TWI410610B - Tilt sensing device - Google Patents

Description

傾斜感測裝置

本發明是有關於一種感測裝置，特別是指一種傾斜感測裝置。

傾斜感測器目前應用到的範圍相當廣泛，例如自動化控制機械、車輛、大樓或是橋樑，需要藉由感測器進行即時偵測，當超過設計的限度必須即時施予修正或是發出警訊，用以提高前述機具或結構的安全性。

一般固體式的傾斜感測器，是以鐘擺或球體結構結合電阻計、電位計或是編碼器來達到感測的目的，以球體結構之傾斜感測器為例，假如該傾斜感測器處於水平狀態時，配置於該傾斜感測器之殼體內的導體球，不會對於設在該殼體內之一對導電構件產生電連接，進而使該傾斜感測器不能輸出所對應之檢測訊號，但是，假如該傾斜感測器傾斜時，該導體球跨越一對導電構件而產生電連接，藉此使所述導電構件經由導體球而導通，形成輸出對應之檢測訊號。由於該傾斜感測器所構成的零件數多、體積龐大，相對減少該傾斜感測器所能夠應用的範圍。

另外一種氣體式傾斜感測器，是藉由熱電阻與熱電偶之間熱力學平衡關係來達到偵測傾斜的效果，是目前具有較小體積的設計，不過，該氣體式傾斜感測器的微導線與電熱器需耗費較高的原料成本與製程成本，較難以達成量產與廣泛使用的目標。

因此，本發明之目的，即在提供一種構造簡單卻極具實用價值之傾斜感測裝置。

於是，本發明傾斜感測裝置，適用於量測一待測物之傾斜狀態，該傾斜感測裝置包含一感測單元，及一處理單元。

該感測單元裝設在該待測物上，且具有至少一電阻器，及一電連接該電阻器的量測傳輸模組，其中，該電阻器具有一殼體、一設於該殼體一端的第一電極，及一設於該殼體另一端的第二電極，該殼體界定出一容置空間，該容置空間容置有具導電性的液體，該第一電極與第二電極是伸置於該容置空間中，該量測傳輸模組是電連接該第一電極與第二電極，用以量測該第一電極與第二電極之間的電阻值，而該電阻值會隨著該殼體傾斜角度而改變，該量測傳輸模組是以無線感測器網路進行訊號傳輸。

該處理單元具有一儲存有一特定電阻值的處理器、一電連接該處理器能接收該量測傳輸模組所量測之電阻值的接收模組，及一電連接該處理器的示警模組，該接收模組可接收該量測傳輸模組所傳送的電阻值並傳送至該處理器，該示警模組能夠接收該處理器所發出的訊號。

於該待測物傾斜時，該電阻器之殼體傾斜角度會造成該液體偏移，該處理器接收到所量測到的電阻值後，會比對該電阻值與該特定電阻值，並於該電阻值與該特定電阻值相同時驅動該示警模組發出訊號。

本發明之功效在於，於該待測物傾斜時，該電阻器之殼體傾斜角度會造成液體偏移而使液面高度改變，由於電荷會在液體中以最短路徑的形成電導通，所以，該電阻器的電阻值會隨著該殼體的傾斜角度而產生變化，該處理單元之處理器能夠藉由該量測傳輸模組回傳的電阻值，判斷該電阻器的傾斜角度，並於該待測物傾斜特定角度時透過該示警模組發出訊號通知，因此，藉由量測該電阻器之電阻值就能夠簡易判斷偵測該待測物的傾斜角度，確實具有簡化元件配置、降低製造成本，以及能夠提高感測範圍的功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之四個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2，本發明傾斜感測裝置之第一較佳實施例，包含一感測單元3，及一處理單元4；該第一較佳實施例是以量測一橋樑2之傾斜狀態來作說明，當然也可以將該傾斜感測裝置應用在其它的物件上，例如：車輛行駛中的駕駛、建築物、大樹、順向坡偏移、船舶下錨時機，或是任何需要遠端照護的對象，不應以此為限。

配合圖3所示，該感測單元3設置在該橋樑2上，且具有一個電阻器31，及一電連接該電阻器31的量測傳輸模 組32，該電阻器31具有一殼體311、一設於該殼體311一端的第一電極312，及一設於殼體311另一端的第二電極313；該殼體311界定出一容置空間314，該容置空間314容置有具導電性的液體315，在本實施例中，該液體315為鹽水，不過，該液體315亦可以是由複數互不相溶之介質溶液所組成，例如：鹽水、液態金屬、電導液、油脂液或此等之組合。

該第一電極312與第二電極313是伸置於該容置空間314中，而該量測傳輸模組32是電連接該電阻器31之第一電極312與第二電極313，用以量測該電阻器31之第一、二電極312、313間的電阻值。除此之外，在本實施例中，該量測傳輸模組32還能以無線感測器網路(Wireless Sensor Network，WSN)進行資料傳輸，也就是說，該量測傳輸模組32與環境中所部署其他的感測器(例如：溫度、溼度感測器)，能夠透過特定的通訊協定，彼此之間互相傳送資料，而成為一個資訊網路。

續參閱圖1、3，該處理單元4具有一儲存有一特定電阻值的處理器41、一電連接該處理器41的接收模組42、一電連接該處理器41的示警模組43，及一儲存有該殼體311在不同傾斜角度下之電阻值的資料庫模組46。在本實施例中，該示警模組43為一通訊器，可藉由無線的方式連接一橋樑監控中心5，該接收模組42可接收該量測傳輸模組32所傳送的電阻值並傳送至該處理器41，藉由該接收模組42將所量測該電阻器31之電阻值傳送至該處理器41，進 而使該處理器41於該資料庫模組46中比對所接收到的電阻值。在此，應注意的是，該資料庫模組46亦可以是內建在該處理器41中，不應以本較佳實施例之說明為限。

如上所述，當該橋樑2因地震或地基不穩的因素而有傾斜的狀態產生時，設置在該橋樑2上的感測單元3也會受到影響，該電阻器31之殼體311會隨該橋樑2傾斜產生角度的移動，進而造成該殼體311中的液體315有偏移的現象。

在此要說明的是，當該橋樑2傾斜時，位於該殼體311之容置空間314內之導電性的液體315會隨傾斜角度而改變其液面高度。由於電荷會以該液體315的最短路徑形成電導通，所以當液面高度被改變時，電荷所導通的路徑就會改變，而使該第一、二電極312、313兩點間的阻抗改變，這也表示所量測到的電阻值會隨橋樑2傾斜角度而變化。

所以，當該量測傳輸模組32量測到相對殼體311傾斜角度的電阻值時，該量測傳輸模組32會藉由無線感測器網路(Wireless Sensor Network，WSN)將電阻值的資料傳送至該接收模組42，該接收模組42再將資料傳送至該處理器41，該處理器41將所接收到的電阻值與該特定電阻值相比對，並於判斷落於一特定範圍之電阻值時驅動該示警模組43動作，也就是說，當橋樑2產生傾斜的程度達到預先設定的限度時，所偵測到的電阻值即為特定電阻值(特定電阻值可依照待測物的不同而調整)，此時，因損害而過度傾斜 的橋樑2，會造成行經該橋樑2的用路人安全上的威脅，因此，當偵測到的電阻值為特定電阻值時，透過該示警模組43連絡該橋樑監控中心5，可達到對用路人預警告知的作用。

藉由該感測單元3之電阻器31的電阻值會隨著該電阻器31之殼體311的傾斜角度而產生的變化，同時配合該量測傳輸模組32進行量測，進而能夠偵測該橋樑2傾斜的狀況，以確保用路人的安全性，而且，該感測單元3之電阻器31為電路結構中的電子元件，其結構簡單且體積小，能夠簡化本發明傾斜感測裝置的元件配置，以及降低製造成本。

再者，該量測傳輸模組32除了可以偵測該橋樑2的傾斜狀態之外，利用該量測傳輸模組32之無線感測器網路(Wireless Sensor Network，WSN)，可於該橋樑2上部署其他的感測器(例如：溫度、溼度感測器)，以增加該橋樑2的偵測參數，進而能夠更全面性地了解該橋樑2的狀況。

參閱圖4，為本發明傾斜感測裝置的第二較佳實施例，該第二較佳實施例，大致上是與第一較佳實施例相同，不同之處在於：該容置空間314中設置有兩種互不相溶之導電介質溶液，一者為電導液315’，另一者為油脂液315”。值得一提的是，電荷流經該電導液315’與油脂液315”，進而能夠量測該第一電極312與第二電極313之間的電阻值Rt，藉以提供使用者另一種施作態並取得不同的電阻值量測數據。

參閱圖5，為本發明傾斜感測裝置的第三較佳實施例，該第三較佳實施例大致上是與第一較佳實施例相同，不同之處在於：該處理單元4更具有一電連接該處理器41的讀取器44，及一用以供該讀取器44辨識的標籤45，該讀取器44與該標籤45為無線射頻辨識系統(RFID)，該標籤45可對該讀取器44進行觸發而啟動該處理器41運作，進而判斷該量測傳輸模組32傳送至該接收模組44的電阻值，因此，本實施例可應用在主動式的遠端照護的服務，將該感測單元3配戴在照護的對象，用以獲得待測者的身體資訊，並將該資訊透過示警模組43傳輸給看護人員。參閱圖6、7，本發明傾斜感測裝置的第四較佳實施例，大致上是與第一較佳實施例相同，不同之處在於：該感測單元3具有三個電阻器31，其所量測到的電阻值分別為Ra、Rb，Rc，所述電阻器31容置的液體315分別為鹽水、甘油，及電導液，所述電阻器31的第一電極312是電連接在一起，所述第二電極313也是電連接在一起，而使所述電阻器31並聯，該量測傳輸模組32是量測所述電阻器31並聯的電阻值，而該示警模組43是由該處理單元4之處理器41控制作動的蜂鳴器。

在此要說明的是，為了避免所述電阻器31的些微角度改變所導致的阻抗值變化小而不易偵測，本實施例將多個電阻器31並聯在一起，使所述電阻器31的所量測的總電阻值Ro，其數學式為： 利用所述電阻器31並聯在一起，對於其中一電阻器31產生些微角度變動，即會使總電阻值Ro產生顯著的改變，藉以放大所偵測之電阻值的數據而提高傾斜角度感測的靈敏度。

值得一提的是，由於不同的液體315所產生的氣泡大小不盡相同。一般而言，含油的液體所產生的氣泡較小，含水的液體所產生的氣泡較大，因而產生兩結論：(1)傾斜角度與液體整體阻值量測會有一對一的函數關係，(2)氣泡小而多顆在液體內所呈現的傾斜角度與液體整體阻值量測結果會比較敏感，所以，同時藉由三個容置不同液體之電阻器31，依據所產生氣泡數量的不同，而能夠同時量測到不同敏感程度的電阻值，進而提高其感測範圍，並具有更精準的偵測數據。

因此，本實施例藉由並聯所述電阻器31，使整體感測待測物之傾斜角度的靈敏度更高，藉此應用在車輛行進中之駕駛人身上，當駕駛人疲勞打瞌睡而導致身體傾斜，該處理器41隨即控制該示警模組43作動而達到警示的效果，相較於習知不僅可簡化元件配置、降低製造成本，而且能夠提高其感測範圍，並具有更精準的偵測數據。

綜上所述，由於該感測單元3之電阻器31的電阻值會隨著該電阻器31之殼體311的傾斜角度而產生的變化，使該處理單元4之處理器41能夠藉由該量測傳輸模組32回 傳的電阻值，判斷該電阻器31的傾斜角度，而透過該示警模組43回報該待測物的傾斜狀態，因此，藉由量測該電阻器31之電阻值就能夠偵測該待測物的傾斜狀態，可有效簡化傾斜感測裝置的元件配置，降低成本，而為提高電阻值量測的靈敏度，實際實施時也可以設置多個電阻器31作並聯量測，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧橋樑

3‧‧‧感測單元

31‧‧‧電阻器

311‧‧‧殼體

312‧‧‧第一電極

313‧‧‧第二電極

314‧‧‧容置空間

315‧‧‧液體

315’‧‧‧電導液

315”‧‧‧油脂液

32‧‧‧量測傳輸模組

4‧‧‧處理單元

41‧‧‧處理器

42‧‧‧接收模組

43‧‧‧示警模組

44‧‧‧讀取器

45‧‧‧標籤

46‧‧‧資料庫模組

5‧‧‧橋樑監控中心

圖1是一方塊圖，說明本發明傾斜感測裝置的第一較佳實施的態樣；圖2是一使用狀態圖，說明該第一較佳實施例之感測單元裝設在橋樑的態樣；圖3是一部分剖視圖，說明該第一較佳實施例之電阻器的態樣；圖4是一部分剖視圖，說明本發明傾斜感測裝置的第二較佳實施的態樣；圖5是一方塊圖，說明本發明傾斜感測裝置的第三較佳實施的態樣；圖6是一方塊圖，說明本發明傾斜感測裝置的第四較佳實施的態樣；及圖7是一部分剖視圖，說明該第四較佳實施例之電阻 器並聯的態樣。

3．．．感測單元

31．．．電阻器

312．．．第一電極

313．．．第二電極

32．．．量測傳輸模組

4．．．處理單元

41．．．處理器

42．．．接收模組

43．．．示警模組

46．．．資料庫模組

5．．．橋樑監控中心

Claims (9)

1. 一種傾斜感測裝置，適用於量測一特測物之傾斜狀態，該傾斜感測裝置包含：一感測單元，裝設在該待測物上，且具有至少一電阻器，及一電連接該電阻器的量測傳輸模組，其中，該電阻器具有一殼體、一設於該殼體一端的第一電極，及一設於該殼體另一端的第二電極，該殼體界定出一容置空間，該容置空間容置有具導電性的液體，該第一電極與第二電極是伸置於該容置空間中，該量測傳輸模組是電連接該第一電極與第二電極，用以量測該第一電極與第二電極之間的電阻值，而該電阻值會隨著該殼體傾斜角度而改變，該量測傳輸模組是以無線感測器網路進行訊號傳輸；及一處理單元，具有一儲存有一特定電阻值的處理器、一電連接該處理器能接收該量測傳輸模組所量測之電阻值的接收模組，及一電連接該處理器的示警模組，該接收模組可接收該量測傳輸模組所傳送的電阻值並傳送至該處理器，該示警模組能夠接收該處理器所發出的訊號；於該待測物傾斜時，該電阻器之殼體傾斜角度會造成該液體偏移，該處理器接收到所量測到的電阻值後，會比對該電阻值與該特定電阻值，並於該電阻值與該特定電阻值相同時驅動該示警模組發出訊號。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之傾斜感測裝置，其中， 該示警模組為一通訊器，藉由無線的方式連接一特定通訊設備。
3. 依據申請專利範圍第1或2項所述之傾斜感測裝置，其中，該處理單元更具有一電連接該處理器的讀取器，及一用以供該讀取器辨識的標籤，該讀取器與該標籤為無線射頻辨識系統。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之傾斜感測裝置，更具有多數個電阻器，所述電阻器的第一電極是電連接在一起，所述電阻器的第二電極也是電連接在一起，使所述電阻器並聯在一起，該量測傳輸模組可量測所述電阻器並聯的電阻值。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之傾斜感測裝置，其中，該示警模組是一蜂鳴器，並且由該處理器控制作動。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之傾斜感測裝置，其中，該具導電性之液體是由複數互不相溶之介質溶液所組成。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之傾斜感測裝置，其中，所述介質溶液為鹽水、液態金屬、油脂液或此等之組合。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之傾斜感測裝置，其中，所述介質溶液為電導液，及油脂液。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之傾斜感測裝置，其中，該處理單元還具有一電連接該處理器且儲存有該殼體在不同傾斜角度下電阻值的資料庫模組。