TWI442025B - 光纖光柵傾斜計 - Google Patents

Description

光纖光柵傾斜計

本創作係有關於一種光纖光柵傾斜計，尤指一種利用光纖光柵、容器結構與傾斜液結合使用之光纖光柵傾斜計。

近年來，由於光電技術的蓬勃發展，光電工業已然成為本世紀的新寵，因光纖其具有質量輕、體積小、不易被腐蝕和不受電磁干擾的優點，現在已經被廣泛的運用在各通訊網路裡，而利用光纖完成之感測器，近年來也已成為在感測器領域上重視的新設計之一，光纖感測器相較於傳統機電式的感測器，由於其纖細質輕、易於多工使用、且做為感測器的光纖元件不會受到外界環境因素的影響，因此極具有發展的潛力，其應用上可將光纖光柵埋設於水壩、橋梁、電力工業等方面的結構感測，以及環保及醫療等方面。民生用途如汽車，飛機及船上有關其操作系統中壓力、溫度、流量等之感測，目前均以電式感測器為主。為了有效降低環境溫度濕度、電磁波等因素對其感測功能的影響，更需考量避免因感測器的使用而對某些特殊環境所造成安全上的危害，如電瓶室、易燃氣體室內等使用感測信號轉換的高溫電子元件，都可能因使用感測器而造成公安上的疑慮，於是常需在感測器的結構上採取許多保護措施，這不但增加其製造成本，且體積也會加大，大大減少了在工作場所裡可運用的空間。

因此，若能將光纖光柵感測器的優點發揮且將其充分運用於工業、民生上所需的各式監測系統，必定能使系統能發揮更穩定的可靠性，更高度的準確性，為民生帶來更便利又安全的生活。

由於光纖的發明與應用，使得傳統利用銅導線做為傳輸工具及電子元件做為感測器的方式有了重大的變革。在民生工業中的大型機台如工廠裡鍋爐，交通工具如飛機，船艇所需的監測系統中，感測器所使用的數量上就佔很高的比例。此外由於感測器被充分運用，也可達成如氣體，液體的流量與溫度的量測。於是，對於光纖光柵感測器的研究，實是步向全光路監測系統實用化的一大重點。由文獻可知，目前已有許多學者正從事於以光纖光柵為骨幹之感測器研究，在傾斜感測器上著墨相當多，傾斜感測器在生活中的應用日趨重要，尤其是運於對各類公共建設和重要設施進行持續傾斜發生之監測與警示系統，無論於施工期間或完工後，對人安與物安都是一種亟需的保障。

本創作之主要目的，係在解決傳統機電式感測器使用上具有使多缺點之問題，而提出一種利用光纖光柵所製成之光纖光柵感測器；為達上述目的，本創作之光纖光柵傾斜計係包括：一殼體、適量傾斜液及至少一光纖光柵，其中，該殼體係一中空之容器，內盛有適量之傾斜液，該殼體於適處開設至少一出線孔；該傾斜液係裝盛容置於該殼體內；該光纖光柵係貼附於該殼體之內壁，並至少一端延伸有一光纖端，用以量測光訊號，令該光纖光柵之一部份浸泡於傾斜液內，另一端則露出於傾斜液外；當殼體遇角度傾斜而令該光纖光柵浸泡於傾斜液內之比例改變時，則所量測的數據將隨之發生變化，進而令使用者可依數據之變化而判斷所傾斜之角度。

餘下茲配合圖式，詳細說明本創作之實施例如后：請同時參考圖1至3，係分別表示本創作第一實施例之各元件間構造及結合關係，詳述如下：本創作之光纖光柵傾斜計(10)係包含：一殼體、適量之傾斜液及至少一光纖光柵；該殼體(20)係一中空可盛載傾斜液(30)之結構，並於適處開設至少一出線孔(21)供光纖端(41)穿經，並於穿經後可點膠進行密封，該殼體(20)係可為圓柱形、楕圓柱形或矩形之立方體或其它幾何結構，於本實施例中，以使用圓柱形之殼體(10)進行說明；該傾斜液(30)係裝盛容置於殼體(20)內，該傾斜液(30)係可為水、水溶液、油或折射率油等可令該光纖光柵(40)之光訊號產生變化之液體；該至少一光纖光柵(40)係貼附於該殼體(20)內部之內壁上，並至少一端延伸有一光纖端(41)，用以量測光訊號及獲得光譜，該光纖光柵(40)係可為長週期光纖光柵、布拉格光纖光柵、超結構型光纖光柵、二者結合之複合型光纖光柵或其他類型之光纖光柵，於本實施例中，所使用者為長週期光纖光柵，而該長週期光柵之光纖端(41)需為一端連接並輸入光源(50)，其另一端連接光譜分析儀(60)以量測穿透之光訊號及其光譜；本創作之光纖光柵傾斜計(10)係將該至少一光纖光柵(40)之二端分別貼附於該殼體(20)內部之壁上，使該光纖光柵(40)呈一直線，並注入適量之傾斜液(30)，令該光纖光柵(40)之一端可浸泡於該傾斜液(30)中，另一端則可露出於該傾斜液(30)之外，並將該光纖端(41)由該出線孔(21)穿出後，將出線孔(21)點膠密封，並分別連接至光源(50)及光譜分析儀(60)，以由一端輸入光源，另一端則可量測其穿透之光訊號並獲得其光譜；請參考圖2，將上述之光纖光柵傾斜計(10)置於一角度可調之平板(70)上，該平板(70)係具有一上板(71)及一下板(72)，該上板(71)及下板(72)一端相互樞接，令二板間之樞接處具一角，設定該θ角初始角度為0°，當θ角發生變化時，則該傾斜液(30)之液面高度同時發生變化，進而使得浸泡及露出的光纖光柵(40)之比例改變，於光譜分析儀(60)上則可量測出能量強弱之變化並反應出深淺不同之光譜，利用該光譜之變化，則可推測得該θ角所呈現之角度變化；再者，請同時再參考圖4及圖5，該光纖光柵傾斜計(10)係可具有一固定光纖光柵(40)之固定件(80)，該固定件具有一用以固定光纖光柵(40)二端之槽孔(81)，該固定件(80)之使用可方便於將光纖光柵(40)固定於該殼體(20)內，另，該固定件(80)可使該光纖光柵(40)固定於殼體(20)之任意位置，藉此，該光纖光柵傾斜計(10)可藉由該光纖光柵(40)之軸向與該殼體(20)中心線(22)之距離及該殼體(20)之內徑或半徑之比例調整該光纖光柵感測器(10)之靈敏度，惟，不可將該光纖光柵(40)設置於該殼體(20)之中心線(22)上；又，藉由該光纖光柵(40)之使用數量，可同時改變光纖光柵傾斜計(10)之靈敏度及其可量測之維度，如：於使用一光纖光柵(40)時，則該光纖光柵感測器(10)係可量測一維之角度傾斜變化，於使用二光纖光柵(40)分開貼附於該殼體(20)內壁或分別貼附於該圓柱殼體(20)四分之一圓之位置時(圖未繪示)，則該光纖光柵傾斜計(10)係可量測二維之角度傾斜變化，另，於該圓柱結構沿軸向貼附複數光纖光柵(40)時，則可量測二維之角度傾斜變化，且因各光纖光柵(40)可量測到的液面變化各有不同，因此，可獲得更準確的角度傾斜變化；請同時參考圖6及圖7係本創作之第二實施例，於本實施例中，該光纖光柵感測器(10)之殼體(20)係使用一U型管，並將該光纖光柵(40)之二端沿U型管之一端邊管軸向貼附於該邊管之內管壁上，並該光纖光柵(40)之二光纖端(41)分別由該U型管之二邊管穿出，其中一端之光纖端(41)連接光源(50)，另一端則連接至光譜分析儀(60)，以分別輸入光源(50)及量測該光纖光柵(40)之穿透光譜；將上述之光纖光柵傾斜(10)計置於如第一實施例之一角度可調的平板(70)上，該平板(70)係具有一上板(71)及一下板(72)，該上板(71)及下板(72)一端相互樞接，令二板間之樞接處具一θ角，設定該θ角之初始角度為0°，當θ角發生變化時，則該傾斜液(30)之液面同時發生變化，進而使得浸泡及露出的光纖光柵(40)之比例改變，於光譜分析儀(60)上則可量測出能量強弱之變化並反應出深淺不同之光譜，利用該光譜之變化，則可推測得該θ角所呈現之角度變化；再者，該光纖光柵傾斜計(10)係可具有一固定光纖光柵(40)之固定件(80)，該固定件具有一用以固定光纖光柵(40)二端之槽孔(81)，該固定件之使用可方便於將光纖光柵(40)固定於該殼體(20)內，又，藉由該光纖光柵(40)數量及該U型管管體(20)之結合使用，則可改變光纖光柵傾斜計(10)之靈敏度及量測角度之維度，於使用一光纖光柵(40)及U型管時，則該光纖光柵傾斜計(10)係可量測一維之角度傾斜變化，於使用二組上述一維之光纖光柵傾斜計(10)，並令底管相互呈一角度設置(圖未繪示)，該角度以90°為最佳，則該光纖光柵傾斜計(10)係可量測二維之角度傾斜變化，當使用複數組上述之一維光纖光柵傾斜計(10)時，並以等角度交互排列組設時，則可量測二維之角度傾斜變化，且因各光纖光柵(40)可量測到的液面高度變化各有不同，因此，可獲得更準確的角度傾斜變化；又，該U型管之使用上，可使用二相同或不同管徑之邊管；另，於傾斜液(30)之使用上，該U型管二端係可使用二種不同比重之傾斜液(30)，且令該二傾傾液(30)間不會互相混合成混合液(如：水和油或水和水銀等)，再者，亦可於該U型管之底管或底管延伸至二邊管之適當高度預先加入比重較重且不與其他溶液相混合之液體，再於二邊管加入不同比重之水溶液或其他不會與底管液體相混合之液體；綜上所述，本創作確實已經達於突破性之結構，而具有改良之創作內容，同時又能夠達到產業上利用性與進步性，且本創作未見之於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法第二十一條、第二十二條之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請　鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

唯以上所述，僅為本創作之一可行實施例而已，當不能以之限定本創作實施之範圍；即大凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。

10．．．光纖光柵傾斜計

20．．．殼體

21．．．出線孔

22．．．中心線

30．．．傾斜液

40．．．光纖光柵

41．．．光纖端

50．．．光源

60．．．光譜分析儀

70．．．平板

71．．．上板

72．．．下板

80．．．固定件

81．．．槽縫

圖1係本創作第一實施例之一維結構示意圖。

圖2係本創作之測試架構圖。

圖3係本創作第一實施例之二維結構示意圖。

圖4係本創作之固定件結構圖。

圖5係本創作第一實施例之使用固定件結構圖。

圖6係本創作第二實施例之結構示意圖。

圖7係本創作第二實施例使用二種傾斜液之結構圖。

10．．．光纖光柵傾斜計

20．．．殼體

21．．．出線孔

30．．．傾斜液

40．．．光纖光柵

41．．．光纖端

Claims (8)

1. 一種光纖光柵傾斜計，係包括：一殼體，係一中空之容器，內盛傾斜液，該殼體開設有至少一供光纖穿出之出線孔；傾斜液，係容置於該殼體內；及至少一光纖光柵，係軸向貼附於該殼體之內壁，並至少一端延伸有一光纖端，以量測訊號，該光纖光柵之一端浸泡於傾斜液內，另一端則露出於傾斜液外；該光纖光柵傾斜計遇角度傾斜而令該光纖光柵浸泡於傾斜液內之比例改變，使得量測的數據隨之改變，藉此則可判斷傾斜之角度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵傾斜計，其中該外殼係可為一圓柱形、楕圓柱形或立方形或其他幾何形狀之立體結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵傾斜計，其中該傾斜液係可為水、水溶液、油或折射率油等。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵傾斜計，其中該光纖光柵係可為長週期光纖光柵、布拉格光纖光柵或超結構型光纖光柵。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵傾斜計，其中該光纖光柵係以軸向貼附於該殼體之內壁。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵傾斜計，其中該一種光纖光柵傾斜計，係包括： 一殼體，係一中空之U型管體，內盛有傾斜液；傾斜液，係容置於該殼體內之液體；及至少一光纖光柵，係貼附於該殼體之內壁，該光纖光柵之一端浸泡於傾斜液內，另一端則露出於傾斜液外；該光纖光柵傾斜計遇角度傾斜而令該光纖光柵浸泡於傾斜液內之比例改變，使得量測的數據隨之改變，藉此則可判斷傾斜之角度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光纖光柵傾斜計，其中該殼體之U型管體二邊管係具相同內徑。
8. 如申請專利範圍第1或6項所述之光纖光柵傾斜計，其中該光纖光柵傾斜計尚具有一固定該至少一光纖光柵之固定件。