1.1 研究背景與動機
近年來能源議題一直有很多的討論，許多新興能源方法都被提出，風力發電就 是其中一項熱門的替代能源方案。所以針對風能發電機組結構分析與健康診斷是 一項新興且還有很大研究空間的議題，由於(離岸)風能發電機組設置於海上，無時 無刻必須承受(海浪)與風力的考驗，除此之外還有地震的威脅。
本研究在探討風力發電之風機在受地震力作用下，進行風機旋轉葉片與機塔 互制行為在地震力作用下之結構健康診斷及損壞評估。研究對象針對自製之小型 研究型風機進行初步研究，研究架構可以見Figure 1-1。由安置在旋轉葉片及機塔 上之加速規(接觸式感應器)，經無線傳輸系统[1]收集其振動資料予以分析。本研 究首先針對此風機系统進行振動臺實驗(含葉片旋轉狀況下)收集反應量測資料。
造成風機葉片之振動(out-of-plane)來源可分為下列數種因素: 1.風扇旋轉時在不 同轉速下量測風扇葉片振動反應；2.風力作用下造成葉片之振動；3.地震力作用下 引致風機塔振動與風機葉片互制。台灣為在地震帶上，在此地區建構風力發电機，
對風機受地震力作用及外在風力作用下之反應應有了解。本研究則探討地震力作 用下風機塔與旋轉葉片互制之振動量測訊號之解析技術研究。
配合局部座標系统與總體座標系统之Rodrigues rotation可以得到葉片的架設情 形，除了接觸式的測量儀器，本研究也使用非接觸式測量，利用影像量測的方式得 到葉片旋轉的的動態特性。近年來，影像量測在地震工程實驗中扮演著相當重要的 角色，影像量測法屬於一新興發展的量測分析方法，近年來越來越多的的工程領域 都嘗試利用影像方法進行實驗與研究。此影像技術是找出物體在三維空間和二維 影像中的幾何關係，利用二維影像重建出三維空間物體的移動情形。重建葉片及塔 架上控制點在三維空間的移動情形，進而分析其模態特性。研究中亦比較以接觸式 感應器及影像重建之振動訊號進行比較。除了進行風機無損壞的試驗，本研究也同
時進行了風機損傷模式下之研究。損傷之模擬以葉片接頭錨定螺絲鬆動或葉片裂 縫形成，引致之振動異常。借由振動訊號之量測探討不同之損壞對風機系统的動態 系統影響。
1.2 文獻回顧
針對風機動態特徵的識別需要使用適當的量測方法，尤其是對於非穩態行為 和週期效應對於風扇自然頻率的影響，此資訊對於葉片的動態分析有其重要性[2]、
[3]，目前為止，有許多研究使用接觸式儀器量測風機葉片的振動情形，並且分析其 動態特徵[4]、[5]、[6]。另外因為研究型風機的轉動大多是採用馬達驅動的形式，
所以也有很多研究是針對以馬達帶動旋轉進而觀測葉片振動情形以及葉片自然頻 率的探討[7]、[8]。除此之外也有研究是針對風扇受到風影響時的振動反應[9]。
另一方面，數位影像式量測技術也在許多工業領域普遍地被採用，而相關的技 術亦不斷地更新與研發。許多研究者已經利用影像分析技術來輔助應變場量測與 裂縫觀測，利用影像量測分析，針對 RC 牆進行實驗，繪製出其表面受力時的應變 場以及裂縫的變化情形[10]、[11]，利用影像式量測技術進行的一個後拉式，鋼筋 混凝土結構反覆載重實驗[12]，除了在實驗室的進行影像實驗，也有在野外現地進 行影像量測法的試驗，研究牛鬥橋現地實驗擷取之牛鬥橋柱底變形之實驗影像[13]
或 是 將 影 像 法 應 用 在 材 料 的 測 試 ， 利 用 數 位 影 像 相 關 法 (digital image correlation ,DIC)來分析進行微拉伸試驗時，單晶鋁的異質性變形情況[14]，應變場 測量混凝土板試驗[15]，地震工程振動台大型動態位移量測[16]，層狀橡膠支承墊 之大應變量測[17]，粒子軌跡測量流體流量[18]，以及許多其他應用。
1.3 本文所有章節主要內容概述
本篇論文章共分為五大章，每一章節概述如下所列：
第一章： 主要敘述研究背景與動機、文獻回顧與大略介紹每章之內容。
第二章： 主要是介紹各種實驗配置情形與使用的相關儀器介紹。
第三章： 主要敘述本文所使用的各種訊號分析之方法、理論、公式推導及應用。
第四章： 由各種不同狀況之風機試驗量測反應，針對各個案例的結果，進行各種 方法的分析、比較及討論。
第五章： 結論與未來展望，針對論文裡各種分析使用的方法、使用時機以及改 善方式，進行統整與未來應用發展之探討。