臺灣博碩士論文加值系統

在微流道流場的研究領域中，流道內各相關部位之流速是研究中之重要參數，然而回顧過去歷年來前人之研究多為理論公式推導而少有實際實驗量測結果印證相輔，且大多為平均流量或平均流速之量測，使得諸如微幫浦(Micro-Pump)、微流道(Micro-Channel)、微閥門(Micro-valves)…等的設計只能引用巨觀世界下的理論基礎或經驗值，因而往往和真實情況有很大的差異。
本研究突破傳統巨觀流場和數值模擬的限制，以傳統粒子顯像測速儀(Particle Image Velocimetry)為發展基礎，架構一套針對於微流道的精密量測方式，經由特殊光學、光路的系統設計，結合高倍數顯微物鏡，進而發展出微粒子顯像測速儀(Microscopic— PIV)，相較於傳統粒子顯像測速儀，本量測技術具有更精密的空間解析度，其空間解析度甚至可達微米（1 微米）以下，且架設更為方便，有利於生物醫學科技上之應用、與其他工程上微管流流場之量測。此外，進一步將所架構之微粒子顯像測速儀設備,應用於熱膜擠壓式微幫浦內微流道流場之量測，建構一可靠的實驗量測數據，並估算其工作時隨時間變化之瞬時流量，由實驗之結果可以發現此種熱膜擠壓式微幫浦在冷卻收縮階段時，出口流道之速度為負值，故可確定微幫浦在此階段，出口流道上之止逆流單向閥門明顯的有逆流之現象，再由開始加電壓後0.1 ms，即熱薄膜加熱膨脹階段之前0.1ms，此時之瞬時流量極小且約等於其他有偏壓時瞬時流量之一半，研判此階段單開始的短時間內入口流道之止逆流閥門還來不及作用，故被壓縮之流體從兩方向流出，綜而言之，兩個止逆流單向閥應都有逆流現象。另外，由討論分析結果可得，微幫浦通電壓熱膨脹擠壓階段，兩個止逆流閥門之工作效率為71.32%，而微幫浦斷電冷收縮舒張階段，兩個止逆流閥門工作效率為68.66%，由此可知兩個止逆流閥門之工作效率在微幫浦通電壓熱膨脹擠壓階段比微幫浦斷電冷收縮舒張階段高。預期以上透過實驗所量測之成果，將可作為未來微流道、微幫浦、和微閥門等微機電元件設計與改良的重要依據。

目錄
第一章 序論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究動機及目的 7
第二章 實驗設備 12
2-1 微粒子顯像測速儀系統 12
2-2 微幫浦設備 19
2-3 微幫浦及微粒子顯像測速儀同步觸發設備 20
第三章 量測方法及原理 22
3-1微粒子顯像測速儀之架構與原理 22
3-2顯像微粒子 29
3-2-1粒子之跟隨性 29
3-2-2粒子之窒礙性 30
3-3流場分析理論 30
3-4熱薄膜擠壓式微幫浦出口流道流場量測設計 31
第四章 實驗結果 33
4-1攝影結果 33
4-1-1高速攝影 34
4-1-2超高速攝影 34
4-2鏡頭放大倍率及全域照亮法下景深之量測 35
4-2-1鏡頭放大倍率 35
4-2-2全域照亮法下景深之量測 37
4-3熱薄膜擠壓式微幫浦流場量測 38
4-4微幫浦流量及工作效率評估 39
4-5止逆流可動閥門之工作效率 40
第五章 討論與未來展望 43
5-1討論 43
5-2 實驗誤差分析 46
5-3未來展望 47
參考文獻 50
附表
Table 1近年來微幫浦種類概況 53
Table 2瞬時流量表 54
附圖
Figure 2.1粒子顯像測速架構暨儀器配置圖 55
Figure 2.2雷射脈衝能量與Q-Switch關係圖 56
Figure 2.3微粒子顯像測速儀架構圖 57
Figure 2.4微幫浦結構尺寸上視及下視圖 58
Figure 2.5熱薄膜擠壓式微幫浦示意圖 59
Figure 2.6 微幫浦驅動器之驅動訊號 60
Figure 2.7 驅動器單一週期放大訊號 61
Figure 2.8包含外部觸發設備之整體儀器架構圖 62
Figure 2.9 觸發訊號時序圖 63
Figure 3.1傳統粒子顯像測速儀之切光頁模式圖 64
Figure 3.2真實空間位置對應影像空間位置關係圖 65
Figure 3.3顯微物鏡景深厚度示意圖 66
Figure 3.4止逆流可動閥門作動示意圖 67
Figure 4.1高速攝影數位影像圖 68
Figure 4.2超高速攝影數位取像圖 69
Figure 4.3 100x顯微物鏡放大影像 70
Figure 4.4 100x顯微物鏡實際景深量測 71
Figure 4.5 微幫浦薄膜擠壓時瞬時流量 72
Figure 4.6薄膜冷卻收縮時出口流道瞬時吸入之流量 73
Figure 4.7 微幫浦運作出口流道瞬時流量 74

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