TWI729594B - 檢測裝置 - Google Patents

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TWI729594B
TWI729594B TW108143258A TW108143258A TWI729594B TW I729594 B TWI729594 B TW I729594B TW 108143258 A TW108143258 A TW 108143258A TW 108143258 A TW108143258 A TW 108143258A TW I729594 B TWI729594 B TW I729594B
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李偉豪
張博欽
蘇宗玄
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Abstract

一種檢測裝置包含固定元件、檢測元件及終端。固定元件配置以固定於待測物並產生第一磁場。檢測元件包含驅動模組及參考模組。驅動模組配置以產生第二磁場，並配置以根據第一磁場和第二磁場所產生之感應電動勢產生感測訊號。參考模組與驅動模組相隔一段距離而位於第二磁場外並配置以產生參考訊號。終端配置以根據感測訊號及參考訊號產生檢測資訊。

Description

檢測裝置
本發明係有關於一種檢測裝置，尤其係指一種電磁式的檢測裝置。
在工業或醫學領域中，連接、固定用的零件或植體的檢測相當重要。若能檢測零件的使用狀況，便可在零件損壞前進行置換，進而避免零件損壞或斷裂導致機械無法運行。現行醫學領域的實務上，由於植體骨整合過程緩慢，因而也需要醫師持續觀察、診斷患者術後狀況，以紀錄、評估各療程階段中植體骨整合狀態，進而需要量測植體的檢測裝置來得到植體的資訊。
在某些狀況，檢測裝置的體積及靈敏度相當地關鍵。例如檢測牙科植體時，由於人的口腔空間有限，如何設計出一種靈敏度佳且體積較小的檢測裝置便顯得更加重要。此外在醫學領域中，基於衛生考量，如何提供一種非接觸式的檢測裝置進而避免細菌的傳遞也相當地必要。
因此，如何提出一種可解決上述問題的檢測裝置，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。
有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可有解決上述問題的檢測裝置。
為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種檢測裝置包含固定元件、檢測元件及終端。固定元件配置以固定於待測物並產生第一磁場。檢測元件包含驅動模組及參考模組。驅動模組配置以產生第二磁場，並配置以根據第一磁場和第二磁場所產生之感應電動勢產生感測訊號。參考模組與驅動模組相隔一段距離而位於第二磁場外並配置以產生參考訊號。終端配置以根據感測訊號及參考訊號產生檢測資訊。
於本發明的一或多個實施方式中，驅動模組包含第一磁性單元和第一感測單元。
於本發明的一或多個實施方式中，參考模組與驅動模組相隔之距離為第一磁性單元之長度的6倍。
於本發明的一或多個實施方式中，第一感測單元位於第一磁性單元與參考模組之間。
於本發明的一或多個實施方式中，參考模組包含第二磁性單元及第二感測單元。
於本發明的一或多個實施方式中，第一感測單元及第二感測單元為磁性感測器。
於本發明的一或多個實施方式中，固定元件為環狀或棒狀。
於本發明的一或多個實施方式中，檢測元件包含傳輸單元，終端包含接收單元。
綜上所述，本發明所提供之檢測裝置利用第一磁場及第二磁場所產生的感應電動勢產生感測訊號，並藉由第二參考元件的第三磁場產生參考訊號與感測訊號比對，進而檢測植體或機械零件的缺損狀況。檢測元件包含驅動模組及參考模組。驅動模組及參考模組相互獨立的設計，使得參考模組可以位於驅動模組產生的第二磁場範圍以外，進而得到不受第二磁場影響的參考訊號，可得到較為準確的檢測結果。
以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。
100:檢測裝置
110:固定元件
130:檢測元件
130a:檢測端
131:驅動模組
131a:第一磁性單元
131b:第一感測單元
133:參考模組
133a:第二磁性單元
133b:第二感測單元
135:傳輸單元
150:終端
151:接收單元
153:顯示單元
A:軸向
x:距離
L:長度
T:待測物
2-2:剖面線
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖繪示為本發明一實施方式中之檢測裝置的示意圖。
第2圖繪示為第1圖中之檢測裝置沿著線段2-2的剖面圖。
第3A圖繪示為第1圖中之固定元件之一實施方式之示意圖。
第3B圖繪示為第1圖中之固定元件之另一實施方式之示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。 然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請參照第1圖及第2圖，於本發明的一個實施方式，一種檢測裝置100包含固定元件110、檢測元件130及終端150。固定元件110配置以固定於待測物並產生第一磁場。檢測元件130包含驅動模組131及參考模組133。驅動模組131配置以產生第二磁場，並配置以根據第一磁場和第二磁場所產生之感應電動勢產生感測訊號。參考模組133與驅動模組131相隔一段距離x而位於第二磁場外，並配置以產生參考訊號。終端150配置以根據感測訊號及參考訊號產生檢測資訊。
具體而言，固定元件110固定於待測物並產生第一磁場，當第一磁場位於驅動模組131的第二磁場的範圍內，其會受到第二磁場的吸引力或排斥力影響。具體上，第二磁場為可變磁場，因此第二磁場的強度、極性是可隨著時間變化的。第一磁場受第二磁場作用產生感應電動勢，驅動模組131並基於感應電動勢產生感測訊號，最後終端150再基於感測訊號與參考訊號產生待測物的檢測資訊。
此外，驅動模組131與參考模組133相隔一段距離x而位於第二磁場外，以避免受到第二磁場的影響，因此參考模組133可產生不受第二磁場干擾的參考訊號。也就是說，參考模組133係位於第二磁場之磁力線不通過的位置，如此可以防止參考模組133感測到第二磁場或被干擾，進而使終端150 可以產生較為準確的待測物之檢測資訊。
請參考第2圖，第2圖為第1圖中檢測元件130基於剖面線2-2所繪之剖面圖。於本發明的一個或多個實施方式中，驅動模組131包含第一磁性單元131a和第一感測單元131b。第一磁性單元131a配置以產生第二磁場。第一感測單元131b配置以根據第一磁場和第二磁場所產生之感應電動勢產生感測訊號。其中第一感測單元131b位於第二磁場的磁力線範圍以內以便感測第一磁場及第二磁場間產生的感應電動勢，進而產生感測訊號。
請參考第2圖，於本發明的一個或多個實施方式中，驅動模組131與參考模組133相隔之距離x大於或等於第一磁性單元131a長度L的6倍。第2圖中具有軸向A，驅動模組131與參考模組133相隔之距離x係指驅動模組131與參考模組133沿著軸向A相隔之距離，而第一磁性單元131a的長度L亦是指第一磁性單元131a沿著軸向A所量測出的長度。
具體而言，驅動模組131與參考模組133之距離x至少為第一磁性單元131a長度L的6倍，方能將參考模組133設置於第二磁場的範圍以外。由於驅動模組131與參考模組133之間的最小距離須為第一磁性單元131a長度L的6倍，參考模組133方能不被第二磁場影響，因此在檢測元件130的設計上，藉由降低第一磁性單元131a的長度L而可降低檢測元件130的尺寸，進而達到裝置小型化及產生較為準確的檢測資訊。驅動模組131與參考模組133之距離x至少必須為第一磁性單元131a長度L的6倍的關係能由下方的公式(1)所得，理由詳 述於後，在此先不討論。
Figure 108143258-A0305-02-0008-1
請參考第2圖，於本發明的一個或多個實施方式中，第一感測單元131b位於第一磁性單元131a與參考模組133之間。藉由這樣的配置關係，第一磁性單元131a相對於第一感測單元131b較靠近檢測元件130的檢測端130a，因此在檢測時第一磁性單元131a較接近固定元件110所發出的第一磁場，進而產生較強的感應電動勢，而第一感測單元131b便能基於較強的感應電動勢發出較為準確的感測訊號。檢測端130a是指檢測元件130中用以靠近待測物的一端，而檢測元件130利用檢測端130a靠近待測物以進行檢測。
請參考第2圖，於本發明的一個或多個實施方式中，參考模組133包含第二磁性單元133a及第二感測單元133b。第二磁性單元133a配置以產生第三磁場。第二感測單元133b配置以根據第三磁場產生參考訊號。
具體而言，參考模組133中的第二感測單元133b位於第二磁場外以避免受到第二磁場影響，也就是指第二感測單元133b位於第二磁場之磁力線不通過的位置。其中，當第二磁性單元133a位於第二感測單元133b與驅動模組131之間，第二感測單元133b則位於參考模組133中相對遠離驅動模組131的一側，進而在避免受到第二磁干擾的同時也可以達到裝置小型化的目標。
於本發明的一個或多個實施方式中，第二磁場及 第三磁場為相同的磁場。當第二磁場為可變磁場，第三磁場亦為相同於第二磁場的可變磁場。具體而言，第二磁場及第三磁場可以為頻率介於200~10,000Hz的可變磁場。檢測裝置100可基於第一磁場跟第二磁場所產生之感應電動勢比對第三磁場，進而推得固定元件110之第一磁場的磁場變化量，從而推得待測物的缺損狀況。
於本發明的一個或多個實施方式中，第一磁性單元131a及第二磁性單元133a磁場最大值相同且可換算為相同的二等效圓柱磁鐵，其中等效圓柱磁鐵的長度與第一磁性單元131a的長度L大致上相同，因此等效圓柱磁鐵的長度亦假設為長度L。等效圓柱磁鐵基本上可以由高斯計量測磁場所得到，並基於前述公式(1)及二等效圓柱磁鐵可得到驅動模組131與參考模組133之距離最小值；其中f(x)代表磁鐵間的作用力、μ為磁鐵的真空磁導率、M為磁鐵的磁化強度、R為磁鐵的半徑、L為磁鐵的長度而x2為兩磁鐵間的距離。磁鐵的真空磁導率μ、磁鐵的磁化強度M、磁鐵的半徑R、磁鐵的長度L，皆可由高斯計量測得到。當兩磁鐵間的作用力大約為0時(即f(x)大約為0)，我們可以計算出兩等效圓柱磁鐵間的距離x2的最小值大致是由磁鐵長度L所決定，因此降低磁鐵長度L便可達到裝置小型化及避免第二磁場干擾的效果。
具體而言，當兩磁鐵間的作用力為0時，第二磁場及第三磁場之間不會交互作用，代表參考模組133不會受到第二磁場所干擾。可以由公式(1)代入f(x)為0，進而發現基本上可以忽略磁鐵的真空磁導率μ、磁化強度M及磁鐵的半徑 R，得出以下關係式(1)，並計算得到兩磁鐵間距離x2的最小值大約為磁鐵長度L的6倍。由於等效圓柱磁鐵與第一磁性單元131a等長，且兩磁鐵間距離x2最小值亦可對應參考模組133與驅動模組131的距離x，因此可以得到關係式(1)。由前述內容可知，驅動模組131與參考模組133的距離x為第一磁性單元131a長度L的6倍時，參考模組133便不會受到驅動模組131的干擾，而第一磁性單元131a的長度L便是影響檢測元件130體積的主要因素之一，所以降低第一磁性單元131a的長度L便可達到裝置小型化及避免第二磁場干擾的效果。
Figure 108143258-A0305-02-0010-2
於本發明的一個或多個實施方式中，第一感測單元131b及第二感測單元133b為磁性感測器，磁性感測器可以為霍爾感測器(Hall Sensor)，但本發明不以此為限。具體而言，霍爾感測器在磁場範圍內會產生電位差，其位於磁場範圍外則不產生電位差，藉由電位差的量測即可得到霍爾感測器所在處的磁場強度，從而推得待測物之檢測資訊。
於本發明的一個或多個實施方式中，第一磁性單元131a及第二磁性單元133a為電感(Inductor)。在本發明中，電感可以為繞線電感、疊層電感或薄膜電感，但本發明不以此為限，使用者可以依需求做選擇。
於本發明的一個或多個實施方式中，固定元件110為環狀或棒狀，但本發明不以此為限制，使用者可依照待測物T調整固定元件110的外形。
請參考第3A圖，當固定元件110為環狀時，其適用之待測物T可以為各種機械零件，固定元件110實質上可以調整內徑以固定於各種不同的機械零件中。
請參考第3B圖，當固定元件110為棒狀時，其適用之待測物T可以為人體骨，當適用於不同部位的人體骨時，固定元件110可以調整大小。例如當人體骨為股骨時，固定元件110對應股骨的尺寸調整較大。當固定元件110需固定於牙齒時，其對應牙齒的尺寸而縮小。也就是說，本發明的檢測裝置100適用範圍極廣，使用者得依照待測物T的類型調整固定件的外形或大小，進而檢測各種待測物T的缺損狀況。此外，固定元件110也可以依照使用需求設計為釘狀，本發明不以此為限。
請再參考第1圖，於本發明的一個或多個實施方式中，檢測元件130更包含傳輸單元135，終端150包含接收單元151(傳輸單元135及接收單元151位於檢測元件130及終端150內部，因此以虛線繪示)。藉由傳輸單元135及接收單元151的配置，檢測元件130可以將部分必要元件外部化。也就是說，基於傳輸單元135及接收單元151的配置，可以將運算及顯示用的硬體移出檢測元件130外，而不位於檢測元件130內部，進而使檢測元件130體積小型化而保持原有的功能。其中，傳輸單元135及接收單元151可以利用有線連接或無線連接作為傳輸以及接收的手段。具體上，無線連接可以是利用無線熱點(WiFi)、藍芽(BlueTooth)或紫蜂(Zigbee)等無線傳輸技術，本發明不以此為限。
於本發明的一個或多個實施方式中，終端150為具有運算功能的裝置，可以為桌上型電腦、筆記型電腦、平板型電腦或智慧型手機，本發明不以此為限，使用者可以依照需求選用適合之具有運算功能裝置作為本發明之終端150。
於本發明的一個或多個實施方式中，終端150更包含顯示單元153用以顯示待測物T之檢測資訊，其中顯示單元153可以為發光二極體顯示器(LED display)或有機發光二極體顯示器(OLED display)，本發明不以此為限。
綜合以上各實施方式可知，本發明所提供之檢測裝置利用第一磁場及第二磁場所產生的感應電動勢產生感測訊號，並藉由第二參考元件的第三磁場產生參考訊號與感測訊號比對，進而檢測植體或機械零件的缺損狀況。檢測元件包含驅動模組及參考模組。驅動模組及參考模組相互獨立的設計，使得參考模組可以位於驅動模組產生的第二磁場範圍以外，進而得到不受第二磁場影響的參考訊號，可得到較為準確的檢測結果。
由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧檢測裝置
110‧‧‧固定元件
130‧‧‧檢測元件
130a‧‧‧檢測端
135‧‧‧傳輸單元
150‧‧‧終端
151‧‧‧接收單元
153‧‧‧顯示單元
2-2‧‧‧剖面指示線

Claims (10)

  1. 一種檢測裝置，包含：一固定元件，配置以固定於一待測物並產生一第一磁場；一檢測元件，包含：一驅動模組，配置以產生一第二磁場，並配置以根據該第一磁場和該第二磁場所產生之一感應電動勢產生一感測訊號；以及一參考模組，與該驅動模組相隔一距離而位於該第二磁場外，並配置以產生一參考訊號；以及一終端，配置以根據該感測訊號及該參考訊號產生一檢測資訊。
  2. 如請求項1所述之檢測裝置，其中該驅動模組包含：一第一磁性單元，配置以產生該第二磁場；以及一第一感測單元，配置以根據該感應電動勢產生該感測訊號。
  3. 如請求項2所述之檢測裝置，其中該距離大於或等於該第一磁性單元之長度的6倍。
  4. 如請求項3所述之檢測裝置，其中該距離係基於一關係式(1)得出，該關係式(1)為
    Figure 108143258-A0305-02-0014-3
    ，L為該第一磁性單元的長度，而x為該距離。
  5. 如請求項2所述之檢測裝置，其中該第一感測單元位於該第一磁性單元與該參考模組之間。
  6. 如請求項2所述之檢測裝置，其中該參考模組包含：一第二磁性單元，配置以產生一第三磁場；以及一第二感測單元，配置以根據該第三磁場產生該參考訊號。
  7. 如請求項6所述之檢測裝置，其中該第二磁場及該第三磁場為相同的可變磁場。
  8. 如請求項6所述之檢測裝置，其中該第一感測單元及該第二感測單元為磁性感測器。
  9. 如請求項1所述之檢測裝置，其中該固定元件為環狀或棒狀。
  10. 如請求項1所述之檢測裝置，其中該檢測元件更包含一傳輸單元，該終端包含一接收單元。
TW108143258A 2019-11-27 2019-11-27 檢測裝置 TWI729594B (zh)

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