振動裝置系統

振動裝置系統的主要目的是對手部肌肉施加振動刺激，系統架構如圖 16。振動系統是由個人電腦 (PC)、資料擷取裝置(DAQ)、功率放大器(Power Amplifier)、振動器(Vibrator)、力規(Load Cell)與支撐架組成，振動裝置如 圖 17。振動系統的流程是，PC 驅動 DAQ，使 DAQ 產生欲輸出的波形訊 號(Sine 波)，功率放大器(Power Amplifier)再將 DAQ 送過來的訊號放大，並 傳送給振動器，使振動器依據訊號輸出機械式振動。

馬達 振動器

DAQ

圖 16 振動系統架構. 振動系統功用為控制振動器給予受測者手部肌肉振 動刺激。振動系統由電腦控制給予 NI-9263 一 Sine 波形，其中電腦由實驗 控制程式控制，而 NI-9263 則輸出 Sine 訊號給予功率放大器，功率放大器 將訊號放大後驅動振動器給予受測者振動刺激，而力規則透過 NI-9239 持續 傳回振動器與手部肌肉之接觸力至電腦。DAQ 為資料擷取裝置，NI-9263 為類比輸出之資料擷取裝置，NI-9239 為類比輸入之資料擷取裝置。

圖 17 振動裝置系統

PC 的功能是透過實驗控制程式控制振動器，可調整振動器的振幅、時 間與頻率，並紀錄接觸力值資料。程式所設定之振幅為控制訊號振幅(Sine 波峰波谷)，非振動器實際輸出振幅(Peak-Peak, mm)。實際振幅與訊號振幅、

振動頻率與功率放大器 GAIN 大小有關。實際振幅根據手冊之參考計算公 式如(1)式。有負載(0.4N)與無負載之振動器加速度量測結果顯示，在有負載 (0.4N)情況比起無負載下，有負載(0.4N)之振動振幅大小為 95%無負載下之

振動器

支撐架

力規

PC Power Amplifier Vibrator Finger

Muscle Vibration

Load

NI-9263

NI-9239 Contact Force DAQ

振動振幅，結果如圖 18。

圖 18 振動器加速度曲線. 左圖為無負載之振動器加速度曲線，右圖為有負 載之振動器加速度曲線。

( ^{at N} )

f

D g 95 % 0 . 4

0511 .

0

×

=

D=振幅(Peak-Peak) (inches) g=加速度(以重力為單位) f=頻率(Hz)

資料擷取裝置 (DAQ)的功能是提供類比訊號的輸出，讓 PC 來控制振 動器，並可以透過程式來給予振動器各種不同的波形訊號(Sine、Square 或 Saw 等等)，而此振動器主要是接收 Sine 訊號來作動。資料擷取裝置(Data Acquisition, DAQ)採用 cDAQ-9172 與 NI-9263(National Instruments Corp, Austin, Texas, USA)，如圖 19。NI cDAQ-9172 是用來固定安裝其他 cDAQ 的機箱模組，並供應電源，提供 USB 介面與 PC 連接，整合相關輸出輸入 模組。NI-9263 為 cDAQ 系列的類比輸出模組，具備 4 個通道、100 kS/s 的 取樣率、16 位元解析度與正負 10V 的電壓範圍，其功能是輸出要求的類比 訊號驅動振動器。整體 DAQ 裝置如圖 20 與圖 21。

(s) (s)

圖 19 DAQ 的類比輸出模組. 左圖為 NI-9172 介面，右圖為 NI-9263 介面。

圖 20 DAQ 組合模組

圖 21 NI9263 接線

功率放大器(Power Amplifier)是將DAQ所送出的訊號放大，以供給振動 器驅動電源，使振動器產生振動，如圖 22。功率放大器(Power Amplifier) 採用Linear Power Amplifier PA-119(Labworks Inc, Costa Mesa, California,

USA)。功率放大器規格如表 1。而控制功率放大器放大倍率的機能在正面 面板上的GAIN旋鈕，如圖 23。為實驗設定方便，一般以轉至最大當做基 準(圖22中旋鈕位置為最小)。為了抑制訊號雜訊，此設備將會共同接地至馬

香蕉接頭 BNC 線(振動器)

NI-9172

NI-9263

正極 負極

達電源插座之接地。

圖 22 功率放大器

表 1 功率放大器規格表

項目 規格

Output voltage (continuous)

1Hz to 2KHz 19.0 Vrms DC to 0.1Hz 26.0 Vdc/pk Random voltage output

2.5 sigma peak volts 11.3 Vrms 3.0 sigma peak volts 9.4 Vrms Signal/noise ratio 100 dB

Voltage gain 50 (34dB) max

圖 23 功率放大器正面面板

振動器(Vibrator)的功能則是輸出機械式振動使手指肌肉振動。支撐架 的功能是將振動器作固定，並可調整振動器的位置。振動器(Vibrator)採用

電源開關

GAIN 旋鈕

電壓與振幅顯示

Electrodynamic Shaker ET-132-2(Labworks Inc, Costa Mesa, California, USA)。振動器規格如表 2。

表 2 振動器規格表

項目 規格

Sine force 7 lbf force pk Random force 5 lbf rms random Shock force 21 lbf pk shock Frequency range DC-11KHz Max. Displacement 0.5 inch pk-pk Suspension stiffness 15 lbs/in Shaker weight 6 lbs

力規(Load Cell)的功用是擷取振動器對於皮膚表面之壓力值。力規

(Load Cell)採用LRM200(Futek Advanced Sensor Technology, Inc., USA)，規 格如表 3。力規(Load Cell)由感測器、放大器與12V電源供應器組成。感測 器與振動器探頭連結在一起，可量測到振動器探頭之軸向力量值，如圖

24。放大器的功用是放大訊號，校正訊號與提供電源，如圖 25。電源供應 器的功用是提供力規(Load Cell)12V之直流電源，如圖 26。

圖 24 力規

感測器 振動器探頭

力量量測方向

圖 25 力規放大器

圖 26 電源供應器

表 3 力規規格表

項目 規格

最大量測力 5 lb(22N) 輸入電壓 12 Vdc 頻率反應 1000Hz 輸出電壓 5 Vdc 輸出方式 Bipolar