實驗設備及訊號處理

壹、風洞

本研究計畫使用之風洞設備為淡江大學風工程研究中心一號邊界層風洞，該 風洞屬於吸入、開放型，如圖 3-3。風洞實驗段長 18.0 公尺，其斷面寬 2.0 公尺、

高 1.5 公尺。軸流式風扇（axial fan）直徑為 1.8 公尺，由具 75 匹馬力之直流無 段變速馬達帶動。風速可經由控制風扇之轉速而得到調整，正常運轉流速範圍為 1.0 m/s 至 15 m/s，最大風速可達 17m/s。風洞進口段之收縮比為 4：1，進口段設 有蜂巢管及阻尼網（damping screen），風洞內自由流之紊流強度 0.5％~1.0％。在

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500 130 1,190 180 400 280

轉盤

200 R90

400

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圖 3- 4 IFA-300 智慧型風速儀、探針及校正儀 資料來源：自行研究

所謂熱風速儀是利用電流通過金屬導線時會使導線溫度升高，而當流體流經 金屬表面時會帶走部分熱量之原理來量測流體之速度。其基本電路為惠斯頓電橋 (Wheastone bridge) 。當探針(probe)所在位置之電阻 R 值因溫度之改變而改變時，

會使電橋失去平衡。探測元(sensor)之運作方式可採用恆電流式(constant current) 及恆溫式(constant temperature)兩種。

該恆溫式流速儀，利用補償電路，因應流速之變動，對流經探測元之電流做 瞬間之改變來維持探測元之操作溫度固定不變(因而探測元之電阻亦不變)，使電 橋保持平衡狀態。吾人可經由回饋電壓的變化來得知所要量測流場中流速之變化。

熱膜探針之探頭，即所謂之探測元為一長 1.0mm 直徑 0.005mm 之石英棒(quartz rod)，上面覆以高純度之鉑金膜(platinum film)，其外，再覆以一層鋁質之保護薄 膜。探針是採用 TSI Model 1125 探針率定器依照廠商所設定之標準程序進行率定。

探針經過率定後可得到探針回饋電壓和風速間之切確關係。由風速儀所輸出之電 子訊號經過類比/數位轉換器(A/D converter)由電腦系統讀取而後進行計算、分析 及紀錄、存檔。測試時探針是架設在風洞內由電腦所控制之載具天車上，天車可 在三個軸向上作獨立之移動。探測元之軸線呈水平且與逼近流之流向垂直。

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(2)壓力量測

本研究採用多頻道電子式風壓掃描器，用來同步擷取作用於建築物表面各點 的瞬時風壓，經過適當的處理便可得到結構系統所受之平均風力、擾動風力以及 外牆所受之局部風壓。本儀器為 Scanivalve 公司之產品（圖 3-5），其元件包括：

圖 3- 5 壓力量測系統 資料來源：參考書目[12]

1.壓力訊號處理系統(RADBASE3200，圖 3-6)

-最多可支援 8 組類比訊號轉換成數位訊號之轉換器(A/D MODULE) -最多可支援 8 組壓力感應模組，共 512 個壓力量測點。

-其類比訊號轉換成數位訊號(A/D convert)解析度達 16bit。

-最大採樣速率可達 500Hz。

-採 USB 介面傳輸，具備網路控制與傳輸功能。

圖 3- 6 壓力訊號處理系統(RADBASE3200) 資料來源：參考書目[12]

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2.壓力感應器模組（ZOC33，圖 3-7）

-壓力感應範圍為±10in H

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圖 3- 7 64 頻道壓力感應器模組 資料來源：參考書目[12]

實驗中將各個風壓孔之壓力訊號經 PVC 管傳遞至壓力感應器模組，其量得 之訊號傳至訊號處理系統計算後所得壓力值傳回電腦。

(3)訊號處理:

當模型表面壓力經管線傳遞至壓力掃描器時，壓力訊號會受風壓管之幾何尺 寸影響而被扭曲。此時所量到的平均壓力是不受管線系統影響的，然而壓力訊號 中某些頻率會被放大或衰減而影響擾動壓力量測之準確性，因此需將風壓訊號受 扭曲部分進行還原。

訊號還原方式，一般會採用兩種方式，第一種是針對風壓管本身進行處理，

例如在管中加裝細管或其他材料，利用物理方式將受扭曲訊號進行放大或衰減，

以回復成原有訊號。第二種是求出原始訊號及扭曲訊號之關係，將所取得之扭曲 訊號，利用此已知關係，透過數學方法還原成原始訊號。這個過程稱之為管線修 正。而本試驗之管線修正，乃採取第二種方式進行修正。而找出原始訊號及扭曲 訊號二者間之數學關係，此過程稱之為管線率定。

管線率定一般採用白噪訊號(white noise)作為訊號源，利用白噪訊號產生器，

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