TWI465698B - 移動感測裝置 - Google Patents

Description

移動感測裝置

本發明係關於一種移動感測裝置，尤其是一種藉由電阻值變化來評估物體移動情形之移動感測裝置。

按，在自控設備、載具、建物或橋樑等監控應用領域中，常需監測物體的移動量(例如：傾斜量或震動量等)，當移動量高於上限值時，即需發出警訊或修正設計，以提高設備或建築結構的安全性。

以傾斜量感測裝置為例，可略分為固體式或氣體式兩種，固體式傾斜量感測裝置係以鐘擺或球體結構結合電阻計、電位計或編碼器等，當傾斜角度產生變化時，會使該鐘擺或球體結構的導電狀態改變，此時，量測該導電狀態的電性值(例如：電阻值、電流值或電壓值)，可計算得知相對的傾斜量。氣體式傾斜量感測裝置係藉由熱電阻與熱電偶之間熱力學平衡關係，而計算物體之傾斜量。惟，該二者僅能計算物體之移動量，並無法得知物體的移動方向，而且，具有結構複雜、材料成本高及體積大等缺點尚待克服。

據此，上述各種習知移動感測裝置除了無法得知物體的移動方向之外，在實際使用時更因為結構複雜及材料成本高等因素，而衍生諸多限制與缺點，確有不便之處，亟需進一步改良，以提升其實用性。

本發明之主要目的係提供一種移動感測裝置，基於物體於平面之不同方向的電阻值變化，而得知物體於水平面之移動方向。

本發明之次一目的係提供一種移動感測裝置，藉由物體於平面之不同方向的電阻值變化，而得知物體於水平面之不同方向的移動量。

一種移動感測裝置，係包含：一容器，設有一端部連接一外環牆，該容器內部形成一容室；一共用電極，係設於該容器之端部，並設有數個第一感應部穿入於該容器之容室；數個指向電極，係等間距地設於該容器之外環牆，各指向電極設有數個第二感應部，該第二感應部係沿該外環牆之軸向排列並穿伸至該容室；一導電液體，係容納於該容器之容室，且分別接觸該共用電極與各指向電極；及一監測單元，係電性連接該共用電極及各指向電極，用以量測該共用電極與各指向電極之間的電阻值，並依據該電阻值之變異量取得該容器於其徑向截面的移動方向及移動量。

其中，該監測單元依據該電阻值取得該容器於其徑向截面的傾斜度。

其中，該容器另包含一內環牆，該端部分別連接該內環牆及該外環牆。

其中，該指向電極係等間距地設於該容器之內環牆，各指向電極之第二感應部，該第二感應部係沿該內環牆之軸向排列並穿伸至該容室。

其中，該監測單元儲存一資料庫並執行一處理程式，該處理程式依據該電阻值與該資料庫相比對，而取得該容器於其徑向截面的移動方向、移動量及傾斜度。

其中，該第一感應部之數量為四的倍數，該指向電極之數量為四的倍數。

其中，該指向電極與該共用電極之第一感應部相對位。

其中，該監測單元包含一電錶及一處理器，該電錶電性連接該共用電極及各指向電極，且該電錶耦接該處理器，該處理器依據該電阻值與一資料庫相比對，而取得該容器於其徑向截面的移動方向、移動量及傾斜度。

其中，另包含一警示器，若該移動量或任二電阻值之差值超過一警示門檻值時，則該處理器產生一警示訊號，由該警示訊號驅動該警示器產生警示聲音、燈光或其組合。

其中，該電錶及該處理器分別設有一無線傳輸埠，該電錶之無線傳輸埠耦接該處理器之無線傳輸埠。

其中，該外環牆連接該端部之一周緣，而構成一內殼體，該內殼體容置於一外殼體之內部，且該內殼體及該外殼體由一蓋體封閉結合。

其中，該內環牆及該外環牆分別連接該端部之一內周緣及一外周緣，而構成一內殼體，該內殼體容置於一外殼體之內部，且該內殼體及該外殼體由一蓋體封閉結合。

其中，該導電液體為包含電解質之液體。

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，作詳細說明如下：本發明全文所述之「耦接」(coupling)，係指二元件之間藉由有線實體(例如：金屬導線等)、無線媒介(例如：無線感測網路[WSN]或無線射頻辨識系統[RFID]等)或其組合等方式，而使該二元件之電氣訊號可以相互傳遞，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參照第1圖所示，其係本發明移動感測裝置第一實施例之組合側視圖，包含一容器1、一共用電極2、數個指向電極3、一導電液體4及一監測單元5。該共用電極2穿設該容器1之一端，該指向電極3等間距地環繞穿設於該容器1，該導電液體4容置於該容器1之內部，該監測單元5耦接該共用電極2及該指向電極3。

該容器1較佳由具有絕緣性之材質(例如：塑膠等)構成中空柱體，該容器1設有一端部11連接一外環牆12，該端部11及該外環牆12分別用以結合該共用電極2及該指向電極3，且該容器1內部形成一容室13以容置該導電液體4，使該導電液體4可以接收來自不同方向的動力源。在此實施例中，該端部11形成一圓盤，該外環牆12係圍繞一中心軸A，並連接該端部11之一周緣而構成一內殼體1a，該內殼體1a容置於一外殼體1b之內部，用以避免該內殼體1a受外力破壞，該內殼體1a及外殼體1b可以間隔設置(如第1圖所示)或結合成一體，且該內殼體1a及外殼體1b還可以由一蓋體1c封閉結合，避免外界之干擾源(例如：水氣或灰塵等)進入該內殼體1a及外殼體1b之內部空間。

該共用電極2係設於該容器1之端部11，且該共用電極2設有數個第一感應部21，該第一感應部21之數量較佳為四的倍數，例如：4、8、16、...等，該第一感應部21係穿入於該容器1之容室13，用以接觸該導電液體4，該第一感應部21較佳等間距地排列，例如：平行該外環牆12且等角間隔設置，用以感應來自不同方向的動力源驅使該導電液體4移動的物理量，例如：該導電液體4晃動所衍生的電阻值。其中，該共用電極2露出該端部11之部分可包覆絕緣材料或容置於另一殼體等，避免外界雜訊源(例如：水氣或灰塵等)影響該共用電極2的電傳導性能。在此實施例中，該共用電極2係以四個第一感應部21設於該內殼體1a之底部，且位於該內殼體1a與外殼體1b之間(如第1圖所示)作為實施態樣，惟不以此為限。

該指向電極3係等間距地設於該容器1之外環牆12，該指向電極3之數量較佳為四的倍數，隨著數量增加可使感測動力源之方向增加，而提高感測方向性，該指向電極3較佳與該共用電極2之第一感應部21相對位(如第2圖所示)，使各第一感應部21與各指向電極3之間具有最短距離。各指向電極3設有數個第二感應部31，該第二感應部31係穿伸至該容室13，使各第二感應部31可以接觸該導電液體4，且該第二感應部31係沿該外環牆12之軸向(即該中心軸A)排列，相鄰二第二感應部31之間距可依需求設為相等(例如：1釐米等)或遞增(例如1、2、...釐米)等，用以感應該導電液體4移動(例如：晃動等)時的電阻值變化。其中，該第二感應部31之設置位置較佳遠離該端部11，使其數量可以增加，而提高該指向電極3的感應精密度(precision)。其中，該指向電極3露出該外環牆12之部分可包覆絕緣材料或容置於另一殼體等，避免外界雜訊源影響該指向電極3的電傳導性能。在此實施例中，係以四個指向電極3設於該內殼體1a之側壁，且位於該內殼體1a與外殼體1b之間，及對位於該第一感應部21(如第1及2圖所示)作為實施態樣，藉由不同第二感應部31接觸該導電液體4，而感應該導電液體4晃動時所產生的電阻值變化。

該導電液體4為包含電解質之液體，例如：含電解質鹽水、含電解質甘油或含電解質油脂等該導電液體4容納於該容器1之容室13，且分別接觸該共用電極2與各指向電極3，用以提供該共用電極2與各指向電極3之間的導電路徑，並受外界動能或位能作用而產生移動(例如：晃動或傾斜等)現象。在此實施例中，係以含電解質鹽水容設於該內殼體1a作為實施態樣，惟不以此為限。

該監測單元5電性連接該共用電極2及各指向電極3，用以量測該共用電極2與各指向電極3之間的電阻值，並依據該電阻值之變異量取得該容器於其徑向截面的移動方向及移動量，而且，該監測單元5還可以依據該電阻值取得該容器於其徑向截面的傾斜度，其中，該監測單元5取得該移動方向、該移動量及該傾斜度的方式可以依據該電阻值進行資料庫比對或公式換算。在此實施例中，該監測單元5可設於該外殼體1b之外(如第1圖所示)，或設於該內殼體1a與該外殼體1b之間，該監測單元5包含一電錶51及一處理器52，該電錶51電性連接該共用電極2及各指向電極3，用以量測該共用電極2及各指向電極3之間的電阻值，且該電錶51設有一無線傳輸埠511(例如：WSN或RFID傳輸器)，用以傳輸該電阻值；該處理器52設有一無線傳輸埠521(例如：WSN或RFID傳輸器)，該無線傳輸埠521耦接該電錶51之無線傳輸埠511；且該處理器52可以儲存一資料庫並執行一處理程式，該處理程式依據該共用電極2及各指向電極3之間的電阻值與該資料庫相比對，而取得該容器1於其徑向截面(如第2圖所示)係屬於靜止狀態(例如：電阻值低於一靜止門檻值)或移動狀態(例如：電阻值高於一靜止門檻值)，若屬於移動狀態，則由各指向電極3之電阻值進行比對後，可以得知該容器1之移動方向及不同方向的移動量，該移動方向及不同方向的移動量亦可由該處理器52依據向量公式計算而得，其係熟知該技藝者可以理解，在此容不贅述；當任二電阻值之差值或該移動量超過一警示門檻值(可依不同使用情境而設定適當數值)時，該處理器52還可以產生一警示訊號。其中，該移動方向、移動量或警示訊號還可以透過該無線傳輸埠521傳送至一遠方控制端(例如：中央控制系統)，供監控人員進行集中管控；此外，該監測單元5還可以包含一警示器53，該警示器53包含可以產生警示聲、光效果之元件，例如：發光二極體(LED)、喇叭(Speaker)或其組合等，該警示器53電性連接該處理器52，可由該警示訊號驅動而產生警示聲音、燈光或其組合，將該容器1及其設置處產生移動量之訊息即時通知鄰近的人員。

請參閱第3圖所示，其係本發明移動感測裝置第一實施例使用情形示意圖，其中，該容器1可以設置於一待測物T，例如：建築物、橋樑、樹木、受照護之對象或其他需要感測位移量之目標物，由於該共用電極2之第一感應部21及該指向電極3係等距地設置於四個方向，當該導電液體4靜止時，該導電液體4會同時接觸各第一感應部21及各指向電極3之部分第二感應部32，此時，由於該導電液體4之導電介質(例如：電子或離子等)會由不同指向電極3之部分第二感應部31與該第一感應部21之間的最短路徑作為傳導路徑，因此，該監測單元5可測得該共用電極2與各指向電極3之間的電阻值，倘若任二電阻值(如第3圖所示之指向電極3a及3b的電阻值)之差值超過該警示門檻值，則該監測單元5將會判定設置該容器1之平面產生傾斜(即非水平面)，並由不同位置之指向電極3的電阻值差異判定傾斜方向及幅度，藉此，可將本發明移動感測裝置應用於建築物或橋樑是否傾斜之認定作業。

另一方面，當該待測物T產生微量移動時，即可帶動該容器1產生位移，造成該導電液體4產生晃動現象，隨著晃動方向及幅度不同，使該導電液體4所接觸到之不同指向電極3的第二感應部31數量發生變化，此時，由於該導電液體4之導電介質會重新選擇在該第二感應部31與該第一感應部21之間的最短路徑作為傳導路徑，隨著各指向電極3接觸該導電液體4的第二感應部31數量增加(如第3圖所示之指向電極3b)或減少(如第3圖所示之指向電極3a)，該共用電極2與各指向電極3之間的電阻值會降低或升高(即電阻值與接觸該導電液體4的第二感應部31數量成負相關)，進而改變該共用電極2與各指向電極3之間的電阻值，其係本發明所屬領域中具有通常知識者可以理解，在此容不贅述。因此，該監測單元5可測得該電阻值的變化量，並判定該容器1及其設置處發生移動現象，並由不同位置之電阻值變化判定該待測物T之移動方向及移動量，可應用於各式需要監測移動量之應用場合(例如：應用於地表淺層異常振動警示或防盜等)，並在該移動量超過該警示門檻值時，發出警示聲音或燈光即時通知鄰近的人員。

請參閱第4圖所示，其係本發明移動感測裝置第二實施例之組合側視圖，本實施例之移動感測裝置包含一容器1’、一共用電極2’、數個指向電極3’、該導電液體4及該監測單元5’。該共用電極2’穿設該容器1之一端，該指向電極3’等間距地環繞穿設於該容器1’，該導電液體4容置於該容器1’之內部，該監測單元5’耦接該共用電極2’及該指向電極3’。

該容器1’較佳構成中空柱體，且設有一端部11’分別連接一內環牆12a’及一外環牆12b’，該端部11’用以結合該共用電極2’，該內環牆12a’或外環牆12b’可分別用以結合該指向電極3’，該容器1’內部形成一容室13’，用以容置該導電液體4，使該導電液體4可以接收來自不同方向的動力源，而該內環牆12a’所環繞的空間可以容納該監測單元5’，將本發明移動感測裝置整合為一體。在此實施例中，該端部11’形成一環板，該內環牆12a’及外環牆12b’皆圍繞該中心軸A，並分別連接該端部11’之一內周緣及一外周緣，而構成一內殼體1a’，該內殼體1a’容置於一外殼體1b’之內部，且該內殼體1a’及外殼體1b’亦可由一蓋體1c’封閉結合。

該共用電極2’電性連接該監測單元5，且該共用電極2’設有數個第一感應部21’，該第一感應部21’與第一實施例之第一感應部21的設置方式大致相同，在此容不贅述。在此實施例中，該共用電極2’係以八個第一感應部21’設於該內殼體1a’之底部(如第5圖所示)作為實施態樣，惟不以此為限。

各指向電極3’電性連接該監測單元5，且各指向電極3’係等間距地穿設於該容器1之內環牆12a’、外環牆12b’或其組合，且較佳與該共用電極2之第一感應部21相對位(如第5圖所示)，各指向電極3’設有數個第二感應部31’。各第二感應部31’與第一實施例之第二感應部31的設置方式大致相同，在此容不贅述。在此實施例中，係以八個指向電極3’設於該容器1之內環牆12a’(如第5圖所示)，並對位於該第一感應部21’作為實施態樣，惟不以此為限。

該監測單元5’電性連接該共用電極2’及各指向電極3’，用以量測該共用電極2’與各指向電極3’之間的電阻值，並由該電阻值之變異量取得該容器於其徑向截面的移動方向及移動量，及由該電阻值取得該容器於其徑向截面的傾斜度。在此實施例中，該監測單元5’包含一電錶51’、一處理器52’及一警示器53’，該處理器52’電性連接該電錶51’及警示器53’，該電錶51’、處理器52’及警示器53’與該第一實施例之電錶51、處理器52及警示器53大致相同，在此容不贅述。

請參閱第6圖所示，其係本發明移動感測裝置第二實施例使用情形示意圖，其中，由於該容器1’之容室13’係呈環形容室，且該共用電極2’與各指向電極3’設於該容器1’之八個方向，可以提升該導電液體4接收來自不同方向動力源，並增加作為參考資訊之電阻值數量，可進一步提升感應不同方向動力源的靈敏度。此外，當該待測物T產生微量移動(例如：應用於測謊時)時，即可使該導電液體4產生反覆晃動，而提高該共用電極2’與各指向電極3’之間電阻值反映動力源大小的靈敏度。另一方面，當設置該容器1’之平面傾斜時，可隨著該共用電極2’與各指向電極3’之間距增加，而增加傾斜方向二側之高度差，使該二側之電阻值差距變大，而提高感測靈敏度。

綜上所述，本發明移動感測裝置藉由該容器容納該導電液體，且該導電液體同時接觸該共用電極與各指向電極，當該容器所設置之待測物移動時，將會隨著移動方向及移動幅度帶動該導電液體產生晃動等液體移動現象，使該導電液體在不同方向所接觸之第二感應部數量產生變化，使該共用電極與各指向電極之間的電阻值隨之改變，各電阻值的變化情形可由該監測單元量測，經由資料庫查詢過程或向量計算過程，可以取得該待測物於其設置平面之移動方向及各方向之移動量，當移動量過大時，可以警示相關人員，降低人員及物力的損失；而相關數據亦可供研究人員做為研究發展的參考；而且，本發明之結構簡單可微細化(minimization)及以半導體製程製造，而降低製造成本，此乃本發明所增進之諸多功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，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疇，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。

[本發明]

1,1’．．．容器

1a．．．內殼體

1b．．．外殼體

1c．．．蓋體

11,11’．．．端部

12,12b’．．．外環牆

12a’．．．內環牆

13,13’．．．容室

2,2’．．．共用電極

21,21’．．．第一感應部

3,3’．．．指向電極

3a,3b．．．指向電極

31,31’．．．第二感應部

4．．．導電液體

5,5’．．．監測單元

51,51’．．．電錶

511．．．無線傳輸埠

52,52’．．．處理器

521．．．無線傳輸埠

53,53’．．．警示器

A．．．中心軸

T．．．待測物

第1圖：本發明移動感測裝置第一實施例之組合側視圖。

第2圖：本發明移動感測裝置第一實施例之組合俯視圖。

第3圖：本發明移動感測裝置第一實施例之使用情形示意圖。

第4圖：本發明移動感測裝置第二實施例之組合側視圖。

第5圖：本發明移動感測裝置第二實施例之組合俯視圖。

第6圖：本發明移動感測裝置第二實施例之使用情形示意圖。

1．．．容器

1a．．．內殼體

1b．．．外殼體

1c．．．蓋體

11．．．端部

12．．．外環牆

13．．．容室

2．．．共用電極

21．．．第一感應部

3,3a,3b．．．指向電極

31．．．第二感應部

4．．．導電液體

5．．．監測單元

51．．．電錶

511．．．無線傳輸埠

52．．．處理器

521．．．無線傳輸埠

53．．．警示器

A．．．中心軸

T．．．待測物

Claims (13)

1. 一種移動感測裝置，係包含：一容器，設有一端部連接一外環牆，該容器內部形成一容室；一共用電極，係設於該容器之端部，並設有數個第一感應部穿入於該容器之容室；數個指向電極，係等間距地設於該容器之外環牆，各指向電極設有數個第二感應部，該第二感應部係沿該外環牆之軸向排列並穿伸至該容室；一導電液體，係容納於該容器之容室，且分別接觸該共用電極與各指向電極；及一監測單元，係電性連接該共用電極及各指向電極，用以量測該共用電極與各指向電極之間的電阻值，並依據該電阻值之變異量取得該容器於其徑向截面的移動方向及移動量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之移動感測裝置，其中該監測單元依據該電阻值取得該容器於其徑向截面的傾斜度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之移動感測裝置，其中該容器另包含一內環牆，該端部分別連接該內環牆及該外環牆。
4. 如申請專利範圍第3項所述之移動感測裝置，其中該指向電極係等間距地設於該容器之內環牆，各指向電極之第二感應部，該第二感應部係沿該內環牆之軸向排列並穿伸至該容室。
5. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之移動感測裝置，其中該監測單元儲存一資料庫並執行一處理程式，該處理程式依據該電阻值與該資料庫相比對，而取得該容器於其徑向截面的移動方向及移動量。
6. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之移動感測裝置，其中該第一感應部之數量為四的倍數，該指向電極之數量為四的倍數。
7. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之移動感測裝置，其中該指向電極與該共用電極之第一感應部相對位。
8. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之移動感測裝置，其中該監測單元包含一電錶及一處理器，該電錶電性連接該共用電極及各指向電極，且該電錶耦接該處理器，該處理器依據該電阻值與一資料庫相比對，而取得該容器於其徑向截面的移動方向及移動量。
9. 如申請專利範圍第8項所述之移動感測裝置，另包含一警示器，若該移動量或任二電阻值之差值超過一警示門檻值時，則該處理器產生一警示訊號，由該警示訊號驅動該警示器產生警示聲音、燈光或其組合。
10. 如申請專利範圍第8項所述之移動感測裝置，其中該電錶及該處理器分別設有一無線傳輸埠，該電錶之無線傳輸埠耦接該處理器之無線傳輸埠。
11. 如申請專利範圍第1項所述之移動感測裝置，其中該外環牆連接該端部之一周緣，而構成一內殼體，該內殼體容置於一外殼體之內部，且該內殼體及該外殼體由一蓋體封閉結合。
12. 如申請專利範圍第3或4項所述之移動感測裝置，其中該內環牆及該外環牆分別連接該端部之一內周緣及一外周緣，而構成一內殼體，該內殼體容置於一外殼體之內部，且該內殼體及該外殼體由一蓋體封閉結合。
13. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之移動感測裝置，其中該導電液體為包含電解質之液體。