压力与剪力量测装置及方法
【专利摘要】一种压力与剪力量测装置及方法，该量测装置包括嵌设有多个用以输出讯号的讯号输出单元的可挠性基材，以及设置于该可挠性基材周围的多个讯号检测器。首先令该可挠性基材承受一负载以使该可挠性基板内的讯号输出单元产生位移，再由多个讯号检测器接收该些讯号输出单元于位移时所输出的讯号，由此可得知该负载施加于该可挠性基材时，该可挠性基材所承受的压力与剪力。
【专利说明】压力与剪力量测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种量测装置的设计，特别是涉及一种可同时量测压力与剪力的量测
装直。
【背景技术】
[0002]压力为物体在单位面积所受的垂直方向的作用力。剪力是一种与表面成正切方向作用而引起滑动或扭转变形的作用力，由于剪力作用方向平行于作用面，因此也常被称为正切力。
[0003]就剪力的量测而言,大致分为磁阻装置(magneto-resistor device)与电容装置(capacitive device)。磁阻装置(magneto-resistor device)可通过悬浮磁铁以及磁电阻材料来量测剪力的变化，磁铁和磁电阻材料分别被置于上下两层，电阻值的改变可以被用来计算两者相对位置的改变，进而推断所受的剪力。至于电容装置(capacitive device)可通过内部的电容值的变化以针对剪力进行量测。该电容装置内包括有上电极与下电极，上电极与下电极之间通过一绝缘体所予以隔离，其原理通过电容值的改变来计算上电极与下电极两者相对位置的改变，进而推断所受的剪力。
[0004]就目前现有技术看来，在进行压力与剪力的量测作业时，大多是将压力与剪力分开量测，尚未有一种方式或装置能够在待测物表面上同时量测压力与剪力，对于像是医疗或是建筑等领域而言，将压力与剪力分开量测对于其产业上的应用仍有其待改进之处。
[0005] 而且，由于现有技术是采用电路量测技术，其结构上是将电路与量测单元结合，当装置中的任一构件损坏时，将导致装置整体无法作动，而必须将装置整体予以更换，无形中增加了成本上的支出。
[0006]因此，如何克服上述现有技术的种种问题，实已成目前亟欲解决的课题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的即是提供一种压力与剪力的量测装置及方法，可同时于量测平面量测该平面上的压力、剪力、压力分布以及剪力分布，以解决现有技术无法同时量测压力及剪力的问题。
[0008]本发明所提供的压力与剪力量测装置包括可挠性基材、多个讯号输出单元以及多个讯号检测器。多个讯号输出单元嵌设于该可挠性基材中并用以输出讯号，多个讯号检测器设置于该可挠性基材周围，用以分别接收该多个讯号输出单元所输出的讯号，且当该可挠性基材承受一负载而使各该讯号输出单元产生位移时，各该讯号检测器依据自各该讯号输出单元所接收的讯号检测出该负载施加于该可挠性基材的压力与剪力。
[0009]本发明还提供一种压力与剪力量测方法，包括以下步骤:1)将多个用以输出讯号的讯号输出单元嵌设于一可挠性基材，并于该可挠性基材周围设置多个讯号检测器；2)令该可挠性基材承受一负载以使该讯号输出单兀因该负载而产生位移，并令该多个讯号输出单元输出讯号；以及3)令设置于该可挠性基材周围的多个讯号检测器接收各该讯号输出单元所输出的讯号，并依据自各该讯号输出单元所接收的讯号检测出该负载施加于该可挠性基材上的压力与剪力。
[0010]由上可知，本发明依据可挠性基材承载负载时造成设置于可挠性基材内的多个讯号输出单元产生垂直方向或水平方向的位移，藉以检测出该负载施加于可挠性基材的压力与剪力并量测可挠性基材的压力及剪力分布，而解决现有技术中无法同时量测压力与剪力的问题。
[0011]此外，由于本发明的压力与剪力量测装置摒除现有技术采用电路量测方式，并且将可挠性基材与讯号检测器分离，因此，当压力与剪力量测装置的任一构件损坏时，可针对损坏的构件单独更换，无需整组更换，有效降低了物料成本的消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的压力与剪力量测装置第一实施例示意图；
[0013]图2为讯号输出单元分布示示意图；
[0014]图3A为本发明的压力与剪力量测装置第一实施例的实施状态图；
[0015]图3B为可挠性基板的压力与剪力的分布状态示意图；
[0016]图4为第二实施例的结构示意图；
[0017]图5为第二实施例的压力与剪力量测示意图；以及
[0018]图6为本发明压力与剪力量测方法的流程图。
[0019]主要组件符号说明
[0020]1、3 压力与剪力量测装置
[0021]10 可挠性基材
[0022]11 讯号输出单元
[0023]12 讯号检测器
[0024]2负载
[0025]30 光源单元
[0026]31 分光组件
[0027]32 准直仪
[0028]321 光学路径
[0029]I径向方向
[0030]D 轴向方向
[0031]Dl 第一分量
[0032]D2 第二分量
[0033]Π 上视图
[0034]f2 侧视图
[0035]SI ~S3 步骤。
【具体实施方式】
[0036]以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点及功效。[0037]须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“一”及“二”等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。
[0038]请同时参阅图1及图2，图1为本发明的压力与剪力量测装置第一实施例示意图，图2为讯号输出单元分布示意图。本发明的压力与剪力量测装置I包括有可挠性基材10、多个讯号输出单兀11，以及多个讯号检测器12。
[0039]多个讯号输出单兀11嵌设于可挠性基材10中，并用以输出讯号。讯号输出单兀11可主动地发出例如光的讯号，或可通过外界提供能源而被动地发出讯号。其中，于本发明的说明书所述的多个讯号输出单元11是指于可挠性基材10内的同一平面上分布有多个用以输出讯号的讯号输出单元11，而在本发明中，是将该平面上分布多个讯号输出单元11的样式定义可为一层或多层。
[0040]讯号检测器12设置于该可挠性基材10周围，用以分别接收该多个讯号输出单元11所输出的讯号，当该可挠性基材10承受一负载而使多个讯号输出单元11产生位移时，多个讯号检测器12依据自各讯号输出单元11所接收的讯号，检测出该负载施加于该可挠性基材10的压力及剪力。多个讯号检测器12设置的位置可视实际情况与多个讯号输出单元11相互对应。
[0041]须说明者，虽然在图式中，多个讯号输出单元11是以两层形式呈现，然而，此一表现形式仅用于作为本发明的实施方式的说明，用以在后续的说明中易于表现本发明的压力与剪力量测装置I在量测压力与剪力时的态样，并不以此为限，于实际实施时，可视情况调整为单层或两层以上。
[0042]请同时参阅图3A及图3B，图3A为本发明的压力与剪力量测装置第一实施例的实施状态图，图3B为可挠性基板的压力与剪力的分布状态示意图。。
[0043]如图所示，本发明的压力与剪力量测装置I由嵌设于可挠性基材10内的多个讯号输出单元11输出讯号，并且由多个讯号检测器12分别接收讯号输出单元11所输出的讯号，以侦测该多讯号输出单元11的位置。在本实施例中，多个讯号输出单元11为讯号产生器，例如红外线输出单元，但是并不限于此，其可自行产生并输出讯号予多个讯号检测器12。
[0044]在进行压力与剪力的量测时，是以该可挠性基材10承受一负载2，此时，设置于该可挠性基材10的负载2同时于可挠性基材10产生径向方向I的压力，以及轴向方向D的剪力。此时，可挠性基材10的外形因为负载2的压力与剪力而改变，使得嵌设于该可挠性基材10的讯号输出单元11因为负载2的压力与剪力而产生径向方向I与轴向方向D的位移。
[0045]在图3B包含了可挠性基材10的上视图fl及侧视图f2，用以呈现出当可挠性基材10表面承受负载2时所产生的压力与剪力于可挠性基材10的分布状态。从图3B可以看出，当可挠性基材10承受负载2时，负载2会在可挠性基材10同时产生垂直于可挠性基材10的径向方向I的压力以及轴向方向的剪力，使讯号输出单元产生与剪力的轴向方向相对应的位移，其中，剪力于可挠性基材10的分布可包含了第一分量Dl与第二分量D2。
[0046]须说明者，为了呈现可挠性基材10承受负载2时所造成讯号输出单元11于可挠性基材10中的位移状态，因此，在图3A中以侧视图形式表示，而负载2于可挠性基材10所产生的剪力于图3A中仅以D呈现。
[0047]由于讯号输出单兀11输出讯号予多个讯号检测器12,因此,多个讯号检测器12所接收到的讯号会由于讯号输出单元11的位移而造成接收到的讯号强度或方位等的改变，进而可检测出负载2施加于可挠性基材10的压力与剪力，同时，通过多讯号输出单元11的位移量也可得知压力及剪力分布。详言之，依据讯号检测器12所接收的讯号强弱，即知可挠性基材10所承受的压力和压力分布，并且依据讯号检测器12所接收的讯号方位，即可知可挠性基材10所承受的剪力和剪力分布。
[0048]请参阅图4及图5，图4为第二实施例的结构示意图，图5为第二实施例的压力与剪力量测示意图。如图所示，本实施例的压力与剪力量测装置的组成与第一实施例大致相同，故相同组件以相同的组件符号标示，以资对应。其差异在于本实施例的讯号输出单元11为辐射体，是用以吸收光源以辐射光讯号至该多个讯号检测器12。如图5和图6所示，本实施例的压力与剪力量测装置3还包括有光源单元30以及分光组件31。光源单元30用以输出光源至讯号输出单元11，使讯号输出单元11吸收光源以辐射光讯号至该多个讯号检测器12。分光组件31设置于讯号输出单元11与讯号检测器12之间，用以将光源单元30所输出的光源反射至讯号输出单兀11，并且将讯号输出单兀11所福射的光讯号传输至讯号输出单元11。
[0049]本实施例的压力与剪力量测装置3于实施时，是由光源单元30输出光源，经由分光组件31将光源反射予讯号输出单兀11，使讯号输出单兀11吸收光源，并福射光讯号，而讯号输出单元11所辐射的光讯号可穿透分光组件31而传送至讯号检测器12。
[0050]本实施例量测压力与剪力的方式与第一实施例相同，是由可挠性基材10承置负载2，而负载2于可挠性基材10产生径向方向I的压力以及轴向方向D的剪力，使得讯号输出单元11产生位移，则多个讯号检测器12所接收到的讯号会由于讯号输出单元11的位移而改变其强度或方位等，进而检测出可挠性基材10的压力与剪力。同时，通过多讯号输出单元11的位移量也可得知压力及剪力分布。
[0051]与第一实施例相同的是，当可挠性基材10承受负载2时，负载2于可挠性基材10产生的轴向方向D的剪力包含第一分量Dl与第二分量D2,在图5中为了呈现多个讯号输出单元11于可挠性基材10的位移状态，因此在图5中仅以D表示负载2于可挠性基材10所产生的轴向方向的剪力。
[0052]须说明的是，由于光源单元30所输出的光源向四周发散，为了使光源单元30所输出的光源集中投射至讯号输出单元11，本实施例于光源单元30与分光组件31之间设置有准直仪32，用以校正该光源单元30至该分光组件31之间的光学路径321。
[0053]请参阅图6，其为本发明压力与剪力量测方法的流程图。如图所示，在步骤SI中，本发明的压力与剪力量测方法先将多个用以输出讯号的讯号输出单元嵌设于一可挠性基材，并于该可挠性基材周围设置多个讯号检测器，接着进入步骤S2，其中，讯号输出单元可为讯号产生器，用以产生并输出讯号，也可为福射体，用以吸收光源而福射出光讯号。[0054]在步骤S2中，令该可挠性基材承受一负载以使该讯号输出单元因该负载而产生位移，接着进入步骤S3。
[0055]在步骤S3中，令可挠性基材周围的多个讯号检测器接收各该讯号输出单元所输出的讯号，并依据自各该讯号输出单元所接收的讯号检测出该负载施加于该可挠性基材上的压力与剪力。
[0056]其中，讯号检测器除了检测压力与剪力，尚可依据来自于各个讯号输出单元，并予以接收，以检测出该负载施加于该可挠性基材的压力及剪力分布。
[0057]综上所述，本发明的压力与剪力量测装置及方法，通过令嵌设有讯号输出单元的可挠性基材承受一负载，则可挠性基材中的讯号输出单元会因为该负载而位移，使得设于该可挠性基材周围的讯号检测器所接收到讯号也随之改变讯号强度和讯号方位，由此量测出压力和剪力及其变化。例如在医疗方面，当人站立于该可挠性基材上时可量测人的脚所承受的压力和剪力，也可使用于各种工程领域，因此解决现有技术中无法同时量测压力与剪力的问题。
[0058]上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1.一种压力与剪力的量测装置，包括: 可挠性基材； 多个讯号输出单元，其嵌设于该可挠性基材中并用以输出讯号； 多个讯号检测器，其设置于该可挠性基材周围，用以分别接收该多个讯号输出单元所输出的讯号，且当该可挠性基材承受一负载而使各该讯号输出单兀产生位移时，各该讯号检测器依据自各该讯号输出单元所接收的讯号检测出该负载施加于该可挠性基材的压力与剪力。
2.根据权利要求1所述的压力与剪力的量测装置，其特征在于，该讯号输出单元为讯号产生器，用以产生并输出讯号至该讯号检测器。
3.根据权利要求1所述的压力与剪力的量测装置，其特征在于，该讯号输出单元为辐射体，用以吸收一光源以辐射光讯号至该讯号检测器。
4.根据权利要求3所述的压力与剪力的量测装置，其特征在于，该装置还包括分光组件，其设置于该辐射体与该讯号检测器之间，用以将该光源反射至该辐射体，并将该辐射体所福射的光讯号传输至该讯号检测器。
5.根据权利要求4所述的压力与剪力的量测装置，其特征在于，该装置还包括准直仪，其设置于该光源与该分光组件之间，用以校正该光源与该分光组件之间的光学路径。
6.根据权利要求1所述的压力与剪力的量测装置，其特征在于，该多个讯号检测器用以检测出该负载施加于该可挠性基材上的压力与剪力的分布状态。
7.一种压力与剪力的量测方法，包括以下步骤: 1)将多个用以输出讯号的讯号输出单元嵌设于一可挠性基材，并于该可挠性基材周围设置多个讯号检测器； 2)令该可挠性基材承受一负载，使该讯号输出单元因该负载而产生位移；以及 3)令设置于该可挠性基材周围的多个讯号检测器接收各该讯号输出单元所输出的讯号，并依据自各该讯号输出单元所接收的讯号检测出该负载施加于该可挠性基材上的压力与剪力。
8.根据权利要求7所述的压力与剪力的量测方法，其特征在于，该讯号输出单元为讯号产生器。
9.根据权利要求7所述的压力与剪力的量测方法，其特征在于，该讯号输出单元为辐射体，而步骤I)还包括令各该辐射体吸收一光源而辐射出光讯号的步骤，且步骤3)还包括令该多个讯号检测器接收各该辐射体所辐射的光讯号，并依据自各该辐射体所接收的光讯号以检测出该负载施加于该可挠性基材上的压力与剪力的步骤。
10.根据权利要求7所述的压力与剪力的量测方法，其特征在于，于该步骤3)还包括依据自各该讯号输出单元所接收的讯号检测出该负载施加于该可挠性基材上的压力与剪力的分布状态的步骤。
【文档编号】G01L1/00GK103913258SQ201310049142
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】黄正昇, 杨秉祥, 郑文雅 申请人:财团法人交大思源基金会