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研究生:廖述俊
研究生(外文):Shu-Chun Liao
論文名稱:彈力量測系統與應用分析
論文名稱(外文):Development and Application of An Elasticity Measurement System
指導教授:張興政
指導教授(外文):Hsing-Cheng Chang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:自動控制工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:同步量測作用力量測距離量測彈力分析紅外線感測
外文關鍵詞:synchronous measurementinfrared sensorelasticity analysisforce measurementdistance measurement
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本研究開發低成本可攜式小型彈力量測系統,設計同軸連動機構,使距離與作用力雙變數的特性和相關性變化可以同步量測。系統以同一驅動信號控制距離與作用力的取樣,達到輸出響應可被同步量測的目標。量測分析以取樣數據平均值作為信號同步比較與校正基礎,降低線路造成的信號延遲誤差。由於感測器的非線性光學特性,距離量測採用分段線性趨近法分析,以類比多工器切換初始量測信號至相對應電壓範圍的放大電路模組作處理,使系統獲得線性量測結果,增加測量範圍提高解析度與準確度。量測結果以LCD與電腦人機介面顯示,特徵值顯示含即時瞬間量測值和最大值,作用力、距離與耦合彈力值,均可用電腦圖形化顯示其相對關係。本系統距離量測範圍為0~40 mm,解析度0.1 mm,平均誤差2.1%;作用力量測範圍為0~1000 g,解析度10g,平均誤差3.6%。系統應用於中音薩克斯風量測,分析控音按鍵作用力、距離和彈力參數之相關性,可提供正確的按鍵彈性調整數據。
The low cost and portable elasticity measurement system is developed based on real-time data acquisition technology for processing parameters of force and displacement synchronously using infrared and force sensors. Measured data are averaged for the comparison of signal synchronization to reduce transmission delay error. The switching circuit modules connected to the multiplexer are designed for processing nonlinear data measured by optical distance sensors and follow piecewise linear analysis. The data information displays on the LCD and computer human-machine interface. Experimental results show that the displacement resolution is 0.1mm and the average error is 2.1% in the measurement range of 0 to 40mm. The force resolution is 10g and the average error is 3.6% in the measurement range of 0 to 1000g.
致謝 i
中文摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 文獻研討 2
第二章 彈性量測系統原理 4
2.1 電阻式應變規原理 4
2.2 紅外線距離感測器原理 5
2.3 彈性量測原理 6
2.4 惠斯頓電橋 7
2.5 電壓轉換電路 8
2.6 薩克斯風發音原理 9
2.7 薩克斯風按鍵結構 11
第三章 彈性量測系統設計與製作 13
3.1 量測架構設計 13
3.1.1 力感測架構 15
3.1.2 紅外線距離感測架構 19
3.2 量測電路設計 22
3.2.1 力感測電路設計 22
3.2.2 紅外線距離感測電路設計 22
3.2.3 信號處理電路設計 23
3.2.4 驅動電源電路設計 24
3.3 系統程式與LCD顯示規劃 25
3.3.1 系統主程式流程 25
3.3.2 距離量測程式流程 27
3.3.3 LCD顯示規劃 28
3.3.4 系統整合 28
第四章 量測分析與討論 31
4.1 應變規應力量測與校正 31
4.2 紅外線距離量測與校正 34
4.3 中音薩克斯風按鍵應用量測 39
第五章 結論 55
5.1 結論 55
5.2 後續改良與應用 56
參考文獻 57
附錄一:電路圖 60
1-1 作用力感測電路 60
1-2 距離感測電路 61
1-3 信號處理電路 62
附錄二:薩克斯風按鍵名稱圖與量測編號對照表 64
附錄三:微處理器程式碼 65
附錄四:電子電路使用元件表 81
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