致动传感装置的驱动及信息传输系统的制作方法

[0001]
本案关于一种致动传感模块的监测环境应用，尤指一种致动传感装置的驱动及信息传输系统。


背景技术：

[0002]
目前人类在生活上对环境空气质量的监测愈来愈重视，例如一氧化碳、二氧化碳、挥发性有机物(volatile organic compound，voc)、pm2.5等等环境空气质量的监测，环境中这些气体暴露会对人体造成不良的健康影响，严重的甚至危害到生命。因此环境空气质量监测纷纷引起各国重视，要如何去实施环境空气质量监测是目前急需要去重视的课题。
[0003]
利用传感器来监测周围环境气体是可行的做法，若能实时提供监测信息，警示处在危险环境中的人，能够实时预防或逃离，避免遭受环境中的气体暴露造成人体健康影响及伤害，则透过传感器来监测周围环境可说是非常好的应用。
[0004]
然，以传感器来监测环境，虽能向使用者提供关于该使用者的环境的较多信息，但对于监测敏度、精准的最佳效能就需要去考虑，例如，传感器单靠环境中流体自然流通的引流，不仅无法获取稳定、一致性的流体流通量以进行稳定监测，且环境中流体自然流通的引流要到达接触传感器的监测反应作用时间较长，因此会影响到实时监测的成效。
[0005]
另外，环境空气质量监测虽有大型环境监测基站作监测，但监测结果只能针对大区域性的环境空气质量作监测，对于人类处于的近身环境空气质量无法有效精确作监测，例如，室内空气质量、身旁周围的空气质量就无法有效快速作监测，因此，若能将传感器结合到可携式的电子装置上应用，就可达到随时随地的实时监测，并能实时传送监测数据到一云端数据库进行数据建构及统整，提供更精准及时的空气质量监测信息，以启动空气质量通报机制及空气质量处理机制。
[0006]
有鉴于此，要如何能够解决传感器的监测准度及传感器加快监测反应速度、以及可随时随地的实时监测、实时传送监测数据至云端数据库进行数据建构及统整，提供更精准及时的空气质量监测信息，以启动空气质量通报机制及空气质量处理机制等问题，实为目前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

[0007]
本案的主要目的在于提供一种致动传感装置的驱动及信息传输系统，包括一致动传感装置及一供电装置，致动传感装置包含至少一个传感器、至少一个致动器、一微处理器、一电源控制器及一数据传接器而予以整合成模块设置，致动器用以促使流体加速流动，并提供稳定、一致性的流量，让传感器能获取稳定、一致性的流体流通量，以直接监测，且缩短传感器的监测反应作用时间，达成精准的监测，又致动传感装置本身可不设置电源装置，进而搭配一外接供电装置来传导能量，以提供驱动该传感器及该致动器的致动，以节省整个模块的设置空间，达到微型化的设计趋势，并可应用于监测空气质量的电子装置上。
[0008]
本案的另一目的在于提供一种致动传感装置的驱动及信息传输系统，以数据传接
器接收一控制指令，以控制启动该传感器的量测操作及该致动器的致动，以及数据传接器传送监测量测的一输出数据，发送给链接装置以进行显示、储存及传送，达到实时显示信息及通报的效用，同时能传送数据至云端数据库进行数据建构及统整，以启动空气质量通报机制及空气质量处理机制。
[0009]
为达上述目的，本案的较广义实施态样为提供一种致动传感装置的驱动及信息传输系统，包含：一致动传感装置，包括至少一个传感器、至少一个致动器、一微处理器、一电源控制器及一数据传接器；一供电装置，透过传导而输送一能量至该电源控制器，以令电源控制器接收该能量驱动传感器及致动器的致动；以及一链接装置；其中，该微处理器将该至少一个传感器的量测数据做演算处理，以转换成输出数据，借由该数据传接器接收该输出数据，并传输发送给该链接装置，以及数据传接器接收链接装置的操控指令，传输至该微处理器以控制启动传感器的量测操作及致动器的致动。
附图说明
[0010]
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，其特征在于：
[0011]
图1所示为本案致动传感装置的驱动及信息传输系统的架构示意图。
[0012]
图2所示为本案致动传感装置的驱动及信息传输系统的致动传感装置相关构件示意图。
[0013]
图3a及图3b所示分别为本案的致动器采用流体致动器于不同视角的分解结构示意图。
[0014]
图4所示为图3a及图3b所示的压电致动器的剖面结构示意图。
[0015]
图5所示为本案的致动器采用流体致动器的剖面结构示意图。
[0016]
图6a至图6e所示为本案的致动器采用流体致动器作动的流程结构图。
[0017]
附图标记说明
[0018]
1：致动传感装置
[0019]
11：载体
[0020]
12：传感器
[0021]
13：致动器
[0022]
130：第一腔室
[0023]
131：导流板
[0024]
131a：导流孔
[0025]
131b：总线孔
[0026]
131c：中心凹部
[0027]
132：共振片
[0028]
132a：可动部
[0029]
132b：固定部
[0030]
132c：中空孔洞
[0031]
133：压电致动器
[0032]
1331：悬浮板
[0033]
1331a：凸部
[0034]
1331b：第二表面
[0035]
1331c：第一表面
[0036]
1332：外框
[0037]
1332a：第二表面
[0038]
1332b：第一表面
[0039]
1332c：导电接脚
[0040]
1333：支架
[0041]
1333a：第二表面
[0042]
1333b：第一表面
[0043]
1334：压电片
[0044]
1335：空隙
[0045]
134a、134b：绝缘片
[0046]
135：导电片
[0047]
135a：导电接脚
[0048]
h：间隙
[0049]
14：微处理器
[0050]
15：电源控制器
[0051]
16：资料传接器
[0052]
2：供电装置
[0053]
3：链接装置
[0054]
31：通报处理系统
[0055]
32：通报处理装置
[0056]
4：连网中继站
[0057]
5：云端数据处理装置
[0058]
6：第二链接装置
具体实施方式
[0059]
体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明的用，而非用以限制本案。
[0060]
请参阅图1所示，本案致动传感装置的驱动及信息传输系统主要包括一致动传感装置1、一供电装置2及一链接装置3。致动传感装置1包括至少一个传感器12、至少一个致动器13、一微处理器14、一电源控制器15及一数据传接器16。其中，该电源控制器15为接收一能量，且能传输该能量以驱动传感器12及致动器13的致动；而数据传接器16为可接收信号或发送信号的装置。
[0061]
本案的传感器12可包括像是如以下各者的传感器：温度传感器、挥发性有机化合物传感器(例如，量测甲醛、氨气的传感器)、微粒传感器(例如， pm2.5的微粒传感器)、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、臭氧传感器、其他气体传感器、湿度传感器、水
分传感器、量测水或其他液体中或空气中的化合物及/或生物学物质的传感器(例如，水质传感器)、其他液体传感器，或用于量测环境的光传感器，亦可为这些传感器的任意组合而成的群组，均不以此为限。
[0062]
本案的致动器13受驱动而致动产生流体流出通过传感器12处，以提供稳定、一致性的流量直接导入传感器12，让传感器12能获取稳定、一致性的流体流通量，以直接量测所接收的该流体，且缩短传感器12的监测反应作用时间，达成精准的监测。于一些实施例中，流体是可为但不限为气体、液体。
[0063]
本案的供电装置2透过传导而可输送能量至电源控制器15，电源控制器15接收该能量以驱动传感器12及致动器13的致动。于另一些实施例中，该能量包含光、电、磁、声、化学能
…
等，但不以此为限。
[0064]
本案的供电装置2的电传导方式可为一有线传导方式，例如，供电装置12为一充电器或是一充电电池，可以透过有线传导方式将能量输送至电源控制器15。或者是，供电装置2的电传导方式亦可为一无线传导方式，以透过无线传导方式将能量输送至电源控制器15，例如，供电装置2为一充电器或一充电电池，其内设有无线充电(感应充电)的组件，进而可透过无线传导方式将能量输送至电源控制器15。又或者是，于另一些实施例中，供电装置2的电传导方式更可为一具有无线充放电传导模式的可携式行动装置，例如，手机，其内设置有无线充电(感应充电)的组件，且可透过无线传导方式将能量输送至电源控制器15。
[0065]
本案的电源控制器15可进一步包含一可接收能量及储存充电的充电组件(未图标)，电源控制器15的充电组件可接收供电装置2以有线传输方式或无线传输方式所输送的能量，并予以储存能量，且可输出能量以提供传感器12的量测操作及致动器13的致动控制。
[0066]
本案的14为对传感器12的量测数据做演算处理，以转换成输出数据，借由数据传接器16接收输出数据，而数据传接器16透过传输发送给链接装置3，进而使链接装置3去显示该输出数据的信息、储存输出数据的信息，或者传送输出数据的信息至其中的储存装置(未图标)以进行储存、运算处理。于一些实施例中，链接装置3链接一通报处理系统31，以有源(直接通报) 或被动(由读取输出数据的信息者操作)启动空气质量通报机制，例如，实时空气质量地图告知回避远离或指示穿戴口罩防护等通报；于另一些实施例中，链接装置3亦可链接一通报处理装置32，以有源(直接操作)或被动(由读取输出数据的信息者操作)启动空气质量处理机制，例如，启动空气清洁器、空调等洁净空气质量处理。
[0067]
本案的链接装置3为具有一有线通信传输模块的显示设备，例如，桌面计算机；或者为具有一无线通信传输模块的显示设备，例如，笔记本电脑；又或者为具有一无线通信传输模块的可携式行动装置，例如，手机。有线通信传输模块主要可采用rs485、rs232、modbus、knx等通讯接口来进行有线通信传输作业。无线通信传输模块主要可采用zigbee，z-wave，rf，蓝牙，wifi， enocean等技术以进行无线通信传输作业。
[0068]
本案致动传感装置的驱动及信息传输系统可进一步包括一连网中继站4及一云端数据处理装置5，链接装置3用以传输该输出数据的信息至连网中继站4，而连网中继站4则传输该输出数据的信息至云端数据处理装置 5中以进行运算储存。如此，云端数据处理装置5可将运算处理后的该输出数据的信息发布通知，该通知先发送至连网中继站4，再将之传输至链接装置3；如此，链接装置3所链接的通报处理系统31，即可接收链接装置3所接获的通知而启动空气质量通报机制，或者是链接装置3所链接的通报处理装置32，亦可接收链
接装置3所接获的通知而启动空气质量处理机制。
[0069]
上述的链接装置3亦可发送操控指令来操作致动传感装置1的运作，也可如上述透过有线通信传输作业、无线通信传输作业将操控指令传送至数据传接器16，再传输给微处理器14以控制启动传感器12的量测操作及该致动器13的致动。
[0070]
当然，本案的致动传感装置的驱动及信息传输系统，也进一步包括第二链接装置6，以发送操控指令，其透过连网中继站4传输该操控指定至云端数据处理装置5，云端数据处理装置5再发送该操控指令给连网中继站4，并传输至链接装置3，链接装置3再发送至数据传接器16，以接收该操控指令，再传输给微处理器14以控制启动传感器12的量测操作及该致动器13的致动。于本实施例中，第二链接装置6为具有一有线通信传输模块的装置，或者为具有一无线通信传输模块的装置，又或者为具有一无线通信传输模块的可携式行动装置，均不以此为限。
[0071]
本案的致动器13为能将控制信号转换成具有推动被控系统的动力装置，致动器13可以包含一电动致动器、一磁力致动器、一热动致动器、一压电致动器及一流体致动器。例如可为交直流马达、步进马达等电动致动器、或是磁性线圈马达等磁力致动器、或是热泵等热动致动器、或是压电泵等压电驱动器、又或者是气体泵、液体泵等流体致动器，均不以此为限。
[0072]
又请参阅图2所示，本案实施例中，本案致动传感装置1可进一步包括一载体11，整合至少一个传感器12、至少一个致动器13、微处理器14、电源控制器15及数据传接器16形成模块化的结构，于一些实施例中，载体11 可为一基板(pcb)，传感器12与致动器13可以数组安装于其上；于另一些实施例中，载体11亦可为一特殊应用芯片(asic)、或是一系统单芯片(soc)，传感器12沉积于载体上，而致动器13亦可封装整合于载体11上，但本案的载体11的型态及种类均不以此为限，也可以其他支撑整合传感器12与致动器13 的平台。
[0073]
请参阅图3a、图3b所示，本案实施例中，致动器13为一流体致动器做说明，以下说明以流体致动器同等代表此致动器13。本案的流体致动器13可为一压电致动泵的驱动结构，或者一微机电系统(mems)泵的驱动结构。本实施例以下就以压电致动泵的流体致动器13的作动来说明:
[0074]
又请参阅图3a及图3b所示，流体致动器13包括进气板131、共振片132、压电致动器133、绝缘片134a、134b及导电片135等结构，其特征在于，压电致动器133对应于共振片132而设置，并使进气板131、共振片 132、压电致动器133、绝缘片134a、导电片135及另一绝缘片134b等依序堆栈设置，其组装完成的剖面图是如图5所示。
[0075]
于本实施例中，进气板131具有至少一进气孔131a，其特征在于，进气孔131a的数量以4个为较佳，但不以此为限。进气孔131a是贯穿进气板 131，用以供流体自装置外顺应大气压力的作用而自该至少一进气孔131a流入流体致动器13之中。进气板131上具有至少一总线孔131b，用以与进气板131 另一表面的该至少一进气孔131a对应设置。于总线孔131b的中心交流处是具有中心凹部131c，且中心凹部131c是与总线孔131b相连通，借此可将自该至少一进气孔131a进入总线孔131b的流体引导并汇流集中至中心凹部131c，以实现流体传递。于本实施例中，进气板131具有一体成型的进气孔131a、总线孔131b及中心凹部131c，且于中心凹部131c处即对应形成一汇流流体的汇流腔室，以供流体暂存。于一些实施例中，进气板131的材质可为例如但不限于不锈钢材质所构成。于另一些实施例中，由该中
心凹部131c处所构成的汇流腔室的深度与总线孔131b的深度相同，但不以此为限。共振片132是由一可挠性材质所构成，但不以此为限，且于共振片132上具有一中空孔洞132c，是对应于进气板131的中心凹部131c而设置，以使流体流通。于另一些实施例中，共振片132是可由一铜材质所构成，但不以此为限。
[0076]
压电致动器133是由一悬浮板1331、一外框1332、至少一支架 1333以及一压电片1334所共同组装而成，其特征在于，该压电片1334贴附于悬浮板1331的第一表面1331c，用以施加电压产生形变以驱动该悬浮板1331 弯曲振动，以及该至少一支架1333是连接于悬浮板1331以及外框1332之间，于本实施例中，该支架1333是连接设置于悬浮板1331与外框1332之间，其两端点是分别连接于外框1332、悬浮板1331，以提供弹性支撑，且于支架1333、悬浮板1331及外框1332之间更具有至少一空隙1335，该至少一空隙1335是与流体通道相连通，用以供流体流通。应强调的是，悬浮板1331、外框1332 以及支架1333的型态及数量不以前述实施例为限，且可依实际应用需求变化。另外，外框1332是环绕设置于悬浮板1331的外侧，且具有一向外凸设的导电接脚1332c，用以供电连接的用，但不以此为限。
[0077]
悬浮板1331是为一阶梯面的结构(如图4所示)，意即于悬浮板 1331的第二表面1331b更具有一凸部1331a，该凸部1331a可为但不限为一圆形凸起结构。悬浮板1331的凸部1331a是与外框1332的第二表面1332a共平面，且悬浮板1331的第二表面1331b及支架1333的第二表面1333a亦为共平面，且该悬浮板1331的凸部1331a及外框1332的第二表面1332a与悬浮板1331 的第二表面1331b及支架1333的第二表面1333a之间是具有一特定深度。悬浮板1331的第一表面1331c，其与外框1332的第一表面1232b及支架1333的第一表面1233b为平整的共平面结构，而压电片1334则贴附于此平整的悬浮板 1331的第一表面1331c处。于另一些实施例中，悬浮板1331的型态亦可为一双面平整的板状正方形结构，并不以此为限，可依照实际施作情形而任施变化。于一些实施例中，悬浮板1331、支架1333以及外框1332是可为一体成型的结构，且可由一金属板所构成，例如但不限于不锈钢材质所构成。又于另一些实施例中，压电片1334的边长是小于该悬浮板1331的边长。再于另一些实施例中，压电片1334的边长是等于悬浮板1331的边长，且同样设计为与悬浮板1331 相对应的正方形板状结构，但并不以此为限。
[0078]
于本实施例中，如图3a所示，流体致动器13的绝缘片134a、导电片135及另一绝缘片134b是依序对应设置于压电致动器133之下，且其形态大致上对应于压电致动器133的外框1332的形态。于一些实施例中，绝缘片134a、124b是由绝缘材质所构成，例如但不限于塑料，俾提供绝缘功能。于另一些实施例中，导电片135可由导电材质所构成，例如但不限于金属材质，以提供电导通功能。于本实施例中，导电片135上亦可设置一导电接脚135a，以实现电导通功能。
[0079]
于本实施例中，如图5所示，流体致动器13是依序由进气板131、共振片132、压电致动器133、绝缘片134a、导电片135及另一绝缘片134b等堆栈而成，且于共振片132与压电致动器133之间是具有一间隙h，于本实施例中，是于共振片132及压电致动器133的外框1332周缘之间的间隙h中填入一填充材质，例如但不限于导电胶，以使共振片132与压电致动器133的悬浮板1331的凸部1331a之间可维持该间隙h的深度，进而可导引气流更迅速地流动，且因悬浮板1331的凸部1331a与共振片132保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音产生可被降低。于另一些实施例中，亦可借由加高压电致动器133的外框1332的高度，以使其
与共振片132组装时增加一间隙，但不以此为限。
[0080]
请参阅图3a及图3b、图5所示，于本实施例中，当进气板131、共振片132与压电致动器133依序对应组装后，于共振片132具有一可动部132a 及一固定部132b，可动部132a处可与其上的进气板131共同形成一汇流流体的腔室，且在共振片132与压电致动器133之间更形成一第一腔室130，用以暂存流体，且第一腔室130是透过共振片132的中空孔洞132c而与进气板131 的中心凹部131c处的腔室相连通，且第一腔室130的两侧则由压电致动器133 的支架1333之间的空隙1335而与流体通道相连通。
[0081]
请参阅图3a、图3b、图5、图6a至图6e，本案的流体致动器 13的作动流程简述如下。当流体致动器13进行作动时，压电致动器133受电压致动而以支架1333为支点，进行垂直方向的往复式振动。如图6a所示，当压电致动器133受电压致动而向下振动时，由于共振片132是为轻、薄的片状结构，是以当压电致动器133振动时，共振片132亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，即为共振片132对应中心凹部131c的部分亦会随的弯曲振动形变，即该对应中心凹部131c的部分是为共振片132的可动部132a，是以当压电致动器133向下弯曲振动时，此时共振片132对应中心凹部131c的可动部132a 会因流体的带入及推压以及压电致动器133振动的带动，而随着压电致动器133 向下弯曲振动形变，则流体由进气板131上的至少一进气孔131a进入，并透过至少一总线孔131b以汇集到中央的中心凹部131c处，再经由共振片132上与中心凹部131c对应设置的中空孔洞132c向下流入至第一腔室130中。其后，由于受压电致动器133振动的带动，共振片132亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，如图6b所示，此时共振片132的可动部132a亦随的向下振动，并贴附抵触于压电致动器133的悬浮板1331的凸部1331a上，使悬浮板1331的凸部1331a以外的区域与共振片132两侧的固定部132b之间的汇流腔室的间距不会变小，并借由此共振片132的形变，以压缩第一腔室130的体积，并关闭第一腔室130中间流通空间，促使其内的流体推挤向两侧流动，进而经过压电致动器133的支架1333之间的空隙1335而向下穿越流动。之后，如图6c所示，共振片132的可动部132a向上弯曲振动形变，而回复至初始位置，且压电致动器133受电压驱动以向上振动，如此同样挤压第一腔室130的体积，惟此时由于压电致动器133是向上抬升，因而使得第一腔室130内的流体会朝两侧流动，而流体持续地自进气板131上的至少一进气孔131a进入，再流入中心凹部131c所形成的腔室中。之后，如图6d所示，该共振片132受压电致动器133 向上抬升的振动而共振向上，此时共振片132的可动部132a亦随的向上振动，进而减缓流体持续地自进气板131上的至少一进气孔131a进入，再流入中心凹部131c所形成的腔室中。最后，如图6e所示，共振片132的可动部132a亦回复至初始位置，由此实施态样可知，当共振片132进行垂直的往复式振动时，是可由其与压电致动器133之间的间隙h以增加其垂直位移的最大距离，换句话说，于该两结构之间设置间隙h可使共振片132于共振时可产生更大幅度的上下位移。是以，在经此流体致动器13的流道设计中产生压力梯度，使流体高速流动，并透过流道进出方向的阻抗差异，将流体由吸入端传输至排出端，以完成流体输送作业，即使在排出端有气压的状态下，仍有能力持续将流体推入流体通道，并可达到静音的效果，如此重复图6a至图6e的流体致动器13 作动，即可使流体致动器13产生一由外向内的流体传输。
[0082]
承上所述，为了解流体致动器13的作动，而进气板131、共振片132、压电致动器133、绝缘片134a、导电片135及另一绝缘片134b等依序堆栈设置，流体致动器13组装于载体
11上，并与载体11保持一信道(未图标)，且信道位于传感器12一侧，流体致动器13受驱动而致动压缩流体，由通道流出产生流动，以通过传感器12上量测所接收的流体，如此让流体致动器13内部导引流体，并提供稳定、一致性的流量直接导送至传感器12处，让传感器 12能获取稳定、一致性的流体流通量，以直接监测，且缩短传感器12的监测反应作用时间，达成精准的监测；又，致动传感装置1本身可不设置电源装置，进而搭配一外接的供电装置2来传导能量，以提供驱动传感器12及致动器13 的致动，以节省整个模块的设置空间，达到微型化的设计趋势，并应用于监测空气质量的电子装置上；又，以数据传接器16更可接收一控制指令，以控制启动传感器12的量测操作及致动器13的致动，以及数据传接器16亦可传送一监测量测的输出数据，发送至链接装置3以进行显示、储存及传送，达到实时显示信息及通报的效用，同时能传送数据至云端数据库进行数据建构及统整，以启动空气质量通报机制及空气质量处理机制。
[0083]
综上所述，本案提供一种致动传感装置的驱动及信息传输系统，包括致动传感装置、供电装置及链接装置，致动传感装置包含至少一个传感器、至少一个致动器、微处理器、电源控制器及数据传接器且予以整合成模块设置，致动器用以促使流体加速流动，并提供稳定、一致性的流量，让传感器能获取稳定、一致性的流体流通量，以直接监测，且缩短传感器的监测反应作用时间，达成精准的监测，本身可不设置电源装置，进而搭配一外接的供电装置来传导能量，以提供驱动该传感器及该致动器的致动，以节省整个模块的设置空间，达到微型化的设计趋势，应用于监测空气质量的电子装置上；又，更可透过数据传接器接收一控制指令，以控制启动该传感器的量测操作及该致动器的致动，以及透过数据传接器传送监测量测的输出数据，发送至链接装置以进行显示、储存及传送，达到实时显示信息及通报的效用，同时能传送数据至云端数据库进行数据建构及统整，以启动空气质量通报机制及空气质量处理机制。是以，本案的致动传感装置的驱动系统极具产业的价值，爰依法提出申请。
[0084]
本案得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。
[0085]
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。