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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳郁茗
研究生(外文):Yu-Ming Chen
論文名稱:氣動封包式微劑量霧化器及光學劑量檢測系統之設計開發
論文名稱(外文):Design and Development of Pneumatic Micro-dose Nebulizer with Optical Dosage Monitoring
指導教授:黃光裕
口試委員:蔡得民林沛群
口試日期:2015-06-09
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:51
中文關鍵詞:微劑量霧化器封包Shack-Hartmann波前感測儀亂度分析光點偏移Zernike係數
外文關鍵詞:Micro-dose nebulizerpackageShack-Hartmann wavefront sensoruncertainty analyzationlight spot shiftZernike coefficients
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光學量測具有非接觸、解析度高等優點,因此被廣泛運用在物理、化學、醫療等領域之中,Sack-Hartmann波前感測器可以精準地量測出波前的光程差而且成功地被運用在量測眼睛之表面形狀,本文呈現了將波前感測器應用在霧氣濃度量測此新領域,此應用將可以將醫療用霧化器之霧氣定量。
本論文設計開發出穩定輸出霧氣封包之霧氣封包產生器,整體系統分別為升霧集霧裝置以及封包傳遞裝置所組成。利用空壓機產生氣壓源為設定為0.3 bar並操作電磁閥使壓力作動頻率3至7 Hz來控制封包頻率以及霧氣質量流率,各封包質量約為0.2 mg。同時開發光學劑量監測裝置,利用波前感測儀量測霧氣封包產生器產生之霧氣,香農熵為一量測系統不穩定性之參數,而此參數可用於分析波前感測器之量測資料。本文之實驗驗證了利用波前感測器量測出之光點圖與Zenike係數算出之香農熵亂度與霧氣濃度有相關性,並以此基礎發展了光點偏移亂度分析法與Zernike係數亂度分析法。經實驗證明霧氣質量流率使用光點偏移亂度分析法分析霧氣,相關性最高可達0.8548,而其解析度為1 mg/s;而使用Zernike係數亂度分析法分析霧氣,相關性數值只有0.3994,相較於使用光點偏移亂度分析法,相關性較低。


Optical measurement systems are widely used in the field of chemistry and medical appliances due to the advantage of non-invasive, high resolution, and high accuracy. The Shack-Hartmann Wavefront sensor (SHWS) can precisely detect the optical path difference(OPD) and is successfully applied to measure the eye contour. This paper presents the development of a new application of SHWS in the nebulization concentration measurement, which can quantify mist and transmit a given dose of the mist. This measuring system is desperately needed in medical applications.
A mist dosage system is presented in this paper, which consist of two parts, the mist generating system and package transmit system. By setting the pressure to 0.3 bar and manipulate the pressure frequency 3 to 7 Hz, the package frequency and the mist mass flow rate can be controlled. Each mist package is about 0.2 mg. Also, the optical measuring system is developed. The Shack-Hartmann wavefront sensor is used to measure the mist, which generated by the mist dosage system. The Shannon entropy is a way to measure a system’s uncertainty, which can be used to analyze the SHWS’s data. The experimental verifications have found that the Shannon entropy of spot field images and Zernike coefficients are changed in proportional to the nebulization concentration. Basing on these experiment, spot offset analyzing method and Zernike coefficient analyzing method has been developed. By using the spot offset analyzing method, the coefficient of determination can approach to 0.8548. The resolution of the mist’s mass flow rate is 1 mg/s. The coefficient of determination is 0.3994 by using the Zernike coefficient analyzing method, which is much lower than the spot offset analyzing method.


誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vii
圖目錄 ix
表目錄 xi
符號表 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2文獻回顧 1
1.2.1 霧氣濃度監測裝置 1
1.2.2 霧化裝置 4
1.2.3 壓電式霧氣封包生產裝置 6
1.3 研究目標 7
1.4內容簡介 8
第二章 壓電式微劑量霧化器及劑量監測裝置理論分析 9
2.1 霧化裝置 9
2.2 封包傳遞裝置 10
2.2.1 壓電幫浦設計 11
2.2.2 渦流環架構 12
2.3 光學監測系統 12
2.3.1 光源選用 13
2.3.2 擴束鏡介紹 15
2.3.3波前感測儀原理介紹 16
第三章 微劑量霧化器與光學劑量監測理論性能分析 18
3.1 波前感測分析 18
3.1.1 Zernike 分析 18
3.1.2 亂度分析 20
3.2微劑量霧化器之理論性能分析 22
3.2.1 封包產生理論性能分析 22
3.2.2 渦流環流量(Flow rate of vortex ring core) 24
第四章 微劑量霧化器及光學劑量監測系統架構設計 24
4.1霧氣封包產生裝置 25
4.1.1生霧與集霧裝置 26
4.1.2 封包傳遞裝置 28
4.2 光學霧氣劑量監測裝置 31
4.2.1擴束準直鏡組 32
4.2.2 透鏡陣列挑選 33
第五章 性能測試分析 36
5.1 霧氣封包產生裝置之性能 37
5.1.1 質量流率和封包頻率關係 37
5.1.2質量流率和封包壓力關係 39
5.2 亂度值與霧氣濃度分析 39
5.2.1 光點位移亂度與壓力作動頻率分析 39
5.2.2 光點偏移亂度與壓力變化分析 42
5.2.3 光點偏移亂度與霧氣質量流率分析 44
5.2.4 Zernike係數亂度對霧氣質量流率分析 46
第六章 結論與未來展望 49
參考文獻 50


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