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研究生:黃聖聞
研究生(外文):Huang,Sheng Wen
論文名稱:非接觸式液位感測器應用於點滴注射之開發
論文名稱(外文):Development of Non-contact Liquid Level Sensor Used for Intravenous Drip
指導教授:魏慶華魏慶華引用關係
指導教授(外文):Wei,Ching Hua
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:非接觸式液位感測器點滴注射光耦合器電容感測器
外文關鍵詞:Non contact liquid level sensorintravenous dripoptical couplercapacitive sensor
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本研究主要探討光耦合器及電容感測器之特性,以應用於點滴注射之非接觸式液位變化之感測。主要之研究項目為:(I)分析光耦合器之發光元件波長特徵,(II)量測光耦合器感測距離,(III)量測電容感測器對不同待測物之電壓變化,(IV)量測電容感測器對不同待測物距離之電壓變化,(V)以阻抗分析儀量測電容感測器對不同待測物之電容值變化。
經文獻記載,光耦合器或電容感測器用來監控液位變化是可行的,光耦合器是利用光來傳達訊號,由光訊號的變化來判別光耦合器間不同待測物,電容感測器可依不同待測物之介電常數不同,改變電容值來判斷不同待測物,本研究依據此原理,以不同檢測電路與儀器設備進行實驗比較,探究兩種感測器之使用特性,運用於非接觸式液位感測電路上。
實驗探討光耦合器及電容感測器感測不同待測物(塑膠瓶、玻璃瓶)內有無盛水之變化,結果發現:(1)使用型號EE-SG3光耦合感測器,的確可以對液位上升與下降進行判別,不過感測距離僅限於直徑20mm之點滴示瓶,不能對超過此距離或貼有標籤之點滴容器進行液位感測;(2)使用環型Rc-2作為電容感測器,可以分辨塑膠瓶與玻璃瓶內有無盛水之變化,其它環形電容感測器感測液位變化之鑑別度較差;而梳狀型電容感測器,經由電路輸出之電壓值差異太小,較無法分辨塑膠瓶與玻璃瓶內有無盛水之變化;(3)環型電容感測器兩電極之間隔距離是影響感測器電容值及輸出電壓值之重要參數,且在感測時,電極越貼近待測物,鑑別度越高,對介電常數較高之待測物輸出感測電壓值較穩定。
This study investigates the characteristics of optical coupler and capacitive sensor used for non-contact liquid level sensing on intravenous drip. The studied items are:(I)Analyzing the wavelength characterization of light emitting devices in optical couplers,(II)Measuring sensing distance of optical coupler ,(III)Measuring the voltage variation of different targets by capacitive sensors,(IV)Measuring sensing distance of different targets by capacitive sensors,(V)Using impedance analyzer to measure the capacitance variation of different targets by capacitive sensors.
From literature report, the use of optical coupler or capacitive sensor to monitor the change of liquid level is possible. The change of light signal from optical coupler may identify different targets between light emitter and receiver. The change of capacitance from capacitive sensor may identify different targets by dielectric constant changes. Based on this principle, experimental analysis were carried out by different detection circuits and equipments to explore the characteristics of two kinds of sensors, which were proposed to use on the non-contact liquid level sensing circuit.
Experimentally explored the optical coupler and capacitive sensor for identifying whether the empty plastic or glass bottles contained the water, showed that: (1) Model EE-SG3 optical coupler can sense the liquid level descending or arising to the desired level, however the sensing distance is about 20 mm only, if liquid containers beyond this size or attached paper labels are not applicable, (2) The ring-shaped capacitive sensor, Rc-2, can distinguish whether the empty bottles contain the water, the other designed capacitive and comb-shaped sensors fairly perform this property, (3) The gap distance of the ring-shaped electrodes is the key parameter affecting the sensing capacitance and the correspondent voltage output in the sensing circuit. Besides, the closer for the sensing distance from target to the sensors would produce the better identification and stable signals.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目次 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 專利公報檢索之「點滴偵測」功能介紹 2
1.2.2微量點滴輸液控制儀原理 10
1.2.3 研究文獻 14
1.3 研究目標與方法 16
第二章 光耦合器及電容式感測器原理 17
2.1 光耦合器 17
2.1.1 發光元件 18
2.1.2 受光元件 20
2.2 電容感測器 22
2.2.1 電容感測原理 22
第三章 光耦合器及電容感測器設計與製作 26
3.1 光耦合器感測器製作 26
3.2 光耦合器之非接觸式液位感測電路設計 27
3.2.1 電路使用的基本邏輯閘特性 27
3.2.2 光耦合器之非接觸式液位感測系統 29
3.3 電容感測器之電極板形狀設計 30
3.4 電容感測器電極板製作 32
3.5 電容感測器之非接觸式液位感測電路設計 35
3.5.1 電容感測器轉換成電壓輸出之電路 36
3.5.2 dsPIC30F4011數位訊號控制器簡介 37
3.5.3 電容感測器之非接觸式液位感測系統 38
第四章 光耦合器及電容感測器實驗方法與設備 39
4.1 光耦合器實驗方法 39
4.1.1 光學吸收光譜儀量測發光元件之波長實驗 39
4.1.2 光耦合器發光元件與受光元件感測距離之實驗量測 40
4.2 電容感測器實驗 41
4.2.1 電容感測器量測不同待測物與感測距離之電壓輸出值 41
4.2.2 阻抗分析儀量測電容感測器對不同待測物之電容值 43
4.3 檢測儀器與設備 45
4.3.1 光學吸收光譜儀 45
4.3.2 阻抗分析儀 46
4.3.3 訊號產生器 46
4.3.4 電源供應器 47
4.3.5 三用電錶 47
第五章 實驗結果與討論 48
5.1 光耦合器之實驗結果與討論 48
5.1.1 光耦合器發光元件在光學吸收光譜儀量測結果 48
5.1.2 光耦合器感測距離之實驗量測結果 50
5.2 電容感測器之實驗結果與討論 51
5.2.1 電容感測器量測不同待測物之實驗結果 51
5.2.2 電容感測器量測不同待測物距離之實驗結果 55
5.2.3 阻抗分析儀量測電容感測器對不同待測物之實驗結果 70
第六章 結論與未來展望 74
6.1 結論 74
6.1.1 光耦合器應用於非接觸式液位感測 74
6.1.2 電容感測器應用於非接觸式液位感測 74
6.2 未來展望 75
參考文獻 76
附錄A 79
1.1環狀電極 79
1.2梳狀電極 82
附表B 90
作者簡介 91

1.http://udn.com/NEWS/HEALTH/HEA1/4789753.shtml
2.焦仁和,“醫療點滴偵查器”,專利公告編號567857號,2003年12月21日,pp.7349-7355。
3.唐明彪,“測量點滴液面高度之感應器”,專利公告編號M266060,2005年6月01日,pp.4941 -4947。
4.陳太平,“點滴自動偵測裝置”,專利公告編號M289651,2006年4月21日,pp.5835 -5838。
5.陳太平,“測量偵測裝置”,專利公告編號M319049,2006年12月21日,pp.5131 -5134。
6.陳太平,“點滴偵測器之光電感應元件”,專利公告編號M308078,2007年3月21日,pp.9839 -9842。
7.林孟亮; 林志明,“可攜式點滴自動偵測警報裝置”,專利公告編號M312329,2007年5月21日,pp.4697-4704。
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9.邱金合, “點滴注射偵測裝置”,專利公告編號M337385,2008年8月1日,pp.4317 -4319。
10.邱金合,“點滴注射偵測裝置”,專利公告編號M347191,2008年12月21日,pp.4147 -4149。
11.謝文振,“點滴偵測裝置”,專利公告編號M347192,2008年12月21日,pp.4151-4154。
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21.谷善平編著,“新光電元件應用技術 ”,建興出版社,臺灣,2005年。
22.盧明智、盧鵬任編著,“感測器應用與線路分析”,全華科技圖書股份有限公司,臺灣,2005年。
23.Serway&Jewett原著,呂正中、林俊男、周榮芳、莫定山、黃耿凌、翟大鈞、謝明君譯著,“物理學(下冊)”,滄海書局,臺灣,2003年。
24.Harris Benson原著,朱達勇、谷天心、徐植蔚、鄭宜男譯著,“普通物理學(下冊)”,學銘圖書有限公司,臺灣,2004年。
25.http://shop.cpu.com.tw/cPath/604
26.劉嘉雄編著,“數位IC控制”,全華科技圖書股份有限公司出版,1986年。
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28.phys.thu.edu.tw/~mengwen/note/exp01.pdf
29.王世銘,2002,邊際電容感測器應用於微小距離之量測,國立雲林科技大學,實務專題報告書
30.http://www.labguide.com.tw/index.php?do=product&id=147
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