TWI410613B

TWI410613B - Vibration sensor structure

Info

Publication number: TWI410613B
Application number: TW99105941A
Authority: TW
Inventors: Tsair Chun Liang; Yung Feng Lin; Chien Wei Hsieh
Original assignee: Tsair Chun Liang; Yung Feng Lin
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2013-10-01
Also published as: TW201131147A

Description

振動感測器結構

本發明隸屬一種利用光纖光柵作為量測振動感測訊號技術領域，具體而言係指一種結構簡單之振動感測器結構，藉以降低成本，且能減少光纖斷裂的現象，並可提升其量測的靈敏度與準確度。

按，當寬頻光源入射到光纖光柵時，會因折射率的改變產生折射、透射或反射，其中反射要符合布拉格條件(Bragg condition)才行。根據文獻，所謂布拉格條件是指光的反射波長需滿足下列公式：

λ_B =2n_e Λ

其中λ _B 為布拉格反射波長；n _e 為纖核有效折射率；Λ為光纖光柵的週期，其餘不滿足的反射波長會因為相位差而相消。

根據文獻，可知布拉格光纖光柵反射波長的偏移量Δλ _B ，和所受的應變(ε)及溫度(ΔT)變化量有關；α為光纖的熱膨脹係數(The coefficient of thermal expansion,CTE)；ΔT為所受的溫度變化量。

其關係式如下：

Pe 為光彈常數

ξ為熱光常數

K _ε 為應變靈敏度

K _t 為溫度靈敏度

換言之，光纖光柵主要特性為反射特定中心波長，當光柵受到應變或溫度作用後會產生中心波長的飄移，透過觀察中心波長的飄移量來判讀感測結果，故有設計一個結構簡單、低成本，且靈敏性與準確性高的感測器結構。

有鑑於此，本發明人乃針對前述光纖光柵量測的需求深入探討，並藉由多年從事相關產業的研發與製造經驗，而積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的發明出一種振動感測器結構，其能克服鎖固件直接鎖掣造成光纖斷裂的問題。

因此，本發明之主要目的係在提供一種振動感測器結構，藉以能防止鎖固件直接鎖壓光纖，可避免光纖斷裂的問題，且能在量測時調整其靈敏度，以提升其量測的準確性。

而本發明主要係透過下列的技術手段，來具體實現前述的目的與效能；該振動感測器係至少包含有一底座、一簧片座及一質量塊所構成，用以鎖設量測用的光纖；其中底座具有一供設置簧片座之襯塊；另簧片座係以一端設於前述襯塊頂面，且簧片座可產生向下復位的預力，又簧片座自由端頂面可供質量塊鎖設；而質量塊具有一斜向向上延伸的懸臂，另懸臂自由端處形成有一水平狀之頂部，該頂部之頂面具有一道導線槽，又質量塊於頂部上設有一可產生向下復位預力之夾壓塊，該夾壓塊底面具有對應前述導線槽之導線槽。

藉此，透過前述技術手段的展現，讓本發明之振動感測器不僅可有效簡化結構，且能以具彈性作用之夾壓塊夾掣，以避免光纖直接受壓損壞，能在量測時調整其靈敏度，以提升其量測的準確性，而能增加產品的附加價值，進一步可提高其經濟效益。

為使　貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之若干較佳實施例，並配合圖式詳細說明如后，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

本發明係一種振動感測器結構，隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

而關於本發明之振動感測器的結構，則請參看第1圖所示者，該振動感測器係由一底座(10)、一簧片座(20)、一質量塊(30)及一預拉板(40)所構成，用以鎖設量測用的光纖(50)；又本發明振動感測器的詳細構成，則請參照第1、2圖所示，其中底座(10)具有一供頂撐簧片座(20)之襯塊(12)，該襯塊(12)頂面兩側分別具有一螺孔(13)，可供簧片座(20)鎖設，再者底座(10)於對應襯塊(12)的一端形成有向上凸伸的立柱塊(15)，該立柱塊(15)背面形成有一道供容設預拉板(40)之滑動槽(16)，且底座(10)於立柱塊(15)頂面形成有一道斷面呈半圓狀的導線槽(17)，且立柱塊(15)於滑動槽(16)內形成有上下分佈、同時對應導線槽(17)的螺孔(18)，供鎖設前述之預拉板(40)；另前述簧片座(20)一端具有對應前述襯塊(12)螺孔(13)之貫孔(21)，用以分別利用一螺鎖件(22)穿經一壓縮彈簧(23)與貫孔(21)後，該螺鎖件(22)可鎖掣於襯塊(12)的螺孔(13)上，使簧片座(20)可受壓縮彈簧(23)作用彈性壓掣於底座(10)襯塊(12)頂面，使簧片座(20)產生向下回復的預力，又簧片座(20)自由端並利用至少一鎖固件(25)由下向上鎖掣前述之質量塊(30)；該質量塊(30)具有一斜向向上延伸的懸臂(31)，使質量塊(30)呈「∠」之框體結構，又質量塊(30)於懸臂(31)夾角處形成有一凹陷之弧槽部(32)，再者以增加光纖(50)的週期變化，另質量塊(30)於懸臂(31)自由端處形成有一水平狀之頂部(33)，該頂部(33)之頂面具有一道對應前述底座(10)導線槽(17)的導線槽(330)，且頂部(33)於導線槽(330)兩側分別形成有相對應之螺孔(34)，又質量塊(30)於頂部(33)上設有一對應之夾壓塊(35)，該夾壓塊(35)底面具有對應前述導線槽(330)之導線槽(350)，供相對夾掣光纖(50)，且夾壓塊(35)上並形成有對應頂部(33)螺孔(34)之貫孔(36)，用以分別利用一螺鎖件(37)穿經一壓縮彈簧(38)與貫孔(36)後，該螺鎖件(37)可鎖掣於頂部(33)的螺孔(34)上，使夾壓塊(35)可受壓縮彈簧(38)作用彈性壓掣於質量塊(30)頂部(33)頂面，供夾壓塊(35)在夾壓光纖(50)時可產生向下的回復預力；而預拉板(40)形成有若干由上而下的若干對應前述底座(10)立柱塊(15)螺孔(18)之貫孔(41)，供分別利用一螺鎖件(42)於穿經預拉板(40)貫孔(41)與一壓縮彈簧(43)後鎖掣於立柱塊(15)的螺孔(18)上，使預拉板(40)可受壓縮彈簧(43)作用產生向外的回復預力，另該預拉板(40)之頂面具有一道對應前述底座(10)導線槽(17)的導線槽(440)，且預拉板(40)於導線槽(440)兩側分別形成有相對應之螺孔(45)，又預拉板(40)上設有一對應之夾壓塊(46)，該夾壓塊(46)底面具有對應前述導線槽(440)之導線槽(460)，用以相對夾掣光纖(50)，且夾壓塊(46)上並形成有對應預拉板(40)螺孔(45)之貫孔(47)，用以分別利用一螺鎖件(48)於穿經一壓縮彈簧(49)與貫孔(47)後，螺鎖件(48)可鎖掣於預拉板(40)的螺孔(45)上，使夾壓塊(46)可受壓縮彈簧(49)作用彈性壓掣於預拉板(40)頂面，供夾壓塊(46)在夾掣光纖(50)時可產生向下的回復預力；藉此，組構成一結構簡單、且可調節靈敏度的振動感測器結構者。

至於本發明之振動感測器的實際使用，如第2、3及4圖所示，使用上，係將欲量測之光纖(50)置於底座(10)立柱塊(15)的導線槽(17)上，且令光纖(50)兩端分別穿經預拉板(40)與夾壓塊(46)之導線槽(440、460)【如第1圖】及質量塊(30)與夾壓塊(35)之導線槽(330、350)【如第1圖】之間，且在螺鎖質量塊(30)與預拉板(40)之夾壓塊(35、46)的螺鎖件(37、48)後，可利用壓縮彈簧(38、49)的向下回復預力透過夾壓塊(35、46)夾緊該光纖(50)，如此即能用於光纖(50)光柵的量測。

且透過前述的結構設計與動作說明，本發明在使用上至少具有下列的優點及實用價值；諸如：

1、本發明之質量塊(30)係鎖設於簧片座(20)上，且質量塊(30)具有斜向向上延伸的懸臂(31)，因此當受到外在物理作用時(如地表振動)，由此懸臂(31)帶動光纖(50)光柵，使光柵週期產生變化，再者質量塊(30)的懸臂(31)呈斜向設計，進一步可以縮小體積，來大幅減少感測器體積，可有效的降低其成本。

2、本發明振動感測器在量測光纖(50)時，由於光纖(50)會使用裸光纖製成的光纖光柵，如果直接鎖住則會發生光纖(50)鬆動或因光纖(50)側壓承受力小造成斷裂，而本發明係採用具回復預力之夾壓塊(35、46)來夾掣光纖(50)，故可避免此問題的發生，也可減少上方夾壓塊(35、46)磨床製作節省製作花費、研究成本與準確度。

3、本發明振動感測器上設有預拉板(40)，其能用來拉緊光纖(50)，並可透過調整預拉板(40)的位置來調整光纖(50)的鬆緊度，進一步可調節其量測的靈敏度，同時預拉板(40)也可以由螺鎖件(42)的螺距計算光纖(50)目前應力或者使用應變計、測微計得知應力，其可有效提高量測的準確性。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

(10)．．．底座

(12)．．．襯塊

(13)．．．螺孔

(15)．．．立柱塊

(16)．．．滑動槽

(17)．．．導線槽

(18)．．．螺孔

(20)．．．簧片座

(21)．．．貫孔

(22)．．．螺鎖件

(23)．．．壓縮彈簧

(25)．．．鎖固件

(30)．．．質量塊

(31)．．．懸臂

(32)．．．弧槽部

(33)．．．頂部

(330)．．．導線槽

(34)．．．螺孔

(35)．．．夾壓塊

(350)．．．導線槽

(36)．．．貫孔

(37)．．．螺鎖件

(38)．．．壓縮彈簧

(40)．．．預拉板

(41)．．．貫孔

(42)．．．螺鎖件

(43)．．．壓縮彈簧

(440)．．．導線槽

(45)．．．螺孔

(46)．．．夾壓塊

(460)．．．導線槽

(47)．．．貫孔

(48)．．．螺鎖件

(49)．．．壓縮彈簧

(50)．．．光纖

第1圖：係本發明之振動感測器的立體分解示意圖，用以說明其主要構成元件。

第2圖：係本發明之振動感測器的立體外觀示意圖，供說明其組成後之狀態。

第3圖：係本發明之振動感測器的側視平面示意圖，進一步說明其預拉光纖之動作。

第4圖：係本發明之振動感測器的俯視平面示意圖，供揭示其預拉光纖之動作。

(10)‧‧‧底座

(12)‧‧‧襯塊

(15)‧‧‧立柱塊

(18)‧‧‧螺孔

(20)‧‧‧簧片座

(22)‧‧‧螺鎖件

(23)‧‧‧壓縮彈簧

(25)‧‧‧鎖固件

(31)‧‧‧懸臂

(32)‧‧‧弧槽部

(33)‧‧‧頂部

(35)‧‧‧夾壓塊

(37)‧‧‧螺鎖件

(38)‧‧‧壓縮彈簧

(40)‧‧‧預拉板

(46)‧‧‧夾壓塊

(48)‧‧‧螺鎖件

(49)‧‧‧壓縮彈簧

(50)‧‧‧光纖

Claims

一種振動感測器結構，該振動感測器係至少包含有一底座、一簧片座及一質量塊所構成，用以鎖設量測用的光纖；其中底座具有一供設置簧片座之襯塊，且底座頂面形成有一道斷面呈半圓狀的導線槽；該簧片座係以一端設於前述襯塊頂面，且簧片座可產生向下復位的預力，又簧片座自由端頂面可供質量塊鎖設；而質量塊具有一斜向向上延伸的懸臂，其中懸臂自由端處形成有一水平狀之頂部，該頂部之頂面具有一道對應底座導線槽之導線槽，又質量塊於頂部上設有一可產生向下復位預力之夾壓塊，該夾壓塊底面具有對應前述導線槽之導線槽。
如申請專利範圍第1項所述之振動感測器結構，其中該底座之襯塊頂面兩側分別具有一螺孔，而簧片座具有對應螺孔之貫孔，且分別利用一螺鎖件穿經一壓縮彈簧與貫孔後，該螺鎖件可鎖掣於螺孔上，使簧片座可產生向下回復之預力。
如申請專利範圍第1項所述之振動感測器結構，其中該簧片座自由端並利用至少一鎖固件由下向上鎖掣質量塊。
如申請專利範圍第1項所述之振動感測器結構，其中該質量塊於懸臂夾角處形成有一凹陷之弧槽部，用以增加光纖的週期變化。
如申請專利範圍第1項所述之振動感測器結構，其中該質量塊之頂部於導線槽兩側分別形成有相對應之螺孔，且夾壓塊上並形成有對應頂部螺孔之貫孔，供分別利用一螺鎖件穿經一壓縮彈簧與貫孔後，該螺鎖件可鎖掣於頂部的螺孔上，使夾壓塊在夾壓光纖時可產生向下的回復預力。
如申請專利範圍第1項所述之振動感測器結構，其中該底座異於質量塊一側設有一預拉板，底座具有一立柱塊，立柱塊背面形成有一道滑動槽，且立柱塊於滑動槽內形成有上下分佈、同時對應導線槽的螺孔，其中預拉板形成有若干由上而下的若干對應前述螺孔之貫孔，供分別利用一螺鎖件於穿經預拉板貫孔與一壓縮彈簧後鎖掣於立柱塊的螺孔上，使預拉板可受壓縮彈簧作用產生向外的回復預力，且預拉板之頂面設有一可產生向下復位預力之夾壓塊，該夾壓塊底面具有對應預拉板導線槽之導線槽，供夾壓塊相對夾掣光纖。
如申請專利範圍第6項所述之振動感測器結構，其中該預拉板於導線槽兩側分別形成有相對應之螺孔，而夾壓塊底面具有對應前述螺孔之貫孔，供分別利用一螺鎖件於穿經一壓縮彈簧與貫孔後，該螺鎖件可鎖掣於預拉板的螺孔上，使夾壓塊在夾掣光纖時可產生向下的回復預力。