TW201839355A - 無線傾角感測系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種無線傾角感測系統，用於量測一結構物之一傾斜角度，其包含一連通管裝置、一雷射測距模組、一處理器以及一資料收集器。將盛裝液體的連通管裝置之兩端放置於結構物上，使用雷射測距模組用於測量連通管兩端液面與頂部的高度。處理器依據連通管兩端液面與頂部的高度以及連通管兩端距離利用三角函數計算結構物之傾斜角度，並傳送包含傾斜角度之傾斜資訊至資料收集器。相較於習知技術，本發明之無線傾角感測系統較適用於大平台或非平台結構物的高精度傾斜角測量，且避免經人工讀取數據所造成之誤差。

Description

無線傾角感測系統

本發明係關於一種傾角量測系統，進一步地說，關於一種利用連通管原理量測結構物傾斜角度，且具有無線傳輸功能之傾角量測系統。

傾角測量儀又稱傾斜儀，主要用於測量相對於水平位置的傾角變化量，廣泛應用在大地工程測量、機械測量、建築工程、工業平台、石油勘測、軍工、船舶以及其他需要重力參考系下的傾角或者水平的情況。

現今市面上常見的傾斜儀分為兩種，其一是氣泡傾斜儀，氣泡傾斜儀的原理是利用氣泡在玻璃管內，氣泡可經常保持在最高位置的特性。玻璃筒上在氣泡兩端均有刻度標示，使用時先將傾斜儀放在平板上，讀取氣泡偏移的刻度大小即可換算成傾斜角。在使用上必須要等到氣泡到達平衡位置才可觀察正確的角度，測量過程不僅耗時且精度較低。其二是電子式傾斜儀，電子式傾斜儀是把MCU、MEMS加速度計、模數轉換電路以及通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面稱之為傾角感測器，可以直接輸出角度等傾斜數據，用來測量高精度的工具機，如NC車床、銑床、切削加工機、三次元量床 等床面，其靈敏度非常高。傾角感測器從工作原理上可分為「固體擺」式、「液體擺」式、「氣體擺」三種傾角感測器，其基本的原理是當傾角感測器靜止時也就是側面和垂直方向沒有加速度作用，那麼作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度感測器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。根據測量方向不同還可分為一維和二維電子傾斜儀。

然而，上述習知技術所列的傾斜儀裝置大多是適用於平台傾斜角的測量，較不適用於很大的平台或非平台等結構物的高精度傾斜角測量。有些系統機構比較複雜因此維護上也比較困難，而且造價成本比較高，甚至有些系統需要靠人力方式來測量並記錄，使用上耗費人力且諸多不便利。

有鑑於此，本發明提供一種無線傾角感測系統，用於量測一結構物之一傾斜角度，其包含一連通管裝置，連通管裝置包含一第一量測管、一第二量測管以及連通第一量測管及第二量測管之一軟式連接管，第一量測管具有一第一頂端以及一第一底端，第二量測管具有一第二頂端以及一第二底端，連通管裝置內儲存一液體，並分別在第一量測管中形成一第一液面以及在第二量測管中形成一第二液面，第一底端與第二底端依據一量測距離分別設置於該結構物；一雷射測距模組，包含二雷射測距儀，分別設置於第一頂端以及第二頂端，用以分別量測第一頂端與第一液面間之一第一距離以及第二頂端與第二液面間之一第二距離；一處理器，連接於雷射測距模組，依據第一 距離、第二距離以及量測距離計算出結構物之傾斜角度，並發送包含傾斜角度之一傾角資訊；以及一資料收集器，連接於處理器，並自處理器接收傾角資訊。

於實際應用上，雷射測距模組進一步包含二個反光平面浮筒，分別設置於第一液面以及第二液面上，用於分別反射雷射測距儀所發出之一雷射光。

於一具體實施例中，處理器得依據以下公式計算傾斜角度：，其中θ為傾斜角度，△h為第一距離h₁與第二距離h₂相減之絕對值，w為量測距離，且量測距離定義為第一量測管與第二量測管之一水平距離。

於另一具體實施例中，處理器得依據以下公式計算傾斜角度：，其中，θ為傾斜角度，△h為第一距離h₁與第二距離h₂相減之絕對值，w'為量測距離，且量測距離定義為第一底端與第二底端間之一直線距離。

相較於習知技術，本發明之無線傾角感測系統利用連通管原理取結構物兩點的垂直高度差計算結構物之傾斜角度，不會受到結構物本體形狀影響，而且可以隨著結構物的不同而調整量測距離，適用於大平台或非平整結構物之量測。此外，本發明之無線傾角感測系統使用雷射測距儀量測連通管水面與頂部的距離，避免了人工量測的誤差，大幅度了提升量測的精準度，且透過無線傳輸技術可以簡單的把量測數據傳輸到接收裝置上，與習知技術相比，不論是實用性還是精準度都大幅提升。

1‧‧‧結構物

10‧‧‧連通管裝置

12‧‧‧第一量測管

14‧‧‧第二量測管

16‧‧‧軟式連接管

18‧‧‧液體

22、23‧‧‧雷射測距儀

24、25‧‧‧反光平面浮筒

30‧‧‧處理器

40‧‧‧資料收集器

122‧‧‧第一頂端

124‧‧‧第一底端

126‧‧‧第一液面

142‧‧‧第二頂端

144‧‧‧第二底端

146‧‧‧第二液面

162‧‧‧儲水桶

164‧‧‧注水孔

166‧‧‧排水孔

S‧‧‧傾角資訊

θ‧‧‧傾斜角度

w、w'‧‧‧量測距離

h₁‧‧‧第一距離

h₂‧‧‧第二距離

△h‧‧‧|h₁-h₂|

圖1為本發明之無線傾角感測系統之系統示意圖。

圖2為本發明之無線傾角感測系統之一具體實施例之傾角計算示意圖。

圖3為本發明之無線傾角感測系統之另一具體實施例之傾角計算示意圖。

圖4為本發明之無線傾角感測系統之一具體實施例之儲水桶示意圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。

請參考圖1，圖1為本發明之無線傾角感測系統之系統示意圖。本發明提供一種無線傾角感測系統，用於量測一結構物1之一傾斜角度，其包含一連通管裝置10，一雷射測距模組、一處理器30以及一資料收集器40。連通管裝置10包含一第一量測管12、一第二量測管14以及連通第一量測管12及第二量測管14之一軟式連接管16，第一量測管具有一第一頂端122以及一第一底端124，第二量測管具有一第二頂端142以及一第二底端144，連通管裝置內儲存一液體18，並分別在第一量測管12中形成一第一液面126以及在第二量測管14中形成一第 二液面146，第一底端124與第二底端144依據一量測距離分別設置於該結構物1；一雷射測距模組，包含雷射測距儀22及雷射測距儀23，分別設置於第一頂端122以及第二頂端142，用以分別量測第一頂端122與第一液面126間之一第一距離h₁以及第二頂端142與第二液面146間之一第二距離h₂；一處理器30，連接於雷射測距模組，依據第一距離h₁、第二距離h₂以及量測距離計算出結構物之傾斜角度，並發送包含傾斜角度之一傾角資訊S；以及一資料收集器40，連接於處理器30，並自處理器30接收傾角資訊S。

本發明之無線傾角感測系統主要是利用連通管原理，使用軟式連接管16將第一量測管12以及第二量測管14連通在一起，因為液體的壓力和水位深度有關，水位愈高，壓力愈高，液體則會流向壓力低的地方，因此，將第一量測管12之第一底端124以及第二量測管14之第二底端144分別放置於結構物1之兩個測量點，管內的液體會因為水壓的關係自動平衡於同一個水平面上。其中，第一量測管12以及第二量測管14可為一透明塑膠管、玻璃管、金屬管或複合材料所形成之量測管，但不限於此。軟式連接管16為一可撓式的連接管，連通第一量測管12以及第二量測管14，其連通方式可以為固定式亦可以為可拆卸式。液體18為任意可以在量測管中自由流動之液體。

於一具體實施例中，雷射測距模組進一步包含反光平面浮筒24及反光平面浮筒25，分別漂浮於第一液面126以及第二液面146上，用於分別反射雷射測距儀22及雷射測距儀23所發出之雷射光。雷射測距儀22發出定期雷射光，經反光平面浮筒24反射後得到一行程時 間，將行程時間除以2(即為單趟行程時間)並乘上雷射光的速度後，即可獲得第一距離h₁，以此類推亦可得到第二距離h₂。

請參考圖2，圖2為本發明之無線傾角感測系統之一具體實施例之傾角計算示意圖。於圖2之具體實施例中，處理器30可以有線或無線的方式連接雷射測距模組，並自雷射測距模組持續接收第一距離h₁以及第二距離h₂。處理器30依據下列公式計算傾斜角度：，△h=|h₁-h₂|於上述公式中，θ為該傾斜角度，△h為該第一距離h₁與該第二距離h₂相減之絕對值，即為第一量測管12與第二量測管14之垂直高度差，w為量測距離，且量測距離w定義為第一量測管12與第二量測管14之一水平距離，及量測距離w垂直於第一量測管12以及第二量測管14。

請參考圖3，圖3為本發明之無線傾角感測系統之另一具體實施例之傾角計算示意圖。於圖3之具體實施例中，處理器30可以有線或無線的方式連接雷射測距模組，並自雷射測距模組持續接收第一距離h₁以及第二距離h₂。處理器30依據下列公式計算傾斜角度：，△h=|h₁-h₂|於上述公式中，θ為傾斜角度，△h為第一距離h₁與第二距離h₂相減之絕對值，即為第一量測管12與第二量測管14之垂直高度差，w'為量測距離，且量測距離w'定義為第一底端124與第二底端144間之一直線距離，即為與結構物1之測量面平行之直線距離。

處理器30持續接收雷射測距模組所發送之第一距離h₁、第二距離h₂，並依照一計算規則計算出結構物1之傾斜角度θ，例如， 每接收到一次第一距離h₁以及第二距離h₂即計算一個傾斜角度θ、每10秒計算一次傾斜角度θ，且使用參數第一距離h₁以及第二距離h₂為10秒內平均之第一距離h₁以及第二距離h₂，或每五分鐘計算一次傾斜角度θ，且使用參數第一距離h₁以及第二距離h₂為最新一次接收到的第一距離h₁以及第二距離h₂。並且，處理器30發送包含傾斜角度θ之一傾角資訊S至資料收集器40，其中，傾角資訊S包含一量測日期、一量測時間以及傾斜角度θ，於實際應用上，處理器30進一步包含一第一無線傳輸模組，且資料收集器40進一步包含一第二無線傳輸模組，處理器30透過第一無線傳輸模組發送傾角資訊S，且資料收集器40利用第二無線傳輸模組接收傾角資訊S。其中，第一無線傳輸模組以及第二無線傳輸模組可以為藍牙無線傳輸模組、WiFi無線傳輸模組、Zigbee無線傳輸模組、RFID無線傳輸模組或任意無線傳輸模組。

於一具體實施例中，處理器30進一步包含一第一儲存單元，且資料收集器40進一步包含一第二儲存單元以及一顯示螢幕。處理器30計算完傾斜角度θ後，將包含量測日期、量測時間以及傾斜角度θ之傾角資訊S儲存於第一儲存單元，並依一設定條件將傾角資訊S發送至資料接收裝置40，例如，當資料接收裝置40接近處理器30至一指定範圍時、當資料接收裝置按下一資料傳輸鍵時、當第一儲存裝置內所儲存之傾角資訊S到達一定數量時，或為一段固定時間定期傳送傾角資訊S至資料接收裝置40。資料接收裝置40接收到傾角資訊S後儲存於第二儲存單元，當使用者需要查看傾角資訊S時，則操作資料接收裝置40，使傾角資訊S顯是於顯示螢幕，其中，顯示方式可以為列表顯示、 圖表顯示或顯示單一筆傾角資料S，但不限於此。

請參考圖4，圖4為本發明之無線傾角感測系統之一具體實施例之儲水桶示意圖。於圖4之具體實施例中，連通管裝置10連接一儲水桶162用於補充液體18，儲水桶162可以為可拆卸式儲水桶或固定式儲水桶。其中，儲水桶162進一步包含一注水孔164以及一排水孔166，當連通管裝置10中液體18不足而無法測量時，可由注水孔164注入液體18，若在下雨天戶外使用，可以由雨水當做液體18，由注水孔164自動補充，節省水資源。此外，若注入的液體18過多時，則由排水孔166排出。

相較於習知技術，本發明之無線傾角感測系統利用連通管原理取結構物兩點的垂直高度差計算結構物之傾斜角度，不會受到結構物本體形狀影響，而且可以隨著結構物的不同而調整量測距離，適用於大平台或非平整結構物之量測。此外，本發明之無線傾角感測系統使用雷射測距儀量測連通管水面與頂部的距離，避免了人工量測的誤差，大幅度了提升量測的精準度，且透過無線傳輸技術可以簡單的把量測數據傳輸到接收裝置上，與習知技術相比，不論是實用性還是精準度都大幅提升。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使 其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

Claims (10)

1. 一種無線傾角感測系統，用於量測一結構物之一傾斜角度，其包含：一連通管裝置，包含一第一量測管、一第二量測管以及連通該第一量測管及該第二量測管之一軟式連接管，該第一量測管具有一第一頂端以及一第一底端，該第二量測管具有一第二頂端以及一第二底端，該連通管裝置內儲存一液體，並分別在該第一量測管中形成一第一液面以及在該第二量測管中形成一第二液面，該第一底端與該第二底端依據一量測距離分別設置於該結構物；一雷射測距模組，包含二雷射測距儀，分別設置於該第一頂端以及該第二頂端，用以分別量測該第一頂端與該第一液面間之一第一距離以及該第二頂端與該第二液面間之一第二距離；一處理器，連接於該雷射測距模組，依據該第一距離、該第二距離以及該量測距離計算出該結構物之該傾斜角度，並發送包含該傾斜角度之一傾角資訊；以及一資料收集器，連接於該處理器，並自該處理器接收該傾角資訊。
2. 如申請專利範圍1所述之無線傾角感測系統，其中該處理器得依據以下公式計算該傾斜角度： 其中， θ為該傾斜角度，△ h為該第一距離h ₁與該第二距離h ₂相減之絕對值， w為該量測距離，且該量測距離定義為該第一量測管與該第二量測管之一水平距離。
3. 如申請專利範圍1所述之無線傾角感測系統，其中該處理器得依據以下公式計算該傾斜角度： 其中， θ為該傾斜角度，△ h為該第一距離h ₁與該第二距離h ₂相減之絕對值， w'為該量測距離，且該量測距離定義為該第一底端與該第二底端間之一直線距離。
4. 如申請專利範圍1所述之無線傾角感測系統，其中該雷射測距模組進一步包含二反光平面浮筒，分別設置於該第一液面以及該第二液面上，用於分別反射該等雷射測距儀所發出之一雷射光。
5. 如申請專利範圍1所述之無線傾角感測系統，其中該處理器進一步包含一第一無線傳輸模組，該資料收集器進一步包含一第二無線傳輸模組，該處理器利用該第一無線傳輸模組發送該傾角資訊，且該資料收集器利用該第二無線傳輸模組接收該傾角資訊。
6. 如申請專利範圍1所述之無線傾角感測系統，其中該處理器進一步包含一第一儲存單元，該資料收集器進一步包含一第二儲存單元，該第一儲存單元以及該第二儲存單元用於儲存該傾角資訊。
7. 如申請專利範圍1所述之無線傾角感測系統，其中該傾角資訊包含一量測日期、一量測時間以及該傾斜角度。
8. 如申請專利範圍1所述之無線傾角感測系統，其中該資料收集器進一步包含一顯示螢幕，用於顯示該傾角資訊。
9. 如申請專利範圍1所述之無線傾角感測系統，其中該連通管裝置進一步包含一儲水桶，該儲水桶用於補充該連通管裝置之該液體。
10. 如申請專利範圍9所述之無線傾角感測系統，其中該儲水桶補充雨水做為該連通管裝置之該液體使用。