TWI582392B

TWI582392B - Tilt detector

Info

Publication number: TWI582392B
Application number: TW104136333A
Authority: TW
Inventors: yong-li Lin; Cai-Chun Liang; Zhi-Zhang Zhao; Lin-Gui Chen
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2017-05-11
Also published as: TW201716747A

Description

傾斜檢知器

本發明係隸屬一種傾斜檢測之技術領域，具體而言係指一種供即時檢知角度變化之傾斜檢知器，藉以能偵測水平面之傾斜角度變化量，以避免建築物因傾倒角度超出標準的安全範圍，而發生危害人們生命財產之意外，從而提高安全性。

按，近年來受到建築技術的不斷演變及提升，建築物【如高樓、橋樑、公共建設等】的高度越來越高，且使用的人們越來越多，也就是說一旦該建築物發生意外塌陷、傾倒，將會造成極大的損失，甚至危害到人們的生命財產安全。然而，近年來受到可用建地越來越少，再加上建商常認為建築技術的進步，因此在建地的選擇上較為寛鬆，但實際上，由於環境氣候變遷，近年來經常下起超大豪雨，造成地質的變化遠比以前更為複雜，如再遇到地震等非人力所能控制的因素，時常使建築物在完成後，由於受到前述單一或綜合因素的影響，造成建築物逐漸產生傾斜的狀況，甚至當傾斜角度的變化量超過原本設計的安全標準範圍，就會直接危及到建築物的安全，乃甚至於造成人們生命財產的損失；因此，針對建築物的傾斜角度而言，一般建築物會依照其面積、高度、用途及負荷等條件，分別設計有可傾斜的容許安全範圍，且會依其角度變化列為不同監測等級，且通常會在定期或特定事件後安排傾斜度的檢測，一旦該建築物傾斜達到某一預設值，即可發出對應的警示訊息，甚至最後會被判定為危樓、危建，而禁止使用。

而傳統傾斜角度量測儀之設計，大多以氣泡在重力場下之行為來做偵測角度的基礎，其係在一弧形玻璃管內填充乙醚液體並保留一小氣泡於其中，當傾斜角度發生時，因物理傾斜重力的因素而使該小氣泡沿該玻璃管弧面移動，且會往高的一端移動，而精度越高的量測儀，其玻璃的曲率半徑會越大；若將該刻度線改成金屬導線，該氣泡改成水銀液滴，可由電路整合轉成電子式的訊號輸出。而傳統的傾斜角度量測儀存在有下列的缺點，諸如：

1、習知傾斜角度量測儀有液體及玻璃裝置，容易使用不當而發生破裂的狀況，因此，其壽命較短；

2、習知傾斜角度量測儀在使用上必須要等到氣泡到達平衡位置時才可觀察正確的角度，其量測過程耗時並精度較低。

3、習知目測式傾斜角度量測儀無法產生電子訊號來控制其他元件，若水銀液滴來取代氣泡，配合電路整合轉成電子式的訊號輸出，也會因結構的不穩定而產生角度量測上之誤差。

為此，目前業界另外開發有多種的傾斜角度量測儀器，例如我國專利第I393865、I387732號等專利前案；以其中第I393865號而言，其係利用圓管內鋼珠撞擊兩端荷重元的方式，經類比轉換成數位訊號後，由微控制晶片運算該側向力的大小來反推算傾斜的角度。至於第I387732號，則係利用光學原理透過檢測光線強度來換算。

然而，前述的傾斜角度量測儀均是用於直接量測，換言之，是用於建築物地震後、定期或不定期檢查傾斜度時的量測儀器，無法用於傾斜角度變化的長期追踪，如此當建築物於使用過程中角度變化量接近或超過標準的安全範圍時，無法即時產生早期預警效果，而需等到有安排檢查時才能得知其傾斜狀態，故一旦建築物因未即時發現角度變化超出警戒值而發生傾倒時，會直接造成人們生命財產的嚴重損害。再者習式的傾斜角度量測儀在使用時，也易因溫度變化使檢測元件因熱漲冷縮的因素，造成量測值的誤差，無法有效的精準量測，故有待進一步之改善。

有鑑於此，本發明人乃針對習知傾斜角度量測儀無法用於長期追踪建築物傾斜狀況及量測失準之缺點深入探討，並秉持多年相關技術領域之開發及製作經驗，針對現有傾斜檢知器的缺失予以研究改良，經長期不斷的試作，終於成功開發出一種傾斜檢知器，以期能克服現有無法即時檢測傾斜角度所造成的不便與困擾。

因此，本發明之主要目的係在提供一種能用於長期即時追踪傾斜角度變化量之傾斜檢知器，藉以能有效即時監測建築物有無超過標準的安全範圍，供提高使用建築物之安全性。

又，本發明之再一主要目的係在提供一種量測精準度高之傾斜檢知器，其能克服因溫度變化所造成的量測失準問題，有效提高其準確性，從而能增進其實用性。

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：其包含有：一固定座，供選擇性安裝於一量測平台下表面；一翹板體，其係樞設於固定座下方，該翹板體可保持重心線垂直向下；二光柵感知器，該等光柵感知器係分設於固定座與翹板體相對之兩端間，又該等光柵感知器係由分設於固定座與翹板體相對端部的一感應件及一壓力件所組成，各該感應件具有一金屬彈片，而該金屬彈片可受感應件與壓力件之相對位移的壓力而變形，又該金屬彈片上設有一光纖布拉格光柵，供透過光反射檢知金屬彈片的變形量。

藉此，透過上述技術手段的具體實現，讓本發明傾斜檢知器能排除環境溫度的變化，而單純對應建築物傾斜的角度變化進行檢知，當傾斜量越大時，該對應傾斜端之光柵感知器受移動體的壓力就越大，該光柵感知器的變形量也越大，如此即可供進行長期的傾斜度追踪，使用者不僅可每日觀察其變化，且當變化量或傾斜角度超過警戒值時，可被即時檢知，供提供人員注意或撤離，故本發明之傾斜檢知器在『長期追踪、準確性及實用性』等方面較現有者更具功效增進。

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依據本說明書具體實施。

(10)‧‧‧固定座

(33)‧‧‧光纖布拉格光柵

(11)‧‧‧安裝部

(35)‧‧‧壓力件

(12)‧‧‧樞接部

(36)‧‧‧壓動體

(15)‧‧‧樞軸件

(360)‧‧‧安裝部

(20)‧‧‧翹板體

(38)‧‧‧容置缺口

(21)‧‧‧樞接部

(100)‧‧‧量測平台

(25)‧‧‧錘體

(200)‧‧‧寬頻光源供應器

(26)‧‧‧連桿

(300)‧‧‧光隔離器

(28)‧‧‧安裝部

(400)‧‧‧光循環器

(30)‧‧‧光柵感知器

(500)‧‧‧光頻譜分析儀

(31)‧‧‧感應件

(32)‧‧‧金屬彈片

(320)‧‧‧安裝部

第一圖：係本發明傾斜檢知器之立體外觀示意圖。

第二圖：係本發明傾斜檢知器之立體分解示意圖，供說明各元件之態樣及其相對關係。

第三圖：係本發明傾斜檢知器之側視剖視示意圖，供說明其組成狀態。

第四圖：係本發明傾斜檢知器於實際使用時之應用架構示意圖，供說明其使用狀態。

第五圖：係本發明傾斜檢知器於實際使用時之動作示意圖，其中(A)為水平狀態時、(B)為傾斜狀態時。

第六圖：係本發明傾斜檢知器於實際使用時之量測波形示意圖，其中(A)為水平狀態時、(B)為傾斜狀態時。

本發明係一種傾斜檢知器，隨附圖例示本發明之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。

而關於本發明傾斜檢知器的架構，則係如第一、二及三圖所揭示者，其係由一固定座(10)、一樞設於固定座(10)上之翹板體(20)及二分設於固定座(10)與翹板體(20)之相對兩端間之光柵感知器(30)所組成；其中所述之固定座(10)係由一板體所製成，該固定座(10)可用於選擇性固設於任一供檢測建築物傾斜角度的量測平台(100)之水平底面，且該固定座(10)兩端分別形成有一對應之安裝部(11)，該等安裝部(11)可以是一長剖槽，供前述光柵感知器(30)設置，再者該固定座(10)中間形成有一樞接部(12)，該樞接部(12)可以是形成於固定座(10)兩側壁面的對應凹槽，供利用一樞軸件(15)樞設前述之翹板體(20)；又所述之翹板體(20)係樞設於固定座(10)下方，該翹板體(20)於中央形成有一對應前述固定座(10)樞接部(12)之樞接部(21)，該樞接部(21)可以是形成於翹板體(20)伸置於固定座(10)兩側凹槽之兩伸桿，供利用該樞軸件(15)相對樞接，且該翹板體(20)於重心點利用一連桿(26)設有一垂直向下之錘體(25)，使該翹板體(20)的重心軸可與水平面保持垂直交錯，令翹板體(20)兩端可依傾斜角度變化相對固定座(10)的對應偏移，又翹板體(20)兩端分別形成有一對應之安裝部(28)，該等安裝部(28)可以是螺孔，供前述光柵感知器(30)設置；至於，所述之該等光柵感知器(30)係由一感應件(31)及一壓力件(35)所組成，供分設於固定座(10)與翹板體(20)的相對端部，本發明以感應件(31)設於翹板體(20)、而壓力件(35)設於固定座(10)為最佳實施例，其中該感應件(31)可以是一金屬彈片(32)，且該金屬彈片(32)可以是三角形或長矩形，該金屬彈片(32)的一端形成有對應翹板體(20)安裝部(28)之安裝部(320)，其可以是貫孔，供利用螺栓鎖設於翹板體(20)上，再者該金屬彈片(32)上設有一光纖布拉格光柵(33)【Fiber Bragg Grating，簡稱FBG】，供透過光反射檢知金屬彈片(32)的變形量，再者壓力件(35)係為一可鎖設於固定座(10)端部下方之壓動體(36)，該壓動體(36)上具有一對應固定座(10)安裝部(11)之安裝部(360)，其可以是螺孔，供利用螺栓鎖設於固定座(10)上，又壓動體(36)底緣形成有一容置缺口(38)，供設於翹板體(20)端部之感應件(31)金屬彈片(32)的自由端於翹板體(20)水平狀態時可貼抵於該容置缺口(38)內頂緣，反之當翹板體(20)因傾斜而偏移時，對應傾斜端之壓力件(35)可壓動感應件(31)之金屬彈片(32) 產生變形；藉此，當翹板體(20)因量測平台(100)傾斜而受錘體(25)作用產生偏移時，傾斜端之光柵感知器(30)的壓力件(35)可壓動感應件(31)之金屬彈片(32)產生變形，並能即時透過比對兩光柵感知器(30)之變形量，而換算出建築物的傾斜角度，而組構成一可供即時檢測、且準確性高的傾斜檢知器者。

透過上述的結構設計，本發明於實際使用時，則係如第四、五圖所示，於實際操作上，係將本發明之傾斜檢知器以固定座(10)鎖固於待測建築物之量測平台(100)底面，並利用一寬頻光源供應器(200)(Board band source,BBS)為量測輸入光源，當光源經過光纖後會到達一光隔離器(300)(Isolator)主要目的是為預防光源回彈至寬頻光源供應器(200)中造成儀器的受損，並使用一光循環器(400)(Circulator)之元件特性為光源由其第1端進入，該光循環器(400)會將光源帶入第2端，將傾斜檢知器上之固定座(10)兩端的光柵感知器(30)裝設於該光循環器(400)第2端進行感測，感測會由第2端進入則會將光源帶入光循環器(400)之第3端，當進行感測時如符合該兩光柵感知器(30)中光纖布拉格光柵(33)之反射條件，便可以將反射波長由光循環器(400)之第2端轉入第3端，在連接至一光頻譜分析儀(500)進行實驗結果分析，即可完成本發明之傾斜檢知器的檢測架構；而當建築物因傾斜造成角度改變時，如第五圖之(A)的水平狀變化成如第五圖之(B)的傾斜狀態時，該設於量測平台(100)之傾斜檢知器兩端的光柵感知器(30)中為感測元件，當建築物未傾斜時量測平台(100)係呈水平狀態，此時翹板體(20)與量測平台(100)上的固定座(10)呈平行狀，使翹板體(20)兩端的感應件(31)金屬彈片(32)自由端平貼於壓力件(35)之壓動體(36)容置缺口(38)內，而無任何變形量，由於溫度在室溫下兩端金屬彈片(32)的光纖布拉格光柵(33)為Δλ，而當溫度有變化時，兩端的光纖布拉格光柵(33)之中心波長會產生變化為為Δλ'，兩者因為同一材質，熱脹冷縮一樣，所以Δλ=Δλ'，其波長變化狀態係如第六圖之(A)所示。

又當建築物發生傾斜時，則量測平台(100)會向傾斜側偏斜一角度，此時由於翹板體(20)受錘體(25)重心垂直向下的影響而保持水平狀，然量測平台(100)上的固定座(10)因隨同量測平台(100)傾斜，而與翹板體(20)形成一夾角狀，使翹板體(20)對應傾斜側的一端與固定座(10)相對靠近，而令該側之光柵感知器(30)的壓動體(36)可壓抵相對的感應件(31)金屬彈片(32)，令該金屬彈片(32)產生變形，如此異於傾斜端之光柵感知器(30)中光纖布拉格光柵(33)僅受到溫度改變影響為Δλ，而對應傾斜端之光柵感知器(30)中光纖布拉格光柵(33)則受到翹板體(20)的傾斜與溫度改變的影響為Δλ'，感測訊號變化，如第六圖之(B)所示，將Δλ'-Δλ，即為該對應傾斜端光柵感知器(30)受外力影響與溫度無關，即為最後感測之應變感測值。

經由前述之說明，本發明之傾斜檢知器可以排除環境溫度的變化，而單純對應建築物傾斜的角度變化進行檢知，當傾斜量越大時，該對應傾斜端之光柵感知器(30)受翹板體(20)的壓力就越大，該光柵感知器(30)的光纖布拉格光柵(33)變形量也越大，如此即可供進行長期的傾斜度追踪，使用者不僅可每日觀察其變化，且當變化量或傾斜角度超過警戒值時，可被即時檢知，供提供人員注意或撤離，使本發明之檢測應用更為靈活，且更具有實用性。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之發明，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發明或公開使用，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。