TW201312079A - 光纖光柵旋轉式角度計 - Google Patents

Abstract

本發明係一種光纖光柵旋轉式角度計，其係包括一殼體、一旋轉件及至少一光纖光柵，其中：該殼體係一中空管體，於二端各組設一第一蓋板，各該第一蓋板並開設一供旋轉件穿設之穿孔，於該殼體外側沿其軸向凹設一導軌，該導軌底部並鋪設一墊片，該槽軌並具一與其相配合之磁性滑塊；該旋轉件係包括一第一旋轉桿及一螺旋環繞於該第一旋轉桿外緣之磁性導動片，該旋轉件係容設於該殼體內；以及該至少一光纖光柵係貼附裝設於該墊片之上端面；藉由上述之結構，則當角度變化時，則旋轉件轉動並帶動該磁性導動片，該磁性滑丟受其與磁性導動片之作用力而偏移相同角度，使得該光纖光柵受該磁性滑塊之壓抵而令該波長發生變化，則利用該波長變化情形即可量測得旋轉件之相對角度變化。

Description

光纖光柵旋轉式角度計

本發明係一種關於光纖光柵角度計，尤指一種利用磁性滑塊壓抵光纖光柵造成其波長變化之光纖光柵旋轉式角度計。

由於光纖的發明與應用，光纖感測器為全光路監測系統，使得傳統利用銅導線做為傳輸工具及電子元件做為感測器的方式有了重大的變革。光纖光柵感測器的應用相當廣泛，不僅可以量測壓力，氣體的溫度、濕度和濃度，亦可以針對物體動態訊號檢測，如：推力、加速器或扭力等等。利用光纖光柵之旋轉、扭力、彎曲等特性以量測物體變形的角度之光纖光柵角度感測器，近年來已愈來愈熱門。

將角度感測器加以應用即可針對各種相對角度的偵測出旋轉位置。光纖感測器常結合結構封裝或複合材料，加以應用於工業界，並利用其特點作旋轉角度量測，其靈敏度高，且不受電磁波干擾和能於惡劣環境下使用。利用將FBG黏貼在彈性元件上，製作成旋轉位置感測器。而習知的角度計，其缺點為量測旋轉位置時，單方向旋轉週數受到嚴重限制，即於進行單方向數週之旋轉角度量測後，必須施以反方向之旋轉歸位後方能繼續使用。這對角度感測器於船艦或飛機上之應用如風速、風向儀等等，相當不便。

本發明之主要目的係欲解決角度感測器於旋轉角度感測時，單方向旋轉週數受到嚴重限制之問題，且僅運用觀察一根光纖光柵波長變化之簡單角度量測方式，而提供一種光纖光柵旋轉式角度計；為達上述目的，本發明之一種光纖光柵旋轉式角度計，其係包括一殼體、一旋轉件及至少一光纖光柵，其中：該殼體係一中空管體，於二端各組設一第一蓋板，各該第一蓋板並開設一供旋轉件穿設之穿孔，於該殼體外側沿其軸向凹設一導軌，該導軌底部並鋪設一墊片，該槽軌並具一與其相配合之磁性滑塊；該旋轉件係包括一第一旋轉桿及一螺旋環繞於該第一旋轉桿外緣之磁性導動片，該旋轉件係容設於該殼體內；以及該至少一光纖光柵係貼附裝設於該墊片之上端面；藉由上述結構，當角度變化時，則旋轉件轉動並帶動該磁性導動片，該磁性滑丟受其與磁性導動片之作用力而偏移相同角度，使得該光纖光柵受該磁性滑塊之壓抵而令該波長發生變化，則利用該波長變化情形即可量測得旋轉件之相對角度變化。

請參考圖1至圖6，本發明係一種光纖光柵旋轉式角度計，其係包括一殼體10、一旋轉件20及至少一光纖光柵30，其中：該殼體10係一中空管體，於該管體之二端各組設一第一蓋板11，各該第一蓋板11並開設一穿孔111，以供旋轉件20穿設，並令該旋轉件20可於該穿孔111中活動旋轉，各該穿孔111尚可組設至少一軸承12，以供該旋轉件20穿設後，可大幅增加其旋轉時的順暢度，該殼體10於其外側沿管體之軸向凹設一導軌13，該導軌底部並鋪設一墊片14，該墊片14係可為矽膠、橡膠、樹脂或塑膠等材料所構成之軟質的墊體，該導軌13並具有一與其相配合之磁性滑塊15，另，該殼體10之導軌13外側尚可組設一可保護該光纖光柵30之第二蓋板16，而該磁性滑塊15與該第二蓋板16及光纖光柵30之接觸面係可塗覆具潤滑效果之潤滑油、潤滑劑或油；該旋轉件20係包括一第一旋轉桿21及一磁性導動片22，該磁性導動片22係環繞設置於該第一旋轉桿21之外緣，於本實施例中，該磁性導動片22係至少環繞該第一旋轉桿21一圈，該旋轉件20係以該第一旋轉桿21之二端分別穿設於該殼體10二端蓋板11之穿孔111或組設於該穿孔111之軸承12中，又，該第一旋轉桿21之二端沿其軸向並分別組設有一第二旋轉桿23，其中，該第二旋轉桿23之直徑係較該第一旋轉桿21為小，則該旋轉件20即藉由各該第二旋轉桿23分別穿設於該殼體10二端蓋板11之穿孔111或組設於該穿孔111之軸承12中，並可活動旋轉。

該至少一光纖光柵30係貼附於該導軌13之墊片14之上端面，該磁性滑塊15則疊壓於該光纖光柵30之上端，該光纖光柵30係可為未進行表面拋光或已進行表面拋光之布拉格光纖光柵、長週期光纖光柵、週期漸變型光纖光柵或超結構型光纖光柵，於本實施例中係以已進行表面拋光之週期漸變型光纖光柵為實施態樣。

本發明之光纖光柵旋轉式角度計係藉該磁性滑塊15與該磁性導動片22間之磁性作用力相互吸引，即，當該磁性滑塊15係為一磁鐵，而該磁性導動片22係與該滑塊15相互配合之磁條、磁片或鐵磁性材料，或者，該磁性導動片22係為磁條或磁片，而該磁性滑塊15係為與該磁性導動片22相配合之磁鐵或鐵磁性材料，進而令該磁性滑塊15壓抵該光纖光柵30，俾可使得該光纖光柵30之波長產生變化，利用該變化與角度變化間之關係，即可推得該旋轉之相對角度。

請參考圖5係本創作之量測架構圖，先將本發明之光纖光柵旋轉式角度計之光纖端31經由一光纖耦合器40而一端連接一光源50，一端則連接到一光譜分析儀60，當轉動旋轉件20時，則臨近該磁性滑塊15之磁性導動片22與該磁性滑塊15之相對位置改變，該磁性滑塊15因與磁性導動片22間之作用力而產生移動，進而壓抵到該週期漸變型光纖光柵之不同位置，則於其光譜上其相對應之波長將會發生變化(如圖6所示)，由不同的旋轉角度造成該磁性滑塊15壓抵到週期漸變型光纖光柵的不同位置，而於不同的波長產生變化，利用波長改變的量與該旋轉角度間之關係，則可推得該旋轉件之相對旋轉角度。

本發明之光纖光柵旋轉式角度計係藉由該旋轉件20之轉動而獲得光纖光柵波長變化與角度的關係，該旋轉件20係可順時針或逆時針進行轉動，即可進行多方向之旋轉，有效解決習知技術僅能進行單向旋轉及量測之問題，而本發明係利用光纖光柵30為感測元件，相較電子式的角度計更具有避免電磁干擾的優點，俾令本發明於許多無法使用電子式感測器的特殊環境下進行量測，使得本發明能使用的範圍更加廣泛。

綜上所述，藉本發明之光纖光柵旋轉式角度計其旋轉結構可達成非僅能單向旋轉之目的，且其旋轉之週數不受限制，故，相較於昔知的角度計，除可使用於角度相關之應用外，更有利於如風速、風向儀等特殊應用，藉本發明之光纖光柵旋轉式角度計其旋轉結構可達成非僅能單向旋轉之目的，且其旋轉之週數不受限制，故，相較於昔知的角度計，除可使用於角度相關之應用外，更有利於如風速、風向儀等特殊應用，本創作確實已經達於突破性之結構，而具有改良之創作內容，同時又能夠達到產業上利用性與進步性，且本創作未見之於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法第二十一條、第二十二條之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請　鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

唯以上所述，僅為本創作之一可行實施例而已，當不能以之限定本創作實施之範圍；即大凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。

10．．．殼體

11．．．第一蓋板

111．．．穿孔

12．．．軸承

13．．．導軌

14．．．墊片

15．．．磁性滑塊

16．．．第二蓋板

20．．．旋轉件

21．．．第一旋轉桿

22．．．磁性導動片

23．．．第二旋轉桿

30．．．光纖光柵

31．．．光纖端

40．．．光纖耦合器

50．．．光源

60．．．光譜分析儀

圖1係本發明之立體結構示意圖。

圖2係本發明之正向剖面示意圖。

圖3係本發明之側向剖面示意圖。

圖4係本發明之旋轉件結構示意圖。

圖5係本發明之量測架構示意圖。

圖6係本發明之波長變化示意圖。

10．．．殼體

11．．．第一蓋板

111．．．穿孔

12．．．軸承

13．．．導軌

16．．．第二蓋板

23．．．第二旋轉桿

31．．．光纖端

Claims (10)

1. 一種光纖光柵旋轉式角度計，其係包括一殼體、一旋轉件及至少一光纖光柵，其中：該殼體係一中空管體，於二端各組設一第一蓋板，各該第一蓋板並開設一供旋轉件穿設之穿孔，於該殼體外側沿其軸向凹設一導軌，該導軌底部並鋪設一墊片，該槽軌並具一與其相配合之磁性滑塊；該旋轉件係包括一第一旋轉桿及一螺旋環繞於該第一旋轉桿外緣之磁性導動片，該旋轉件係容設於該殼體內；以及該至少一光纖光柵係貼附裝設於該墊片之上端面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中該殼體於導軌處尚具有一第二蓋板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中該墊片係為矽膠、橡膠、樹脂或塑膠等所構成之軟質墊體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中該旋轉件之第一旋轉桿二端沿軸向尚分別裝設一第二旋轉桿。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中該第二旋轉桿之直徑係較該第一旋轉桿之直徑為小。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中各該穿孔間尚組設至少一軸承。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中該光纖光柵係為未進行表面拋光或已進行表面拋光之布拉格光纖光柵、長週期光纖光柵、週期漸變型光纖光柵或超結構型光纖光柵。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中該磁性滑塊係為一磁鐵，而該磁性導動片則係與其相對應之磁條、磁片或鐵磁性材料。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中該磁性導動片係為一磁條或磁片，而該磁性滑塊則係與其相對應之磁鐵或鐵磁性材料。
10. 如申請專利範圍第2項所述之光纖光柵旋轉式角度計，其中該磁性滑塊與該第二蓋板及光纖光柵之接觸面係可塗覆具潤滑效果之潤滑油、潤滑劑或油。