TWI723883B

TWI723883B - 氣壓式重力感測器

Info

Publication number: TWI723883B
Application number: TW109117193A
Authority: TW
Inventors: 陳天宇; 陳永健
Original assignee: 陳天宇
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-04-01
Also published as: TW202144751A

Abstract

本發明有關於一種氣壓式重力感測器，其包括一本體，其設有一氣孔；一活塞與該本體連接以形成一氣室，且該活塞於該氣室內移動，以擠壓或填充該氣室內的一氣體；隨著該活塞移動的一連動軸，當該連動軸移動時，該連動軸則會隨之移動到一量測位置；一光感測器提供一光源，以感應該連動軸的一量測部，且量測該量測部移動到該量測位置時的加速度生成一加速度資料；一壓力感測器接收該氣室內所被擠壓的該氣體，且基於該氣體的壓力值生成一壓力資料。藉此，依據該加速度資料及該壓力資料即可精準的計算出該活塞朝向該擠壓方向移動時所承受的力量。

Description

氣壓式重力感測器

本發明涉及一種受力感測的技術，尤指一種利用氣壓結構所獲取的加速度及壓力數值，以計算出活塞受力的氣壓式重力感測器。

近年來的健康意識抬頭，使得運動或健身的風氣越趨普遍，隨著生活工作的繁忙，運動的時間與環境變得較難尋找，通常需要的是不要求太多時間與空間，同時能有效訓練身體的運動。

在可有效訓練身體的運動項目中，拳擊是一種同時增能訓練到肺活量與肌力的運動，然而，在練習的過程中，練習者無法得知自己拳擊與踢擊力道的大小，因此，在拳擊後，無法判定每次的拳擊皆為有效的攻擊，僅能根據打擊時與墊體接觸瞬間所發出的聲音作為判斷依據，而其判斷方式須經由經驗的累積才能準確的判斷，對練習者而言實在不容易。

因此，現今技術上亟需一種可測量打擊力道的技術，進而改善先前技術所存在的問題。

本發明之目的在於提供一種氣壓式重力感測器，其主要是利用可承受使用者拳擊力道的一活塞與一本體連接以形成一氣室，透過該活塞受力後於該氣室內的移動，以獲取加速度資料及壓力資訊，再依據加速度資料及壓力資料即可精準的計算出活塞朝向擠壓方向移動時所承受的力量。

為達上揭之目的者，本發明係提供一種氣壓式重力感測器，包括：一本體，其一側設有一氣孔；一活塞，其與該本體之另側相連接以形成一氣室，且該活塞係於該氣室內朝向一擠壓方向或一復歸方向移動，以擠壓或填充該氣室內的一氣體；一連動軸，其設於該氣孔上，且該連動軸一端貫穿該氣孔，另端則抵靠於該活塞上，該連動軸係包括：一量測部，其設於該連動軸之一端且貫穿該氣孔，該量測部與一光感測器相感應；及一抵靠部，其設於該連動軸的另端，且該抵靠部係抵靠於該活塞上，使得該活塞朝向該擠壓方向移動時，該連動軸則隨之朝向該擠壓方向移動，其中，當該連動軸朝向該擠壓方向移動時，該連動軸則會隨之帶動該量測部移動到一量測位置；該光感測器，其設於該氣孔的周邊相鄰處上，該光感測器提供一光源，以與該量測部相感應，其中，當該量測部移動至該量測位置時，該光感測器量測該量測部移動到該量測位置時的一加速度，且依據該加速度生成一加速度資料；一壓力感測器，其設於該本體上，以接收該活塞朝向該擠壓方向移動時，該氣室內所被擠壓的該氣體，該壓力感測器計算該氣體的一壓力值，且依據該壓力值生成一壓力資料。

較佳地，所述之氣壓式重力感測器進一步包括：一軸座，其設於該氣孔上，該軸座一端朝該氣室內的方向延伸，且該軸座內部設置之與該氣孔連通的一移動空間，其中，該連動軸係設於該軸座的該移動空間內，使得該連動軸於該移動空間內移動。

較佳地，該軸座內設有一限位部，該限位部與該連動軸周邊設有之一圍塊相卡合，以限制該連動軸於該移動空間內的移動範圍。

較佳地，其中該軸座內設有一軸復歸元件，且該軸復歸元件位於該連動軸與該軸座之間，且該軸復歸元件一端抵靠該圍塊，該軸復歸元件另端抵靠該限位部，其中，當該連動軸移動至該量測位置時，該軸復歸元件係被該連動軸壓縮且具有一回彈力，該連動軸基於該回彈力移動至一初始位置上。

較佳地，其中該氣室內設有一活塞復歸元件，該活塞復歸元件一端抵靠至該活塞，該活塞復歸元件另端抵靠至該本體上，其中，當該活塞朝向該擠壓方向移動時，該活塞擠壓該活塞復歸元件，使得該活塞復歸元件被該活塞壓縮且具有一回彈力，該活塞基於該回彈力朝該復歸方向移動。

較佳地，其中該本體與該活塞之間設有一活塞固定套，且該活塞周邊設有一突塊，該活塞固定套與該突塊相卡合，使得該活塞固定套限制該活塞朝該復歸方向移動的移動範圍。

較佳地，其中該量測部包括一基準部及一感測部，當該連動軸位於一初始位置時，該光感測器提供的該光源係與該基準部相感應，當該連動軸移動至該量測位置時，該光感測器量測該感測部移動到該量測位置時的該加速度。

較佳地，其中當該光源穿透該基準部時，該光感測器係判斷該連動軸位於該初始位置上，當該光源穿透該感測部時，該光感測器則開始計算從該基準部移動至該感測部的該加速度。

較佳地，其中該本體內設有一氣體通道，該氣體通道將被擠壓的該氣體引導至該壓力感測器的位置上。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文茲配合各圖式所列舉之具體實施例詳加說明。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解為其本發明僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所為定義。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「順」、「逆」、「中心」、「橫向」、「上」、「下」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

另外，術語「包括」及/或「包含」指所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件及/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特徵、區域、整體、步驟、操作、元件、部件及/或其組合的存在或添加。

為使貴審查委員方便瞭解本發明之內容，以及所能達成之功效，茲配合圖式列舉之各項具體實施例以詳細說明如下：

請參閱圖1及圖2，其係為本發明之立體圖以及結構示意圖。如圖所示，本發明主要是由一本體10、一活塞20及一連動軸30所構成，本創作係可被設於一沙包上或是其他用於計算承受力的相關裝置上，且利用一光感測器40獲取一加速度資料以及一壓力感測器50獲取一壓力資料。其中該本體10具體可為一U形狀的固體，且一側(即底部)設有一氣孔11，使得該本體10的內部空間可與底部外的空間相連通。在此設置該氣孔11之優點在於：1.氣室內的溫度係可與外部的室內溫度一致，無須再經由相關溫度調節裝置調節氣室內的溫度。2.透過氣孔可將些許被擠壓的氣體排出，以大大減少活塞的阻抗力，進而精確的測量因活塞擠壓的氣體的壓力值。

該活塞20具體亦可為U形狀的固體，且該活塞20的開口端與該本體10的開口端(即另側)相連接後，即可形成一氣室12，再者，為了讓該活塞20可被固定在該本體10的另側上，且讓該活塞20可於該氣室12內朝向一擠壓方向SD或一復歸方向RD移動，故該本體10與該活塞20之間還增設有一活塞固定套60，該活塞固定套60是與該活塞20周邊設有的一突塊21相卡合，如此，該活塞固定套60即可將該活塞20的移動範圍限制在該氣室12內，當該活塞20朝向該擠壓方向SD移動時，該活塞20則擠壓該氣室12內的一氣體，且最大的移動範圍則是直到該活塞20抵靠到該本體10內的底部位置，而當該活塞20朝向該復歸方向RD移動時，外部的氣體即可從該氣孔11填入該氣室內，且最大的移動範圍則是直到該活塞20的該突塊21抵靠到該活塞固定套60時，該活塞20則無法再朝向該復歸方向RD移動。

此外，該活塞20是透過外部受力而朝向該擠壓方向SD移動，故該活塞20欲朝向該復歸方向RD移動時，該活塞20則是透過設於該氣室12內的一活塞復歸元件22(例如彈簧)提供該活塞20朝向該復歸方向RD移動的動能，具體來說，該活塞復歸元件22的一端係抵靠於該活塞20的內部位置上，該活塞復歸元件22另端則是抵靠在該本體10內的底部位置上，故當該活塞20受力而朝該擠壓方向SD移動時，該活塞復歸元件22則會被該活塞20壓縮而具有一回彈力，待該活塞20所承受的外力消失或小於該回彈力時，該活塞20可透過該回彈力再朝向該復歸方向RD移動。

該連動軸30是被設置於該氣孔11的位置上，且一端貫穿該氣孔11，另端則是抵靠於該活塞20上，其中該連動軸30上主要包括有一量測部31及一抵靠部32，該量測部31是設於該連動軸30的一端以貫穿該氣孔11，而該抵靠部32則是設於該連動軸30的另端以抵靠於該活塞20的內部位置上，其中該量測部31係與該光感測器40提供的一光源相感應，以當該量測部31移動至一量測位置上時，該光感測器40則會量測該量測部31從原先的一初始位置(尚未移動的位置)移動至該量測位置時的一加速度，且依據該加速度生成一加速度資料。更具體來說，該光感測器40主要是被設置在該氣孔11的周邊相鄰處上，如此才可將提供的該光源照射於貫穿該氣孔的該量測部31上，此外，該量測部31主要還可包括有一基準部311及一感測部312，該基準部311及該感測部312具體則為一槽孔以提供該光源穿透，而該基準部311則是當該連動軸30位於該初始位置時提供給該光源穿透，該感測部312則是當該連動軸30位於該量測位置時提供給該光源穿透，如此，當該連動軸30從該初始位置移動至該量測位置時，該光感測器40即可從原先該光源穿透該基準部311到該光源穿到該感測部312之間經過以及該基準部311與該感測部312之間固定的距離及經過的時間計算出一加速度，例如利用速度=距離

時間，再由加速度=速度變化(末速度-初速度)

時間間隔等公式計算出加速度。最後該光感測器40即可依據該加速度生成該加速度資料。

為了讓該連動軸30可順利地於該氣孔11上進行往復運動，本創作之氣壓式重力感測器進一步增設有一軸座70，其係被設置於該氣孔11上，且該軸座70的一端係朝該氣室11內的方向延伸，而該軸座70內部還設有中空之與該氣孔11連通的一移動空間71，以供容設該連動軸30於該移動空間內移動，以及設於該連動軸30與該軸座70之間的一軸復歸元件33(例如彈簧)，以提供該連動軸30移動至該初始位置。

其中，該軸復歸元件33的一端是抵靠於該連動軸30周邊設有的一圍塊34，而該軸復歸元件33的另端則是抵靠於該軸座70內設有一限位部72上，如此，當該連動軸30移動至該量測位置時，該軸復歸元件33則會被該連動軸30壓縮而具有一回彈力，該連動軸30基於該回彈力即可移動至該初始位置上。

該壓力感測器50是被設置於該本體10上，且經由本體10內設有的一氣體通道13從該氣室12引導被擠壓的該氣體至該壓力感測器50上，使得該壓力感測器50接收該活塞20朝向該擠壓方向SD移動時，該氣室12內所被擠壓的該氣體，且該壓力感測器50係計算該氣體的一壓力值，且依據該壓力值生成一壓力資料。

請再參閱圖3至圖5，其係為本發明之活塞受力示意圖、量測部中的感應部移動到量測位置的作動示意圖以及結構示意圖。如圖所示，當本創作被設置於一沙包上，而受到使用者朝向該活塞20上施予一力(例如拳擊力道)時，該活塞20則會因所承受到的外力而朝向該擠壓方向SD擠壓，此時，位於該本體10與該活塞20之間的該活塞復歸元件22會因該活塞20朝向該擠壓方向SD移動之故而被壓縮且具有該回彈力，而該氣室12內的該氣體則會因該活塞20移動使該氣室12內的空間縮小之故，使得該氣體會朝向該氣孔11或是該氣體通道13的方向擠壓，故當該壓力感測器50從該氣體通道13接收到被擠壓的該氣體時，即可隨之計算出該氣體的壓力值以生成該壓力資料。

該連動軸30則是因該抵靠部32抵靠於該活塞20的內部上之故而隨著該活塞20朝向該擠壓方向SD移動，由於該連動軸30未移動時，該光感測器40則會持續的與該基準部311相感應，但當該連動軸30移動時，則會將該感應部312移動到該量測位置上(如圖4所示)，以與該光感測器40相感應，如此，該光感測器40所提供的該光源則是依序地先穿透該基準部311，然後被該量測部31(非該基準部311及該感應部312的部分)遮蔽，其後再穿透該感應部312，藉此，該光感測器40即可計算出該連動軸30的該加速度，進而生成出該加速度資料。

當該活塞20移動到該本體10內的底部位置時，該活體10即無法再繼續朝向該擠壓方向SD移動，如此，該活塞復歸元件22即可依據被壓縮時所產生的該回彈力帶動該活塞20朝向該復歸方向RD移動，而該連動軸30則是透過位於該連動軸30與該軸座70之間的該軸復歸元件33被壓縮時產生的該回彈力，將該連動軸30移動至該初始位置上。

藉此，本發明之即可依據該加速度資料及該壓力之資料精確地計算出該活塞20所承受的外力，舉例來說，由於壓力(P)=垂直力(F)

受力面積(A)，而若垂直力(F)等於重力(即重量(w))時，則垂直力(F)又可等於質量

重力加速度，因此，係將壓力

受力面積(a)

重力加速度(g)，即可模擬計算出質量(m)。其後再依據牛頓第二運動定律的外力(F)=質量(m)

加速度(a)的公式，即可計算出該活塞20所承受的外力(F)，進以提供練習者自己拳擊與踢擊時的力道大小。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

10:本體 11:氣孔 12:氣室 13:氣體通道 20:活塞 21:突塊 22:活塞復歸元件 30:連動軸 31:量測部 311:基準部 312:感測部 32:抵靠部 33:軸復歸元件 34:圍塊 40:光感測器 50:壓力感測器 60:活塞固定套 70:軸座 71:移動空間 72:限位部 SD:擠壓方向 RD:復歸方向A

圖1係為本發明之立體圖；圖2係為本發明之結構示意圖；圖3係為本發明之活塞受力示意圖；圖4係為本發明之量測部中的感應部移動到量測位置的作動示意圖；圖5係為本發明之活塞朝向擠壓方向移動到本體內的底部的位置示意圖。

10:本體

11:氣孔

12:氣室

13:氣體通道

20:活塞

21:突塊

22:活塞復歸元件

30:連動軸

31:量測部

311:基準部

312:感測部

32:抵靠部

33:軸復歸元件

34:圍塊

40:光感測器

50:壓力感測器

60:活塞固定套

70:軸座

71:移動空間

72:限位部

Claims

一種氣壓式重力感測器，包括：一本體，其一側設有一氣孔；一活塞，其與該本體之另側相連接以形成一氣室，且該活塞係於該氣室內朝向一擠壓方向或一復歸方向移動，以擠壓或填充該氣室內的一氣體；一連動軸，其設於該氣孔上，且該連動軸一端貫穿該氣孔，另端則抵靠於該活塞上，該連動軸係包括：一量測部，其設於該連動軸之一端且貫穿該氣孔，該量測部與一光感測器相感應；及一抵靠部，其設於該連動軸的另端，且該抵靠部係抵靠於該活塞上，使得該活塞朝向該擠壓方向移動時，該連動軸則隨之朝向該擠壓方向移動，其中，當該連動軸朝向該擠壓方向移動時，該連動軸則會隨之帶動該量測部移動到一量測位置；該光感測器，其設於該氣孔的周邊相鄰處上，該光感測器提供一光源，以與該量測部相感應，其中，當該量測部移動至該量測位置時，該光感測器量測該量測部移動到該量測位置時的一加速度，且依據該加速度生成一加速度資料；以及一壓力感測器，其設於該本體上，以接收該活塞朝向該擠壓方向移動時，該氣室內所被擠壓的該氣體，該壓力感測器計算該氣體的一壓力值，且依據該壓力值生成一壓力資料。
如請求項1所述之氣壓式重力感測器，進一步包括：一軸座，其設於該氣孔上，該軸座一端朝該氣室內的方向延伸，且該軸座內部設置之與該氣孔連通的一移動空間，其中，該連動軸係設於該軸座的該移動空間內，使得該連動軸於該移動空間內移動。
如請求項2所述之氣壓式重力感測器，其中該軸座內設有一限位部，該限位部與該連動軸周邊設有之一圍塊相卡合，以限制該連動軸於該移動空間內的移動範圍。
如請求項3所述之氣壓式重力感測器，其中該軸座內設有一軸復歸元件，且該軸復歸元件位於該連動軸與該軸座之間，且該軸復歸元件一端抵靠該圍塊，該軸復歸元件另端抵靠該限位部，其中，當該連動軸移動至該量測位置時，該軸復歸元件係被該連動軸壓縮且具有一回彈力，該連動軸基於該回彈力移動至一初始位置上。
如請求項1所述之氣壓式重力感測器，其中該氣室內設有一活塞復歸元件，該活塞復歸元件一端抵靠至該活塞，該活塞復歸元件另端抵靠至該本體上，其中，當該活塞朝向該擠壓方向移動時，該活塞擠壓該活塞復歸元件，使得該活塞復歸元件被該活塞壓縮且具有一回彈力，該活塞基於該回彈力朝該復歸方向移動。
如請求項5所述之氣壓式重力感測器，其中該本體與該活塞之間設有一活塞固定套，且該活塞周邊設有一突塊，該活塞固定套與該突塊相卡合，使得該活塞固定套限制該活塞朝該復歸方向移動的移動範圍。
如請求項1所述之氣壓式重力感測器，其中該量測部包括一基準部及一感測部，當該連動軸位於一初始位置時，該光感測器提供的該光源係與該基準部相感應，當該連動軸移動至該量測位置時，該光感測器量測該感測部移動到該量測位置時的該加速度。
如請求項7所述之氣壓式重力感測器，其中當該光源穿透該基準部時，該光感測器係判斷該連動軸位於該初始位置上，當該光源穿透該感測部時，該光感測器則開始計算從該基準部移動至該感測部的該加速度。
如請求項1所述之氣壓式重力感測器，其中該本體內設有一氣體通道，該氣體通道將被擠壓的該氣體引導至該壓力感測器的位置上。