專利名稱：非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量信號傳送系統(tǒng)與方法，特別是一種應用于輪車裝置的本體與轉體之間的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)與方法。
背景技術：
隨著節(jié)能減碳以及樂活風氣的盛行，造就單車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。其中，為了增加日常生活使用上的便利性，具有電動動力輔助系統(tǒng)的電動自行車亦逐漸地成為了主流。電動動力輔助系統(tǒng)又可分為被動形式的系統(tǒng)與主動形式的系統(tǒng)。被動形式系統(tǒng)是直接接收騎乘者的指令，并對應而提供自行車動力。主動形式的系統(tǒng)則是根據(jù)額外檢測的元件，去測量騎乘者在單車踏板上施予的力量，提供所需要的輔助力量。然而，單車踏板上施予的力量在被轉換成信號后，此一信號若是要傳送給車架上的電路，則需經(jīng)過最少二個旋轉面(踏板與曲軸之間的旋轉面和曲軸與車架之間的旋轉面)。為了讓旋轉面之間能夠順利的傳遞電信號，則需要在旋轉面上設置電刷。這樣的設計必須修改單車的齒盤，如此將會使得單車在結構上變得更復雜。另一方面，傳統(tǒng)上亦提出利用無線的方式來傳遞，比如說用藍牙傳輸裝置。然而， 無線傳送器與接收裝置的成本遠高于有線的傳輸方式，并且無線傳輸亦較容易受到其他噪聲的干擾。因此，不論是利用電刷或是無線的傳輸方式來傳遞信號，都有其缺點存在。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的問題，本發(fā)明提出一種非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)。此一非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)用于一輪車裝置，輪車裝置包括一本體與一轉體。非接觸式信號傳送系統(tǒng)包括檢測裝置、第一磁耦合裝置與壓力感測裝置。檢測裝置設置于本體。檢測裝置產(chǎn)生一交流信號。第一磁耦合裝置包括第一初級側與第一次級側。第一次級側接收該交流信號并自第一初級側發(fā)出磁耦合信號。壓力感測裝置設置于轉體。壓力感測裝置電性連接第一初級側，并且接收磁耦合信號。壓力感測裝置包括受力部與基座。壓力感測裝置根據(jù)受力部與基座的相對位置而產(chǎn)生回傳信號至第一初級側。檢測裝置根據(jù)經(jīng)由第一磁耦合裝置回傳的回傳信號而輸出受力信號。此外，本發(fā)明另提出一種非接觸式測量信號傳送方法。此方法用于一輪車裝置。轉動裝置包括本體與轉體。轉體包括壓力感測裝置，本體包括檢測裝置。本體與轉體之間通過第一磁耦合裝置以非接觸式的方式傳遞信號。此方法包括以下步驟由該檢測裝置產(chǎn)生一交流信號予該磁耦合裝置；由第一磁耦合裝置將交流信號轉換為磁耦合信號；壓力感測裝置接收磁耦合信號，并依據(jù)位移程度而響應回傳信號；根據(jù)回傳信號輸出受力信號。通過本發(fā)明所提出的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)與方法，在經(jīng)由旋轉面，信號可以非接觸式的方式傳遞。因此，在不需要大幅改變自行車結構的前提之下，即可傳遞測量信號，以克服已知技術利用電刷或是無線的傳輸方式來傳遞信號所產(chǎn)生的缺點。


圖1為本發(fā)明第一實施例的系統(tǒng)方塊圖2A、圖2B與圖2C為本發(fā)明的壓力感測裝置的外觀示意圖3為本發(fā)明的磁耦合裝置的外觀示意圖4為本發(fā)明第二實施例的系統(tǒng)方塊圖5A為本發(fā)明第二實施例的連接關系等效電路圖5B為本發(fā)明第二實施例的電路元件等效電路圖6A為振幅頻率響應圖6B為相位頻率響應圖7為應用本發(fā)明的第一實施例的示意圖8A、圖8B為應用本發(fā)明的第二實施例的示意圖；以及
圖9為本發(fā)明所提出的非接觸式測量信號傳送方法。
主要元件符號說明10非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)
12輪車裝置
14本體
16轉體
20壓力感測裝置
22可變阻抗
25彈性件
26受力部
27第二導磁元件
28基座
29第一導磁元件
291氣隙
30第一磁耦合裝置
32第一初級側
34第一次級側
40檢測裝置
50第二磁耦合裝置
52第二初級側
54第二次級側
61框格
62框格
80自行車
82車架
848690929496
輪
軸板椅體胎推曲踏輪本輪手
具體實施例方式以下在實施方式中進一步詳細說明本發(fā)明的詳細特征以及優(yōu)點，其內(nèi)容足以使本領域技術人員了解本發(fā)明的技術內(nèi)容并據(jù)以實施，且根據(jù)本說明書所提案的內(nèi)容、權利要求書及附圖，本領域技術人員可輕易地理解本發(fā)明相關的目的及優(yōu)點。請參照圖1，圖1為本發(fā)明第一實施例的系統(tǒng)電路方塊圖。本發(fā)明提出一種非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10。此非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10用于輪車裝置12，輪車裝置 12舉例而言可為但不限于自行車或是輪椅，此輪車裝置12可具有主動形式的電動動力輔助系統(tǒng)。輪車裝置12包括本體14與轉體16 (也可稱為活動體)。轉體16樞接于本體14， 轉體16可相對于本體14而轉動。非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10包括壓力感測裝置20、第一磁耦合裝置30與檢測裝置40。壓力感測裝置20設置于轉體16上。使用者可施加外力在此壓力感測裝置20，以使電動動力輔助系統(tǒng)根據(jù)使用者施加的外力，對應提供輔助的動力。第一磁耦合裝置30包括一第一初級側32與一第一次級側34。第一初級側32與第一次級側34以非接觸式的方式磁耦合。第一初級側32電性連接至壓力感測裝置20，且第一次級側34電性連接至檢測裝置40。第一次級側34接收交流信號并自第一初級側32 發(fā)出磁耦合信號。檢測裝置40配置于本體14并產(chǎn)生一交流信號。交流信號可通過振蕩器所產(chǎn)生。 此外檢測裝置40具有一固定阻抗。在本實施例中，固定阻抗可為一電阻與一電容串聯(lián)而成，但并不以此為限，此電路結構容后說明。請參照圖2A、圖2B與圖2C，圖2A、圖2B與圖2C為本發(fā)明的壓力感測裝置的外觀示意圖。壓力感測裝置20包括受力部沈與基座觀，在本實施例中，受力部沈為一板體。 受力部沈與基座28之間以多個彈性件25連接?；?8固定于轉體16，且受力部沈可受外力而于一個方向上自由移動。在彈性件的彈性限度內(nèi)，彈性件的長度變化量與彈性件所受的力成正比。因此，使用者施加于受力部26上的外力，會正比于受力部沈的相對位移。
壓力感測裝置20還包括可變阻抗22，此可變阻抗22可為可變電感或是可變電容。 在此實施例中，可變阻抗22以一可變電感為例。可變阻抗22包括第一導磁元件四與第二導磁元件27。第一導磁元件四位于基座28，且第二導磁元件27位于受力部26。第一導磁元件四具有氣隙四1，第二導磁元件27對應于氣隙的位置而設置。第一導磁元件四于氣隙291部分為一導磁空間。當?shù)诙Т旁?7位于導磁空間，且第一導磁元件四與第二導磁元件27之間的距離小于一間距時，第一導磁元件四與第二導磁元件27可組成一導磁體。第二導磁元件27移動時改變導磁體的大小，導磁體的大小則會影響磁通量的高低。磁通量的高低會改變可變阻抗22阻抗值的大小。因此當受力部沈產(chǎn)生位移時，第二導磁元件27也會隨之移動，進而改變可變阻抗22阻抗值。因此，可變阻抗22的阻抗值(電感值)即會隨著受力部26上受力的程度而改變。請參照圖3，圖3為磁耦合裝置的外觀示意圖。第一初級側32與第一次級側34分別具有導體線圈，且此二個導體線圈相互對應而設置。此二個導磁線圈可為圓形的線圈第一磁耦合裝置30傳遞電磁信號的原理與變壓器相似，第一初級側32通過的交流電流，會產(chǎn)生變動的磁場。而此變動的磁場，會在第一次級側34上產(chǎn)生感應電動勢，并且在第一次級側34所構成的回路中產(chǎn)生磁耦合信號。當?shù)谝怀跫墏?2與第一次級側34之間以中軸(或稱為旋轉軸)產(chǎn)生旋轉運動時， 導體線圈保持固定的一磁耦合系數(shù)。也就是說，導體線圈不會因為第一初級側32與第一次級側34產(chǎn)生旋轉運動時而導致磁路的變化。檢測裝置40可通過第一磁耦合裝置30傳送磁耦合信號至壓力感測裝置20。磁耦合信號在經(jīng)過壓力感測裝置20后，會產(chǎn)生一回傳信號，以回應壓力感測裝置20的阻抗值發(fā)生的變化。檢測裝置40再根據(jù)回傳信號在振幅上或是相位上的改變值，而檢測壓力感測裝置20以產(chǎn)生受力信號。此受力信號表示壓力感測裝置20的受力程度。因此，壓力感測裝置20的受力程度，可經(jīng)由一旋轉面，傳遞至檢測裝置40。請參照圖4，圖4為本發(fā)明第二實施例的系統(tǒng)方塊圖。在此實施例中，非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10還包括第二磁耦合裝置50。第二磁耦合裝置50電性連接于第一磁耦合裝置30與檢測裝置40之間。第二磁耦合裝置50包括第二初級側52與第二次級側54。 第二初級側52電性連接第一次級側34，且第二次級側M電性連接檢測裝置40。在此一實施例中，因為此非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10具有二個磁耦合裝置(第一磁耦合裝置30與第二磁耦合裝置50)。因此非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10的信號可經(jīng)由二個旋轉面，以非接觸式的方式傳遞。請參照圖5A與圖5B，圖5A為本發(fā)明第二實施例的連接關系等效電路圖，圖5B為本發(fā)明第二實施例的電路元件等效電路圖。圖5A中的可變阻抗22，經(jīng)由二個磁耦合裝置(第一磁耦合裝置30與第二磁耦合裝置50)，等效連結至檢測裝置40的電路。因此，此等效電路可再進一步簡化成圖5B的電路。圖5B中的交流信號為一正弦波，其數(shù)學式可以VinXc0s(CoXt)表示。其中Vin為交流信號的振幅，ω為角頻率，t表示時間?？勺冏杩?2與固定阻抗44可等效為電阻、電感與電容所串聯(lián)而成的一等效電路。檢測裝置40可檢測電容與電感之間節(jié)點上的電壓做為回傳信號，也可檢測電容與電阻之間節(jié)點上的電壓做為回傳信號。回傳信號的數(shù)學式，則以V。utXCOS(co Xt+θ)表示。其中V。ut為交流信號的振幅，Θ為相位變化量。請參照圖6Α與圖6Β，圖6Α為振幅頻率響應圖，圖6Β為相位頻率響應圖。圖6Α與圖6Β以電阻為10Ω (歐姆)、電容為0. IuF (法拉)為實驗所得的對應結果。圖6Α與圖6Β中，線段6116 表示IOmH(亨利)所對應的頻率響應，線段61b、62b表示20mH所對應的頻率響應，線段61c、62c表示30mH所對應的頻率響應，線段61d、62d表示 40mH所對應的頻率響應，線段61e、6&表示50mH所對應的頻率響應。在圖6A中，垂直軸表示振幅，單位為分貝值(decibel，dB)。水平軸為對數(shù)坐標軸，且水平軸表示頻率，單位為千赫茲(kHz)。其中，框格61所表示的區(qū)域為振幅可解析區(qū)。在振幅可解析區(qū)中，每一線段之間所對應的振幅，相距一間隔。并且每個線段所對應的振幅， 與阻抗值成正相關。因此，檢測裝置40即可產(chǎn)生振幅可解析區(qū)中對應頻率的交流信號，并檢測其振幅。檢測裝置40可再利用查表法，根據(jù)振幅對照查找阻抗值，以對應壓力感測裝置20的受力程度。在圖6B中，垂直軸表示相位，單位為度(degree)。水平軸為對數(shù)坐標軸，且水平軸表示頻率，單位為千赫茲(kHz)。在圖6B中，框格62所表示的區(qū)域為相位可解析區(qū)。在相位可解析區(qū)中，每一線段之間所對應的相位變化量，相距一間隔。并且每個線段所對應的相位，與阻抗值成正相關。因此，檢測裝置40即可產(chǎn)生相位可解析區(qū)中對應頻率的交流信號， 并檢測其振幅。檢測裝置40可再利用查表法，根據(jù)相位變化量對照查找電容值，以對應壓力感測裝置20的受力程度。請參照圖7，為應用本發(fā)明的第一實施例的示意圖。本發(fā)明所提出的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10可應用于一自行車80。自行車80包括車架82、曲軸84與踏板86。踏板86以樞接的方式設置于曲軸84，曲軸84同樣以樞接的方式設置于車架82。本體14設置于車架82，轉體16則設置于踏板86。第一初級側32設置于踏板86，且第一次級側34設置于曲軸84，因此踏板86與曲軸84之間可通過第一磁耦合裝置30傳遞信號。第二初級側M設置于曲軸84，且第二次級側56設置于車架82，因此曲軸84與車架82之間可通過第二磁耦合裝置50傳遞信號。踏板86上具有壓力感測裝置20。壓力感測裝置20可感測騎乘者踩踏的力道大小，并且感測到的結果，經(jīng)由第一磁耦合裝置30、第二磁耦合裝置50以非接觸式的方式進行信號的傳遞至車架82上的檢測裝置40。檢測裝置40可將檢測到的結果，轉換成測量信號，并且再傳送測量信號給電動動力輔助系統(tǒng)。電動動力輔助系統(tǒng)可根據(jù)測量信號，決定對應輸出的動力給自行車80。將本發(fā)明應用于自行車80時，只需要將踏板86安裝壓力感測裝置20，并且于樞接處加上第一磁耦合裝置30與第二磁耦合裝置50，即可利用踏板86檢測踩踏的力道。因此，不需要大幅改變車身結構，本發(fā)明即可直接整合于目前現(xiàn)有的自行車80上。即使當壓力感測裝置20故障時，亦不會影響自行車80的騎乘性能。請參照圖8A與圖8B，圖8A與圖8B為應用本發(fā)明的第二實施例的示意圖。本發(fā)明所提出的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10可應用于一輪椅90。輪椅90包括本體92、輪胎 94與手推輪96。在一實施例中，輪胎94則是樞接于本體92，且手推輪96以彈性體(圖中未繪示) 固定于輪胎94，例如是輪胎94的內(nèi)側或其軸部。使用者可施力至手推輪96以帶動輪胎94 前進，此時由于彈性體的設置，使手推輪96與輪胎94產(chǎn)生相對位移。在彈性體的彈性限度內(nèi)，手推輪96與輪胎94之間的相對位移量與使用者所施的力成正比。壓力感測裝置20設置于手推輪96上，通過手推輪96與輪胎94之間的相對位移，以感測使用者所施的力。第一磁耦合裝置30則會設置于本體92與輪胎94的樞接處。檢測裝置40則設置于本體92 上。壓力感測裝置20感測使用者的推力，并且通過第一磁耦合裝置30，以非接觸式方式將感測結果傳送至檢測裝置40。因此，輪椅90本身的動力輔助系統(tǒng)，將可以根據(jù)使用者的推力，產(chǎn)生對應的動力。請參照圖9，為本發(fā)明所提出的非接觸式測量信號傳送方法。此一方法用于圖1所述的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)10。在步驟SlOl中，由檢測裝置40產(chǎn)生交流信號。交流信號可由振蕩器所產(chǎn)生。此交流信號可被再傳送予第一磁耦合裝置30。在步驟S103中，經(jīng)由第一磁耦合裝置30，將交流信號轉換為一磁耦合信號。第一磁耦合裝置30設置于旋轉面，并可由非接觸式的方式傳遞信號。在步驟S105中，壓力感測裝置20接收磁耦合信號，并依據(jù)位移程度而響應一回傳信號。使用者在施予外力至壓力感測裝置20時，會使壓力感測裝置20中的可變阻抗22的阻抗值改變，以使交流信號的振幅與相位也隨之改變。流經(jīng)可變阻抗22并輸出的信號，即為回傳信號。在步驟S107中，回傳信號亦會經(jīng)由第一磁耦合裝置30傳遞至檢測裝置40。檢測裝置40根據(jù)回傳信號的特征，以輸出受力信號。在本發(fā)明的一實施例中，檢測裝置40根據(jù)回傳信號的增益，并在一查找表中找尋此增益所對應的受力信號。而在本發(fā)明的一實施例中，檢測裝置40根據(jù)回傳信號的相位， 并在一查找表中找尋此增益所對應的受力信號。之后，檢測裝置40則會再將查找所得到的受力信號輸出。在本發(fā)明的一實施例中，還包括步驟S109。在步驟S109中，根據(jù)受力信號，產(chǎn)生一輔助動力給予輪車裝置。
權利要求
1.一種非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)，用于一輪車裝置，該輪車裝置包括一本體與一轉體，該轉體相對于該本體轉動，該非接觸式信號傳送系統(tǒng)包括一檢測裝置，該檢測裝置設置于該本體，該檢測裝置產(chǎn)生一交流信號；一第一磁耦合裝置，包括一第一初級側與一第一次級側，該第一次級側接收該交流信號并自該第一初級側發(fā)出一磁耦合信號；以及一壓力感測裝置，設置于該轉體，該壓力感測裝置電性連接該第一初級側，并且接收該磁耦合信號，該壓力感測裝置包括一受力部與一基座，該壓力感測裝置根據(jù)該受力部與該基座的一相對位置而產(chǎn)生一回傳信號至該第一初級側，該檢測裝置根據(jù)經(jīng)由該第一磁耦合裝置回傳的該回傳信號而輸出一受力信號。
2.如權利要求1所述的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)，其中該第一磁耦合裝置的該第一初級側與該第一次級側分別具有一導體線圈，當該第一初級側與該第一次級側之間以一中軸產(chǎn)生旋轉運動時，該導體線圈保持固定的一磁耦合系數(shù)。
3.如權利要求1所述的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)，還包括一第二磁耦合裝置，該第二磁耦合裝置電性連接于該第一磁耦合裝置與該檢測裝置之間，該第二磁耦合裝置包括一第二初級側與一第二次級側，該第二次級側自該檢測裝置接收該交流信號，并且經(jīng)由該第二初級側傳送該交流信號至該第一次級側。
4.如權利要求3所述的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)，其中該輪車裝置為一自行車，該自行車包括一車架、一曲軸與一踏板，該本體設置于該車架，該轉體設置于該踏板，該踏板樞接于該曲軸，該曲軸樞接于該車架，該踏板具有該壓力感測裝置與該第一初級側，該曲軸具有該第一次級側與該第二初級側，該車架具有該第二次級側與該檢測裝置，該壓力感測裝置是將該受力信號經(jīng)由該第一磁耦合裝置與該第二磁耦合裝置以非接觸式的方式傳遞至該檢測裝置。
5.如權利要求1所述的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)，該基座包括一第一導磁元件，該第一初級側電性連接該第一導磁元件，該受力部包括一第二導磁元件，該第二導磁元件移動時改變一導磁體的大小，以改變該第一導磁元件的一電感值。
6.如權利要求1所述的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)，其中該檢測裝置根據(jù)該回傳信號于一特定頻率的一振幅改變，而輸出該受力信號。
7.如權利要求1所述的非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)，其中該檢測裝置根據(jù)該回傳信號于一特定頻率的一相位改變，而輸出該受力信號。
8.一種非接觸式測量信號傳送方法，用于一輪車裝置，該輪車裝置包括一本體與一轉體，該轉體包括一壓力感測裝置，該本體包括一檢測裝置，該本體與該轉體之間具有一第一磁耦合裝置，該非接觸式測量信號傳送方法包括由該檢測裝置產(chǎn)生一交流信號予該第一磁耦合裝置；由該第一磁耦合裝置將該交流信號轉換為一磁耦合信號；該壓力感測裝置接收該磁耦合信號，并依據(jù)一位移程度而響應一回傳信號；由該第一磁耦合裝置傳遞該回傳信號至該檢測裝置；以及該檢測裝置根據(jù)該回傳信號的一特征以輸出一受力信號
9.如權利要求8所述的非接觸式測量信號傳送方法，其中在該檢測裝置根據(jù)該回傳信號的該特征以輸出該受力信號的該步驟中，還包括根據(jù)該回傳信號的一增益及一查找表而輸出該受力信號。
10.如權利要求8所述的非接觸式測量信號傳送方法，其中在該檢測裝置根據(jù)該回傳信號的該特征以輸出該受力信號的該步驟中，還包括根據(jù)該回傳信號的一相位及一查找表而輸出該受力信號。
11.如權利要求8所述的非接觸式測量信號傳送方法，還包括 根據(jù)該受力信號，產(chǎn)生一輔助動力予該輪車裝置。
全文摘要
一種非接觸式測量信號傳送系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)包括檢測裝置、磁耦合裝置與壓力感測裝置。檢測裝置設置于輪車裝置的本體，并用以產(chǎn)生一交流信號。磁耦合裝置包括第一初級側與第一次級側，第一次級側接收交流信號并自該第一初級側發(fā)出一磁耦合信號。設置于轉體上的壓力感測裝置接收磁耦合信號，并包括受力部與基座。壓力感測裝置在接收到使用者的按壓后，根據(jù)受力部與基座之間的相對位移，產(chǎn)生一回傳信號。檢測裝置根據(jù)回傳信號，輸出一受力信號。
文檔編號G08C17/04GK102542770SQ201010611908
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者蔡建峰 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院