TWM458545U - 光纖傾斜感測裝置 - Google Patents

Description

光纖傾斜感測裝置

本新型是有關於一種傾斜感測裝置，特別是指一種光纖傾斜感測裝置。

近年來受到矚目與大力發展的光纖感測器是種不錯的選擇。光纖具有細小、質輕、抗電磁干擾、集訊號傳輸與傳感於一體，且耐高溫抗腐蝕等優點，其直徑僅數十至一百多微米。光纖運輸具有低干擾與損耗，頻寬極大高穩定等優勢，故將結構安全檢測或監測系統與光纖通訊結合，成為工程科技的新枝。

現在國內極需研發可靠性與穩定性高的監測量測技術與系統，平時可監測結構體之使用情形，更可於水災、風災、地震等災害來臨時或災害發生後，做持續且即時之監測，以供機械與機電工程相關單位評估結構體之安全。

而先前技術的問題點，並沒有有實做出判斷建築物的狀態，一般而言，建築物：大樓、橋與山區道路，以現行的技術，並無法判斷建築物現在是否在安全的狀態，因為有時建築物可能只有少許的傾斜或位移，但常久下來，可能會造成潛在的危險。

再者，若要進行遠距離的測量，用現行的感測器，也無法得到有效的感測值。

有鑑以上的問題點，實在有必解決量測建築物安全的問題，此為所有廠商所要努力的方向。

因此，本新型之目的，即在提供一種光纖傾斜感測裝置，包含：支柱，連接基座。上圓盤支架，具有一凹洞，連接支柱。第一預拉器設置上圓盤支架側邊。第二預拉器設置上圓盤支架側邊。第三預拉器設置上圓盤支架側邊。第四預拉器設置上圓盤支架側邊。第五預拉器設置下圓盤側邊。第六預拉器設置下圓盤側邊。第七預拉器，設置下圓盤側邊。第八預拉器設置下圓盤側邊。掛環，設置下圓盤上。掛勾連接掛環。鐵球設置於上圓盤支架之凹洞裏。懸掛線懸掛線之一端連接鐵球，懸掛線另一端連接掛勾。第一光纖線之一端連接第一預拉器，第一光纖線之另一端連接第五預拉器，當一第一入射光波進入第一光纖線而反射一第一反射光波。第二光纖線之一端連接第二預拉器，第二光纖線之另一端連接第六預拉器，當一第二入射光波進入第二光纖線而反射一第二反射光波。第三光纖線，第三光纖線之一端連接第三預拉器，第三光纖線之另一端連接第七預拉器，當一第三入射光波進入第三光纖線而反射一第三反射光波。第四光纖線之一端連接第四預拉器，第四光纖線之另一端連接第八預拉器，當一第四入射光波進入第四光纖線而反射一第四反射光波。擺錘連接線。擺錘連接線連接下圓盤與球型擺錘。其中，依據上圓盤支架的傾斜與下圓盤的水平情形，進而造成第一光纖線、第二光纖線、第三光纖線與第四光纖線是拉直延展狀態，或是變曲狀態的狀態。

於是，本新型之功效在於提供一種光纖傾斜感測裝置，以往的感測器，並無法量測到精確的值，且用以往的感測器也無法進行長距離的感測，而利用光纖線則可進行遠距離的感測。而本新型的性性則提供發射一寬頻光源給予不同的光纖線的特性，並量測反射光的特性以判斷光纖傾斜感測裝置傾斜的角度，這實為本新型的功效。

有關本新型之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本新型之光纖傾斜感測裝置之實施例，包含：支柱20，連接基座10。上圓盤支架40，具有一凹洞，連接支柱20。第一預拉器61設置上圓盤支架40側邊。第二預拉器62設置上圓盤支架40側邊。第三預拉器63設置上圓盤支架40側邊。第四預拉器64設置上圓盤支架40側邊。第五預拉器71設置下圓盤50側邊。第六預拉器72設置下圓盤50側邊。第七預拉器73，設置下圓盤50側邊。第八預拉器74設置下圓盤50側邊。掛環48，設置下圓盤50上。掛勾46連接掛環48。鐵球42設置於上圓盤支架40之凹洞裏。懸掛線42之一端連接鐵球44，懸掛線42另一端連接掛勾46。第一光纖線81之一端連接第一預拉器61，第一光纖線81之另一端連接第五預拉器71，當一第一入射光波進入第一光纖線而反射一第一反射光波。第二光纖線82之一端連接第二預拉器62，第二光纖線28之另 一端連接第六預拉器72，當一第二入射光波進入第二光纖82線而反射一第二反射光波。第三光纖線83之一端連接第三預拉器63，第三光纖線83之另一端連接第七預拉器73，當一第三入射光波進入第三光纖線83而反射一第三反射光波。第四光纖線84之一端連接第四預拉器64，第四光纖線94之另一端連接第八預拉器74，當一第四入射光波進入第四光纖線而反射一第四反射光波。擺錘連接線90，連接該下圓盤50。球型擺錘92，連接該擺錘連接線90。

其中，依據上圓盤支架40的傾斜與下圓盤05的水平情形，進而造成第一光纖線81、第二光纖線82、第三光纖線83與第四光纖線84是拉直延展狀態，或是變曲狀態的狀態。

其中，上圓盤支架40為一體成型，而下圓盤50因有球型擺錘92的原因，所以無論是上圓盤支架40的傾斜多少角度，其下圓盤50因為有球型擺錘92的地心引力的關係，所以下圓盤50則會保持水平，而第一光纖線81、第二光纖線82、第三光纖線83與第四光纖線84可視為傾斜的角度與方向，來決定拉直延展狀態，或是變曲狀態的狀態。

其中，當第一光纖線81為拉直延展狀態，所以第一光纖線的線變長，進而使得第一光纖線81的光柵變長。本新型的第一光纖線81、第二光纖線82、第三光纖線83與第四光纖線84中的光柵與光柵的長度彼此不同。

其中第一光纖線81具有彈性的布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating，簡稱FBG)，且第一光纖線具有複數個光柵，該些光柵之間長度彼此為一第一長度。有關布拉格光纖光柵的該些光柵的製做技術與說明，此為熟習該項技藝人士所熟知，於此，就不加以贅述。

其中第二光纖線82具有彈性的布拉格光纖光柵，且第二光纖線具有複數個光柵，該些光柵之間長度彼此為一第二長度。

其中第三光纖線83具有彈性的布拉格光纖光柵，且第三光纖線具有複數個光柵，該些光柵之間長度彼此為一第三長度。

其中第四光纖線84具有彈性的布拉格光纖光柵，且第四光纖線具有複數個光柵，該些光柵之間長度彼此為一第四長度。

其中，第一長度小於第二長度，第二長度小於第三長度、第三長度小於第四長度。

本新型利用不同的第一光纖線81、第二光纖線82、第三光纖線83與第四光纖線84的光柵長度，使得寬頻光源輸入這些光纖線，而得到不同的第一反射光波的波長、第二反射光波的波長、第三反射光波的波長與第四反射光波的波長，而這些反射波的波長依據布拉格條件，而所謂的布拉格的條件為布拉格條件(Bragg condition)的反射中心波長，跟光纖中核心的有效折射率n _eff ，折射率週期^有關，折射率週期^就是本新型布拉格光纖光柵中該些光柵之間長度。布拉格反射中心波長λ _bragg =2×n _eff ×^。

布拉格光纖光柵(FBG)基本運作模式為：當光纖折射率及週期已製作好後，令入射光為一寬頻光源，打入光纖進到FBG後，在出射端看到的頻譜為波長在λ _bragg 處凹陷的寬頻光，而反射端(原入射寬頻光源處)看到的是波長在λ _bragg 處突起的類似脈衝圖形。

當第一光纖線81為拉直延展狀態，所以第一光纖線81的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第一反射光波的波長不相等於原本所反射的第一反射光波的波長。

其中，當第二光纖線82為拉直延展狀態，所以第二光纖線82的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第二反射光波的波長不相等於原本所反射的第二反射光波的波長。

其中，當第三光纖線83為拉直延展狀態，所以第三光纖線83的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第三反射光波的波長不相等於原本所反射的第三反射光波的波長。

其中，當第四光纖線84為拉直延展狀態，所以第四光纖線84的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第四反射光波的波長不相等於原本所反射的第四反射光波的波長。

其中，當第一光纖線81為拉直延展狀態，所以第一光纖線18的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第一反射光波的振幅不相等於原本所反射的第一反射光波的振幅。

其中，當第二光纖線82為拉直延展狀態，所以第二光纖線82的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第二反射光波的振幅不相等於原本所反射的第二反射光波的振幅。

其中，當第三光纖線83為拉直延展狀態，所以第三光纖線83的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第三反射光波的振幅不相等於原本所反射的第三反射光波的振幅。

其中，當第四光纖線84為拉直延展狀態，所以第四光纖線48的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第四反射光波的振幅不相等於原本所反射的第四反射光波的振幅。

其中，當第一光纖線81為變曲狀態，所以第一光纖線81的線長不變，而使得光走的路徑不變，進而使得第一反射光波的波長相等於原本所反射的第一反射光波的波長。

其中，當第二光纖線82為變曲狀態，所以第二光纖線82的線長不變，而使得光走的路徑不變，進而使得第二反射光波的波長相等於原本所反射的第二反射光波的波長。

其中，當第三光纖線38為變曲狀態，所以第三光纖線83的線長不變，而使得光走的路徑不變，進而使得第三反射光波的波長相等於原本所反射的第三反射光波的波長。

其中，當第四光纖線84為變曲狀態，所以第四光纖線84的線長不變，而使得光走的路徑不變，進而使得第四反射光波的波長相等於原本所反射的第四反射光波的波長。

接著，請參考圖2，本新型光纖傾斜感測裝置之系統圖，寬頻光源器150，用以產生一寬頻光源。光旋轉器152之第一端接收寬頻光源，而從光旋轉器152之第二端發射出去，並光旋轉器152之第二端接收第一反射光波、第二反射光波、第三反射光波與第四反射光波，而由光旋轉器152之第三端發射出第一反射光波、第二反射光波、第三反射光波與第四反射光波。耦合器154連接光旋轉器152與第一光纖線81、第二光纖線82、第三光纖線83與第四光纖線84，用以接收寬頻光源而產生第一入射光波、第二入射光波、第三入射光波與第四入射光波，並接收第一反射光波、第二反射光波、第三反射光波與第四反射光波。其中，第一入射光波、第二入射光波、第三入射光波與第四入射光波的係為寬頻光源。光頻譜分析器156連接光旋轉器152，接收第一反射光波、第二反射光波、第三反射光波與第四反射光波並進行分析。

其中，寬頻光源器150、光旋轉器152與光頻譜分析器156可放置於遠端，當成遠端監控系統，藉以透過光纖傳輸到本發明的第一光纖線81、第二光纖線82、第三光纖線83與第四光纖線84，再藉由反射波的波長，來監控建築物的傾斜角度。

接者，請參考圖3，本新型光纖傾斜感測裝置之詳細實施例，圖3為把基座10放置於某建築物，且往右傾斜，由於球型擺錘很重，所以有一地心引力往下，使得下圓盤50保持水平，而上圓盤支架40由支架固定住，所以基座10 的往右傾斜，上圓盤支架40也會往右傾斜。其中，鐵球42設置於上圓盤支架40之凹洞裏，懸掛線42之一端連接鐵球44，懸掛線42另一端連接掛勾46，掛勾46連接掛環48，懸掛線42由於有鐵球44的支撐，所以當上圓盤支架40也會往右傾斜時，懸掛線42由於有鐵球44的支撐，所以下圓盤50會保持水平。請參考圖4A為上圓盤支架40與下圓盤50保持水平時，而圖4B可以得知上圓盤支架40向右傾斜，且下圓盤50保持水平時的圖。此時，第一光纖線81與第二光纖線82為拉直延展狀態，第三光纖線83與第四光纖線84為變曲狀態。

接著，請參考圖5，可得知原本第一入射光波進入第一光纖線時，由於第一光纖線81為拉直延展狀態，例如：其第一光纖線81的長度可能是原來長度的1.1倍，所以第一光纖線的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第一反射光波的波長λ 1'不相等於原本所反射的第一反射光波的波長λ 1。

請參考圖5，可得知原本第二入射光波進入第二光纖線82時，由於第二光纖線82為拉直延展狀態，例如：其第二光纖線82的長度可能是原來長度的1.1倍，所以第二光纖線82的線變長，而使得光走的路徑變長，進而使得第二反射光波的波長λ 2'不相等於原本所反射的第二反射光波的波長λ 2。

請參考圖5，可得知原本第三入射光波進入第三光纖線83時，由於第三光纖線83為變曲狀態，所以第三光纖線 83的線長不變，而使得光走的路徑不變，進而使得第三反射光波的波長λ 3'相等於原本所反射的第三反射光波的波長λ 3。

參考圖5，可知原第四入射光波進入第四光纖線84時，由於第四光纖線84為變曲狀態，所以第四光纖線84的線長不變，而使得光走的路徑不變，進而使得第四反射光波的波長λ 4'相等於原本所反射的第四反射光波的波長λ 4。

所以最後由光頻譜分析器156連接光旋轉器152，接收第一反射光波、第二反射光波、第三反射光波與第四反射光波並進行分析，可得知第一反射光波的波長λ 1'與第二反射光波的波長λ 2'不同於原本的第一反射光波的波長λ 1、第二反射光波的波長λ 2，而第三反射光波的波長λ 3'與第四反射光波λ 4'的波長相同於原本的第三反射光波的波長λ 3與第四反射光波的波長λ 4，經由這些分析，我們可以得知最後，所得到的傾斜角度，藉以得知現在建築物是否在安全的狀態下。

再者，除了判斷波長外，也可以依據波長的偏移而量測偏移的振幅，由第一反射光波偏移波長λ 1'的振幅與第一反射光波正常波長λ 1的振幅，由圖4可以得知二者振幅已經不相同。相同的，由第二反射光波偏移波長λ 2'的振幅與第二反射光波正常波長λ 2的振幅，由圖4可以得知二者振幅已經不相同。

此外，本新型光纖傾斜感測裝置，具有架構簡單、安裝容易，不受外界電磁波的干擾等優點，故可應用於日常 生活中的許多公共建設，例如：監控大樓、橋樑的傾斜情形，重要電塔的傾斜狀況、或古蹟的傾斜監控、高空纜車重要樑柱的傾斜情況監控等等。本新型光纖傾斜感測裝置除了可用於以共建設及建築物外，亦可用於精密儀器的對準，操作平台的平衡、飛機的起飛與降落定位、行動機器人的監控等，可用的範圍可說是相當的廣闊。

本新型之目的在於提供一種光纖傾斜感測裝置，以往的感測器，無法量測到準確的水平位移，且進行遠距離的量測。而本新型，發射一寬頻光波給予不同的光纖線，這些光纖線可能為拉直或彎曲的狀況，並量測反射光的波長特性以判斷光纖傾斜感測裝置傾斜的角度，且利用光纖線可以達成進行遠距離監控，這實為本新型的目的。

綜合上述，故可以達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧基座

20‧‧‧支柱

40‧‧‧上圓盤支架

42‧‧‧鐵球

44‧‧‧懸掛線

46‧‧‧掛勾

48‧‧‧掛環

50‧‧‧下圓盤

61‧‧‧第一預拉器

62‧‧‧第二預拉器

63‧‧‧第三預拉器

64‧‧‧第四預拉器

71‧‧‧第五預拉器

72‧‧‧第六預拉器

73‧‧‧第七預拉器

74‧‧‧第八預拉器

81‧‧‧第一光纖線

82‧‧‧第二光纖線

83‧‧‧第一光纖線

84‧‧‧第二光纖線

90‧‧‧擺錘連接線

92‧‧‧球型擺錘

150‧‧‧寬頻光源器

152‧‧‧光旋轉器

154‧‧‧耦合器

156‧‧‧光頻譜分析器

圖1是光纖傾斜感測裝置之實施例；圖2是光纖傾斜感測裝置之系統圖；圖3是光纖傾斜感測裝置之詳細實施例；圖4A是光纖傾斜感測裝置之詳細實施例之側面圖；圖4B是光纖傾斜感測裝置之詳細實施例之側面圖；及圖5是光纖傾斜感測裝置之詳細實施例之波型圖。

10‧‧‧基座

20‧‧‧支柱

40‧‧‧上圓盤支架

42‧‧‧鐵球

44‧‧‧懸掛線

46‧‧‧掛勾

48‧‧‧掛環

50‧‧‧下圓盤

61‧‧‧第一預拉器

62‧‧‧第二預拉器

63‧‧‧第三預拉器

64‧‧‧第四預拉器

71‧‧‧第五預拉器

72‧‧‧第六預拉器

73‧‧‧第七預拉器

74‧‧‧第八預拉器

81‧‧‧第一光纖線

82‧‧‧第二光纖線

83‧‧‧第三光纖線

84‧‧‧第四光纖線

90‧‧‧擺錘連接線

92‧‧‧球型擺錘

Claims (7)

1. 一種光纖傾斜感測裝置，包含：一基座；一支柱，連接該基座；一上圓盤支架，具有一凹洞，連接該支柱；一第一預拉器，設置該上圓盤支架側邊；一第二預拉器，設置該上圓盤支架側邊；一第三預拉器，設置該上圓盤支架側邊；一第四預拉器，設置該上圓盤支架側邊；一下圓盤；一第五預拉器，設置該下圓盤側邊；一第六預拉器，設置該下圓盤側邊；一第七預拉器，設置該下圓盤側邊；一第八預拉器，設置該下圓盤側邊；一掛環，設置該下圓盤上；一掛勾，連接該掛環；一鐵球，設置於該上圓盤支架之該凹洞裏；一懸掛線，該懸掛線之一端連接該鐵球，該懸掛線另一端連接該掛勾；一第一光纖線，該第一光纖線之一端連接該第一預拉器，該第一光纖線之另一端連接該第五預拉器，當一第一入射光波進入該第一光纖線而反射一第一反射光波；一第二光纖線，該第二光纖線之一端連接該第二預拉器，該第二光纖線之另一端連接該第六預拉器， 當一第二入射光波進入該第二光纖線而反射一第二反射光波；一第三光纖線，該第三光纖線之一端連接該第三預拉器，該第三光纖線之另一端連接該第七預拉器，當一第三入射光波進入該第三光纖線而反射一第三反射光波；一第四光纖線，該第四光纖線之一端連接該第四預拉器，該第四光纖線之另一端連接該第八預拉器，當一第四入射光波進入該第四光纖線而反射一第四反射光波；一擺錘連接線，連接該下圓盤；及一球型擺錘，連接該擺錘連接線；其中，依據該上圓盤支架的傾斜與該下圓盤的水平情形，進而造成該第一光纖線、該第二光纖線、該第三光纖線與該第四光纖線是拉直延展狀態，或是變曲狀態的狀態。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之光纖傾斜感測裝置，更包含：一寬頻光源器，用以產生一寬頻光源；一光旋轉器，該光旋轉器之第一端接收該寬頻光源，而從該光旋轉器之第二端發射出去，並該光旋轉器之第二端接收該第一反射光波、該第二反射光波、該第三反射光波與該第四反射光波，而由該光旋轉器之第三端發射出該第一反射光波、該第二反射光波、該第三反射光波與該第四反射光波； 一耦合器，連接該光旋轉器與該第一光纖線、該第二光纖線、該第三光纖線與該第四光纖線，用以接收該寬頻光源而產生該第一入射光波、該第二入射光波、該第三入射光波與該第四入射光波，並接收該第一反射光波、該第二反射光波、該第三反射光波與該第四反射光波；及一光頻譜分析器，連接該光旋轉器，接收該第一反射光波、該第二反射光波、該第三反射光波與該第四反射光波並進行分析。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之光纖傾斜感測裝置，其中該第一光纖線具有彈性的布拉格光纖光柵，且該第一光纖線具有複數個光柵，該些光柵之間長度彼此為一第一長度。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之光纖傾斜感測裝置，其中該第二光纖線具有彈性的布拉格光纖光柵，且該第二光纖線具有複數個光柵，該些光柵之間長度彼此為一第二長度。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之光纖傾斜感測裝置，其中該第三光纖線具有彈性的布拉格光纖光柵，且該第三光纖線具有複數光柵，該些光柵之間長度為一第三長度。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之光纖傾斜感測裝置，其中該第四光纖線具有彈性的布拉格光纖光柵，且該第四光纖線具有複數光柵，該些光柵之間長度為一第四長度。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之光纖傾斜感測裝置，其 中，該第一長度小於該第二長度，該第二長度小於該第三長度、該第三長度小於該第四長度。