑動端部22分別為該彈性體 2之二端部’且該二滑動端部22係可滑動的抵靠於該支撐 平面P上。又，本實施例之滑動端部22為了減少與該支^ 平面P之間的摩擦力且能順利在該支撐平面p上滑動，二 分別設有一滑動轴承6,或者該滑動端部22亦可選擇為任 何與該支撐平面P間之接觸面積較小的構造型態（例如： 弧狀端部等，如第4及5圖所示）。另外，該:滑動端部 22在水平方向上分別位於該受力部21之不同側，且該受 力部21到該任一滑動端部22之間的水平距離較佳係為相 同。 本實施例之光纖光栅單元3較佳係選自一外力式長週 期光纖光栅（CLPG)，該光纖光柵單元3具有一感測段31， 該感測段31之二端分別為一第一端點311及一第二端點 312’該第一端點311及第二端點312分別連接於該彈性體 2上，且該第一端點311及第二端點312在水平方向上分 別位於該受力部21之不同侧，且該第一端點311及第二端 點312距離該支撐平面P具有相等距離。又，該光纖光拇 201040506 Ο Ο 單元3之-端連接該輸入光源4，該輸入光源4較佳係選 擇為可發射_寬縣的發光元件，如··發光二鋪（咖） 或雷射一極體等，輯續提供敎且高神及寬頻帶之光 、行量;!i’該光纖光栅單元3之另—端則連接該輸出單元 5’，於本發财慮騎欲制_ 數可能為連續快速 的尚，率物理參數（例如：振動次數或強度等），故選擇該 輸出單元5為-光電訊號轉換II (例如··光電二極體），以 便將光能量轉換為電壓或電流輸出訊鮮方式輸出，使得 Ϊ出訊號似在通賴算處理魏㈣反映出對應數值於 里’則儀器上，避免訊號延遲的狀況發生。 請參照第2及3圖所示，本發明可適用在一定點位置 上對處於運動狀態下之一動態待測物件進行所需參數的擷 取’當-外力施加於該承載單元！之載板u時，該載板 ^會朝該續平面P的方向_，迫使抵餘該載板u 底面之彈性元件U及彈性體2產生變形，該彈性體2受力 ^形時’該二騎端部22會沿辆支揮平面P朝相反方向 平位移，如此會使該光纖光栅單元3之制段31的長度 =拉長（即該第-端點311及第二端點312之間的距離被 大）’造成該光纖光栅單元3產生拉伸形變；由_光纖 =柵單元3之拉伸形變會造成栅間寬度改變，導致該光纖 先柵單元3之穿透中心波長會產生飄移，且該光纖光柵單 疋3之穿透中心波長的飄移量與外力值之間具有一定的比 =關係，故可透過飄移後與飄移前的波長差推導得知外力 值的大小。 另外，由於本發明之彈性體2選擇為-半圓弧狀之板 201040506 片彈簧’且該光纖光柵單元3之感測段31係透過該第一端 點311與該第二端點312分別連接於該彈性體2上，因此 若該感測段31設置的位置越靠近該二滑動端部22(如第2 及3圖所不）’該第一端點311與該第二端點312越能立即 反映各該滑動端部22的位移量，使該感測段31即刻被拉 伸而產生機’進-步推導出外力值。反之，若該感測段 31設置的位置越遠離該二滑動端部22(即靠近該載板^， 如第4及5圖所示），該第一端點311與該第二端點312所 反映出的位移總量與各該滑動端部22的實際位移量間之 誤差就越大’例如：透過第2及3圖比對第4及5圖得知， 在下壓高度相同的前提下，設置位置靠近該二滑動端部22 的該感測段31之伸長量（L，_L)關大於設置位置遠離該 二滑動端部22的該感測段31之伸長量（w，_w)，由此可 知設置位置靠近該二滑動端部22的誠測段31所對應產 生的伸長量較為接近實際該二滑動端部22的總滑動位 移。據此，本發明可藉由控制該感測段31在該彈性體2 上的汉置位置’進而調整量測的靈敏度，提升使用便利性。 请參照第6圖所示，本實施例係應用本發明於道路車 輛的監控上’係將本發明的各構件將對舖^於__路面F， 並使該承載單元1之載板11與該路面F齊平；當一車輛τ 通過該載板il上方時，該車輛τ的自身車重會迫使該載板 11朝下抵推該彈性元件12及彈性體2,此時該彈性體2係 受壓變形錢得該光纖光栅單元3之穿透h波長產生調 變，該輸出料5係將該光纖光柵單元3之光訊號轉換成 電壓或紐訊雜Λ，趣峰量測脑賴該光訊號的 201040506 調變量推導出該車輛τ的重量。另外，本發明除了用以偵 職車輛τ之車重外，亦可同時計算通過該路面f之車輛 總數，或經由該車輛T之前輪及後輪通過該載板n的時間 差推算該車輛T的行馱速度等。此外，本發明除了應用於 上述道路車輛的監控外，亦可應用於其他量測領域，而並 不受本實施樣態所侷限。 、又’本發明之光纖光柵單元3特別選擇為該外力式長 職光絲柵（CLPG)，_料力式長職光纖光柵的 ^透中心波長較為敎的特性，而不需額外配置一光輕合 器或其他光纖光柵，以便簡化構件複雜度，並降低製作成 本。、然而’該光纖光栅單元3亦可選擇為其他光纖光栅的 '组成，例如：經由該光輕合器分別連接一布拉格光纖光栅 (舰）及-長光纖光柵（LpG)或其他光纖光拇組 成等，而並不侷限於該外力式長週期光纖光拇。 雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用 〇 Μ限定本發明’任何熟習此技藝者在不麟本發明之精神 和範圍之内，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本 發明所保護之技術範嘴，因此本發明之保護範圍當視後附 之申請專利範圍所界定者為準。 【囷式簡單說明】 第1圖：習知光纖量測裝置之組合剖視圖。 第2圖：本發明較佳實施例之光纖量測裝置之組合剖視 及未受外力抵壓之示意圖。 第3圖：本發明較佳實施例之光纖量測裝置受外力抵壓 —11 — 201040506 之組合剖視及作動示意圖。 第4圖：本發明較佳實施例之光纖量測裝置調整為低靈 敏度狀態之組合刮視及未受外力抵壓之示意圖。 第5圖： 本發明較佳實關之域量職置難為低靈 敏度狀態且受外力抵壓之組合剖視及作動示意圖。 車輔第監6控圖之佳實施例之光纖量測裝置應用於道路 【主要元件符號說明】 〔本發明〕 1 承載單元 12彈性元件 21受力部 3 光纖光柵單元 311第一端點 4 輸入光源 6 滑動軸承 Ρ 支撐平面 L’ 感測段的長度 W 感測段的長度 〔習知〕 9 光纖量測裝置 92懸臂 922自由段 931頭端
11 載板 2 彈性體 22 滑動端部 31 感測段 312 第二端點 5 輸出單元 F 路面 L 感測段的長度 Τ 車輛 W， 感測段的長度 91 基座 921 固定段 93 探測桿 932抵接端 12 201040506 95光纖 94 彈性元件 951感測段
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