實驗結果與分析

4-1 比較垂直進水與水平進水以及使用拍打器所量測到之波速、天然 頻

由 3-2-1 實驗中我們在比較垂直進水與水平進水以及使用拍打 器所量測到之波速、天然頻的實驗中，我們首先用馬達打入脈衝波，

並用 MALAB 對自壓力感應器所收到的壓力資訊做傅立葉分析，脈衝波 頻譜的峰值可以推論當利用徑向進水時，彈性管的天然頻為 1.7Hz

0.1Hz(如圖 4-1)，接著利用馬達做週期性的出水，當將馬達以軸向 方向進水時，MALAB 頻譜分析得到彈性管的天然頻為 1.8Hz0.1Hz(如 圖 4-2)，最後不用馬達改用拍打器直接拍打彈性管壁，壓力感測器 所得的資料，經 MALAB 分析後，彈性管的天然頻為 1.8Hz0.1Hz(如 圖 4-3)，我們利用時間譜上壓力值升起的時間差，計算波速的大小，

得到各軸向進水、徑向進水、拍打器拍打水管的波速(如表 4-1)，接 著我們依據彈性管天然頻打入其對應的週期波訊號，觀察各諧頻振幅 大小(如表 4-2)(圖 4-4)並比較各諧頻振幅與第一諧頻振幅值隨的趨 勢變化(如表 4-3)(圖 4-5)，我們發現當徑向進水時，其高頻與第一 頻的比例是比較高的。

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Frequency domain of pressure 徑 向 進 水

pressure(cm-H20)

Frequency domain of pressure 軸 向 進 水

pressure(cm-H20)

frequency (Hz) X: 1.8

Y: 0.109

43 表4-1 不同出水

方向波速分析

徑向進水 軸向進水 拍打

波速(m/s) 6.830.02 6.840.02 6.900.06

天然頻(Hz) 1.7 1.8 1.8

(a)軸向進水壓力波振福時域圖(b)徑向進水壓力波振福時域圖

表4-2 不同出水方向振 幅分析

軸向進水 徑向進水

第零頻振幅 A0(cm-H2O) 5.80(1±0.9%) 6.00(1±0.8%) 第一頻振幅 A1(cm-H2O) 6.55(1±0.2%) 6.77(1±0.2%) 第二頻振幅 A2(cm-H2O) 1.44(1±1.2%) 1.29(1±2.2%) 第三頻振幅 A3(cm-H2O) 0.67(1±1.7%) 0.54(1±1.6%) 第四頻振幅 A4(cm-H2O) 0.31(1±1.8%) 0.14(1±3.2%) 第五頻振幅 A5(cm-H2O) 0.20(1±0.5%) 0.16(1±4.5%)

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4-2 比較不同應變下彈性管的波速與第一諧頻大小變化

在實驗 3-2-2 我們將第一部份的管子做長度的拉伸，並截取管長使天 然頻依然等於 1.7Hz^0.00Hz，測其波速，接著將訊號改為周期波，

比較各諧頻振幅和第諧頻振幅大小的比值如(表 4-4)，並畫成長條圖 (圖 4-6)。我們發現當長度做拉伸時，波速會隨之變大，當長度為 40%

的拉伸時諧頻的比例會比較大

(a) 0%應變拉伸時域圖(b) 20%應變拉伸時域圖(c) 40%應變拉伸時域圖

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4-3 比較不同管壁厚度各諧頻比例的大小

由實驗 3-2-3 我們要比較不同管壁厚度之下彈性管的波速與第一諧 頻大小變化利用步進馬達，注水進入不同管壁厚度的兩個彈性管內。

分析壓力波的波速、天然頻、第一諧頻振幅增，利用步進馬達輸入與 彈性管天然頻大小相同頻率的週期波，比較各諧諧頻振幅大小以及各 諧頻振幅與第一諧頻振幅大小的比值。由(表 4-5)(圖 4-7)可以發現 當我們將管壁的厚度增加一倍時，波速會上升，且第一頻的振幅會大 幅提升。

(a)單層管壁實驗時域圖(b)雙層管壁實驗時域圖

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A2/A1 A3/A1 A4/A1 A5/A1

與第一頻振幅的比值

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(a)天然頻 1.7Hz 彈性管系統，馬達注水時間與注水週期比例為 30%( ^{t T/ 30%}) 實驗時域圖(b)天然頻 1.7Hz 彈性管系統，馬達注水時間與注水週期比例為 30%(t T/ 40%)實驗時域圖

表4-8 天然頻 1.7Hz 的彈性管不 同出水時間實驗結果各諧頻振幅

/ 30%

t T  t T/ 40%

第零頻振幅 (cm-H₂O)

4.83(1±1.7%) 4.90(1±1.0%) 第一頻振幅 (cm-H₂O)

5.71(1±2.2%) 5.82(1±0.1%) 第二頻振幅 (cm-H₂O)

1.49 (1±0.4%) 1.53(1±0.5%) 第三頻振幅 (cm-H₂O)

0.59(1±0.1%) 0.66(1±0.4%) 第四頻振幅 (cm-H₂O)

0.24 (1±0.1%) 0.28(1±0.1%) 第五頻振幅 (cm-H₂O)

0.06(1±0.1%) 0.09(1±0.1%)

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我們換天然頻 2.6 的彈性管管重覆比較前五諧頻諧頻振幅大小，

如(表 4-10)(圖 4-12)並比較前五諧頻與第零頻部分比值(表 4-11)(圖 4-13)

(a)天然頻 2.6Hz 彈性管系統，馬達注水時間與注水週期比例為

30%( ^{t T/ 30%})實驗時域圖(b)天然頻 2.6Hz 彈性管系統，馬達注水時間 與注水週期比例為 30%(t T/ 40%)實驗時域圖

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5.89(1±2.6%) 5.01(1±0.7%)

0.00

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