TWI630330B - 智慧機械元件 - Google Patents

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Abstract

一種智慧機械元件，其包含有：一機械元件本體；一機械元件副體，其係設於該機械元件本體的內部；一三維預留空間，其係位於該機械元件本體與該機械元件副體之間；至少一連結單元，其連結該機械元件本體與該機械元件副體；其中，該機械元件本體、該機械元件副體與該三維預留空間係形成一電容；該連結單元係形成一電感；該電容與該電感係構成一電感電容迴路。

Description

智慧機械元件
一種智慧機械元件，尤指一種藉由其內件之電感電容迴路之電性諧振感測，而得知機械元件是否需要更換之元件。
螺絲、螺栓、螺桿或吊鉤係最基本，亦最為重要的機械零件，其係大幅被應用於航太、醫療、重工業或民生方面。然於長期使用下，容易產生毀損，如疲勞、拉伸、彎折、擠壓或斷裂。
如上所述之毀損，其卻無任何內建感測器可監測。業界的作法係使用額外裝設之附加感測器，使用上極為不便，也因此常採用定期更換或等損壞才更換。然而有些場合，如航空器、核電廠、化工廠、重工廠、貨運港口或電廠，不允許毀損情況產生。所以如何使機械零件本身具有感測能力就具有可討論之空間。
本發明係提供一種智慧機械元件，其包含有：一機械元件本體；一機械元件副體，其係位於該機械元件本體的內部；一三維預留空間，其係位於該機械元件本體與該機械元件副體之間；至少一連結單元，其連結該機械元件本體與該機械元件副體；其中，該機械元件本體、該機械元件副體與該三維預留空間係形成一電容；該連結單元係形成一電感；該電容與該電感係構 成一電感電容迴路。
本發明復提供一種智慧機械元件，其包含有：一機械元件副體；一機械元件本體，其係穿設於該機械元件副體；以及一連結單元，其係連結該機械元件本體與該機械元件副體；其中，該機械元件本體與該機械元件副體之間具有一三維預留空間；該連結單元與該機械元件副體之間具有該三維預留空間；該機械元件副體、該機械元件本體與該三維預留空間係形成一電容；該連結單元係形成一電感；該電容與該電感係構成一電感電容迴路。
1‧‧‧電感電容迴路
10‧‧‧機械元件本體
11‧‧‧連結單元
12‧‧‧機械元件副體
13‧‧‧三維預留空間
20‧‧‧訊號讀取器
21‧‧‧外力
22‧‧‧能量
23‧‧‧反射能量
A~I、H‧‧‧曲線
3‧‧‧電感電容迴路
30‧‧‧機械元件本體
31‧‧‧連結單元
32‧‧‧機械元件副體
33‧‧‧三維預留空間
40‧‧‧外力
41‧‧‧訊號讀取器
42‧‧‧射頻線圈
43‧‧‧能量
44‧‧‧反射能量
5‧‧‧電感電容迴路
50‧‧‧機械元件本體
51‧‧‧連結單元
52‧‧‧機械元件副體
53‧‧‧三維預留空間
60‧‧‧外力
61‧‧‧訊號讀取器
62‧‧‧射頻線圈
63‧‧‧能量
64‧‧‧反射能量
7‧‧‧電感電容迴路
70‧‧‧機械元件本體
71‧‧‧連結單元
72‧‧‧機械元件副體
73‧‧‧三維預留空間
第1A圖為本發明之一種智慧機械元件之第一實施例之剖面示意圖。
第1B圖為一連結單元之局部示意圖。
第2圖為本發明之智慧機械元件與一訊號讀取器之訊號運作示意圖。
第3圖為一訊號操作頻率與一反射功率比例之示意圖。
第4圖為一智慧機械元件末端位移量與一電性諧振頻率之示意圖。
第5圖為一壓縮力與一電性諧振頻率之示意圖。
第6圖為本發明之智慧機械元件之第二實施例之剖面示意圖。
第7圖為本發明之智慧機械元件之第二實施例之局部剖面示意圖。
第8圖為本發明之智慧機械元件之第二實施例與一訊號讀取器之訊號運作示意圖。
第9A圖為本發明之智慧機械元件之第三實施例之剖面示意圖。
第9B圖為本發明之智慧機械元件之第三實施例之連結單元之局部剖面示意圖。
第10圖為本發明之智慧機械元件之第三實施例與一訊號讀取器之訊號運作示意圖。
第11A圖為本發明之智慧機械元件之第四實施例之示意圖。
第11B圖為本發明之智慧元件之第四實施例之局部剖面示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。
請配合參考第1A圖與第1B圖所示，係本發明智慧機械元件之第一實施例，其具有一機械元件本體10、至少一連結單元11與至少一機械元件副體12。
機械元件副體12係設於機械元件本體10的內部，機械元件副體12與機械元件本體10之間具有一三維預留空間13。機械元件副體12、機械元件本體10與三維預留空間13係構成一電容。機械元件本體10為一螺絲或一螺栓。
連結單元11係連結機械元件副體12與機械元件本體10。連結單元11係形成一電感。電感係與上述之電容構成一電感電容迴路1。
上述之機械元件本體10、機械元件副體12與連結單元11係可由積層製造或一體成形。機械元件本體10、機械元件副體12與連結單元11之表面可鍍有一膜體，或者改變機械元件本體10、機械元件副體12與連結單元11之材質，以提升其導電性或結構強度。
上述之機械元件副體12之周圍可具有一導磁材料。或者機械元件副體12可為一電性導體。上述之三維預留空間13可全部填滿或部分填滿介電材料。三維預留空間13之距離，即機械元件副體12與機械元件本體10之間的距離可由外力或一調整器調整。
如第2圖所示，一訊號讀取器20，可由掃頻儀搭配射頻線圈 所組成，讀取上述之電感電容迴路1。當一外力21作用於機械元件本體10時。訊號讀取器20係提供一能量22給電感電容迴路1，電感電容迴路1係回彈一反射能量23給訊號讀取器20，藉由訊號讀取器進行訊號處理，便可得知電感電容迴路1所帶有之電性諧振頻率，進而得知機械元件本體10之變形或所受之外力21。
如第3圖所示，舉例而言，曲線A係訊號讀取器未接近智慧機械元件時，所讀取到之訊號，由於距離過遠，反射能量23過小，因此未量測到電性諧振頻率。
曲線E係無外力21作用且讀取器適當靠近智慧機械元件，並且末端位移量為0mm。故可感測電性諧振頻率趨近於104MHz。
曲線D係有外力21作用且讀取器適當靠近智慧機械元件，並且末端位移量為0.2mm。故可感測電性諧振頻率趨近於102MHz。
曲線C係有外力21作用且讀取器適當靠近智慧機械元件，並且末端位移量為0.4mm。故可感測電性諧振頻率趨近於101.5MHz。
曲線B係有外力21作用且讀取器適當靠近智慧機械元件，並且末端位移量過大，為0.6mm。故無法感測電性諧振頻率。
如上述之曲線A至E，可知當機械元件本體10之末端位移量為0.6mm時，可判斷機械元件本體10係接觸機械元件副體12，亦即電容形成短路，而使電感電容迴路不具備電性諧振。由前述之電性諧振頻率變化或短路，可判斷智慧機械元件之變形程度是否過大。
請配合參考第4圖所示，曲線F為本發明之智慧機械元件所受側向外力逐漸增強時，末端位移量逐漸增加，電性諧振頻率隨之減少之趨勢。
曲線G為本發明之智慧機械元件所受側向外力逐漸減少，末端位移量逐漸降低，電性諧振頻率隨之增加之趨勢。
請配合參考第5圖所示，曲線I為本發明之智慧機械元件未受一壓縮力作用，且壓縮力逐漸增加時，電性諧振頻率隨之增加的趨勢
曲線H為本發明之智慧機械元件接續上述壓縮力作用，壓縮 力逐漸減少時，電性諧振頻率隨之降低之趨勢。
請配合參考第6圖與第7圖所示，本發明之智慧機械元件之第二實施例，其具有一機械元件本體30、至少一連結單元31與一機械元件副體32。
機械元件副體32係設於機械元件本體30的內部，機械元件副體32與機械元件本體30之間具有一三維預留空間33。機械元件副體32、機械元件本體30與三維預留空間33係構成一電容。機械元件本體30為一吊鉤。
連結單元31係連結機械元件副體32與機械元件本體30。連結單元31係具有一電感效應並形成一電感。電感係與上述之電容構成一電感電容迴路3。
如第8圖所示，一訊號讀取器係由一掃頻儀41與一射頻線圈42所組成。掃頻儀41係藉由射頻線圈42提供一能量43給機械元件本體30。一外力40係作用於機械元件本體30。電感電容迴路3藉由射頻線圈42提供之能量43，回彈一反射能量44，反射能量44帶有電感電容迴路3之電性諧振頻率，可藉由掃頻儀41加以讀取之。如第3圖至第5圖所示，當如第6圖所示實施例之電感電容迴路的電性諧振頻率改變時，則可判斷此智慧機械元件已有一定程度之變形，當如電性諧振頻率量測不到時，則可判斷此智慧機械元件所受之變形已過大而毀損。
請配合第9A圖與第9B圖所示，本發明之智慧機械元件之第三實施例，其具有一機械元件本體50、至少一連結單元51與一機械元件副體52。
機械元件副體52係設於機械元件本體50的內部，機械元件副體52與機械元件本體50之間具有一三維預留空間53。機械元件副體52、機械元件本體50與三維預留空間53係構成一電容。機械元件本體50為一螺桿或一滑軌。
連結單元51係連結機械元件副體52與機械元件本體50。如第9圖所示，連結單元51係位於機械元件本體50的至少兩端。多個連結單元51的設置係因機械元件本體50的長度較長，為了 維持結構穩定，故採用多個連結單元51的設置方式。
連結單元51具有一電感效應或形成一電感。電感係與上述之電容構成一電感電容迴路5。
請配合參考第10圖所示，電感電容迴路5係為一帶有兩連結單元之迴路，亦即帶有兩電感，但整體仍等效成一電感電容迴路。 一訊號讀取器係由掃頻儀61與一射頻線圈62所組成。掃頻儀61係藉由射頻線圈62提供一能量63給機械元件本體50。一外力60係作用於機械元件本體50。電感電容迴路5藉由射頻線圈62提供之能量63，回彈一反射能量64，反射能量64帶有電感電容迴路5之電性諧振頻率，可藉由掃頻儀61加以讀取之。如第3圖至第5圖所示，當如第9圖所示實施例之電感電容迴路的電性諧振頻率改變時，則可判斷此智慧機械元件已有一定程度之變形，當如電性諧振頻率量測不到時，則可判斷此智慧機械元件所受之變形已過大而毀損。
請配合參考第11A圖與第11B圖所示，本發明之智慧機械元件之第四實施例，其具有一機械元件本體70、一機械元件副體72與一連結單元71。
機械元件本體70係穿設於機械元件副體72。連結單元71係連結機械元件本體70與機械元件副體72。機械元件副體72與連結單元71及機械元件本體70之間具有一三維預留空間73。前述之機械元件副體72、機械元件本體70與三維預留空間73係構成一電容。連結單元71係具有一電感效應或形成一電感。前述之電感與電容係構成一電感電容迴路7。前述之機械元件本體70係為一骨釘，機械元件副體72係為該骨釘之墊片。連結單元71可為一線圈。
如上所述，訊號讀取器係讀取如第11A圖所示之本發明之智慧機械元件之第四實施例時，因本發明之第四實施例為一骨釘，舉例而言，本發明之第四實施例係設於人體之脊椎處，若骨釘處於鎖緊狀態，機械元件副體72會與機械元件本體70接觸而形成短路，而不具備電感電容迴路，因此無量測到電性諧振頻率；若 骨釘處於鬆脫狀態，機械元件副體72與機械元件本體70沒有接觸，而帶有電容效應，因此形成電感電容迴路，可量測到其電性諧振頻率；故可藉由量測其電性諧振存在與否，來得知該骨釘之鎖固狀態。
綜合上述，本發明之智慧機械元件係構成一電感電容迴路，藉由量測電感電容迴路所輸出之電性諧振頻率，以判斷智慧機械元件是否完好或需要更換。藉此可避免損毀情況產生。
以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (21)

  1. 一種智慧機械元件，其包含有：一機械元件本體；一機械元件副體，其係設於該機械元件本體的內部，該機械元件副體係由該機械元件本體之一端貫穿至該機械元件本體之另一端；一三維預留空間，其係位於該機械元件本體與該機械元件副體之間；至少一連結單元，其連結該機械元件本體與該機械元件副體；其中，該機械元件副體、該機械元件本體與該三維預留空間係形成一電容；該連結單元係形成一電感；該電容與該電感係構成一電感電容迴路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該機械元件本體為一螺絲、一螺栓、一螺桿、一滑軌、一骨釘或一吊鉤。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該機械元件本體、該機械元件副體與該連結單元係為積層製造或一體成形。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該機械元件本體該、該機械元件副體與該連結單元之表面鍍有一膜體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該連結單元之周圍具有一導磁材料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該三維預留空間全部填滿或部分填滿一介電材料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該三維預留空間之調整係由一外力或一調整器所調整。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該電感電容迴路之電性諧振頻率或電性諧振品質因子係由一訊號讀取器所讀取。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該連結單元係位於該機械元件本體的至少兩端。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之智慧機械元件，其中該機械元件本體、該機械元件副體、該連結單元為電性導體。
  11. 如申請專利範圍第11項所述之智慧機械元件，其中該連結單元為一線圈。
  12. 一種智慧機械元件，其包含有：一機械元件副體；一機械元件本體，其係穿設於該機械元件副體，該機械元件副體環繞該機械元件本體，並且該機械元件本體貫穿該機械元件副體；以及一連結單元，其係連結該機械元件本體與該機械元件副體；其中，該機械元件本體與該機械元件副體及該連結單元之間具有一三維預留空間；該機械元件副體、該機械元件本體與該三維預留空間係形成一電容；該連結單元係形成一電感；該電容與該電感係構成一電感電容迴路。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該機械元件本體為一螺絲、一螺栓、一螺桿、一滑軌、一骨釘或一吊鉤。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該機械元件本體、該機械元件副體與該連結單元係為積層製造或一體成形。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該機械元件本體該、該機械元件副體與該連結單元之表面鍍有一膜體。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該三維預留空間之調整係由一外力或一調整器所調整。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該電感電容迴路之電性諧振頻率或電性諧振品質因子係由一訊號讀取器所讀取。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該機械元件本體、該機械元件副體與該連結單元為電性導體。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該連結單元為一線圈。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該連結單元之周圍具有一導磁材料。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之智慧機械元件，其中該三維預留空間全部填滿或部分填滿一介電材料。
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