TWI488394B - 機電箱感測系統及其方法 - Google Patents

Description

機電箱感測系統及其方法

本發明係關於一種機電箱感測系統及其方法，尤其是一種能夠感測一機電箱是否受外力破壞，並即時監控該機電箱之環境物理量，以監測該機電箱是否承受溫度過高的傷害之機電箱感測系統及其方法。

基於現代人對於電力輸配、通訊系統與雲端服務等電源或信號傳輸的嚴重依賴，諸如配電箱、變電箱或電信交接箱等機電箱設備在日常生活中儼然已成為不可或缺的民生必需品，無論街頭巷尾均可見其存在。其中，由於光纖網路逐漸成為台灣網路環境的主流，為了擴大光纖網路服務的涵蓋區域，各家電信業者無不廣泛設置使用光纖建構之光化電信交接箱，以銜接電信業者之光纖系統以及後端用戶之銅纜。這也使得近年來，除了以往路邊常見的配電箱或變電箱外，大街小巷間又增加了大量的電信交接箱，造成市區道路旁各種機電箱林立的情形。

傳統機電箱多設置於戶外，其周遭的環境條件相當嚴苛，例如：烈日曝曬、雨水侵襲、灰塵入侵以及自然界生物的侵入破壞等等問題屢見不顯，加上隨時有遭受汽機車等外力撞擊的風險，導致戶外機電箱設備的故障率相較室內機房設備而言非常頻繁。再者，戶外機電箱設備的數量龐大，又各自座落於不同的位置，不若室內機房設備方便集中管理。據此，機電箱的維護對於電力公司或電信業者而言實屬不易。

綜觀戶外機電箱設備頻繁故障的原因，常見有因箱體變型造 成氣密不良，使得雨水、灰塵及生物入侵而造成電路板腐蝕甚至短路；或因環境高溫燒毀電路板。其中，箱體的變形正是因為機電箱建置於路旁被交通工具所撞擊、甚至遭人為破壞所產生；高溫則是因為日間的曝曬及內部電力部件的發熱所產生，並且隨著機電箱之散熱通道的日漸阻塞而情況加劇。然而，若是電力公司或電信業者能夠發覺機電箱的箱體變形或者溫度過高等狀態異常情形，及時派人檢修處理，即可避免機電箱中的設備進一步毀損，大大降低機電箱的維護成本。

為達到即時監控一機電箱之溫度狀態的目的，中華民國公告第M443323號專利案揭示一種習知機電箱溫度偵測模組，係於一配電箱內設置一習用溫度感測器，供感測該配電箱中一導體之溫度。然而，無論是變電箱、配電箱或電信交接箱，皆提供大量電力電子訊號的傳遞，因此箱體當中含有大量電磁波，加上戶外機電箱設備處於濕度變化幅度較大的室外環境，使得習用溫度感測器在電磁波干擾與濕度影響的情況下，勢必無法提供準確的溫度量測數值。

因此，在現有技術條件下，著實無法即時得知戶外機電箱受到撞擊，潛在箱體變形的危機；亦難以精確掌握各個戶外機電箱之環境物理量(如：溫度)，電力公司或電信業者在難以察覺機電箱的狀態異常的情況下，往往需等到機電箱中的設備毀損，造成電力或數據傳輸中斷等故障發生時，才有辦法依循故障地點找出毀損的機電箱並加以檢修。這種被動的維護方式除了讓電力公司或電信業者蒙受設備財產的損失之外，機電箱設備故障亦將導致用戶的用電或上網品質不穩定，對於商譽損失的程度更是難以估算。

有鑑於此，亟需提供一種機電箱感測系統及其方法，係改善習知機電箱度偵測模組無法精確監控一機電箱之環境物理量(如：溫度)的缺點，同時能夠感測該機電箱是否受外力撞擊破壞，以解決習用機電箱維 護困難的問題。

本發明之目的係提供一種機電箱感測系統及其方法，能夠感測一機電箱是否遭受外力撞擊破壞，使相關人員能了解情況並及時檢修處理，具有預防該機電箱箱中的設備進一步毀損之功效。

本發明再一目的係提供一種機電箱感測系統及其方法，能夠即時監控一機電箱之環境物理量，以監測該機電箱是否承受溫度過高的傷害，避免該機電箱因長時間處於溫度或其它環境物理量之異常狀態而發生損壞，具有降低機電箱維護成本之功效。

本發明另一目的係提供一種機電箱感測系統及其方法，使用一光纖感測器來量測一機電箱之環境物理量，達成精確監控該機電箱之環境物理量之功效。

本發明再又一目的係提供一種機電箱感測系統及其方法，使用光纖光柵來量測一機電箱受外力影響之情形，達成準確量測該機電箱所受承受應力之功效。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段包含有：一種機電箱感測系統，包括：一箱體，具有一容置空間；一光纖感測器，包含一光纖光柵，該光纖感測器設置於上述箱體之容置空間當中；一光源，供產生一寬頻光；一分析單元，供接收並處理一光訊號，以分析紀錄該光訊號之波長；一耦合器，係透過光纖分別耦接上述光纖感測器之光纖光柵、上述光源及上述分析單元，供將上述光源所產生之寬頻光導入上述光纖光柵，並以由上述光纖光柵反射之光作為上述光訊號，傳輸至上述分析單元；及一控制單元，包含一資料庫，該資料庫中儲存至少一參數，該控制單元係耦接上述分析單元，以接收上述光訊號之波長，並比對該至少一參數，供判斷該箱體是否遭受撞擊，或者供判讀該箱體之至 少一環境物理量；其中，上述至少一參數包含一門檻值，該門檻值為一波長的飄移量，當上述光訊號之波長的最大飄移量超出該門檻值，上述控制單元即判定上述箱體遭受撞擊。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述光纖光柵為一布拉格光纖光柵。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述光纖感測器另包含一披覆層，上述光纖光柵係封裝於該披覆層當中。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述披覆層係以聚二甲基矽氧烷製作。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述箱體包含一入風口，且上述光纖感測器鄰近該入風口設置。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述箱體包含一出風口，且上述光纖感測器鄰近該出風口設置。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述至少一環境物理量包含溫度，上述至少一參數包含一溫度與波長之對應關係，供上述控制單元依據上述光訊號之波長及該溫度與波長之對應關係，判讀上述箱體之溫度。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述溫度與波長之對應關係為一溫度與波長之對照表。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述溫度與波長之對應關係為一溫度與波長之線性方程式。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述溫度與波長之對應關係為一參考波長配合一溫度與波長飄移量之對照表。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述至少一參數另包含一溫度之臨界值，當上述箱體之溫度超出該臨界值，上述控制單元即判定上述箱體之溫度異常。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述控制單元另包含一警示單元，當上述控制單元判定上述箱體遭受撞擊或者溫度異常，即透過該警示單元對使用者發出一警示訊息。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述分析單元為一光譜分析儀。

本發明之機電箱感測系統，其中，上述耦合器為一光耦合器。

一種機電箱感測方法，包含：一參數設定步驟，針對一箱體產生至少一固定參數，該至少一固定參數包含一門檻值，該門檻值為一波長的飄移量，該參數設定步驟係透過對該箱體進行一撞擊試驗以產生該門檻值；一參數校正步驟，針對一光纖感測器產生至少一變動參數，該至少一變動參數包含一溫度與波長之對應關係，該參數校正步驟係透過對該光纖感測器進行一溫升試驗以產生該溫度與波長之對應關係；一參數儲存步驟，將上述參數設定步驟所產生之固定參數及上述參數校正步驟所產生之變動參數儲存於一控制單元之一資料庫當中；一啟動光源步驟，係啟動一光源以產生一寬頻光，並經由一耦合器將該寬頻光導入上述光纖感測器；一光訊號分析步驟，係以一分析單元分析並記錄由上述光纖感測器所反射之光的波長；及一結果判讀步驟，利用上述控制單元由上述分析單元接收由上述光纖感測器所反射之光的波長，並依據上述資料庫中所儲存之固定參數與變動參數，感測上述箱體是否遭受撞擊，同時判讀上述箱體之至少一環境物理量，該至少一環境物理量包含溫度，其中，上述控制單元係由上述資料庫中擷取上述門檻值，並比對由上述光纖感測器所反射之光的波長的最大飄移量是否超出上述門檻值，以感測上述箱體是否遭受外力撞擊破壞。

本發明之機電箱感測方法，其中，上述撞擊試驗係以預先估算之數個撞擊力撞擊上述箱體，利用上述分析單元量測在能夠對上述箱體 造成傷害之撞擊力下，於撞擊前後由上述光纖感測器所反射之光的波長，取該波長的飄移量之最大值作為上述門檻值。

本發明之機電箱感測方法，其中，上述溫升試驗係將上述光纖感測器分別加熱至數個溫度，利用上述分析單元分別量測由上述光纖感測器所反射之光的波長，形成一溫度與波長之對照表，作為上述溫度與波長之對應關係。

本發明之機電箱感測方法，其中，上述溫升試驗係將上述光纖感測器分別加熱至數個溫度，利用上述分析單元分別量測由上述光纖感測器所反射之光的波長，並執行線性迴歸分析運算以產生一線性方程式，作為上述溫度與波長之對應關係。

本發明之機電箱感測方法，其中，上述溫升試驗係將上述光纖感測器分別加熱至數個溫度，利用上述分析單元分別量測由上述光纖感測器所反射之光的波長，以其中一溫度下該光纖感測器所反射之光的波長作為一參考波長，並計算該光纖感測器在其餘溫度下所反射之光的波長相較該參考波長之飄移量，形成一溫度與波長飄移量之對照表，該參考波長配合該溫度與波長飄移量之對照表作為上述溫度與波長之對應關係。

本發明之機電箱感測方法其中，上述控制單元係由上述資料庫中擷取上述溫度與波長之對應關係，並將由上述光纖感測器所反射之光的波長，代入上述溫度與波長之對應關係，以判讀上述箱體之溫度。

本發明之機電箱感測方法，其中，上述固定參數令包一溫度之臨界值，且上述結果判讀步驟另比對上述箱體之溫度是否超出該臨界值，以監控上述箱體之溫度是否異常。

本發明之機電箱感測方法，其中，在上述結果判讀步驟中，當上述控制單元判定上述箱體遭受撞擊，或者判定上述箱體之溫度異常，即透過一警示單元對使用者發出一警示訊息。

1‧‧‧箱體

11‧‧‧殼體

111‧‧‧入風口

112‧‧‧出風口

2‧‧‧光纖感測器

21‧‧‧光纖光柵

22‧‧‧披覆層

3‧‧‧光源

4‧‧‧分析單元

41‧‧‧入射端

42‧‧‧輸出端

5‧‧‧耦合器

6‧‧‧控制單元

61‧‧‧資料庫

62‧‧‧警示單元

S‧‧‧容置空間

F‧‧‧遠距光纖

B‧‧‧門檻值

T_h ‧‧‧臨界值

λ‧‧‧反射波長

λ_avg ‧‧‧反射波長的平均值

λ_max ‧‧‧反射波長的最大值

λ_min ‧‧‧反射波長的最小值

△λ_max ‧‧‧最大飄移量

T1、T2、T3、T4、T5‧‧‧溫度條件

T‧‧‧溫度與波長之對照表

λ_T ‧‧‧參考波長

D‧‧‧溫度與波長飄移量之對照表

S1‧‧‧參數設定步驟

S2‧‧‧參數校正步驟

S3‧‧‧參數儲存步驟

S4‧‧‧啟動光源步驟

S5‧‧‧光訊號分析步驟

S6‧‧‧結果判讀步驟

第1圖係根據本發明機電箱感測系統較佳實施例之系統架構圖。

第2圖係本發明機電箱感測系統較佳實施例之光纖感測器之立體圖。

第3圖係本發明機電箱感測方法較佳實施例之流程圖。

第4圖係本發明機電箱感測方法較佳實施例之參數校正步驟之範例溫升試驗結果之溫度與波長的對照圖。

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：請參照第1圖所示，係本發明機電箱感測系統較佳實施例之系統架構圖，包含一箱體1、一光纖感測器2、一光源3、一分析單元4、一耦合器5及一控制單元6。該光纖感測器2設置於該箱體1中，該耦合器5分別耦接該光纖感測器2、該光源3及該分析單元4，且該分析單元4另耦接該控制單元6。

該箱體1為一習用機電箱，例如：變電箱、配電箱或電信交接箱等。該箱體1具有一殼體11，該殼體11之內表面包圍形成一容置空間S，供容置電力、通訊或網路等相關機電設備。該殼體11可開設有散熱用之通風孔道，在本實施例當中該殼體11包含一入風口111及一出風口112。

該光纖感測器2設置於該箱體1中，係固定於該殼體11之內表面，且為了能更精確得量測該箱體1之環境物理量(如：溫度)，該光纖感測器2較佳設置於鄰近該入風口111或該出風口112的位置。如第1圖所示，在本實施例當中，該光纖感測器2固定於該殼體11之內表面且鄰 近該出風口112。

請一併參照第2圖所示，係本發明機電箱感測系統較佳實施例之光纖感測器2詳細構造之立體圖，該光纖感測器2包含一光纖光柵21，由一習知光纖光柵所構成，且在本實施例當中使用一布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Gratings,FBG)，惟本發明不以此為限。據此，該光纖光柵21具有一反射波長λ，當一組包含數種不同波長之寬頻光通過該光纖光柵21時，滿足該反射波長λ之光將被反射，形成一具有該反射波長λ之窄頻光訊號，其它波長不等於該反射波長λ之光則不受影響而通過該光纖光柵21。其中，該反射波長λ會因為該光纖光柵21所處之環境溫度不同、以及該光纖光柵受外力或其它環境物理量影響而產生形變等因素而改變，係該光纖感測器2之主要量測原理。

再者，由於該箱體1設置於戶外時，其周遭的環境可能包含高溫、潮濕、異物侵蝕及面臨遭撞擊之風險等種種嚴苛條件，因此該光纖感測器2較佳另包含一披覆層22，供包覆該光纖光柵21以提供適當保護功能。在本實施例當中，該披覆層22選用聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)製作，因其具有耐化學特性、高溫穩定性、透光性佳、可饒特性佳與製作成本低等諸多優點，將該光纖光柵21封裝於該披覆層22當中，能夠使該光纖感測器2之感測效果不受濕度及其它物理或化學特性影響。然而，該披覆層22亦可選用其它習用光纖包覆材質，本發明不以此為限。該光纖感測器2以該披覆層22之一側表面抵接於該殼體11之內表面，並利用膠合、鎖固、卡榫或緊配合等習知結合方式將該光纖感測器2固定於該內表面。

該光源3係選擇能夠發射一寬頻光的習用寬頻帶光源，例如：發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)或雷射二極體(Laser Diode,LD)等，透過自發性放射(Amplifier Spontaneous Emission,ASE)一寬頻光，以支 持本發明機電箱感測系統之量測動作的進行。在本實施例當中，該光源3所產生之寬頻光波長約在1525nm到1565nm之間，惟本發明不以此為限。

該分析單元4為一習用光譜分析儀，例如Ibsen公司所製造之I-MON光譜分析儀，即可滿足本發明機電箱感測系統較佳實施例之需求。該分析單元4具有一入射端41及一輸出端42。該入射端41供接收一光訊號，該分析單元4能夠分析且紀錄該光訊號之反射波長λ，並透過該輸出端42輸出。

該耦合器5為一習用光耦合器，分別透過光纖耦接該光纖感測器2、該光源3及該分析單元4。藉此，該耦合器5能夠將該光源3所產生之寬頻光導入該光纖光柵21，並將由該光纖光柵21所反射之光訊號傳輸至該分析單元4之入射端41。其中，該耦合器5係耦接一遠距光纖F之一端，該遠距光纖F之另一端則穿過該箱體1之殼體11，進入該容置空間S以耦接該光纖感測器2之光纖光柵21。值得注意的是，若該箱體1為一習用光化電信交接箱，由於該習用光化電信交接箱中會包含至少四條光纖，其中兩條為主幹光纖、兩條為備援光纖，因此可直接利用一條備援光纖作為該遠距光纖F，毋須額外增設纜線，可大副降低本發明機電箱感測系統之建置成本與施工難度。此外，該遠距光纖F較佳搭配一摻鉺光纖放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier,EDFA)(未繪示)，供將經長距離傳輸而衰減的光訊號放大，使該光源3能持續提供穩定且高功率之寬頻光至該光纖光柵21，並確保自該光纖光柵21反射之光訊號在傳輸至該分析單元4的過程中，不會過度衰減而影響該分析單元4的判讀結果。

該控制單元6可為工作站主機、個人電腦或行動運算裝置等習知運算設備，係耦接該分析單元4之輸出端42，以接收該分析單元4所紀錄之該反射波長λ。此外，該控制單元6包含一資料庫61及一警示單元62。該資料庫61中存有判讀該分析單元4所輸出之反射波長λ所需之參 數。舉例而言，在本實施例當中該機電箱感測系統能夠感測該箱體1是否遭受外力撞擊破壞；並即時監控該箱體1之溫度。因此該資料庫6中需具備之參數包含一門檻值B(threshold)，該門檻值B為一波長的飄移量，供判斷該箱體1是否發生撞擊；以及一溫度與波長之對應關係。藉此，該控制單元6依據該分析單元4所輸出之反射波長λ，以及該資料庫61中之該門檻值B與該溫度與波長之對應關係，即可判斷該箱體1是否遭到撞擊，並且取得該箱體1之即時溫度數值。此外，當該控制單元6判斷該箱體1遭受撞擊，或者判定該箱體1之溫度超過一預設之臨界值T_h ，即透過該警示單元62對使用者發出警示訊息。

藉由上述結構，本發明機電箱感測系統能夠感測該箱體1是否遭受外力撞擊破壞，並即時監控該箱體1之環境物理量，詳細原理如下所述。該光纖感測器2之光纖光柵21被固定於該殼體11之內表面，該光源3發出一寬頻光且經由該耦合器5射入該光纖光柵21；利用布拉格光纖光柵或其它習知光纖光柵的特性，滿足該光纖光柵21之反射波長λ的光將形成一窄頻光訊號，被反射回該耦合器5；該耦合器5遂將該光訊號傳輸至該分析單元4以紀錄該光訊號之波長，即為該光纖光柵21之反射波長λ。當該箱體1受到外力撞擊，會導致該殼體11變形，將連帶影響該光纖感測器2，使該光纖光柵21同步產生一變形量，進而改變該光纖光柵21之反射波長λ；此外，在本實施例當中，該光纖感測器2所量測之環境物理量中係指溫度，當該箱體1之溫度改變，將連帶改變該光纖感測器2之溫度，進而改變該光纖光柵21之反射波長λ。因此，透過分析該光纖光柵21所反射之光訊號之波長，即可得知該殼體11是否變形，並據以判斷該箱體1是否遭受外力撞擊破壞，及取得該箱體1之環境溫度。

再者，該光源3、該分析單元4、該耦合器5及該控制單元6較佳設置於一機房當中，再透過該遠距光纖F耦接該耦合器5以及位於 遠端之該箱體1中的光纖感測器2，方可達到遠距離監測該箱體1之效果。且該耦合器5可透過複數條光纖F分別耦接位於遠端之複數個箱體1中的光纖感測器2，以同時監測各自座落於不同的位置之該箱體1。

請參照第3圖所示，係本發明機電箱感測方法較佳實施例之流程圖，以上述本發明機電箱感測系統作為執行架構，執行包含一參數設定步驟S1、一參數校正步驟S2、一參數儲存步驟S3、一啟動光源步驟S4、一光訊號分析步驟S5及一結果判讀步驟S6。

針對不同型號之習用機電箱，由於其外殼厚度及材質均不盡相同，即便受到相同之外力撞擊，所承擔之應力及產生之損傷也不同；再者，不同種類之習用機電箱所能承受之溫度條件也不一樣，例如變電箱中所使用的元件比起電信交接箱中所使用元件，通常能夠運作於相對較高的工作溫度下，因此首次使用每種型號之習用機電箱作為該箱體1時，必須執行一次該參數設定步驟步驟S1。該參數設定步驟步驟S1主要產生至少一固定參數，該固定參數包含一波長的飄移量之門檻值B，供判斷該箱體1是否發生撞擊，以及一溫度之臨界值T_h ，供判定該箱體1之溫度是否達警戒門檻。舉例而言，以中華電信公司之電信交接箱作為該箱體1為例，實際演示如何執行該參數設定步驟步驟S1之一範例。

首先，以一習用保齡球對該箱體1進行一撞擊試驗，係透過預先估算之撞擊力撞擊該箱體。將該習用保齡球分別預置於105cm、170cm、260cm的高度，透過重力加速度撞擊該箱體1，經計算能夠分別產生約108.75N、195.5N、297N之撞擊力。於此同時，利用該分析單元4量測該光纖光柵21之反射波長λ，並觀察該箱體1承受不同撞擊力時之損傷情形，得到結果如下列表一所示。

上述表一當中，λ_avg 為該分析單元4量測該光纖光柵21之反射波長λ的期間，該反射波長λ的平均值；λ_max 為該光纖光柵21之反射波長λ的最大值；λ_min 為該光纖光柵21之反射波長λ的最小值；而△λ_max 則為該光纖光柵21之反射波長λ的最大飄移量，亦即該反射波長λ最大值λ_max 與該最小值λ_min 的差值。由上述結果得知，當該光纖光柵21之反射波長λ的最大飄移量△λ_max 達到0.00986nm時已可對該箱體1造成輕為損傷，當該最大飄移量△λ_max 達到0.01285nm時該箱體1則已嚴重毀損。據此，可將波長的飄移量達0.01nm設為該門檻值B。當該反射波長λ的最大飄移量△λ_max 超過該門檻值B時，即判定該箱體1遭受撞擊且可能已產生損壞。此外，依據業者經驗當該箱體1之溫度超過70℃時可能對該電信交接箱中的設備造成不良影響，遂將70℃設為該臨界值T_h ，當該箱體1之溫度超過該臨界值T_h ，即判定有溫度過高的情形。

該光纖感測器2之光纖光柵21受限於習知光纖光柵製程的限制，每個不同的光纖光柵21之特性必然存在差異，意旨在相同環境條件下，不同的光纖光柵21的反射波長λ可能存在些許差異。由於判斷該箱體1是否遭受撞擊時係採用該光纖光柵21之反射波長λ的飄移量，因此該光纖光柵21之特性差異對於該門檻值B的影響並不嚴重；然而，該控制單元6係依據該光纖光柵21單一時段之反射波長λ以判讀該箱體1之溫度，該光纖光柵21之特性差異將嚴重影響以該光纖感測器2量測溫度之準確度，因此在實際將一光纖感測器2固定於一箱體1中之前，必須對該光纖感測器2執行一次該參數校正步驟S2。該參數校正步驟S2主要產生至少一變動參數，該變動參數包含溫度與波長之對應關係。以如下流程為例， 演示如何執行該參數校正步驟之一範例。

將一光纖感測器S2置於一習用烤箱中，進行一溫升試驗，係將該光纖感測器S2從室溫(25℃)分別加熱至40℃、60℃、80℃與100℃，利用該分析單元4分別量測該光纖光柵21在上述溫度條件下之反射波長λ，得到結果如下表二所示。

上述表一當中，λ_D 為該光纖光柵21在上述溫度條件下之反射波長λ，相較該光纖光柵21在室溫(25℃)下之反射波長λ(1552.049nm)之飄移量。上述表二中第一列與第二列之數值即可作為一溫度與波長之對照表T，依據該分析單元4所量測之該光纖光柵21之反射波長λ，配合該對照表T並使用內插法，即可推估該光纖光柵21所屬箱體1之即時溫度。再者，依據上述表二中第一列與第二列之數值，可繪製如第4圖所示之溫度與波長的對照圖，如圖所示之各溫度條件T1~T5與該光纖光柵21之反射波長λ非常近似線性關係，因此藉由線性迴歸分析運算可獲得一近似之線性方程式，如下式(1)所示：y=1551.41202+0.02303x (1)其中，y代表該光纖光柵21之反射波長λ，x代表該箱體1之溫度。依據該分析單元4所量測之該光纖光柵21之反射波長λ，配合上式(1)所示之線性方程式，即可推估該光纖光柵21所屬箱體1之即時溫度。

此外，為求簡化該參數校正步驟S2，該溫度與波長之對應關係除了上述溫度與波長之對照表T與上式(1)之線性方程式外，亦可使用一參考波長λ_T 配合一溫度與波長飄移量之對照表D實施。在本實施例當 中，係將該光纖光柵21於室溫(25℃)下之反射波長λ(1552.049nm)作為該參考波長λ_T ，經由計算該光纖光柵21在上述溫度條件下之反射波長λ相較該參考波長λ_T 之飄移量λ_D ，得到如上表二第一列及第三列之數值，即可作為該溫度與波長飄移量之對照表D。據此，由上表二已知該光纖光柵21於60℃下之飄移量λ_D 為0.599nm，則可透過將該參考波長λ_T 加上0.599nm以推估每一光纖光柵21於60℃下之反射波長λ。換言之，若使用另一光纖感測器2’之光纖光柵21’測得該光纖光柵21’於室溫下之反射波長λ為1554nm，亦即光纖光柵21’之參考波長λT即為1554nm，當測得該光纖光柵21’之反射波長λ達1554.599nm時即可推估該光纖感測器2’所屬之環境溫度約為60℃。值得注意的是，該參考波長λ_T 會因光纖感測器2不同而有異，因此屬於該變動參數，然而該溫度與波長飄移量之對照表D可為具有相似特性之光纖感測器2所共用，因此針對具有相似特性之光纖感測器2執行該參數校正步驟S2時無須重複計算該溫度與波長飄移量之對照表D。

該參數儲存步驟S3，係將該參數設定步驟S1針對單一型號習用機電箱之箱體1所產生之固定參數儲存於該控制單元6之資料庫61中。該固定參數包含該波長的飄移量之門檻值B與該溫度之臨界值T_h ，藉此，每當需新設該相同型號習用機電箱之箱體1時，即可套用該固定參數，毋須重複執行該參數設定步驟S1。該參數儲存步驟S3亦將該參數校正步驟S2所得到之變動參數儲存於該控制單元6之資料庫61中。該變動參數包含溫度與波長之對應關係，例如該溫度與波長之對照表T、該溫度與波長之線性方程式或該參考波長λ_T 配合一溫度與波長飄移量之對照表D。針對每一光纖感測器2執行該參數校正步驟2，可預期會得到不同的溫度與波長之對應關係，因此當該控制單元6由一分析單元4接收一光纖光柵21反射之光訊號，並辨識該光訊號反射波長λ後，係自該資料庫61中擷取與 該光纖光柵21所屬之光纖感測器2對應之對照表T、線性方程式或參考波長λ_T ，供判讀該光纖感測器2所設置之箱體1的溫度，達成校正各該光纖感測器2之特性差異的效果。

該啟動光源步驟S4係啟動該光源3，以發出一寬頻光，該寬頻光經由該耦合器5被導入該光纖感測器2之光纖光柵21中，以開始本發明之機電箱感測方法之量測動作；該光訊號分析步驟S5係當該光纖光柵21將符合其反射波長λ的光反射，形成一光訊號經由該耦合器5被傳輸至該分析單元4之入射端41後，該分析單元4據以分析並記錄該光訊號之波長，即為該光纖光柵21之反射波長λ。

該結果判讀步驟S6利用該控制單元6由該分析單元4之輸出端接收該光纖光柵21之反射波長λ資訊，並依據該資料庫61中所儲存之該固定參數及該變動參數，感測該箱體1是否遭受外力撞擊破壞，同時即時監控該箱體1之環境物理量。更詳言之，該控制單元6比對該光纖光柵21之反射波長λ的飄移量使否達到該門檻值B，以判斷該箱體1是否遭受撞擊且可能已產生損壞；該控制單元6依照該光纖光柵21之即時反射波長λ，配合該溫度與波長之對應關係，推算該箱體1之即時溫度。此外，當該控制單元6判定該箱體1遭受撞擊，或者經比對該箱體1之即時溫度已超過該臨界值T_h ，即透過該警示單元62對使用者發出警示訊息，使其能及時了解相關狀況。

綜上所述，本發明之機電箱感測系統及其方法透過於一箱體1中設置一光纖感測器2，以一光源3提供該光纖感測器2運作所需之寬頻光，再針對由該光纖反測器2所反射之窄頻光訊號進行分析判讀，即可感測該箱體1是否遭受外力撞擊。此外，當該箱體1遭受撞擊且可能已產生損壞，使用者可藉由主動觀察該控制單元6得知，亦可自該控制單元6接收警示訊息而掌握相關狀況，並及時派人進行檢修處理，以避免機電箱中 的設備進一步毀損。據此，本發明之機電箱感測系統及其方法確實具有預防機電箱發生毀損之功效。再者，本發明之機電箱感測系統及其方法依照該光纖光柵21之即時反射波長λ，能夠即時監控一箱體1之環境物理量，包含利用一溫度與波長之對應關係推算該箱體1之即時溫度以監測該機電箱是否承受溫度過高的傷害，避免該箱體1中的機電設備因長時間處於溫度或其它環境物理量之異常狀態而發生損壞。據此，本發明之機電箱感測系統及其方法確實具有降低機電箱維護成本之功效。

此外，本發明之機電箱感測系統及其方法所使用之該光纖感測器2，係使用一光纖光柵21作為感測元件，且較佳封裝於一披覆層22當中，因此相較熱偶器等習用溫度感測器，不易受電磁波、濕度度或其它物理或化學特性的干擾，能夠更準確地量測該箱體1之溫度，確實達成精確監控一機電箱之環境物理量之功效；又，本發明之機電箱感測系統及其方法係使用該光纖光柵21來量測一箱體1受外力影響之情形，由於該光纖光柵21結構之感測解析度相較習知位移計、加速度計或應力感測計來的高，能夠準確量測該箱體1所承受之外力大小，確實達成準確量測一機電箱所受承受應力之功效。

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。

1‧‧‧箱體

11‧‧‧殼體

111‧‧‧入風口

112‧‧‧出風口

2‧‧‧光纖感測器

21‧‧‧光纖光柵

22‧‧‧披覆層

3‧‧‧光源

4‧‧‧分析單元

41‧‧‧入射端

42‧‧‧輸出端

5‧‧‧耦合器

6‧‧‧控制單元

61‧‧‧資料庫

62‧‧‧警示單元

S‧‧‧容置空間

F‧‧‧遠距光纖

Claims (22)

1. 一種機電箱感測系統，包括：一箱體，具有一容置空間；一光纖感測器，包含一光纖光柵，該光纖感測器設置於上述箱體之容置空間當中；一光源，供產生一寬頻光；一分析單元，供接收並處理一光訊號，以分析紀錄該光訊號之波長；一耦合器，係透過光纖分別耦接上述光纖感測器之光纖光柵、上述光源及上述分析單元，供將上述光源所產生之寬頻光導入上述光纖光柵，並以由上述光纖光柵反射之光作為上述光訊號，傳輸至上述分析單元；及一控制單元，包含一資料庫，該資料庫中儲存至少一參數，該控制單元係耦接上述分析單元，以接收上述光訊號之波長，並比對該至少一參數，供判斷該箱體是否遭受撞擊，或者供判讀該箱體之至少一環境物理量；其中，上述至少一參數包含一門檻值，該門檻值為一波長的飄移量，當上述光訊號之波長的最大飄移量超出該門檻值，上述控制單元即判定上述箱體遭受撞擊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機電箱感測系統，其中，上述光纖光柵為一布拉格光纖光柵。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機電箱感測系統，其中，上述光纖感測器另包含一披覆層，上述光纖光柵係封裝於該披覆層當中。
4. 如申請專利範圍第3項所述之機電箱感測系統，其中，上述披覆層係以聚二甲基矽氧烷製作。
5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之機電箱感測系統，其中，上述箱體包含一入風口，且上述光纖感測器鄰近該入風口設置。
6. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之機電箱感測系統，其中，上述箱體包含一出風口，且上述光纖感測器鄰近該出風口設置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之機電箱感測系統，其中，上述至少一環境物理量包含溫度，上述至少一參數包含一溫度與波長之對應關係，供上述控制單元依據上述光訊號之波長及該溫度與波長之對應關係，判讀上述箱體之溫度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之機電箱感測系統，其中，上述溫度與波長之對應關係為一溫度與波長之對照表。
9. 如申請專利範圍第7項所述之機電箱感測系統，其中，上述溫度與波長之對應關係為一溫度與波長之線性方程式。
10. 如申請專利範圍第7項所述之機電箱感測系統，其中，上述溫度與波長之對應關係為一參考波長配合一溫度與波長飄移量之對照表。
11. 如申請專利範圍第7項所述之機電箱感測系統，其中，上述至少一參數另包含一溫度之臨界值，當上述箱體之溫度超出該臨界值，上述控制單元即判定上述箱體之溫度異常。
12. 如申請專利範圍第11項所述之機電箱感測系統，其中，上述控制單元另包含一警示單元，當上述控制單元判定上述箱體遭受撞擊或者溫度異常，即透過該警示單元對使用者發出一警示訊息。
13. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之機電箱感測系統，其中，上述分析單元為一光譜分析儀。
14. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之機電箱感測系統，其中，上述耦合器為一光耦合器。
15. 一種機電箱感測方法，包含：一參數設定步驟，針對一箱體產生至少一固定參數，該至少一固定參數包含一門檻值，該門檻值為一波長的飄移量，該參數設定步驟係透過對該箱體進行一撞擊試驗以產生該門檻值；一參數校正步驟，針對一光纖感測器產生至少一變動參數，該至少一變動參數包含一溫度與波長之對應關係，該參數校正步驟係透過對該光纖感測器進行一溫升試驗以產生該溫度與波長之對應關係；一參數儲存步驟，將上述參數設定步驟所產生之固定參數及上述參數校正步驟所產生之變動參數儲存於一控制單元之一資料庫當中；一啟動光源步驟，係啟動一光源以產生一寬頻光，並經由一耦合器將該寬頻光導入上述光纖感測器；一光訊號分析步驟，係以一分析單元分析並記錄由上述光纖感測器所反射之光的波長；及一結果判讀步驟，利用上述控制單元由上述分析單元接收由上述光纖感測器所反射之光的波長，並依據上述資料庫中所儲存之固定參數與變動參數，感測上述箱體是否遭受撞擊，同時判讀上述箱體之至少一環境物理量，該至少一環境物理量包含溫度，其中，上述控制單元係由上述資料庫中擷取上述門檻值，並比對由上述光纖感測器所反射之光的波長的最大飄移量是否超出上述門檻值，以感測上述箱體是否遭受外力撞擊破壞。
16. 如申請專利範圍第15項所述之機電箱感測方法，其中，上述撞擊試驗係以預先估算之數個撞擊力撞擊上述箱體，利用上述分析單元量測在能夠對上述箱體造成傷害之撞擊力下，於撞擊前後由上 述光纖感測器所反射之光的波長，取該波長的飄移量之最大值作為上述門檻值。
17. 如申請專利範圍第16項所述之機電箱感測方法，其中，上述溫升試驗係將上述光纖感測器分別加熱至數個溫度，利用上述分析單元分別量測由上述光纖感測器所反射之光的波長，形成一溫度與波長之對照表，作為上述溫度與波長之對應關係。
18. 如申請專利範圍第16項所述之機電箱感測方法，其中，上述溫升試驗係將上述光纖感測器分別加熱至數個溫度，利用上述分析單元分別量測由上述光纖感測器所反射之光的波長，並執行線性迴歸分析運算以產生一線性方程式，作為上述溫度與波長之對應關係。
19. 如申請專利範圍第16項所述之機電箱感測方法，其中，上述溫升試驗係將上述光纖感測器分別加熱至數個溫度，利用上述分析單元分別量測由上述光纖感測器所反射之光的波長，以其中一溫度下該光纖感測器所反射之光的波長作為一參考波長，並計算該光纖感測器在其餘溫度下所反射之光的波長相較該參考波長之飄移量，形成一溫度與波長飄移量之對照表，該參考波長配合該溫度與波長飄移量之對照表作為上述溫度與波長之對應關係。
20. 如申請專利範圍第15項所述之機電箱感測方法，其中，上述控制單元係由上述資料庫中擷取上述溫度與波長之對應關係，並將由上述光纖感測器所反射之光的波長，代入上述溫度與波長之對應關係，以判讀上述箱體之溫度。
21. 如申請專利範圍第20項所述之機電箱感測方法，其中，上述固定參數另包含一溫度之臨界值，且上述結果判讀步驟另比對上述箱體之溫度是否超出該臨界值，以監控上述箱體之溫度是否異常。
22. 如申請專利範圍第21項所述之機電箱感測方法，其中，在上述結果判讀步驟中，當上述控制單元判定上述箱體遭受撞擊，或者判定上述箱體之溫度異常，即透過一警示單元對使用者發出一警示訊息。