CN101988829B - 河床结构的监测***及监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种河床结构的监测装置，用以针对一位于水面下的河床的结构变化进行监测并输出一对应该河床结构变化的感测信号，其中包含：一H型支撑单元及至少一监测单元。H型支撑单元至少部分埋设在河床中；监测单元设置在该H型支撑单元并埋设在河床中，监测单元在河床结构发生变化而外露在河床外时，送出感测信号，如此可借由分析感测信号而得知河床结构的变化，以便作后续的处理与警示。

Description

河床结构的监测***及监测装置

技术领域

本发明涉及一种监测装置，特别是涉及一种针对河床的结构变化进行监测的监测装置。

背景技术

在地势起伏剧烈、河水湍急的地理环境，复加上山坡地过度开发、盗采砂石等人为因素影响，造成河床掏空、冲刷情况加剧，以及山坡地滑动等土石流问题，特别是针对桥梁的安全更是严重威胁。

桥梁冲刷监测装置的主要目的，在于即时反应桥梁地基的冲刷掏空深度，以判断桥梁的安全性。

请参阅图1，为现有用在监测桥梁地基的掏空深度的方法，主要是将三个监测装置900埋设在桥梁的桥墩910附近的河床920中，借由侦测监测装置900的数量来判断河床920的深度，举例来说，若接收到三个监测装置900所发出的信号，即表示目前的河床920的深度为X。但是，河床920经过河水或是土石流的冲刷，会使最上层的监测装置900外露在河床920，使该监测装置900随着河水或土石的冲刷而被带走，此时，工程人员将仅会收到下面二个监测装置900所发出的信号，即表示河床920的深度已从X下降至X’。

现有的方式虽然可以达到监测河床920深度的目的，但是，监测装置900会随着河水或土石的冲刷而被带走，不仅无法回收，还会成为下游河川中的废弃物。此外，每个监测装置900中皆必须装设供应电源，例如：电池，使得其中的电路能够正常运作而发出信号，如此更造成制作成本上的耗费。

由此可见，上述现有的监测桥梁地基的掏空深度的方法，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般检测装置又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的河床结构的检测***及检测装置，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的监测桥梁地基的掏空深度的方法存在的缺陷，而提供一种河床结构的监测装置，所要解决的技术问题是使其不需要额外的供应电源且可以重复使用。

本发明的另一目的在于，提供一种监测***，所要解决的技术问题是使其针对桥梁安全性进行监测。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种河床结构的监测装置，用以针对一位于水面下的河床的结构变化进行监测并输出一对应该河床结构变化的感测信号；其中该监测装置包含：一H型支撑单元，至少部分埋设在该河床中；及至少一监测单元，设置在该H型支撑单元上并埋设在该河床中，该监测单元在该河床结构发生变化而外露在该河床外时，送出该感测信号。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

较佳地，前述的监测装置，其中该H型支撑单元为一H型钢架。

较佳地，前述的监测装置，其中特征在于该监测装置还包含数量与该监测单元对应的防撞单元，该H型支撑单元包括两相对侧板及一连接并间隔所述侧板的隔板，而在该隔板的前、后面与所述侧板之间形成二凹陷部，该防撞单元装设在该H型支撑单元的其中一凹陷部，用以将固设在该凹陷部上的该监测单元罩设在其中。

较佳地，前述的监测装置，其中该防撞单元具有一顶壁、一侧壁及一底壁，该顶壁及侧壁是由多数支柱并排组成，该底壁则为一基板，该顶壁、侧壁、底壁与H型支撑单元的隔板共同界定出一供该监测单元设置的容置空间。

较佳地，前述的监测装置，其中该防撞单元为一耐磨耗材质。

较佳地，前述的监测装置，其中该防撞单元的材质为活性粉混凝土。

较佳地，前述的监测装置，其中至少一个监测单元中具有一发电机，该发电机具有一转盘、一感测电路及一计算电路，该转盘根据河水的冲刷水流力而旋转，使该发电机产生供应该监测装置所需的电力，该感测电路根据河水的冲刷水流力强度而产生该感测信号，该计算电路用以计算该转盘的转速。

较佳地，前述的监测装置，其中该监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，该印刷电路板电连接该发电机，该感测元件设置在该印刷电路板，用以感测该河床结构的一环境参数。

较佳地，前述的监测装置，其中该H型支撑单元的其中一壁面上具有数量与该发电机对应的穿孔，供该发电机卡固在其中。

较佳地，前述的监测装置，其中该防撞单元为一防撞盒，该防撞盒具有一第一孔洞及一第二孔洞，该第一孔洞、第二孔洞及该H型支撑单元的穿孔的位置相互对应，该发电机穿过该第二孔洞并卡固在该穿孔中。

较佳地，前述的监测装置，其中该发电机的数量与该监测单元相同。

较佳地，前述的监测装置，其中该发电机为交流式或直流式永磁马达及盘式马达其中之一。

较佳地，前述的监测装置，其中该感测元件为加速度感测计。

较佳地，前述的监测装置，其中至少一个监测单元中具有一设置在该防撞单元内的冲刷砖及多数个振动元件，所述振动元件的一端固定在该冲刷砖，所述振动元件受到外力振动而产生供应该监测装置所需的电力及该感测信号。

较佳地，前述的监测装置，其中所述振动元件的材质为锆钛酸铅及钛酸钡其中之一。

较佳地，前述的监测装置，其中所述振动元件以并排或是梳状的方式固定在该冲刷砖上。

较佳地，前述的监测装置，其中该监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，该印刷电路板电连接该冲刷砖，该感测元件设置在该印刷电路板，用以感测该河床结构中的一环境参数。

较佳地，前述的监测装置，其中该冲刷砖的数量与该监测单元相同。

较佳地，前述的监测装置，其中该感测元件为加速度感测计。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种河床结构的监测***，用以针对一位在水面下的河床的结构变化进行监测并输出一对应该河床结构变化的感测信号；其中该监测***包含：一监测装置，包括一H型支撑单元、至少一监测单元及至少一信号传送器，该H型支撑单元至少部分埋设在该河床中，该监测单元设置在该H型支撑单元上并埋设在该河床中，该监测单元在该河床结构发生变化而外露该河床外时，送出该感测信号，该信号传送器耦接该监测单元，用以输出该感测信号；及一信号撷取装置，用以接收并分析该感测信号。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

较佳地，前述的监测***，其中该信号传送器的数量等于或少于该监测单元的数量。

较佳地，前述的监测***，其中该信号传送器是以有线传输方式或借由无线微波射频的方式传送该感测信号至该信号撷取装置。

较佳地，前述的监测***，其中该H型支撑单元为一H型钢架。

较佳地，前述的监测***，其中该监测装置更包括数量与该监测单元对应的防撞单元，该H型支撑单元包括两相对侧板及一连接并间隔所述侧板的隔板，而在该隔板的前、后面与所述侧板之间形成二凹陷部，该防撞单元装设在该H型支撑单元的其中一凹陷部，用以将固设在该凹陷部上的该监测单元罩设在其中。

较佳地，前述的监测***，其中该防撞单元具有一顶壁、一侧壁及一底壁，该顶壁及侧壁是由多数支柱并排组成，该底壁则为一基板，该顶壁、侧壁、底壁与H型支撑单元的隔板共同界定出一供该监测单元设置的容置空间。

较佳地，前述的监测***，其中该防撞单元为一耐磨耗材质。

较佳地，前述的监测***，其中该防撞单元的材质为活性粉混凝土。

较佳地，前述的监测***，其中至少一个监测单元中具有一发电机，该发电机具有一转盘、一感测电路及一计算电路，该转盘根据河水的冲刷水流力而旋转，使该发电机产生供应该监测装置所需的电力，该感测电路根据河水的冲刷水流力强度而产生该感测信号，该计算电路用以计算该转盘的转速。

较佳地，前述的监测***，其中该监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，该印刷电路板电连接该发电机，该感测元件设置在该印刷电路板，用以感测该河床结构的一环境参数。

较佳地，前述的监测***，其中该H型支撑单元的其中一壁面上具有数量与该发电机对应的穿孔，供该发电机卡固在其中。

较佳地，前述的监测***，其中该防撞单元为一防撞盒，该防撞盒具有一第一孔洞及一第二孔洞，该第一孔洞、第二孔洞及该H型支撑单元的穿孔的位置相互对应，该发电机穿过该第二孔洞并卡固在该穿孔中。

较佳地，前述的监测***，其中该发电机的数量与该监测单元相同。

较佳地，前述的监测***，其中该发电机为交流式或直流式永磁马达及盘式马达其中之一。

较佳地，前述的监测***，其中该感测元件为加速度感测计。

较佳地，前述的监测***，其中至少一个监测单元中具有一设置在该防撞单元内的冲刷砖及多数个振动元件，所述振动元件的一端固定在该冲刷砖，所述振动元件受到外力振动而产生供应该监测装置所需的电力及该感测信号。

较佳地，前述的监测***，其中所述振动元件的材质为锆钛酸铅及钛酸钡其中之一。

较佳地，前述的监测***，其中所述振动元件以并排或是梳状的方式固定在该冲刷砖上。

较佳地，前述的监测***，其中该监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，该印刷电路板电连接该冲刷砖，该感测元件设置在该印刷电路板，用以感测该河床结构中的一环境参数。

较佳地，前述的监测***，其中该冲刷砖的数量与该监测单元相同。

较佳地，前述的监测***，其中该感测元件为加速度感测计。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

本发明河床结构的监测装置，用以针对一位在水面下的河床的结构变化进行监测并输出一对应该河床结构变化的感测信号，其中包含：一H型支撑单元及至少一监测单元。H型支撑单元至少部分埋设在河床中；监测单元设置在该H型支撑单元上并埋设在河床中，监测单元在河床结构发生变化而外露在河床外时，送出感测信号。监测装置还包含一数量与监测单元对应的防撞单元，且H型支撑单元包括二相对侧板及一连接并间隔所述侧板的隔板，而该隔板的前、后面与二侧板之间形成二凹陷部，防撞单元装设在H型支撑单元的其中一凹陷部，并具有一顶壁、一侧壁及一底壁，顶壁及侧壁是由多数支柱并排组成，底壁则为一基板，顶壁、侧壁、底壁与H型支撑单元的隔板共同界定出一供监测单元设置的容置空间。在至少一个监测单元中具有一发电机，该发电机具有一转盘、一感测电路及一计算电路。转盘受河水的冲刷水流力而旋转，使发电机产生供应监测装置所需的电力；感测电路根据河水的冲刷水流力强度而产生感测信号；计算电路用以计算转盘的转速。然而，每一个监测单元皆具有一印刷电路板及至少一感测元件，印刷电路板电连接发电机，且感测元件设置在印刷电路板，用以感测河床结构中的一环境参数。进一步，感测元件可为加速度感测计(accelerometer)。H型支撑单元的隔板上具有数量与发电机对应的穿孔，供发电机卡固在其中。此外，防撞单元也可为一防撞盒，该防撞盒具有一第一孔洞及一第二孔洞，第一孔洞、第二孔洞及H型支撑单元的穿孔的位置相互对应，且发电机穿过第二孔洞并卡固在穿孔中。

另外，为达到上述目的，本发明还提供了另一较佳实施例，至少一个监测单元中具有一冲刷砖及多数个振动元件，所述振动元件的一端固定在冲刷砖，振动元件受到外力振动而产生供应监测装置所需的电力及感测信号。振动元件的材质为锆钛酸铅(PZT)或是钛酸钡(BaTiO3)，且是以并排或是梳状的方式固定在冲刷砖上。监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，印刷电路板电连接冲刷砖，且感测元件设置在印刷电路板，用以感测河床结构中的一环境参数。感测元件可为加速度感测计(accelerometer)。监测***，用以针对一位在水面中的河床的结构变化进行监测并输出一对应该河床结构变化的感测信号，该监测***包含：本发明河床结构的监测***，用以针对一位在河水下的河床的结构变化进行监测并输出一对应河床结构变化的感测信号，其中包含：一监测装置及一信号撷取装置。监测装置包括：一H型支撑单元、至少一监测单元及至少一信号传送器。其中，H型支撑单元至少部分埋设在河床中；监测单元设置在H型支撑单元上并埋设在河床中，监测单元在河床结构发生变化而外露在河床外时，送出感测信号；信号传送器耦接监测单元，用以输出感测信号；信号撷取装置用以接收并分析感测信号。

信号传送器是以无线微波射频的方式传送感测信号至信号撷取装置，且信号传送器的数量等于或小于监测单元的数量。监测装置还包含一数量与监测单元对应的防撞单元，且H型支撑单元包括有二相对侧板及一连接并间隔所述侧板的隔板，而该隔板前、后面与二侧板之间形成二凹陷部，防撞单元装设在H型支撑单元的其中一凹陷部，并具有一顶壁、一侧壁及一底壁，顶壁及侧壁是由多数支柱并排组成，底壁则为一基板，顶壁、侧壁、底壁与H型支撑单元的隔板共同界定出一供监测单元设置的容置空间。在至少一个监测单元中具有一发电机，该发电机具有一转盘、一感测电路及一计算电路。转盘受河水的冲刷水流力而旋转，使发电机产生供应监测装置所需的电力；感测电路根据河水的冲刷水流力强度而产生感测信号；计算电路用以计算转盘的转速。然而，每一个监测单元皆具有一印刷电路板及至少一感测元件，印刷电路板电连接发电机，且感测元件设置在印刷电路板，用以感测河床结构中的一环境参数。进一步，感测元件可为加速度感测计(accelerometer)。H型支撑单元的隔板上具有数量与发电机对应的穿孔，供发电机卡固在其中。此外，防撞单元也可为一防撞盒，该防撞盒具有一第一孔洞及一第二孔洞，第一孔洞、第二孔洞及H型支撑单元的穿孔的位置相互对应，且发电机穿过第二孔洞并卡固在穿孔中。

再者，为达到上述目的，本发明再提供另一较佳实施例，至少一个监测单元中具有一设置在防撞单元中的冲刷砖及多数个振动元件，所述振动元件的一端固定在冲刷砖，振动元件受到外力振动而产生供应监测装置所需的电力及感测信号。振动元件的材质为锆钛酸铅(PZT)或是钛酸钡(BaTiO3)，且是以并排或是梳状的方式固定在冲刷砖上。监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，印刷电路板电连接冲刷砖，且感测元件设置在印刷电路板，用以感测河床结构中的一环境参数。感测元件可为加速度感测计(accelerometer)。

借由上述技术方案，本发明河床结构的监测***及监测装置至少具有下列优点及有益效果。

本发明的监测装置利用发电机或振动元件因河水的冲刷水流力而发电，使得监测装置将不需要额外的供应电源，此外，本发明是将监测单元容置在防撞单元中，以防止监测单元随着河水四处漂流，所以可达到重复使用的功效。

综上所述，本发明在技术上有显着的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是一平面示意图，说明现有监测装置埋设在河床中的实施结构；

图2是一平面示意图，说明本发明河床结构的监测***的第一较佳实施例；

图3是一立体图，说明该第一较佳实施例的监测装置的内部构造；

图4是一立体图，说明该第一较佳实施例的监测单元的内部构造；

图5是一平面图，说明该第一较佳实施例的监测装置的另一种结构；

图6是一平面图，说明该第一较佳实施例的监测装置的另一种结构；

图7是一示意图，说明该第一较佳实施例的信号撷取装置的内部构造；

图8是一平面示意图，说明河床受到河水冲刷后的结构变化；

图9是一立体图，说明本发明河床结构的监测***的第二较佳实施例中监测单元的内部构造；

图10是一平面图，说明本发明河床结构的监测***的第三较佳实施例。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的河床结构的监测***及监测装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图2，为本发明河床结构的监测***的第一较佳实施例，该监测***100用以监测一河床200，经过土石流、雨水、河水长期的冲刷、崩塌、洄淤后的结构变化，而在本实施例中，监测***100特别应用在监测一桥梁300的桥墩310附近水面下的河床200的结构变化(例如：冲刷深度、洄淤深度等)及河水400的流速，以掌握桥墩310附近河床200的变化，并适时地发出警讯，以确保行经该桥梁300的车辆及行人的安全。监测***100包含一埋设在桥墩310附近的河床200中并与桥墩310连接的监测装置10，及一设置在桥梁300上的信号撷取装置20。

配合参阅图3及图4，监测装置10中包括一H型支撑单元1、多数个防撞单元2及多数个监测单元3。H型支撑单元1为一H-型钢架(H-beam)，但不以此为限，任何形状为H型且能够支撑、固定的材质皆可。H型支撑单元1至少部分埋设在桥墩310旁边的河床200中，并利用多个支撑架30(或钢架)与桥墩310连接，以防止H型支撑单元1随着河水400的冲刷而移动。此外，H型支撑单元1的纵向方向会与桥墩310的纵向方向平行，且具有二相对侧板14及一连接并间隔两侧板14的隔板12，而在隔板12的前、后面与二侧板14之间形成二个凹陷部11。

防撞单元2为活性粉混凝土(RPC)，或任何耐磨耗的材质，例如：不锈钢制成的不锈钢架或是塑胶架等等，用以「保护」监测单元3避免受到河水400中的石头或漂流物的撞击而造成损坏。防撞单元2具有三个壁：一顶壁21、一侧壁22及一底壁23。顶壁21及侧壁22是由多数个支柱所组成，底壁23则是为一个基板，防撞单元2装设在H型支撑单元1的其中一个凹陷部11中，使得三个壁与H型支撑单元1的隔板12共同界定出一容置空间。在本实施例中，防撞单元2的数量为五，且全部装设在同一个凹陷部11中，但其装设的位置及数量皆不以此为限。

监测单元3的数量与防撞单元2相对应，且一对一的设置在防撞单元2的容置空间中，其设置的方法有很多种：粘着、锁合、捆绑等等。在本实施例中，监测单元3具有一在水中运作的发电机(generator)31，例如：交流式或直流式永磁马达(Permanent-Magnet Motor)或盘式马达等等，及一连接在发电机31的印刷电路板(PCB)32，而在图4中，发电机31是以永磁马达31来说明。永磁马达31具有一转盘310、一感测电路311及一计算电路312，转盘310借由河水400的冲刷水流力而旋转，使得永磁马达31可产生供应整个监测单元3运作的电力(10～30瓦)，若永磁马达31位于河水400中，受到河水400的冲刷水流力较大，则转盘310的转速越快，感测信号的频率与振幅越大；相反地，若永磁马达31位于河床200的土壤中，受到河水400的冲刷水流力较小，则转盘310的转速较慢，感测信号的频率与振幅也会越小。此外，感测电路311根据河水400的冲刷水流力强度而产生感测信号，借由分析该感测信号即可得知河床200结构变化的程度，且计算电路312可在转盘310旋转时同时计算出其转速，如此即可得知河水400的冲刷速度，因此，本实施例的永磁马达31具有三种功能：发电、产生代表河水400的冲刷水流力强度的感测信号，及测得河水400的冲刷速度。

印刷电路板32上设置(电连接)有至少一感测元件33及一信号传送器34。感测元件33用以感测河床200结构中的一环境参数，在本实施例中，感测元件33为加速度感测计(accelerometer)33。加速度感测计33利用其本体受到河水400的冲刷水流力而产生移动或转动，使其内部结构产生位移，藉此感测河水400及河床200内部加速度的变化。此外，加速度感测计33也可以应用在倾斜角度感测计，用以根据河床200结构的倾斜角度的不同而输出对应该倾斜角度的感测信号。

值得一提的是，永磁马达31及加速度感测计33皆可以分析出河水400的冲刷水流力强度，而本实施例是同时接收且分析两者所发出的感测信号及环境参数，以增加分析结果的精确度。当然，仅接收感测信号同样可达到分析河水400的冲刷水流力强度的功效，换句话说，监测单元3中可以只有发电机31而不需要装置感测元件33，同样可利用感测信号来进行河床200的分析，所以不以本实施例为限。再者，印刷电路板32上可以因应河床200的结构需求多加整合如温度感测计、湿度感测计等各类感测元件33。

信号传送器34用以将感测信号及环境参数传送至信号撷取装置20，其传送信号的方式是利用无线微波射频(Radio Frequency，RF)技术，当然也可以利用红外线、蓝芽(bluetooth)或是有线传输的方式传送，并不以本实施例为限。

此外，请参阅图5，信号传送器34也可以独立装设在H型支撑单元1上，各个监测单元3可透过传输线40而彼此电连接，用以传送感测信号及环境参数，并且由信号传送器34统一将所有的感测信号及环境参数传送至信号撷取装置20进行分析，如此一来，此方式仅需装设一个信号传送器34即可。特别说明的是，若使用图5的方式设置信号传送器34，则为了避免信号传送器34受到河水400中的漂流物撞击而造成损坏，可在信号传送器34外部增加防撞单元2，其原理及架构如同上述。

然而，整个监测装置10中也可以只有一个监测单元3中具有永磁马达31、加速度感测计33及信号传送器34。如图6所示，其中，该监测单元3装设在最上层的防撞单元2中，其余的监测单元3则仅具有印刷电路板32及印刷电路板32上的加速度感测计33即可，利用该永磁马达31进行发电并供应给所有加速度感测计33所需的电力，而永磁马达31的感测信号及所有的环境参数则透过该信号传送器34传送至信号撷取装置20。

总括上述三种方式，请参阅图3，每一个监测单元3中皆具有永磁马达31、加速度感测计33及信号传送器34，因此，各个监测单元3可以自行发电且传送感测信号；请参阅图5，每一个监测单元3中仅具有永磁马达31及加速度感测计33，及一个独立设置的信号传送器34，各个监测单元3可以自行发电并供应给加速度感测计33，使其感测出的感测信号，再透过传输线40传送至信号传送器34；请参阅图6，只有一个监测单元3中具有永磁马达31及信号传送器34，其余的监测单元3中皆仅具有加速度感测计33，因此，永磁马达31将供应所有的加速度感测计33所需的电力，而信号传送器34则负责传送所有的感测信号。特别强调的是，信号传送器34的数量会等于或小于监测单元3的数量。

请参阅图2及图7，信号撷取装置20包括一信号接收器201及一分析单元202。信号接收器201用以接收信号传送器34所发出的感测信号，并传送至分析单元202；分析单元202为一电脑，用以分析河床200的结构变化，以便作后续的处理与警示。

请参阅图2，在一开始埋设监测装置10时，本实施例是将五个防撞单元2皆埋入河床200中，仅部份的H型支撑单元1外露且在河水400之中，此时，每一个监测单元3中的加速度感测计33皆在河床2 00中，其所受到的水压较小，所以感测信号的振幅将会在一个预设的变动范围内变动；请配合参阅图8，当发生台风或是土石流等天灾时，河床200会被河水400或与雨水冲刷，以至于最上层的监测单元3外露在河床200而浸入河水400之中，使得该最上层的监测单元3的加速度感测计33会受到较大的水压，使得其所产生的环境参数的振幅将会超出变动范围。

信号接收器201接收到信号传送器34所发出的感测信号，由于每一个监测单元3中加速度感测计33受到的水压及被埋设在河床200的深度不同，因此，分析单元202能够根据感测信号的振幅及频率判别出当时河床200的深度，及河水400对河床200的冲刷程度。换句话说，分析单元202分析出最上层的监测单元3所发出的感测信号的振幅超出变动范围，即表示当时河床200的高度已从X下降至X′。如此一来，本实施例的监测装置10将可以精确且即时的得知桥墩310底下河床200的结构，且监测单元3装设在防撞单元2中，不仅可防止被石块或重物击中而损毁，也不会因河水400的冲刷而散落在河床200或河水400之中。再者，永磁马达31仅需透过外界的压力(水压)即可发电，如此将不需要额外的供应电源，以节省成本。

请参阅图9，为本发明河床结构的监测***100的第二较佳实施例，大致与第一较佳实施例相同，其不同之处在于，本实施例的监测单元3′包括一冲刷砖35、多数个振动元件36、一印刷电路板32、一加速度感测计33及信号传送器34。其中，本实施例是利用振动元件36来取代第一较佳实施例中的发电机(永磁马达)31。

冲刷砖35具有多数个针脚351，并借由该针脚351插设在印刷电路板32上。振动元件36的材料为锆钛酸铅(PZT)，或是钛酸钡(BaTiO3)等具有的优良压电特性的材料，且以并排或是梳状(Comb)的方式固定在冲刷砖35上。当振动元件36受到外界压力时，例如：水压，其振动元件36内的电偶极矩(图未示)会随材质的压缩而变短，此时，振动元件36内为抵抗此种外力而将产生电力及感测信号，以保持其原本的状态。振动元件36所产生的电力可提供给监测单元3，使其可以正常运作，而印刷电路板32、加速度感测计33及信号传送器34皆与第一较佳实施例相同，所以不再赘述。

请参阅图10，为本发明河床结构的监测***100的第三较佳实施例，大致与第一较佳实施例相同，其不同之处在于，H型支撑单元1的隔板12上穿设多数个穿孔13，所述穿孔13的数量及大小皆对应在监测单元3的永磁马达(发电机)31，使得每个永磁马达31可分别卡固在各个对应的穿孔13中，以防止永磁马达31随着河水400的冲刷而流动。

此外，防撞单元2的型态也不同于上述实施例，在本实施例中，防撞单元2为一防撞盒2′，该防撞盒2′具有一第一孔洞24及一第二孔洞25，第一孔洞24、第二孔洞25及H型支撑单元1的穿孔13的位置相互对应，发电机31穿过第二孔洞25并卡固在H型支撑单元1的穿孔13中。当防撞盒2′外露在河水400中时，河水400会由第一孔洞24进入防撞盒2′中，并带动永磁马达31的转盘310旋转，再由第二孔洞25及H型支撑单元1的穿孔13流出，如图11的箭头所示。然而，第一孔洞24及第二孔洞25的数量及位置皆不以本实施例为限，只要能使河水400能够进入防撞盒2′，以带动永磁马达31的转盘310旋转即可。

综上所述，本发明监测***100利用发电机31或是振动元件36借由河水400的流动与冲刷而产生电力，以供应给各个感测元件33(例如：加速度感测计、温度感测计、湿度感测计等)所需的电力，如此将不需要额外的供应电源，以降低成本。此外，本发明监测***100还多加装防撞单元2(或是防撞盒2′)，不仅可以防止监测单元3受到河水400中的石头或是漂流物的撞击而损毁，且还可以避免监测单元3随着河水400的冲刷而四处漂流，甚至消失在河水400之中，使得监测单元3能够重复使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (38)

1.一种河床结构的监测装置，用以针对一位于水面下的河床的结构变化进行监测并输出一对应该河床结构变化的感测信号；其特征在于：

该监测装置包含：

一H型支撑单元，至少部分埋设在该河床中；及

至少一监测单元，设置在该H型支撑单元上并埋设在该河床中，至少一个监测单元中具有一冲刷砖及多数个材质具压电特性的振动元件，所述振动元件的一端固定在该冲刷砖，该监测单元在该河床结构发生变化而外露在该河床外时，所述振动元件受到外力振动而产生供应该监测装置所需的电力及该感测信号。

2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于该H型支撑单元为一H型钢架。

3.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于该监测装置还包含数量与该监测单元对应的防撞单元，该H型支撑单元包括两相对侧板及一连接并间隔所述侧板的隔板，而在该隔板的前、后面与所述侧板之间形成二凹陷部，该防撞单元装设在该H型支撑单元的其中一凹陷部，用以将固设在该凹陷部上的该监测单元罩设在其中。

4.如权利要求3所述的监测装置，其特征在于该防撞单元具有一顶壁、一侧壁及一底壁，该顶壁及侧壁是由多数支柱并排组成，该底壁则为一基板，该顶壁、侧壁、底壁与H型支撑单元的隔板共同界定出一供该监测单元设置的容置空间。

5.如权利要求4所述的监测装置，其特征在于该防撞单元为一耐磨耗材质。

6.如权利要求5所述的监测装置，其特征在于该防撞单元的材质为活性粉混凝土。

7.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于至少一个监测单元中具有一发电机，该发电机具有一转盘、一感测电路及一计算电路，该转盘根据河水的冲刷水流力而旋转，使该发电机产生供应该监测装置所需的电力，该感测电路根据河水的冲刷水流力强度而产生该感测信号，该计算电路用以计算该转盘的转速。

8.如权利要求7所述的监测装置，其特征在于该监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，该印刷电路板电连接该发电机，该感测元件设置在该印刷电路板，用以感测该河床结构的一环境参数。

9.如权利要求7或8所述的监测装置，其特征在于该H型支撑单元的其中一壁面上具有数量与该发电机对应的穿孔，供该发电机卡固在其中。

10.如权利要求9所述的监测装置，其特征在于该防撞单元为一防撞盒，该防撞盒具有一第一孔洞及一第二孔洞，该第一孔洞、第二孔洞及该H型支撑单元的穿孔的位置相互对应，该发电机穿过该第二孔洞并卡固在该穿孔中。

11.如权利要求10所述的监测装置，其特征在于该发电机的数量与该监测单元相同。

12.如权利要求10所述的监测装置，其特征在于该发电机为交流式或直流式永磁马达及盘式马达其中之一。

13.如权利要求10所述的监测装置，其特征在于该感测元件为加速度感测计。

14.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于所述振动元件的材质为锆钛酸铅及钛酸钡其中之一。

15.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于所述振动元件以并排或是梳状的方式固定在该冲刷砖上。

16.如权利要求14或15所述的监测装置，其特征在于该监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，该印刷电路板电连接该冲刷砖，该感测元件设置在该印刷电路板，用以感测该河床结构中的一环境参数。

17.如权利要求16所述的监测装置，其特征在于该冲刷砖的数量与该监测单元相同。

18.如权利要求16所述的监测装置，其特征在于该感测元件为加速度感测计。

19.一种河床结构的监测***，用以针对一位在水面下的河床的结构变化进行监测并输出一对应该河床结构变化的感测信号；其特征在于：

该监测***包含：

一监测装置，包括一H型支撑单元、至少一监测单元及至少一信号传送器，该H型支撑单元至少部分埋设在该河床中，该监测单元设置在该H型支撑单元上并埋设在该河床中，至少一个监测单元中具有一冲刷砖及多数个材质具压电特性的振动元件，所述振动元件的一端固定在该冲刷砖，该监测单元在该河床结构发生变化而外露该河床外时，所述振动元件受到外力振动而产生供应该监测装置所需的电力及该感测信号，该信号传送器耦接该监测单元，用以输出该感测信号；及

一信号撷取装置，用以接收并分析该感测信号。

20.如权利要求19所述的监测***，其特征在于该信号传送器的数量等于或少于该监测单元的数量。

21.如权利要求19所述的监测***，其特征在于该信号传送器是以有线传输方式或借由无线微波射频的方式传送该感测信号至该信号撷取装置。

22.如权利要求19所述的监测***，其特征在于该H型支撑单元为一H型钢架。

23.如权利要求19所述的监测***，其特征在于该监测装置更包括数量与该监测单元对应的防撞单元，该H型支撑单元包括两相对侧板及一连接并间隔所述侧板的隔板，而在该隔板的前、后面与所述侧板之间形成二凹陷部，该防撞单元装设在该H型支撑单元的其中一凹陷部，用以将固设在该凹陷部上的该监测单元罩设在其中。

24.如权利要求23所述的监测***，其特征在于该防撞单元具有一顶壁、一侧壁及一底壁，该顶壁及侧壁是由多数支柱并排组成，该底壁则为一基板，该顶壁、侧壁、底壁与H型支撑单元的隔板共同界定出一供该监测单元设置的容置空间。

25.如权利要求24所述的监测***，其特征在于该防撞单元为一耐磨耗材质。

26.如权利要求25所述的监测***，其特征在于该防撞单元的材质为活性粉混凝土。

27.如权利要求19所述的监测***，其特征在于至少一个监测单元中具有一发电机，该发电机具有一转盘、一感测电路及一计算电路，该转盘根据河水的冲刷水流力而旋转，使该发电机产生供应该监测装置所需的电力，该感测电路根据河水的冲刷水流力强度而产生该感测信号，该计算电路用以计算该转盘的转速。

28.如权利要求27所述的监测***，其特征在于该监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，该印刷电路板电连接该发电机，该感测元件设置在该印刷电路板，用以感测该河床结构的一环境参数。

29.如权利要求27或28所述的监测***，其特征在于该H型支撑单元的其中一壁面上具有数量与该发电机对应的穿孔，供该发电机卡固在其中。

30.如权利要求29所述的监测***，其特征在于该防撞单元为一防撞盒，该防撞盒具有一第一孔洞及一第二孔洞，该第一孔洞、第二孔洞及该H型支撑单元的穿孔的位置相互对应，该发电机穿过该第二孔洞并卡固在该穿孔中。

31.如权利要求30所述的监测***，其特征在于该发电机的数量与该监测单元相同。

32.如权利要求30所述的监测***，其特征在于该发电机为交流式或直流式永磁马达及盘式马达其中之一。

33.如权利要求30所述的监测***，其特征在于该感测元件为加速度感测计。

34.如权利要求19所述的监测***，其特征在于所述振动元件的材质为锆钛酸铅及钛酸钡其中之一。

35.如权利要求19所述的监测***，其特征在于所述振动元件以并排或是梳状的方式固定在该冲刷砖上。

36.如权利要求34或35所述的监测***，其特征在于该监测单元还具有一印刷电路板及至少一感测元件，该印刷电路板电连接该冲刷砖，该感测元件设置在该印刷电路板，用以感测该河床结构中的一环境参数。

37.如权利要求36所述的监测***，其特征在于该冲刷砖的数量与该监测单元相同。

38.如权利要求36所述的监测***，其特征在于该感测元件为加速度感测计。

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