臺灣博碩士論文加值系統

土木營建工程在興建過程中，由於地質狀況的變化，因此在實務上必需輔以監測系統對於周遭環境以及人造結構物進行監測，以確保其不會因為工程行為影響其服務性以及安全性。而為達前述目的，正確佈設的自動化監測系統為有效的手段，可在問題發生前洞燭先機，並在問題發生時讓相關單位能及早「對症下藥」。
本研究開發一套可量測傾斜之自動化監測儀器原型，儀器主要採用高解析度之數位式三軸加速規為傾斜量測核心，利用嵌入式控制器擷取其數位訊號並轉換成傾斜角度。在儀器開發方面，使用基本的電路設計概念，從儀器內部的加速規、嵌入式晶片、電源管理元件之選取及測試，到儀器整體的電路配置與低功耗設計，用以完成一套自動化傾斜監測儀器。
本研究中除了完成開發儀器外，須針對儀器內部各參數做校正，並檢測分析環境溫度對加速規量測角度所產生之影響，並提出加速規之溫度補償校正方法，以減小溫度變化造成讀值改變而引發錯誤警報。
本研究所開發之加速規傾斜儀，希望能在大地監測工作上降低人力成本，並提供更快速、便利的即時監控系統，使施工相關單位能精準的掌握環境變化，提升工程的安全性，並可避免災害造成的人命損失。

During construction phase of engineering projects, monitoring system must be set up to monitor surroundings and adjacent structures. This system ensures their serviceability and safety are not affected by engineering activities. Automated monitoring systems that are correctly set up is proven to be effective to achieve the above mentioned goal. They can be used to setup alarm before accident occurs, and they can provide information for remedial measures after accident occurs.
In this research, a prototype tilt-meter based on high-resolution digital triaxial accelerometer is developed. The device integrates a micro controller unit (MCU). The MCU reads digital output from accelerometer and converts it into tilt angle. The design selects carefully accelerometer, MCU, power management ICs to achieve low power consumption.
In addition to the developed prototype device, this research also considers how to calibrate internal parameters in order to correctly measure tilt. How temperature affects readings from accelerometers is also discussed. A procedure to compensate thermal drift observed is proposed. This compensation is necessary to avoid false alarm from the built tilt-meter.
The developed tilt-meter can effectively reduce labor cost and construct automated monitoring system cost effectively. It enables constructors know about how the surrounding reacts to the engineering activities, thus increases site safety, and avoid possible human life loss caused by construction site incidents.

目錄
以數位式三軸加速規建構傾斜儀之設計與評估 I
論文摘要 I
Abstract III
致謝 V
目錄 VII
圖目錄 XI
表目錄 XV
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 研究流程 2
1.3 論文架構 4
第2章 文獻回顧 5
2.1 大地監測系統規範 5
2.2 工程安全監測之傾斜儀器簡介 7
2.3 國內於工程監測傾斜儀器之開發現況 7
2.4 加速規簡介 8
2.4.1 加速規型式 8
2.4.2 加速規角度轉換 9
2.4.3 溫度變化對加速規量測角度偏移之影響 11
2.5 數值方法 11
2.5.1 最小二乘法 12
2.5.2 Levenberg-Marquardt algorithm 13
第3章 研究方法 15
3.1 儀器開發之應用技術整合 15
3.2 實驗儀器設備介紹 16
3.2.1 電源供應器 16
3.2.2 三用電表 17
3.2.3 雙軸傾斜儀 18
3.2.4 致冷片介紹 20
3.3 校正平台介紹 21
3.4 電路圖與PCB (Printed circuit board)設計軟體介紹 23
第4章 傾斜量測儀器設計 25
4.1 設計需求 25
4.2 電路實作替選方案 26
4.3 三軸加速規規格 30
4.3.1 三軸加速規元件選擇 31
4.4 微處理器之選取 35
4.4.1 PSoC微處理器之選取 36
4.5 電源供應電路 38
4.5.1 電源管理元件種類 38
4.5.2 電源管理元件選取 39
4.6 傾斜量測儀器運作流程 41
4.7 小結 43
第5章 儀器校正 45
5.1 儀器校正流程 45
5.2 三軸加速規校正 46
5.2.1 加速規6參數校正 48
5.2.2 加速規12參數校正 49
5.3 小結 50
第6章 溫度對加速規影響之分析與評估 51
6.1 從理論上分析溫度對角度量測之偏移量 51
6.2 溫度變化速率對加速規讀值之影響 52
6.3 溫度變化速率對加速規量測角度之影響 58
6.4 加速規之量測角度溫度補償校正 59
6.5 小結 63
第7章 效能評估與驗證 65
7.1 角度驗證 65
7.1.1 傾斜量測儀器與Models 901-H之比對驗證 65
7.1.2 加速規靈敏度之有效解析度與量測角度分析 69
7.2 傾斜量測儀器之功耗評估 71
7.3 儀器成本評估 72
7.4 小結 74
第8章 結論與建議 77
8.1 結論 77
8.2 建議 78
參考文獻 79

參考文獻
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