TWM464474U - 全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統 - Google Patents

Description

全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統

本創作係關於一種具有智能手機語音示警之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，特別是關於一種具有光柵以及通訊裝置之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，用以測量橋樑土木結構，以即時透過通訊裝置傳送警示訊號至使用端，警示訊號傳至使用者手機，再以人語方式主動告知橋樑安全狀態。

土木設施攸關人民之生命財產安全至鉅，許多土木設施如橋樑、道路、隧道、水庫、港灣等之興建已漸趨飽合，土木設施之發展與管理計畫將逐漸由興建轉換為維修保養。另一方面，台灣早年土地開發未重視水土保持工作，加上地震、颱風等天災頻仍，水文、地文已呈相對不穩定的現象。

許多新近完成之土木設施，在使用年限內即出現結構安全堪慮之現象。對舊有的橋樑結構來說，為使其能達到設計之使用年限，或因經濟因素之考量必須延長使用壽命等，其使用情形需要有一套即時的監測裝置，以對此等工程結構體所隱藏的安全性加以長期性之監測，以即時發現問題，並加以適當之維修或補強，防止因結構體損壞所造成之生命財產損失。

土木設施之結構安全監測時點將由過去著重於施工興建階 段逐漸轉換至營運使用階段。遠距與即時監測可有效降低監測成本，強化預警功能，並據以作為規劃土木設施修繕保養及更新替換之經費調配優先順序，為建立土木設施安全管理之必要手段。

對新構造物而言，如即將興建之高速鐵路工程或其他重要的結構工程，其結構體所需之品質、安全要求與使用年限，均較一般土木結構高，此時監測裝置，更將扮演重要角色，以確保其安全與服務功能。

本創作目的在以經濟、有效率的量測技術，協助橋樑管理者執行平時橋樑檢測作業；地震或洪水時，即時橋樑安全監測，當發生突發狀況時，即時傳送警示，以提供用路人保護與防救災管理。

本創作目的之一係提供一種具有智能手機語音示警之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，特別是關於一種具有光柵與通訊裝置之光纖感測裝置之光纖感測裝置，其可用以作為測量橋樑土木結構之高程計、位移計、水位計、鋼纜振動計，以即時透過通訊裝置傳送警示訊號發出警示置使用者端，作即時之處理。

本創作目的之一係提供感測技術，協助橋樑管理者執行平時橋樑檢測作業，地震或洪水時，即時橋樑安全監測，以保護用 路人與防救災管理。

本創作之一實施例係提供一種全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，該全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統係用以測量一物理參數，包括：穩定裝置、光纖感測裝置、光學裝置以及訊號處理裝置。光纖感測裝置係包含：光纖、光纖、兩個熱收縮套管、纜線、至少一測量區段與測量裝置。測量區段，其位於該熱收縮套管之間，其中測量區段係設置於光纖內，且纜線之一端係連接穩定裝置，且相對於該穩定裝置之該熱收縮套管為一固定端，該纜線之另一端係連接該固定端。測量裝置係設置於光纖之該測量區段內。其中，測量裝置為一光柵。

光學裝置係設置於光纖感測裝置之另一端，光學裝置係發射一光訊號進入光纖，且光學裝置係接收光訊號由測量區段反射之一反射訊號。訊號處理裝置係耦合光學裝置。穩定裝置之一端係連接光纖感測裝置，以提供測量區段一預定拉力，使測量區段保持於第一狀態。測量區段受一應變時，測量區段係為一第二狀態，當該測量區段為該第二狀態時，反射訊號產生一訊號變動。隨後，訊號處理裝置係轉換反射訊號為物理參數。其中，上述之物理參數包含距離、震動頻率、水位高度、高度差、重量。

本創作之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統更包含一管筒裝置，係用以包覆於光纖以及測量區段。管筒裝置係傳遞一應變至光纖感測裝置之測量區段。

於一實施例，本創作之穩定裝置為一漂浮裝置或一保麗龍，穩定裝置之另一端連接光纖感測裝置之該纜線，該穩定裝置提供一浮力至該纜線，該光纖之測量區段預定拉力，使測量區段保持於該第一狀態。

穩定裝置為一緩衝裝置或一彈簧，穩定裝置之另一端係連接於一待測物。

於另一實施例，本創作之穩定裝置為一配重裝置或一鉛塊，穩定裝置之另一端連接光纖感測裝置之該纜線，該穩定裝置提供一重力至該纜線，該光纖之測量區段係受到預定拉力，使測量區段保持於第一狀態。

本創作於又一目的，係提供一種全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，該全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統係用以測量一物理參數，包括：穩定裝置、光纖感測裝置、光學裝置、訊號處理裝置以及通訊裝置。光纖感測裝置係包含：光纖、光纖、兩個熱收縮套管、纜線、至少一測量區段與測量裝置。測量區段，其位於該熱收縮套管之間，其中測量區段係設置於光纖內，且纜線之一端係連接穩定裝置，且相對於該穩定裝置之該熱收縮套管為一固定端，該纜線之另一端係連接該固定端。測量裝置係設置於光纖之該測量區段內。其中，測量裝置為一光柵。

光學裝置係設置於光纖感測裝置之另一端，光學裝置係發射一光訊號進入光纖，且光學裝置係接收光訊號由測量區段反射 之一反射訊號。訊號處理裝置係耦合光學裝置。穩定裝置之一端係連接光纖感測裝置，以提供測量區段一預定拉力，使測量區段保持於第一狀態。測量區段受一應變時，測量區段係為一第二狀態，當該測量區段為該第二狀態時，反射訊號產生一訊號變動。隨後，訊號處理裝置係轉換反射訊號為物理參數。其中，上述之物理參數包含距離、震動頻率、水位高度、高度差、重量。此外，通訊裝置連接訊號處理裝置，當反射訊號產生訊號變動時，訊號處理裝置係控制該通訊裝置傳送一警示訊號。其中，通訊裝置係藉由一無線網路或一有線網路傳送警示訊號。警示訊號係以簡訊、電子郵件、或與音訊息之方式傳送置使用者。

本創作之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統更包含一管筒裝置，係用以包覆於光纖以及測量區段。管筒裝置係傳遞一應變至光纖感測裝置之測量區段。

本創作之穩定裝置為一漂浮裝置或一保麗龍，穩定裝置之另一端連接光纖感測裝置之該纜線，該穩定裝置提供一浮力至該纜線，該光纖之測量區段預定拉力，使測量區段保持於該第一狀態。其中，上述之穩定裝置為緩衝裝置或一彈簧，穩定裝置之另一端係連接於一待測物。

於另一實施例，本創作之穩定裝置為一配重裝置或一鉛塊，穩定裝置之另一端連接光纖感測裝置之該纜線，該穩定裝置提供一重力至該纜線，該光纖之測量區段係受到預定拉力，使測 量區段保持於第一狀態。

藉由具有光纖光柵之感測器作為橋樑結構之測量工具，其不但可作為多種橋樑之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，即時監測橋樑之狀況，於警急狀況時亦可經由傳通訊裝置傳送警示訊號通知管理者，隨時掌握橋樑現況，使管理者在第一時間做出正確之處置，減少災情之擴大。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參考以下有關本創作之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明之使用，並非用以限制本創作。

第1A圖係根據本創作之一實施例之一高程計100示意圖。圖中繪示高程計100具有第一壓克力管102以及第二壓克力管104。第一連通管152係連接於第一壓克力管102與第二壓克力管104之間。第一壓克力管102以及第二壓克力管104內部係放置一液體，其間係以第一連通管152連通，根據物理中之連通管原理，第一壓克力管102以及第二壓克力管104內液體之液面高度係維持同一水平面。第1A圖具有第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112以及第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114，其分別設置於第一壓克力管102以及第二壓克力管104內部。由圖所示，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112之一端係連接於一第一固定 端122另一端係藉由第一穩定裝置1120漂浮於液體中，且相對於第一穩定裝置1120之第一熱收縮套管11230為一第一固定端122，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112藉由第一熱收縮套管11230固定於第一壓克力管102，於此實施例，第一穩定裝置1120例如為一保麗龍圓柱，第一穩定裝置1120下方係連接一圓板鐵塊1121，以提供第一穩定裝置1120向下之重力。第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114之一端係連接於第二固定端124另一端係藉由第二穩定裝置1140漂浮於液體中，且相對於第二穩定裝置1140之第二熱收縮套管11430為第二固定端124，第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114藉由第二熱收縮套管11430固定於第二壓克力管104。於此實施例，第二穩定裝置1140例如為一保麗龍圓柱，第二穩定裝置1140下方係連接一圓板鐵塊1141，以提供第一穩定裝置1120向下之重力。

於此實施例中，第一穩定裝置1120以及第二穩定裝置1140為漂浮裝置或保麗龍。第一穩定裝置1120之另一端係連接第一光纖感測裝置1122之第一纜線11228，於此實施例為一碳纖線，以及第二穩定裝置1140之另一端係連接第二光纖感測裝置1142之第二纜線11428，於此實施例為一碳纖線。藉由第一穩定裝置1120之浮力，其提供第一光纖感測裝置1122一預定拉力，使第一測量區段11222保持於第一狀態。同理，第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114之一端係連接 於一第二固定端124，另一端係藉由第二穩定裝置1140漂浮於液體中，並藉由第二穩定裝置1140之浮力，其提供第二光纖感測裝置1142一預定拉力，使第二測量區段11422保持於第一狀態。

於此實施例中，高程計100係包含兩個壓克力管以及兩個全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，然，高程計亦包含其他數目壓克力管與全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統之組合態樣，例如，三個壓克力管與三個全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，在此舉出一例僅用以說明，其數目並非以此為限。需說明的是，高程計所包含壓克力管與全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統數目之組合態樣，需視待測橋樑結構之長度而配置。

第1B圖係根據第1A圖高程計中之第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112示意圖。如圖所示，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112包括：第一穩定裝置1120、第一光纖感測裝置1122、第一光學裝置1124以及第一訊號處理裝置1126。第一光纖感測裝置1122係包含：第一光纖11220、第一測量區段11222、第一測量裝置11224以及第一管筒裝置11226、第一纜線11228以及兩個第一熱收縮套管11230。第一熱收縮套管11230因受熱而產生收縮。第一纜線11228之兩端藉由第一熱收縮套管11230相對應第一光纖11220之兩端相互接合；第一測量區段11222係設置於 光纖11220內，位於第一熱收縮套管11230之間。第一測量裝置11224係設置於第一光纖11220之第一測量區段11222內。

第一管筒裝置11226包覆於第一光纖11220以及第一測量區段11222，用以提供保護第一光纖11220以及第一測量區段11222。第一光纖感測裝置1122之一端係連接第一穩定裝置1120。於此實施例中，第一測量裝置11224係為一光柵。

第一光學裝置1124係設置於第一光纖感測裝置1122之一端。第一光學裝置1124係發射一光訊號S1進入第一光纖11220，且第一光學裝置1124亦用以接收光訊號S1由第一測量區段11222反射之一反射訊號S2。光訊號S1係為一寬頻光訊號，當其通過第一測量裝置11224(即光柵)時，滿足光柵布拉格條件之特定波長，並反射反射訊號S2至第一光學裝置1124。第一訊號處理裝置1126係耦合至第一光學裝置1124。第一光學裝置1124與第一訊號處理裝置1126係經由第一耦合器1129耦合至第一光纖感測裝置1122。第一穩定裝置1120係連接第一光纖感測裝置1122，以提供第一測量區段11222一預定拉力，使第一測量區段11222保持於第一狀態。第一管筒裝置11226係用以傳遞一應變至第一光纖感測裝置1122之第一測量區段11222。

當第一測量區段11222受外力所施加之一應變時，第一測量區段11222係因所受之拉力改變，因此造成第一測量區 段11222轉變為第二狀態，此時反射訊號S2係產生第一訊號變動。隨後，第一訊號處理裝置1126係將產生第一訊號變動之反射訊號S2轉換為物理參數。當反射訊號S2產生訊號變動時，第一訊號處理裝置1126係傳送一警示訊號Sw至一使用端U1。需說明的是，第1B圖僅以第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112作為作為說明，關於第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114之結構與動作原理亦相同，在此不再贅述。

請參考第1A圖、第1B圖以及第2A圖。第2A圖係根據本創作之另一實施例之一高程計示意圖。於此實施例，高程計100係與第1A圖之實施例相同，其中，第2A圖繪示高程計100中第一壓克力管102下沉之實施例，當第一壓克力管102下沉時，第一固定端122係隨之下沉，第一熱收縮套管11230係同時帶動第一光纖感測裝置1122移動，最終，第一纜線11228傳導亦使第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112之第一穩定裝置1120浮力改變，則第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112可測得下沉之事件發生。本實施例中，第一穩定裝置1120以及第二穩定裝置1140例如為漂浮裝置或保麗龍。

第一壓克力管102以及第二壓克力管104之間係以第一連通管152連通，其液面係維持同一液面高度，於實際測量，如第3B圖所示，第3B圖係為根據本創作之另一實施例 之一高程計設置於一橋樑之兩橋墩之示意圖，兩壓克力管位102、104係分別設置橋墩340、342上，由於正常情況下，橋墩340、342係位於同一水平面上，因此，其內部所填充之液體係維持同一水平面。因此，使第一穩定裝置1120下沉至液體中之體積更大，深度更深，浮力亦更大，藉此亦改變第一光纖感測裝置112之第一纜線11228之拉力，且第一光纖11220之第一測量區段11222由第一狀態變為第二狀態。第一光學裝置1124發射一光訊號S1進入第一光纖11220之第一測量裝置11224，即為一光柵，由於第一測量區段11222由第一狀態變為第二狀態，光訊號S1經由光柵反射之反射訊號S2相對應產生第一訊號變動。隨後，第一訊號處理裝置1126係根據反射訊號S2轉換為物理參數，即下降高度值，並通知使用者，藉此達到即時監控預警之功能。於實際測量情況，如第3C圖所示，其中第3C圖根據本創作之另一實施例之一高程計設置於一橋樑之兩橋墩之示意圖。當橋墩340下沉，則第一壓克力管102亦下沉，因此，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112受拉力向下。第一光纖感測裝置1122亦受牽引向下，導致第一穩定裝置1120同步拉扯第一光纖感測裝置1122。

請參考第1C、1D圖，第1C圖係根據本創作之另一實施例之高程計100示意圖。第1D圖係根據第1C圖高程計中之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112示意圖。高程計 100具有第一壓克力管102以及第二壓克力管104。第一連通管152係連接於第一壓克力管102與第二壓克力管104之間。第一壓克力管102以及第二壓克力管104內部係放置一液體，其間係以第一連通管152連通，根據物理中之連通管原理，第一壓克力管102以及第二壓克力管104內液體之液面高度係維持同一水平面。第1C圖具有第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112以及第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114，其分別設置於第一壓克力管102以及第二壓克力管104內部。由圖所示，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112之一端係連接於一第一固定端122另一端係藉由第一穩定裝置1120漂浮於液體中，且相對於第一穩定裝置1120之第一熱收縮套管11230為一第一固定端122，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112藉由第一熱收縮套管11230固定於第一壓克力管102，於此實施例，第一穩定裝置1120例如為一保麗龍圓柱，第一穩定裝置1120下方係連接一圓板鐵塊1121，以提供第一穩定裝置1120向下之重力。第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114之一端係連接於第二固定端122另一端係藉由第二穩定裝置1140漂浮於液體中，且相對於第二穩定裝置1140之第二熱收縮套管11430為第二固定端124，第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114藉由第二熱收縮套管11430固定於第二壓克力管104。於此實施例，第二穩定裝置1140例如為一保麗龍 圓柱，第二穩定裝置1140下方係連接一圓板鐵塊1141，以提供第一穩定裝置1120向下之重力。

於此實施例中，第一穩定裝置1120以及第二穩定裝置1140為漂浮裝置或保麗龍。第一穩定裝置1120之另一端係連接第一光纖感測裝置1122之第一纜線11228，於此實施例為一碳纖線，以及第二穩定裝置1140之另一端係連接第二光纖感測裝置1142之第二纜線11428，於此實施例為一碳纖線。藉由第一穩定裝置1120之浮力，其提供第一光纖感測裝置1122一預定拉力，使第一測量區段11222保持於第一狀態。同理，第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114之一端係連接於一第二固定端124，另一端係藉由第二穩定裝置1140漂浮於液體中，並藉由第二穩定裝置1140之浮力，其提供第二光纖感測裝置1142一預定拉力，使第二測量區段11422保持於第一狀態。

於此實施例中，高程計100係包含兩個壓克力管以及兩個全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，然，高程計亦包含其他數目壓克力管與全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統之組合態樣，例如，三個壓克力管與三個全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，在此舉出一例僅用以說明，其數目並非以此為限。需說明的是，高程計所包含壓克力管與全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統數目之組合態樣，需視待測橋樑結構之長度而配置。

請參考第1D圖，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112包括：第一穩定裝置1120、第一光纖感測裝置1122、第一光學裝置1124以及第一訊號處理裝置1126。第一光纖感測裝置1122係包含：第一光纖11220、第一測量區段11222、第一測量裝置11224以及第一管筒裝置11226、第一纜線11228以及兩個第一熱收縮套管11230。第一熱收縮套管11230因受熱而產生收縮。第一纜線11228之兩端藉由第一熱收縮套管11230相對應第一光纖11220之兩端相互接合；第一測量區段11222係設置於第一光纖11220內，位於第一熱收縮套管11230之間。第一測量裝置11224係設置於第一光纖11220之第一測量區段11222內。

第一管筒裝置11226包覆於第一光纖11220以及第一測量區段11222，用以提供保護第一光纖11220以及第一測量區段11222。第一光纖感測裝置1122之一端係連接第一穩定裝置1120。於此實施例中，第一測量裝置11224係為一光柵。

第一光學裝置1124係設置於第一光纖感測裝置1122之一端。第一光學裝置1124係發射一光訊號S1進入第一光纖11220，且第一光學裝置1124亦用以接收光訊號S1由第一測量區段11222反射之一反射訊號S2。光訊號S1係為一寬頻光訊號，當其通過第一測量裝置11224(即光柵)時，滿足光柵布拉格條件之特定波長，並反射反射訊號S2至第一光學裝置1124。第一訊號處理裝置1126係耦合至第一光學裝置1124。 第一光學裝置1124與第一訊號處理裝置1126係經由第一耦合器1129耦合至第一光纖感測裝置1122。第一穩定裝置1120係連接第一光纖感測裝置1122，以提供第一測量區段11222一預定拉力，使第一測量區段11222保持於第一狀態。第一管筒裝置11226係用以傳遞一應變至第一光纖感測裝置1122之第一測量區段11222。

當第一測量區段11222受外力所施加之一應變時，第一測量區段11222係因所受之拉力改變，因此造成第一測量區段11222轉變為第二狀態，此時反射訊號S2係產生第一訊號變動。隨後，第一訊號處理裝置1126係將產生第一訊號變動之反射訊號S2轉換為物理參數。當反射訊號S2產生訊號變動時，第一訊號處理裝置1126係傳送一警示訊號Sw至一使用端U1。需說明的是，第1D圖僅以第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112作為作為說明，關於第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114之結構與動作原理亦相同，在此不再贅述。

請參考第1C圖、第1D圖以及第2B圖。第2B圖係根據本創作之另一實施例之一高程計示意圖。於此實施例，高程計100係與第1C圖之實施例相同，其中，第2B圖繪示高程計100中第一壓克力管102下沉之實施例，當第一壓克力管102下沉時，第一固定端122係隨之下沉，第一熱收縮套管11230係同時帶動第一光纖感測裝置1122移動，最終，第一 纜線11228傳導亦使第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112之第一穩定裝置1120浮力改變，則第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112可測得下沉之事件發生。本實施例中，第一穩定裝置1120以及第二穩定裝置1140例如為漂浮裝置或保麗龍。

第一壓克力管102以及第二壓克力管104之間係以第一連通管152連通，其液面係維持同一液面高度，於實際測量，如第3B圖所示，第3B圖係為根據本創作之另一實施例之一高程計設置於一橋樑之兩橋墩之示意圖，兩壓克力管位102、104係分別設置橋墩340、342上，由於正常情況下，橋墩340、342係位於同一水平面上，因此，其內部所填充之液體係維持同一水平面。因此，使第一穩定裝置1120下沉至液體中之體積更大，深度更深，浮力亦更大，藉此亦改變第一光纖感測裝置112之第一纜線11228之拉力，且第一光纖11220之第一測量區段11222由第一狀態變為第二狀態。第一光學裝置1124發射一光訊號S1進入第一光纖11220之第一測量裝置11224，即為一光柵，由於第一測量區段11222由第一狀態變為第二狀態，光訊號S1經由光柵反射之反射訊號S2相對應產生第一訊號變動。隨後，第一訊號處理裝置1126係根據反射訊號S2轉換為物理參數，即下降高度值，並通知使用者，藉此達到即時監控預警之功能。

請參考第1C、1D以及2B圖，於此實施例第一全光纖式全 橋橋樑安全監測整合系統112包含第一通訊裝置1128，第一通訊裝置1128連接第一訊號處理裝置1126。當反射訊號S2產生訊號變動時，第一訊號處理裝置1126係控制第一通訊裝置1128傳送一警示訊號Sw至一使用端U1，其中，警示訊號Sw傳至使用端U1手機，再以人語方式主動告知橋樑安全狀態。第一通訊裝置1128係藉由無線網路或有線網路傳送警示訊號Sw。需說明的是，警示訊號Sw係以簡訊、電子郵件或語音訊息之方式傳送。

請參考第3E圖，其為根據本創作之一實施例之具有智能手機語音示警之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統示意圖。請參考第3E圖，舉例來說，第一通訊裝置1128係經由網路傳送警示訊號Sw傳至橋樑管理者U1之手機U11，同時，第一通訊裝置1128亦啟動警示裝置350，例如警示燈號、警鈴或語音示警，以提供附近之用路人警示之用。

本創作亦提供一種感測方法，其方法之流程圖如第3A圖所示。為說明本創作之感測方法實施例，並配合第1A圖、第1B圖以及第2圖，該感測方法包含下列步驟：

步驟304提供第一光纖感測裝置1122以及第二光纖感測裝置1142、第一光纖11220、第二光纖11420、第一光學裝置1124、第一訊號處理裝置1126以及第一穩定裝置1120、第二穩定裝置1140。

由第1A、1B圖所示，高程計100具有第一壓克力管102、 第二壓克力管104以及。第一連通管152係連接於第一壓克力管102與第二壓克力管104之間。由於第一壓克力管102以及第二壓克力管104相互連通，因此，當兩壓克力管位於同一水平面時，其內部所填充之液體係維持同一水平面，且第一穩定裝置1120、第二穩定裝置1140為相同體積、相同材料之穩定裝置，因此，第一穩定裝置1120、第二穩定裝置1140皆位於同一水平面。於實際測量，如第3B圖所示，第3B圖係為根據本創作之另一實施例之一高程計設置於一橋樑之兩橋墩之示意圖，兩壓克力管位102、104係分別設置橋墩340、342上，由於正常情況下，橋墩340、342係位於同一水平面上，因此，其內部所填充之液體係維持同一水平面。

步驟306製作第一測量裝置11224於第一光纖11220之第一測量區段11222。製作第二測量裝置11424於第二光纖11420之第二測量區段11422。如第1A圖所示。其中，第一測量裝置11224以及第二測量裝置11424係為一光柵結構。提供第一光纖11220、兩個第一熱收縮套管11230、第一纜線11228於第一光纖感測裝置1122，第一纜線11228之兩端藉由第一熱收縮套管11230相對應第一光纖11220之兩端相互接合，第一測量區段11222位於第一熱收縮套管11230之間，第一纜線11228之一端係連接第一穩定裝置1120。第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112之一端係藉由第一穩定裝置1120漂浮於液體中，且相對於第一穩定裝置1120之第 一熱收縮套管11230為一第一固定端122，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112藉由第一熱收縮套管11230固定於第一壓克力管102。

提供第二光纖11420、兩個第二熱收縮套管11430、第二纜線11428於第二光纖感測裝置1142。第二纜線11428之兩端藉由第二熱收縮套管11430相對應第二光纖11420之兩端相互接合，第二測量區段11422位於第二熱收縮套管11430之間，第二纜線11428之一端係連接第二穩定裝置1140，第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114之一端係藉由第二穩定裝置1140漂浮於液體中，且相對於第二穩定裝置1140之第二熱收縮套管11430為第二固定端124，第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統114藉由第二熱收縮套管11430固定於第二壓克力管104。

於本創作之一實施例中，為提供光纖一保護，係更提供第一管筒裝置11226以及第二管筒裝置11426，步驟318。第一管筒裝置11226包覆於第一光纖11220以及第一測量區段11222外，當受到一應變時，第一管筒裝置11226係傳遞該應變至第一光纖感測裝置1122之第一測量區段11222。將第二管筒裝置11426包覆於第二光纖11420以及第二測量區段11422外，當受到一應變時，第二管筒裝置11426係傳遞應變至第二光纖感測裝置1142之第二測量區段11422。

步驟308，將第一光學裝置1124耦合至第一光纖感測裝 置1122之一端，第一光學裝置1124係發射一光訊號S1進入第一光纖11220，且第一光學裝置1124係接收光訊號S1由第一測量區段11222所反射之一反射訊號S2。光訊號S1’進入第一光纖11220，且第一光學裝置1124係接收光訊號S1’由第二測量區段11422所反射之一反射訊號S2’。

步驟310，將第一訊號處理裝置1126耦合第一光學裝置1124。將第二訊號處理裝置1146耦合第二光學裝置1144。於本實施例中，步驟310之後更包含步驟320。步驟320係將第一光纖感測裝置1122之另一端耦合至第一穩定裝置1120。將第二光纖感測裝置1142之另一端耦合至第二穩定裝置1140。

步驟312，第一穩定裝置1120經由第一光纖感測裝置1122，提供第一測量區段11222一預定拉力，則第一測量區段11222係保持於第一狀態。連接第二穩定裝置1140至第二光纖感測裝置1142，以提供第二測量區段11422一預定拉力，則第二測量區段11422係保持於第一狀態。

步驟314，對第一測量區段11222施加一應變，以使第一測量區段11222轉變為一第二狀態。本實施例中所施加一應變例如為高程計100設置於一橋樑之兩橋墩上，當其中之一橋墩高度產生變動所造成者，於其他實施例，此應變亦可為伸縮縫所造成縫距變動所造成者。於實際測量情況，如第3C圖所示，其中第3C圖根據本創作之另一實施例之一高程計 設置於一橋樑之兩橋墩之示意圖。當橋墩340下沉，則第一壓克力管102亦下沉，因此，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112受拉力向下。第一光纖感測裝置1122亦受牽引向下，導致第一穩定裝置1120同步拉扯第一光纖感測裝置1122。

由於，第一壓克力管102以及第二壓克力管104之間係以第一連通管152連通，其液面係維持同一液面高度，因此，使第一穩定裝置1120下沉至液體中之體積更大，深度更深，浮力亦更大，藉此亦改變第一光纖感測裝置1122之拉力。同時，造成第一測量區段11222則由第一狀態變為第二狀態，反射訊號S2係產生第一訊號變動。第一訊號處理裝置1126係將產生第一訊號變動之反射訊號S2轉換為物理參數，步驟316。

步驟322，第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112係提供第一通訊裝置1128。第一通訊裝置1128係連接第一訊號處理裝置1126。當反射訊號S2產生訊號變動時，第一訊號處理裝置1126係控制第一通訊裝置1128傳送警示訊號Sw至一使用端U1，警示訊號Sw傳至使用端U1手機，再以人語方式主動告知橋樑安全狀態。第一通訊裝置1128係藉由無線網路或有線網路傳送警示訊號Sw。需說明的是，警示訊號Sw係以簡訊、電子郵件或語音訊息之方式傳送。第3E圖，係為根據本創作之一實施例之具有智能手機語音示警之全光 纖式全橋橋樑安全監測整合系統示意圖。請參考第3E圖，舉例來說，第一通訊裝置1128係經由網路傳送警示訊號Sw傳至橋樑管理者U1之手機U11，同時，第一通訊裝置1128亦啟動警示裝置350，例如警示燈號、警鈴或語音示警，以提供附近之用路人警示之用。

於又一實施例，請參考第4A、4B、4C圖，第4A圖為根據本創作之一實施例之一鋼纜振頻監測計示意圖。第4B圖，係為根據第4A圖之鋼纜振頻監測計掛設於鋼纜之示意圖。第4C圖為將第4A圖之鋼纜振頻監測計設置於一斜張橋之示意圖。如圖所示，鋼纜振頻監測計412係例如懸掛於一斜張橋430之其中之某一鋼纜420上，用以監測鋼纜420之振動頻率。此實施例中，鋼纜振頻監測計412之結構係相似於第1B圖中之第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112，其差異僅在於第1B圖中，第一穩定裝置1120為一漂浮裝置或一保麗龍；而本實施例之穩定裝置4120係為一為一保麗龍圓柱，如第4A圖所示，穩定裝置4120藉由圓板鐵塊4121作為配重裝置放置於水450中，其所受之重力提供光纖光柵41224一預定拉力，使光纖光柵41224保持於第一狀態。光纖光柵41224上方之一熱收縮套管41230固定於支撐板440，另一下方之熱收縮套管41230藉由碳纖線41228與穩定裝置4120連接。本實施例中鋼纜振頻監測計412除了穩定裝置4120以外之結構外，其他係與第1B圖中之第一全光纖式 全橋橋樑安全監測整合系統112相同，因此不再贅述。

鋼纜振頻監測計412藉由吊線460綁在鋼纜420上吊著，如第4B圖所示。當鋼纜420振動時，鋼纜振頻監測計412係隨鋼纜420而振動，因此，提供鋼纜振頻監測計412光纖光柵41224一應變。光纖光柵41224係變為第二狀態，進而在反射訊號S2產生訊號變動，如第4A圖所示。隨後，訊號處理裝置係將產生訊號變動之反射訊號轉換為物理參數(即振動頻率)，藉由頻率轉換得知鋼纜420之張力T，以提供監視鋼纜420之即時振動狀況，以即時測得斜張橋430任一條鋼纜420之振動情形，如第4D圖所示。其中，上述之張力，即為鋼纜張力T，其公式為：

W：鋼纜單位長度重量

L：鋼纜長度

g：重力加速度

f ₁ ：鋼纜振動基頻

於另一實施例，請參考第3D、5圖，其係為根據本創作之一實施例之一位移計示意圖。如圖所示，位移計512之一端係經由一鋼絲520經由穩定裝置5120連接於B點，其另一端係透過光纖51220連接於A點，藉由位移計512以測量A、B兩點之位移。此實施例中，位移計512之結構係相似 於第1B圖中之第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112，其差異僅在於第一穩定裝置1120為一漂浮裝置或一保麗龍；而本實施例之穩定裝置5120係為一緩衝裝置或一彈簧，用以藉由彈力提供該測量區段預定拉力，以提供其緩衝，使測量區段51222保持於第一狀態。本實施例中位移計512除了穩定裝置5120以外之結構係與第1B圖中之第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統112相同，因此不再贅述。

當A、B兩點間之位移改變時，位移計512之測量區段51222受到拉扯，係受到一應變，因而從第一狀態變為第二狀態，進而在反射訊號S2產生訊號變動。隨後，訊號處理裝置係將產生訊號變動之反射訊號轉換為物理參數(即位移)，以提供監視A、B兩點之即時位移量，未圖示。本實施例係可用於橋樑伸縮縫348之監測，當伸縮縫348之縫距便大時，位移計512之測量區段51222受到拉扯，係受到一應變，而即時監測橋樑之安全狀況，如第3D圖所示。

請參考第6A、6B圖所示，第6A圖係根據本創作之一實施例之水位計示意圖。第6B圖係根據第6A圖水位計設置於橋樑上之示意圖。水位計612係具有穩定裝置6120、光纖61220、吊掛線620、測量區段61222以及探針650。測量區段61222包含光柵61224。其中，測量區段61222係黏貼於探針650上。吊掛線620係吊掛於橋樑之護欄660，並向下垂吊，藉由穩定裝置6120提供一重力，以穩定測量區段 61222。其中，探針650垂下距離河水664水面之距離，係可根據使用者所欲設定之警戒水位而定。當河水664之水面上升時，水位計612之測量區段61222受到一應變，藉由測得光柵61224之波長，以得知何時觸碰到水面，如第6C圖所示，並提出警示。

上述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統係利用光纖內部之光柵用作測量，藉由感測其反射訊號之變動，得知其物理量之變動，作為測量橋樑土木結構之高程計、位移計以及振頻監測計。本創作之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統亦可用以作為其他全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統使用，本創作中所述僅為例示，並非以此為限。

以上所述僅為本創作之較佳實施例而已，並非用以限定本創作之申請專利範圍；凡其它未脫離本創作所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100‧‧‧高程計

102‧‧‧第一壓克力管

104‧‧‧第二壓克力管

112‧‧‧第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統

1120‧‧‧第一穩定裝置

1121‧‧‧圓板鐵塊

1122‧‧‧第一光纖感測裝置

11220‧‧‧第一光纖

11222‧‧‧第一測量區段

11224‧‧‧第一測量裝置

11226‧‧‧第一管筒裝置

11228‧‧‧第一纜線

11230‧‧‧第一熱收縮套管

1124‧‧‧第一光學裝置

1126‧‧‧第一訊號處理裝置

1128‧‧‧第一通訊裝置

1129‧‧‧第一耦合器

114‧‧‧第二全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統

1140‧‧‧第二穩定裝置

1142‧‧‧第二光纖感測裝置

11420‧‧‧第二光纖

1141‧‧‧圓板鐵塊

11422‧‧‧第二測量區段

11424‧‧‧第二測量裝置

11426‧‧‧第二管筒裝置

11428‧‧‧第二纜線

11430‧‧‧第二熱收縮管

S1、S1’‧‧‧光訊號

S2、S2’‧‧‧反射訊號

Sw‧‧‧警示訊號

U1‧‧‧使用端

122‧‧‧第一固定端

124‧‧‧第二固定端

152‧‧‧第一連通管

302~324‧‧‧方法

340、342‧‧‧橋墩

344、346‧‧‧橋面

348‧‧‧伸縮縫

412‧‧‧鋼纜振頻監測計

4120‧‧‧穩定裝置

4121‧‧‧圓板鐵塊

4122‧‧‧光纖感測裝置

41222‧‧‧測量區段

41224‧‧‧光纖光柵

41220‧‧‧光纖

41226‧‧‧管筒裝置

41228‧‧‧碳纖線

41230‧‧‧熱收縮套管

420‧‧‧鋼纜

430‧‧‧斜張橋

440‧‧‧支撐板

450‧‧‧水

460‧‧‧吊線

512‧‧‧位移計

5120‧‧‧穩定裝置

51220‧‧‧光纖

51222‧‧‧測量區段

51224‧‧‧測量裝置

51226‧‧‧管筒裝置

520‧‧‧鋼絲

612‧‧‧水位計

6120‧‧‧穩定裝置

61220‧‧‧光纖

61222‧‧‧測量區段

61224‧‧‧光柵

620‧‧‧吊掛線

650‧‧‧探針

660‧‧‧護欄

664‧‧‧河水

W‧‧‧鋼纜單位長度重量

L‧‧‧鋼纜長度

g‧‧‧重力加速度

f ₁ ‧‧‧鋼纜振動基頻

第1A圖，係根據本創作之一實施例之一高程計示意圖；第1B圖，係根據第1A圖高程計中之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統示意圖；第1C圖，係根據本創作之另一實施例之高程計示意圖。

第1D圖，係根據第1C圖高程計中之全光纖式全橋橋樑 安全監測整合系統示意圖。

第2A圖，係根據本創作之另一實施例之一高程計示意圖；第2B圖，係根據本創作之另一實施例之一高程計示意圖；第3A圖，係為根據本創作之一實施例之感測方法流程圖；第3B圖，根據本創作之另一實施例之一高程計設置於一橋樑之兩橋墩之示意圖；第3C圖，根據本創作之另一實施例之一高程計設置於一橋樑之兩橋墩之示意圖；第3D圖，根據本創作之另一實施例之應用於橋樑之伸縮縫之示意圖；第3E圖，係為根據本創作之一實施例之具有智能手機語音示警之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統示意圖；第4A圖，係為根據本創作之一實施例之一鋼纜振頻監測計示意圖；第4B圖，係為根據第4A圖之鋼纜振頻監測計掛設於鋼纜之示意圖；第4C圖，係為將第4A圖之鋼纜振頻監測計設置於一斜張橋之示意圖；第4D圖，係第4A圖之鋼纜振頻監測計所測得之振動頻 率圖；第5圖，係為根據本創作之一實施例之一位移計示意圖；第6A圖，係根據本創作之一實施例之水位計示意圖；以及第6B圖，係根據第6A圖水位計設置於橋樑上之示意圖；以及第6C圖，係根據第6A圖水位計所測得之光柵波長圖。

112‧‧‧第一全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統

1120‧‧‧第一穩定裝置

1122‧‧‧第一光纖感測裝置

11220‧‧‧第一光纖

11222‧‧‧第一測量區段

11224‧‧‧第一測量裝置

11226‧‧‧第一管筒裝置

11228‧‧‧第一纜線

11230‧‧‧第一熱收縮套管

1124‧‧‧第一光學裝置

1126‧‧‧第一訊號處理裝置

1128‧‧‧第一通訊裝置

1129‧‧‧第一耦合器

S1‧‧‧光訊號

S2‧‧‧反射訊號

Sw‧‧‧警示訊號

U1‧‧‧使用端

Claims (10)

1. 一種全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，該全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統係用以測量一物理參數，包括：一穩定裝置；以及一光纖感測裝置，其包含一光纖；兩個熱收縮套管，其因受熱而產生收縮；一纜線，其中該纜線之兩端藉由該熱收縮套管相對應該光纖之兩端相互接合；至少一測量區段，其位於該熱收縮套管之間，其中該測量區段係設置於該光纖內，且該纜線之一端係連接該穩定裝置，且相對於該穩定裝置之該熱收縮套管為一固定端；以及一測量裝置，其係設置於該光纖之該測量區段內；一光學裝置，其係設置於該光纖感測裝置之一端，該光學裝置係發射一光訊號進入該光纖，且該光學裝置係接收該光訊號由該測量區段反射之一反射訊號；以及一訊號處理裝置，其係耦合該光學裝置；其中，該穩定裝置之一端係連接該光纖感測裝置之另一端，以提供該測量區段一預定拉力，使該測量區段保持於一第一狀態，該測量區段受一應變時，該測量區段係為一第二狀態，當該測量區段為該第二狀態時，該反射訊號產生一訊號變 動，該訊號處理裝置係轉換該反射訊號為該物理參數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中，該測量裝置為一光柵。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中該穩定裝置為一漂浮裝置或一保麗龍，該穩定裝置之另一端係連接該光纖感測裝置之該纜線，該穩定裝置提供一浮力至該纜線，該光纖之該測量區段係受到該預定拉力，使該測量區段保持於該第一狀態。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中該全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統更包含一管筒裝置，係用以包覆於該光纖以及該測量區段，該管筒裝置係傳遞該應變至該光纖感測裝置之該測量區段。
5. 如申請專利範圍第1項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中該穩定裝置為一配重裝置或一鉛塊，該穩定裝置之另一端係連接該光纖感測裝置之該纜線，該穩定裝置提供一重力至該纜線，該光纖之該測量區段係受到該預定拉力，使該測量區段保持於該第一狀態。
6. 如申請專利範圍第1項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中該穩定裝置為一緩衝裝置或一彈簧，該穩定裝置之另一端係連接於一待測物。
7. 如申請專利範圍第1項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中該物理參數包含一距離、一震動頻率、一水位 高度、一高度差、一重量。
8. 如申請專利範圍第1項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中該全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統更包含一通訊裝置，該通訊裝置連接該訊號處理裝置，當該反射訊號產生該訊號變動時，該訊號處理裝置係控制該通訊裝置傳送一警示訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中該通訊裝置係藉由一無線網路或一有線網路傳送該警示訊號。
10. 如申請專利範圍第8項所述之全光纖式全橋橋樑安全監測整合系統，其中該警示訊號係以簡訊、電子郵件、或與音訊息之方式傳送置一使用者。