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本章將簡介使用 LED 燈源和物體振動之影像訊號強化數據之量 測方式及振動頻率的量測方法。 實驗時使用訊號產生器(function generator)來產生 sine 波,對 LED 燈源、激振器或電動直昇機輸入頻 率。再以高速攝影機對其攫取數位影像訊號,並進行區塊定位,最後 利用不同變異量之計算方法得到結果。首先介紹實驗器材之規格,再 來敘述整體實驗流程。

2.1 實驗器材

本文所用的實驗器材之硬體和軟體規格如下:

攝影和振動訊號紀錄程式及儀器

攝影程式:攝影機附帶之 streampix 程式。

加速規訊號記錄程式:NI 公司提供之 signal express 程式。

高速攝影機(圖 2.1):

本文所用規格為可變焦、變曝光時間之 Prosilica CV-640C 數位攝影 機,感測器為1/2"CMOS,最大解析度 659x493、曝光時間10s~10s。 在實驗時,使用固定的焦距,解析度 656x100,取樣速率(frame rate) 約 232fps。

加速規(圖 2.2):

型號為 333B30,10.2 mV/(m/s²)。

量測範圍:正負 490(m/s²) peak,頻率範圍:0.5-3kHz。

訊號擷取卡(AD card) (圖 2.3) :

美商國家儀器公司 National Instruments,型號為 NI USB-6210,16 位元解析度、250KS/s 取樣速率、匯流排供電的 M 系列多功能 DAQ 資料擷取卡。

電源供應器(圖 2.4):

作用為放大加速規之訊號,PCB Piezotronics,型號為 480C02,

Single-channel, battery-powered. ICP® sensor signal,BNC input/output conn.。

週期訊號和振動產生儀器 LED 燈源(圖 2.5):

型號為 Paralight L503GD。

麵包板:型號為 C&J Model cj - 40。

旋鈕式可變電阻:型號為 JH-B50K。

激震器(shaker) (圖 2.6):

Brüel & Kjæ r,型號為 BK - 4809。

頻率範圍:10HZ ~ 20kHz,最大位移:8mm。

最大加速度: 736m s2 1000m s2 with air cooling。

訊號產生器(function generator) (圖 2.7):

Tektronix,型號為 CFG - 280。

訊號頻率範圍:0.1Hz ~ 11MHz,本文中只使用其 sine 波功能。

訊號放大器(signal amplifier) (圖 2.8):

Brüel & Kjæ r,型號為 BK - 2706,BK - 4809,激振器專用的放大器。

頻率範圍:10Hz ~ 20 kHz (± 0.5 dB),2Hz ~ 50 kHz (± 3dB) 。 遙控電動直升機:R/C Helicopter (圖 2.9)

主旋翼直徑:470 mm、尾旋翼直徑:110 mm、總長度:510 mm、

總高度:150 mm、總重量:350 g (含電池) 。 驅動系統:370 SD、電池:Ni-MH 8.4V 650mAh。

主馬達齒輪:10T、主馬達減速齒輪:138T、尾馬達齒輪:8T。

尾馬達減速齒輪:48T。

2.2 實驗步驟

本節將以條列方式,簡單地說明實驗步驟。

2.2.1 量測 LED 燈源之影像訊息 實驗步驟:

1. 依照圖 2.10 的形式擺放各項器材。

2. 調整訊號產生器設定輸入頻率使其產生振動 sine 波。

3. 以高速攝影機錄製連續之影像圖片。

4. 調整高速攝影機鏡頭之焦距,以使距離為 0.3 m 的影像達到清晰 狀態,隨後固定此焦距不再改變,並改變攝影機量測距離或取樣 頻率,並重複步驟 3。

5. 對步驟 3、4 所得的圖片設定 50 x 50 的取樣區間(如圖 2.11),以 累加區間內之灰階值,而獲取連續之時變訊號。

6. 以平均值法和數據偏差值兩種不同方式,並各別使用三角型區域 和正方形區域分析定焦距的位置之數據為基礎來作為比較。

2.2.2 量測激震器振動之影像訊息

實驗步驟:

1. 依照圖 2.12 的形式擺放各項器材。

2. 開啟並調整訊號產生器設定頻率使其產生振動 sine 波。

3. 開啟並調整訊號放大器後固定不動。

4. 以高速攝影機錄製連續之影像圖片。

5. 調整高速攝影機鏡頭之焦距,以使距離為 1.0 m 的影像達到清晰 狀態,隨後固定此焦距不再改變,並改變攝影機量測距離或取樣 頻率,並重複步驟 4。

6. 對步驟 4、5 所得的圖片設定 60 x 30 取樣區間(圖 2.13)並累加之

內之灰階值,以獲取連續之時變訊號。

7. 以平均值法和數據偏差值兩種不同方式,並各別使用三角型區域 和正方形區域分析定焦距的位置之數據為基礎來作為比較。

2.2.3 量測遙控電動直昇機振動之影像訊息

實驗步驟:

1. 依照圖 2.14 的形式擺放各項器材,並且取一塊影像訊號加強貼片 圖 2.15 在搖控飛機機身上。

2. 調整遙控直升機使其主旋翼轉速為一定值。

3. 以高速攝影機拍攝加強貼片區域之影像。

4. 調整高速攝影機鏡頭之焦距,以使距離為 0.7 m 的影像達到清晰 狀態,隨後固定此焦距不再改變,並改變攝影機量測距離,固定 取樣頻率,重複步驟 4。

5. 對步驟 3、4 所得的圖片設定 40 x 40 取樣區間(圖 2.16)並累加區 間內之灰階值,以獲取連續之時變訊號。

6. 以平均值法和數據偏差值兩種不同方式,並於圖片的區塊定位上 分別使用三角型區域和正方形區域來分析定焦距的位置之數據 為基礎作為比較。

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