TWI734506B - 具補水機構之連通管式沉陷感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種具補水機構的連通管式沉陷感測裝置，其包括多個以連通管相連通儲液箱、多個液位感測器、一補液箱、一進氣管與一補液管，該補液箱設於位置高於該儲液箱之液體的液面處，該進氣管和該補液管均連通該補液箱內所儲放之補充液以及伸入該儲液箱內所儲放之液體。藉此，當各儲液箱內之液體因周圍環境之溫度或濕度之影響而逐漸蒸散時，該補液箱內的補充液會流入下方的儲液箱，並經由該連通管同時對各儲液箱內的液體進行補充，令各儲液箱內之液體的液面能維持位於一固定的高度，讓該些液位感測器能傳送正確的訊號給監測人員，避免訊號誤判的情況發生。

Description

具補水機構之連通管式沉陷感測裝置

本發明是關於一種連通管式沉陷感測裝置，其具有能自動對該沉陷感測裝置進行補水的補水機構，以令該沉陷感測裝置能保持正常運作。

橋梁、道路、鐵道、隧道、水壩、碼頭…等各項土木設施與人類的生活息息相關，其能讓生活更加便利、提高國民之生活品質。惟由於臺灣處於地震、颱風…等天災頻仍的地區，加上早期土地開發時不重視水土保持工作，以致某些地區的水文、地文已呈相對不穩定的狀態。因此對各項土木設施之結構的安全性進行長期性的監控，以即時發現問題、即時維修或補強，從而避免因結構體損壞所造成之生命財產損失，甚至延長該土木設施的使用壽命，已成為現代土木工程的其中一項研究發展重點。

其中一種土木設施的安全監測項目是監測其所處位置或其周圍環境的高度是否產生變化。以橋梁或高架橋來說，當有部分橋墩所處的位置產生地層下陷或隆起時，可能引起橋面斷裂、甚至坍塌；以鐵道來說，當車廂所行經之區域發生邊坡塌陷、土石滑落等現象時，恐會導致軌道橫移或變形，嚴重影響行車安全。

參見圖9所示，現有技術之用來監測一土木設施之所處位置或周圍環境之高度變化的沉陷感測裝置，係如台灣專利號數第I507585號「全光纖式全橋橋梁安全監測整合系統之感測方法」發明專利案中記載之高程計所示，其具有多個儲液箱61，各儲液箱61內儲放液體610，且該些儲液箱61以連通管62相連通，根據流體力學之連通管原理，各儲液箱61內之液體610的液面會維持位於同一平面。

又，每一儲液箱61內設有一光纖感測器70，該光纖感測器70大抵具有一懸掛物體71與一光纖線纜72，該懸掛物體71的平均密度大於該儲液箱61內之液體610的密度，且該懸掛物體71設在該儲液箱61內之液體610的液面而被該液體610之浮力向上托持，該光纖線纜72貫穿該懸掛物體71並與該懸掛物體71相組接，該光纖線纜72之纖芯上刻寫有光柵，該光纖線纜72從該懸掛物體71之頂部延伸而出後固接於該儲液箱61之頂部，並延伸出該儲液箱61而進一步連接一光掃描儀。其中，該懸掛物體71對該光纖纜線72施予一預定拉力，使該光柵保持於一預設狀態，且當一光訊號進入該光纖纜線72並通過該光柵後，會產生一反射訊號。

當其中一儲液箱61所設置處發生沉陷現象時，該儲液箱61的位置會隨之下陷，而由於該些儲液箱61以連通管62相連通，故其他儲液箱61內的液體會朝該位置下陷的儲液箱61流動，直到各儲液箱61內之液體的液面再次達到位於同一平面。此時，各儲液箱61內之液體610的液面高度降低，該懸掛物體71受重力與浮力的影響而軸向拉伸該光纖纜線72，使該光纖纜線72上之光柵的間距發生變化，相應地，該光訊號通過光柵所產生的反射訊號也會產生變化。監測人員可藉由偵測該反射訊號的變化而得知某處是否有地層下陷或邊坡塌陷、土石滑落等現象，以便適時採取各項預警措施。

惟由於上述現有技術之沉陷感測裝置一般來說都是裝設在戶外，而戶外的環境嚴苛，無論溫度或濕度都變化大，尤其在夏季強烈陽光的直射下，更會使得各儲液箱61內的液體大量蒸散，導致各儲液箱61內之液體的液面高度降低，一旦該液體610的液面降低至低於該懸掛物體71，將產生訊號誤判的情況。如上所述，因此現有技術之沉陷感測裝置仍有待進一步改良之處。

有鑑於前述現有技術所存在的問題，本發明的創作目的在於提供一種具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其利用補液箱來隨時補充儲水箱中的液體，以令感測器能保持正常運作，同時避免頻繁的人工補液作業。

為了達到上述的創作目的，本發明採用的技術手段係使一具補水機構之連通管式沉陷感測裝置包括： 多個儲液箱，每一儲液箱內儲放有液體，該些儲液箱之間以連通管相連通； 多個液位感測器，該些液位感測器分別裝設在該儲液箱； 一補液箱，其係設於位置高於該儲液箱之液體的液面處，該補液箱內儲放有補充液； 一進氣管，該進氣管之一上開口端連通該補液箱內所儲放之補充液，該進氣管之一下開口端伸入該儲液箱內所儲放之液體； 一補液管，該補液管之一上開口端連通該補液箱內所儲放之補充液，該補液管之一下開口端伸入該儲液箱內所儲放之液體； 其中，該補液箱內的補充液流入並充滿於該進氣管和該補液管，並且該補液管之下開口端伸入該儲液箱之液體的長度大於該進氣管之下開口端伸入該儲液箱之液體的長度。

上述補液箱能裝設在其中一儲液箱的頂部。

上述補液箱能裝設在其中一儲液箱的頂部，且設有該補液箱的儲液箱上未裝設該液位感測器。

上述液位感測器能為光纖光柵感測器。

上述每一光纖光柵感測器能具有一懸掛物體與一光纖線纜，該懸掛物體懸吊在該儲液箱內之液體上，該光纖線纜貫穿該懸掛物體並與該懸掛物體相組接，該光纖線纜之纖芯上刻寫有光柵，該光纖線纜從該懸掛物體之頂部延伸而出，並固接於該儲液箱之頂部。

所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置能進一步具有多個溫度感測器，該些溫度感測器分別裝設在該儲液箱，並且監測該光纖光柵感測器之環境溫度。

上述液位感測器亦能為磁致伸縮位移傳感器、振弦式傳感器或靜壓式液位傳感器。

上述每一儲液箱上能開設一氣孔。

本發明的優點在於，當各儲液箱內之液體因周圍環境之溫度或濕度之影響而逐漸蒸散，直到在頂部設有該補液箱之儲液箱的液體的液面逐漸下降至低於該進氣管之下開口端時，依據流體力學，該補液箱內的補充液會從該補液管流入下方的儲液箱，並經由該連通管同時對各儲液箱內的液體進行補充，直到該進氣管之下開口端又淹沒於該儲液箱內之液體中，令各儲液箱內之液體的液面能維持位於一合宜的高度，避免因為過早發生液面低於懸掛物體，而導致產生訊號誤判的情況。

以下配合圖式及本發明之較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定創作目的所採取的技術手段。

參見圖1、圖2及圖8所示，本發明之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置包括多個儲液箱10、多個液位感測器20、20A、一補液箱30、一進氣管41與一補液管42。

每一儲液箱10內儲放有液體101，且該些儲液箱10之間以連通管11相連通，藉此，根據流體力學之連通管原理，各儲液箱10內之液體101的液面會維持位於同一平面。又，所述每一儲液箱10上開設有一氣孔12，使各儲液箱10內部之液體101承受與外部之大氣壓力相同的壓力。

該些液位感測器20、20A分別裝設在該儲液箱10，用以偵測各儲液箱10內所儲放之液體101的液面高度變化。

如圖2所示，在本發明的其中一具體實施方式中，該液位感測器20係以光纖光柵感測器為例，其中，每一光纖光柵感測器具有一懸掛物體21與一光纖線纜22，該懸掛物體21的平均密度大於該儲液箱10內之液體101的密度，且該懸掛物體21設在該儲液箱10內之液體101的液面而被該液體101之浮力向上托持，該光纖線纜22貫穿該懸掛物體21並與該懸掛物體21相組接，該光纖線纜22之纖芯上刻寫有光柵，該光纖線纜22從該懸掛物體21之頂部延伸而出，並固接於該儲液箱10之頂部後，進一步連接一光掃描儀。又，每一儲液箱10內還能裝設一溫度感測器50，該溫度感測器50用以監測該光纖光柵感測器之環境溫度，由於該光纖線纜22中之光柵的間距會同時受到溫度及應力的影響，故藉由監測光纖光柵感測器之環境溫度，可以在計算光柵變化時補償或減扣掉因溫度效應而被影響的部分，以準確得到因沉陷變化引致的光柵變化值。上述光纖線纜22中之光柵為現有技術之感測儀器，恕不多加贅述。

配合參見圖2所示，該補液箱30設於位置高於該儲液箱10之液體101的液面處，該補液箱30內儲放有補充液301。

該進氣管41具有一上開口端411與一下開口端412，該進氣管41之上開口端411連通該補液箱30內所儲放之補充液301，該進氣管41之下開口端412伸入該儲液箱10內所儲放之液體101。該補液管42亦具有一上開口端421與一下開口端422，該補液管42之上開口端421連通該補液箱30內所儲放之補充液301，該補液管42之下開口端422伸入該儲液箱10內所儲放之液體101。其中，前述補液箱30內的補充液301流入並充滿於該進氣管41和該補液管42，並且該補液管42伸入該儲液箱10之液體101的長度大於該進氣管41伸入該儲液箱10之液體101的長度。

藉由如上所述之設計，當各儲液箱10內之液體101因周圍環境之溫度或濕度之影響而逐漸蒸散，直到在頂部設有該補液箱30之儲液箱10的液體101的液面逐漸下降至低於該進氣管41之下開口端412時，依據流體力學，該補液箱30內的補充液301會從該補液管42流入下方的儲液箱10，並經由該連通管11同時對各儲液箱10內的液體101進行補充，直到該進氣管41之下開口端412又淹沒於該儲液箱10內之液體101中，令各儲液箱10內之液體101的液面能維持位於一合宜的高度，避免因為過早發生液面低於懸掛物體21，而導致產生訊號誤判的情況。

如圖1及圖2所示，在本發明的第一較佳實施例中，該補液箱30裝設在其中一儲液箱10的頂部。

參見圖3所示，當其中一儲液箱10所設置的位置發生沉陷現象，使得該儲液箱10的位置隨之向下移動一第一高度H1時，其他位置未下陷之儲液箱10內的液體101會朝該位置下陷之儲液箱10流動，直到各儲液箱10內之液體101的液面達到位於同一平面。

進一步參見圖4所示，若上述液面高度調整後之各儲液箱10內的液體101液面低於該進氣管41之下開口端412，則該補液箱30內的補充液301會從該補液管42流入下方的儲液箱10，再經由該連通管11同時對各儲液箱10內的液體101進行補充，直到該進氣管41之下開口端412又淹沒於該儲液箱10內之液體101中。其中，對前述位置下陷之儲液箱10來說，其內部之液體101的量增加、液面上升，使得該位置下陷之儲液箱10上所設之液位感測器20的懸掛物體21所受的浮力增加，使該光纖纜線22上之光柵的間距發生縮小的變化，相應地，一光訊號通過光柵所產生的反射訊號也會產生變化，使監測人員能夠得知某處是否有地層下陷或邊坡塌陷、土石滑落等現象，以便適時採取各項預警措施。

參見圖5所示，在本發明的第二較佳實施例中，設有該補液箱30的儲液箱10'上也能不裝設該液位感測器20，使該補液箱30以及設有該補液箱30的儲液箱10'單純作為補充其他儲液箱10內的液體101之用。

參見圖6所示，當其中一儲液箱10所設置的位置發生沉陷現象，使得該儲液箱10的位置隨之向下移動一第二高度H2時，其他位置未下陷之儲液箱10、10'內的液體101會朝該位置下陷之儲液箱10流動，直到各儲液箱10、10'內之液體101的液面達到位於同一平面。

進一步參見圖7所示，同樣地，若上述液面高度調整後之各儲液箱10內的液體101液面低於該進氣管41之下開口端412，則該補液箱30內的補充液301會從該補液管42流入下方的儲液箱10'，再經由該連通管11同時對各儲液箱10、10'內的液體101進行補充，直到該進氣管41之下開口端412又淹沒於該儲液箱10'內之液體101中。對前述位置下陷之儲液箱10來說，其內部之液體101的量增加、液面上升，故也能由其上所設置之液位感測器20來得知某處是否有地層下陷或邊坡塌陷、土石滑落等現象，以便適時採取各項預警措施。

因此，如圖3及圖4、圖6及圖7所示，本發明之設有補液箱30的連通管式沉陷感測裝置雖然也會在所處之位置的高度發生變化時調整各儲液箱10、10'內的液體101量上升至淹過該進氣管41之下開口端412而停止，但仍能藉由各別儲液箱10上所設置之液位感測器20來偵測到高度發生變化的現象。

另如圖8所示，為本發明的另一具體實施方式，其中該液位感測器20A也能是一磁致伸縮位移傳感器，該磁致伸縮位移傳感器具有一控制模組23A、一波導管24A、一浮體25A與一磁環26A。該控制模組23A裝設在該儲液箱10上，該波導管24A內設有以磁致伸縮材料製成的感應元件，該波導管24A的上端組接於該控制模組23A、下半部則伸入該儲液箱10內的液體101中，使該波導管24A呈縱向延伸的形態設置在該儲液箱10內。該浮體25A的平均密度小於該儲液箱10內之液體101的密度而漂浮在該液體101的液面上，並能隨該液體101的液面升降而上下移動，該浮體25A之一頂面與一底面之間設有一穿孔251A，該磁環26A固設在該浮體25A上，並與該浮體25A的穿孔251A同軸設置。前述波導管24A貫穿該浮體25A之穿孔251A以及該磁環26A，且未拘束該浮體25A及磁環26A在鉛直方向上的運動。

前述控制模組23A產生一電流脈衝在該波導管24A內傳輸，該電流脈衝所產生的磁場與該磁環26A的磁場相互用而在該波導管24A上產生一訊號至該控制模組23A，由於該訊號在該波導管24A內的傳輸時間和該磁環26A與控制模組23A之間的距離成正比，故能藉此感測該儲液箱10內之液體101的液面高度變化。

除了上述光纖光柵感測器和磁致伸縮位移傳感器之外，該液位感測器20、20A也能是振弦式傳感器、靜壓式液位傳感器等等各種能偵測該儲液箱10內之液面高度變化的裝置。

以上所述僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在未脫離本發明技術方案的範圍內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10,10':儲液箱 101:液體 11:連通管 12:氣孔 20,20A:液位感測器 21:懸掛物體 22:光纖線纜 23A:控制模組 24A:波導管 25A:浮體 251A:穿孔 26A:磁環 30:補液箱 301:補充液 41:進氣管 411:上開口端 412:下開口端 42:補液管 421:上開口端 422:下開口端 50:溫度感測器 H1:第一高度 H2:第二高度 61:儲液箱 610:液體 62:連通管 70:光纖感測器 71:懸掛物體 72:光纖線纜

圖1為本發明第一較佳實施例之部分元件的立體外觀示意圖。 圖2為本發明第一較佳實施例的側視示意圖。 圖3為本發明第一較佳實施例於其中一儲液箱之高度位置發生變化時，各儲液箱的液面尚未達到平衡的側視示意圖。 圖4為本發明第一較佳實施例於其中一儲液箱之高度位置發生變化時，各儲液箱的液面達到平衡後的側視示意圖。 圖5為本發明第二較佳實施例的側視示意圖。 圖6為本發明第二較佳實施例於其中一儲液箱之高度位置發生變化時，各儲液箱的液面尚未達到平衡的側視示意圖。 圖7為本發明第二較佳實施例於其中一儲液箱之高度位置發生變化時，各儲液箱的液面達到平衡後的側視示意圖。 圖8為本發明第三較佳實施例的側視示意圖，其中該液位感測器為一磁致伸縮位移傳感器。 圖9為現有技術之側視示意圖。

10:儲液箱

12:氣孔

20:液位感測器

21:懸掛物體

22:光纖線纜

30:補液箱

41:進氣管

42:補液管

50:溫度感測器

Claims (9)

1. 一種具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其包括多個儲液箱、多個液位感測器、一補液箱、一進氣管與一補液管，其中： 每一儲液箱內儲放有液體，該些儲液箱之間以連通管相連通； 該些液位感測器分別裝設在該儲液箱； 該補液箱設於位置高於該儲液箱之液體的液面處，該補液箱內儲放有補充液； 該進氣管之一上開口端連通該補液箱內所儲放之補充液，該進氣管之一下開口端伸入該儲液箱內所儲放之液體； 該補液管之一上開口端連通該補液箱內所儲放之補充液，該補液管之一下開口端伸入該儲液箱內所儲放之液體； 其中，該補液箱內的補充液流入並充滿於該進氣管和該補液管，並且該補液管之下開口端伸入該儲液箱之液體的長度大於該進氣管之下開口端伸入該儲液箱之液體的長度。
2. 如請求項1所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其中，該補液箱裝設在其中一儲液箱的頂部。
3. 如請求項1所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其中，該補液箱裝設在其中一儲液箱的頂部，且設有該補液箱的儲液箱上未裝設該液位感測器。
4. 如請求項1至3中任一項所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其中該液位感測器為光纖光柵感測器。
5. 如請求項4所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其中，每一光纖光柵感測器具有一懸掛物體與一光纖線纜，該懸掛物體懸吊在該儲液箱內之液體上，該光纖線纜貫穿該懸掛物體並與該懸掛物體相組接，該光纖線纜之纖芯上刻寫有光柵，該光纖線纜從該懸掛物體之頂部延伸而出，並固接於該儲液箱之頂部。
6. 如請求項4所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其進一步具有多個溫度感測器，該些溫度感測器分別裝設在該儲液箱，並且監測該光纖光柵感測器之環境溫度。
7. 如請求項5所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其進一步具有多個溫度感測器，該些溫度感測器分別裝設在該儲液箱，並且監測該光纖光柵感測器之環境溫度。
8. 如請求項1至3中任一項所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其中該液位感測器為磁致伸縮位移傳感器、振弦式傳感器或靜壓式液位傳感器。
9. 如請求項1至3中任一項所述之具補水機構之連通管式沉陷感測裝置，其中每一儲液箱上開設有一氣孔。

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