TWI728545B - 建築物智能偵測系統及其阻尼器 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種建築物智能偵測系統，其包括一阻尼器、一本地處理器及一遠端監測電腦。該阻尼器裝設於一建築物，該建築物的晃動會帶動該阻尼器內的一活塞移動，該阻尼器的一位移偵測裝置一偵測到該活塞的位移，就產生代表該活塞位移的一位移偵測信號，該本地處理器接收該位移偵測信號，並將該位移偵測信號處理成一位移資訊及傳送該位移資訊給該遠端監測電腦，該遠端監測電腦接收及記錄該位移資訊，較佳還分析該位移資訊，藉以獲得該建築物的晃動情報。

Description

建築物智能偵測系統及其阻尼器

本發明涉及一種建築物智能偵測系統及其阻尼器，此系統可偵測獲得一建築物因地震或強風所引起的晃動情報。

現有的阻尼器，例如台灣M566711、201116738、I598524、I529323及I518229號等專利，其基本結構包括一缸體、一活塞及一活塞桿，該活塞將該缸體內部區隔成一前方油室及一後方，該兩油室內充填油液，並藉由方向相反的兩單向通道而相連通。當該活塞往前移動時，該前方油室中的油液受壓，迫使部份油液經由其中一單向通道而流入該後方油室，相反的，當該活塞往後移動時，該後方油室中的油液受壓，迫使部份油液經由另一單向通道而流入該前方油室。

本發明之建築物智能偵測系統，包括一阻尼器、一本地處器及一遠端監測電腦。該阻尼器裝設於一建築物，且包括內部形成有一前油室及一後油室的一缸體、可移動地設於該缸體內且位於該前油室與後油室之間的一活塞、連通該前油室與後油室的一通道、連接該活塞的一活塞桿、及偵測該活塞位移的一位移偵測裝置，該前油室、後油室及通道內部均填充油液，其中，該建築物的晃動會帶動該活塞位移，該位移偵測裝置一偵測到該活塞位移，就產生代表該活塞位移的一位移偵測信號。該本地處理器電接該位移偵測裝置，用以接收該位移偵測信號，並將該位移偵測信號處理成一位移資訊及傳送該位移資訊。該遠端監測電腦用以接收及記錄該位移資訊。

在一實施例中，本發明上述遠端監測電腦能根據所收到的位移資訊，分析得到該建築物的晃動資訊，該晃動資訊包括晃動時間、晃動頻率及晃動幅度的其中一者或多者。

在一實施例中，本發明上述遠端監測電腦能根據所分析得到的晃動資訊，判斷該建築物的晃動是否異常，並在判斷結果為「是」時發出一警告通知。

圖1顯示本發明之建築物智能偵測系統的一個較佳實施例，其包括一阻尼器10、一本地處器8及一遠端監測電腦9。其中，阻尼器10包括內部形成有一前油室11及一後油室12的一缸體1、可移動地設於缸體1內且位於前油室11與後油室12之間的一活塞2、連通前油室11與後油室12的一通道4、連接活塞2的一活塞桿3、及偵測活塞2位移的一位移偵測裝置7。其中，缸體1的前油室11與後油室12 ，以及通道4內部均填充油液100，活塞2分隔前油室11及後油室12，活塞桿3連接活塞2，並從缸體1的一前蓋14伸出。當活塞桿3前、後移動時，活塞2就跟著前、後移動。活塞2的前、後移動會改變前油室11及後油室12的空間大小。

當活塞2往前移動時，會迫使前油室11內的部分油液100經由通道4流入後油室12，而當活塞2往後移動時，則會迫使後油室12內的部分油液100經由通道4流入前油室11。在此實施例中，通道4是設置在缸體1上，但不以此為限，例如也可以改設置在活塞2上，或是使用外接於缸體1的一連接管（圖中未示）來當作通道4。

較佳地，通道4還具有至少一個閥41，用以調整通道4的流量，例如，閥4可為一流量調整閥、一比例閥、或一單向比例閥。在此實施例中，閥41有兩個，分別設置在通道4的兩端，可藉由調整閥41的開度大小來調整通道4的流量。此外，閥41可採取手動調整，也可採取電動調整，例如在閥41上裝設一伺服馬達，藉該伺服馬達帶動閥41內部的一閥門，達到電動調整開度大小之目的。

較佳地，本發明之上述阻尼器10還包括塞置於缸體1內且位於活塞2後方的一分隔塊5 及連接活塞2且穿過分隔塊5的一延伸桿6，後油室12位於活塞2與分隔塊5之間。分隔塊5是固定不動的，而延伸桿6則能在活塞2的帶動下而相對於分隔塊5前、後移動。

較佳地，分隔塊5還具有一外密封環51、一內密封環52及一軸承53 ，外密封環51被夾於分隔塊5與缸體1之間，內密封環52被夾於分隔塊5與延伸桿6之間，用以防止後油室12的油液100往後洩漏。軸承53位於分隔塊5與延伸桿6之間。外密封環51與內密封條52都可設置多條。

在一避震應用場合，阻尼器10係裝設於一建築物（例如大樓或橋樑），例如將活塞桿3的一前端樞接至該建築物的一位置點，及將缸體1的一後蓋13的一後端樞接至該建築物的另一位置點。當該建築物因地震或強風而晃動時，經由活塞桿3及缸體1的傳動，活塞2就會隨著該建築物的晃動而在缸體1內前、後移動。該建築物晃動愈大，活塞2的位移量就愈大，反之愈小，故活塞2的位移量可代表該建築物的晃動幅度，活塞2的位移頻率（即前、後移動的頻率）代表該建築物的晃動頻率，活塞2的位移時間（即前、後移動的持續時間）代表該建築物的晃動時間。

當活塞2發生前、後移動，連接於活塞2的延伸桿6也會跟著前、後移動，此時，位於延伸桿6後方的位移偵測裝置7就能偵測到延伸桿6的位移，並產生代表延伸桿6的位移的一位移偵測信號。其中，由於延伸桿6是固接於活塞2而能同步活塞2移動，因此，延伸桿6的位移情形可正確反應活塞2的位移情形，故位移偵測裝置7雖是偵測延伸桿6的位移，但亦可謂其是偵測活塞2的位移，或是說，位移偵測裝置7藉由偵測延伸桿6而間接偵測到活塞2的位移。除此之外，也可將位移偵測裝置7改設置到缸體1的前缸蓋14附近，用以偵測活塞桿3的位移，由於活塞桿3是固接於活塞2而能同步活塞2移動，因此，活塞桿3的位移情形冋樣可正確反應活塞2的位移情形，此時可謂位移偵測裝置7藉由偵測活塞桿3而間接偵測到活塞2的位移。另外，也可以更改位移偵測裝置7的設置，使其直接偵測活塞2的位移。簡言之，不管是偵測哪個元件的位移，都是為了偵測該建築物的晃動情形。

位移偵測裝置7可根據上述偵測需求來選用市售的位移偵測器，例如一光學尺、一磁性尺（或稱為磁致伸縮位移傳感器）、一電阻尺、一紅外線測距儀、或一譯碼器(encoder) ，但不以此為限。在此實施例中，位移偵測裝置7係選用一磁致伸縮位移傳感器，它包括一磁鐵71及一測量桿72 ，測量桿72的一端是固定在缸體1的後蓋13，另一端則穿入延伸桿6內，而磁鐵71 則是固定在延伸桿6上。圖1所示的磁鐵71是一磁性環，它塞置於延伸桿6末端內部，測量桿72是穿過該磁性環。無論如何設置，磁鐵71是跟測量桿72協同執行位移偵測的工作，用以偵測一被偵測物的位移。在此實施例，該被偵測物是該延伸桿，在隨後的實施例中，則是一中空軸桿65 ，此容後再述。

在此實施例中，當延伸桿6隨著活塞2而前、後移動時，固定於延伸桿6上的磁鐵71與固定於缸體1上的測量桿72就會產生相對移動，並因此產生上述的位移偵測信號經由一導線73傳送給本地處理器8。

本地處理器8電接位移偵測裝置7，例如電接至上述的測量桿72 。本地處理器8一接收到位移偵測裝置7產生的該位移偵測信號，會將該位移偵測信號處理成一位移資訊，並以有線或無線的方式傳送該位移資訊給遠端監測電腦9。遠端監測電腦9會接收及記錄該位移資訊。由於該位移資訊代表活塞2的位移情形，而活塞2的活塞2的位移情形代表該建築物的晃動情形，因此，可利用該位移資訊來了解該建築物的如何晃動、晃動多久、及晃動多大等有用情報。

較佳地，遠端監測電腦9中有安裝一軟體，能根據所收到的位移資訊，分析得到該建築物的晃動資訊，該晃動資訊包括晃動時間、晃動頻率及晃動幅度的其中一者或多者。更佳地，遠端監測電腦9能根據所分析得到的該晃動資訊，判斷該建築物的晃動是否異常，例如晃動幅度是否超過一門檻值，或是晃動頻率高於一上限值。若判斷結果為「是」，即發出一警告通知，該警告通知的形式可以是警報聲、閃光、簡訊、電子郵件或視窗訊息中的一者或多者，但不以此為限。

圖2顯示本發明的另一較佳實施例，與上述實施例不同之處，主要是該另一較佳實施例的阻尼器10還進一步包括一補油機制，用以在前油室11及/或後油室12發生漏油時予以補充油液。更詳而言之，活塞2內部具有至少一補油通道21，在此實施例中共有兩補油通道21。每一補油通道21的兩端分別設連接前油室11與後油室12，且各具有兩單向閥211及212，其中一單向閥211使得補油通道21僅單向通往前油室11，另一單向閥212使得補油通道21僅單向通往後油室12。延伸桿6包括連接活塞2的一中空管61、部分塞置於中空管61前端且部分塞置於活塞2內的一前封塞62、塞置於中空管61後端的一後封塞63、可移動地設於中空管61內的一補油活塞64、連接補油活塞64的一中空軸桿65、及位於補油活塞64與後封塞63之間的一彈性件66。其中，前封塞62內部具有連通至活塞2的補油通道21的一銜接通道621，補油活塞64與前封塞62之間的空間形成連通銜接通道621的一儲油室641，且補油通道21、銜接通道621與儲油室641的內部均填滿補充油液101。後封塞63具有一軸承631 供中空軸桿65穿過。彈性件66可為一壓縮彈簧或由一或多個碟片組成的皿形彈簧（disk spring）。

在一正常狀況下，前油室11與後油室12中的油液100已充滿，補油通道21、銜接通道621與儲油室641中的補充油液101亦已充滿，此時，彈性件66雖藉本身彈力而推擠著補油活塞64，但因前油室11與後油室12中的油液都沒有外漏而無短少情形，故補油活塞64在中空管61內靜止不動。

當前油室11中的油液100因故外漏而變少時，彈性件66就會藉其彈力推動補油活塞64 向前移動，以使補充油液101推開單向閥211，然後流入前油室11，直到前油室11中的油液100恢復原先之充滿狀態為止，此時，單向閥211恢復原先之關閉狀態 ，以使前油室11中的油液100不會回流進入補油通道21。同樣地，當後油室12中的油液100因故外漏而變少時，彈性件66就會藉其彈力推動補油活塞64向前移動，以使補充油液101推開單向閥212，然後流入後油室12 ，直到後油室12中的油液100恢復原先之充滿狀態為止，此時，單向閥212恢復原先之關閉狀態 ，以使後油室12中的油液100不會回流進入補油通道21。

在此實施例中，位移偵測裝置7是偵測中空軸桿65的位移，更詳而言之，位移偵測裝置7的測量桿72的一端是固定在缸體1的後蓋13，另一端則穿入中空軸桿65內，而磁鐵71 則是固定在中空軸桿65的末端，測量桿72是穿過磁鐵71。

當發生上述的油液100外漏情況而需進行補油時，補油活塞64及中空軸桿65都會在中空管61內向前移動，此時，磁鐵71與測量桿72也會產生相對移動，故位移偵測裝置7可偵測到中空軸桿65的位移，並因此產生一位移偵測信號經由一導線73傳送給本地處理器8，本地處理器8一接收到位移偵測裝置7產生的該位移偵測信號，會將該位移偵測信號處理成一位移資訊，並以有線或無線的方式傳送該位移資訊給遠端監測電腦9。遠端監測電腦9會接收及記錄該位移資訊。其中，該位移偵測信號、位移資訊均代表延伸桿6的位移，也同時代表補油的油量。因此，遠端監測電腦9可根據位移資訊判斷補油的油量及儲油室641目前剩下多少油量，並在油量低於一下限值時發出代表油量不足之一警告通知。

此外，由於中空軸桿65是延伸桿6的一部分，而延伸桿6是固接至活塞2而能跟活塞2同步移動，因此，當建築物發生晃動而導致活塞2位移時，延伸桿65中的中空軸桿65也會跟著位移，並因此使得位移偵測裝置7量測到一位移偵測信號。本地處理器8一接收到位移偵測裝置7產生的該位移偵測信號，會將該位移偵測信號處理成一位移資訊，並以有線或無線的方式傳送該位移資訊給遠端監測電腦9。遠端監測電腦9會接收及記錄該位移資訊。其中，該位移偵測信號、位移資訊均代表延伸桿6的位移，也同時代表活塞2的位移，也就是建築物的晃動。

在該另一較佳實施例中，在進行補油時及建築物晃動時，位移偵測裝置7都會偵測到中空軸桿65的位移，然而，進行補油時的中空軸桿65的位移只會向前移，且移動距離很小，而建築物晃動時的中空軸桿65的位移會前、後移動，且移動距離很大，故遠端監測電腦9可從所收到的位移資訊分辨出目前是偵測得到阻尼器19的補油情報，還是偵測得到建築物的晃動情報。

缸體1                                阻尼器10 油液100                             補充油液101 前油室11                           後油室12 後蓋13                               前蓋14 活塞2 補油通道21                       單向閥211、212 活塞桿3 通道4                                閥41 分隔塊5                             外密封環51 內密封環52                       軸承53 延伸桿6                             中空管61 前封塞62                           銜接通道621 後封塞63                           軸承631 補油活塞64                       儲油室641 中空軸桿65                       彈性件66 位移偵測裝置7                 磁鐵71 測量桿72                           導線73 本地處器8                         遠端監測電腦9

圖1係本發明一較佳實施例的的系統示意圖。 圖2係本發明另一較佳實施例的的系統示意圖。

缸體1                                 阻尼器10 油液100 前油室11                            後油室12 後蓋13                                前蓋14 活塞2                                活塞桿3 通道4                                 閥41 分隔塊5                              外密封環51 內密封環52                        軸承53 延伸桿6 位移偵測裝置7                  磁鐵71 測量桿72                            導線73 本地處器8                          遠端監測電腦9

Claims (10)

1. 一種建築物智能偵測系統，包括：一阻尼器，裝設於一建築物，且包括內部形成有一前油室及一後油室的一缸體、可移動地設於該缸體內且位於該前油室與後油室之間的一活塞、連通該前油室與後油室的一通道、及連接該活塞的一活塞桿，該前油室、後油室及通道內部均填充油液，其中，該阻尼器還包括塞置於該缸體內的一分隔塊、連接該活塞的一延伸桿、及偵測該延伸桿位移的一位移偵測裝置，該後油室位於該分隔塊與該活塞之間，該延伸桿部分位於該後油室的裡面、部分穿過該分隔塊而位於該後油室的外面，該位移偵測裝置包括一磁鐵及一測量桿，該磁鐵設於該延伸桿上，該測量桿固定於該缸體上且伸入該延伸桿內，當該建築物的晃動帶動該活塞位移時，該延伸桿會跟著位移，以致於該磁鐵與該測量桿相對移動，並因此產生代表該活塞位移的一位移偵測信號；一本地處理器，電接該位移偵測裝置，用以接收該位移偵測信號，並將該位移偵測信號處理成一位移資訊及傳送該位移資訊；及一遠端監測電腦，用以接收及記錄該位移資訊。
2. 如請求項1所述的系統，其中該遠端監測電腦能根據所收到的位移資訊，分析得到該建築物的晃動資訊，該 晃動資訊包括晃動時間、晃動頻率及晃動幅度的其中一者或多者。
3. 如請求項2所述的系統，其中該遠端監測電腦能根據所分析得到的晃動資訊，判斷該建築物的晃動是否異常，並在判斷結果為「是」時發出一警告通知。
4. 一種阻尼器，包括內部形成有一前油室及一後油室的一缸體、可移動地設於缸體內且位於該前油室與該後油室之間的一活塞、連通該前油室與該後油室的一通道、連接該活塞的一活塞桿、塞置於該缸體內的一分隔塊、連接該活塞的一延伸桿、及偵測該延伸桿位移的一位移偵測裝置，其中，該缸體的該前油室、後油室及該通道內部均填充油液，該後油室位於該分隔塊與該活塞之間，該延伸桿部分位於該後油室的裡面、部分穿過該分隔塊而位於該後油室的外面，該位移偵測裝置包括一磁鐵及一測量桿，該磁鐵設於該延伸桿上，該測量桿固定於該缸體上且伸入該延伸桿內。
5. 如請求項4所述的阻尼器，其中該通道形成於該缸體上，且具有至少一個閥，用以調整該通道的流量。
6. 如請求項4所述的阻尼器，其中該磁鐵係為塞置該延伸桿內的一磁性環，該測量桿係穿過該磁性環之後伸入該延伸桿內。
7. 如請求項4所述的阻尼器，其中該活塞內部具有一補油通道及設於該補油通道內的兩單向閥，該補油通道的 兩端分別設連接該前油室與該後油室，其中一單向閥使得該補油通道僅單向通往該前油室，另一單向閥使得該補油通道僅單向通往該後油室。
8. 如請求項7所述的阻尼器，其中該延伸桿包括連接該活塞的一中空管、部分塞置於該中空管前端且部分塞置於該活塞內的一前封塞、塞置於該中空管後端的一後封塞、可移動地設於該中空管內的一補油活塞、連接該補油活塞的一中空軸桿、及位於該補油活塞與後封塞之間的一彈性件，其中，該前封塞內部具有連通至該活塞的補油通道的一銜接通道，該補油活塞與該前封塞之間的空間形成連通該銜接通道的一儲油室，該後封塞具有一軸承，該中空軸桿穿過該軸承。
9. 如請求項8所述的阻尼器，其中該磁鐵固定在該中空軸桿上，該測量桿伸入該中空軸桿。
10. 如請求項8所述的阻尼器，其中該磁鐵係為塞置該中空軸桿內的一磁性環，該測量桿係穿過該磁性環之後伸入該中空軸桿內。

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