第五章 結論與未來展望
5.2 未來展望
本研究的實驗結果可知導波響應的時域訊號有不同模態的波互相干 涉，未來可以將發射與接收端距離拉遠，使不同模態的波分離，且增大流 道板的尺寸，減少反射回波對於先抵達的回波產生的干擾。此外，在距離 AE-PFC 發射端的前方 (N 1 4) 處，其中 N 為整數、為波長，(其值為 4 mm)，設置另一片 AE-PFC，如圖 5.1 所示，並以相位角相差 90 度的訊號驅 動，以消除往流道板邊緣方向前進的導波。
未來可以使用雷射超音波量測流道板的導波頻散曲線，進一步確認導 波的波傳狀況，並且找出適合做為量測的頻率，且重新設計 AE-PFC 之電 極間距，使之共振頻率吻合。
41
參考文獻
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42
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43
附表
表1 電極間距
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 電極間距
(mm)
發射端 1 1 0.99 0.98 1 1.01 1 1.01 1.01 0.99 1 接收端 1.02 0.99 0.99 1.01 1.02 0.99 1 0.98 1.03 1 1.02
No. 12 13 14 15 16 17 18 19 平均 誤差
電極間距 (mm)
發射端 0.98 1.01 1.01 0.99 1 1 1 0.99 0.9984 -0.2%
接收端 1 1.03 1 1 0.99 1 1 1 1.0037 0.4%
44
表2 0.78 MHz 高斯脈波驅動 AE-PFC，不同水量對於訊號包絡線最大值 下降斜率與平均
水量 (μl) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 下降斜率(mV/μl) 0.00 0.03 -0.32 -0.19 0.04 -0.05 0.12 -0.05 0.04
水量 (μl) 65 70 75 80 85 90 95 100 105 下降斜率 (mV/μl) 0.01 0.10 0.09 0.26 0.17 0.33 0.03 -0.05 -0.05
水量 (μl) 110 115 120 125 130 135 140 145 150 下降斜率 (mV/μl) -0.02 0.10 0.33 0.59 0.27 0.65 0.49 0.31 0.28
水量 (μl) 155 160 165 170 175 180 185 190 195 下降斜率 (mV/μl) 0.26 0.16 0.31 0.87 0.65 0.31 -0.02 -0.10 0.14
水量 (μl) 200 205 210 215 220 下降斜率 (mV/μl) 0.23 0.07 0.45 0.13 -0.04
水量範圍 (μl) 25~115 120~220
平均下降斜率 (mV/μl) 0.03 0.30
45
46
表5 暫態分析流道板與環氧樹脂的材料參數
密度(kg m3) 楊氏模數(GPa) 蒲松比
流道板 2698.9 74.3 0.344
環氧樹脂 1160 25 0.38
47
48
symmetric anti-symmetric waves
Z0
Layer 1 Layer 2
Layer m Layer M-1
Layer M
X3
49
負壓電效應示意圖 圖2.4
指叉電極尺寸圖 圖3.1
上層電極 下層電極
50
指叉電極成品圖 圖3.2
AE-PFC 極化與工作示意圖 圖3.3
51
AE-PFC 成品圖 圖3.4
量測共振頻率實驗示意圖 圖3.5
Impedance
Frequenc y
Power RF out R A B
HP 8751A
接收端 發射端
52
Frequency (MHz) 40
50 60 70 80
Relative Impedance (dB)
-100
Frequency (MHz) 40
50 60 70 80
Relative Impedance (dB)
-100
53
AE-PFC 冷鑲埋示意圖 圖3.7
AE-PFC 截面金相圖 圖3.8
54
(a) (b)
流道板模型，(a)為整體、(b)為局部放大圖 圖3.9
AE-PFC 黏貼位置 圖3.10
發 射 端
接 收 端 5 cm
55
Frequency (MHz) 40
Relative Impedance (dB)
-100
Frequency (MHz) 40
Relative Impedance (dB)
-100
56
暫態訊號量測實驗架構示意圖 圖3.12
程式人機介面 圖3.13
57
Amplitude (Volt)
0 1 2 3
Frequency (MHz) 0
Magnitude (10-5 )
0 1 2 3
Frequency (MHz) -200
Magnitude (dB)
58
Amplitude (Volt)
0 1 2 3
Frequency (MHz) 0
1 2 3 4
Magnitude (10-6 )
59
Amplitude (Volt)
0 1 2 3
Frequency (MHz) 0
1 2 3 4
Magnitude (10-6 )
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
1 2 3 4
Magnitude (10-6 )
1 2
3
60
快速傅立葉轉換小程式 圖3.17
61
Frequency (MHz) 0
Magnitude (10-6 )
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
Magnitude (10-6 )
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
Magnitude (10-6 )
62
流道板四周黏貼矽膠示意圖(發射端在右邊) 圖3.19
63
流道板四周黏貼矽膠，以 0.78 MHz 高斯脈波驅動 AE-PFC 的暫 圖3.20
態訊號，(a)為未黏貼矽膠、(b)為左方黏貼矽膠、(c)為右方黏貼 矽膠、(d)為上方黏貼矽膠、(e)為下方黏貼矽膠
0 20 40 60 80 100
Time (s) (a)
(b)
(c)
(d)
(e)
64
正弦波驅動頻率對於訊號峰值實驗結果 圖3.21
小波轉換轉換後之包絡線對應圖 圖3.22
0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
Frequency (MHz) 0
0.1 0.2 0.3 0.4
Amplitude (V)
0 20 40 60 80 100
Time (s) -0.2
-0.1 0 0.1 0.2
Amplitude (Volt)
65
不同驅動頻率的高斯脈波之暫態響應訊號實驗結果 圖3.23
不同驅動頻率的高斯脈波之暫態響應頻譜 圖3.24
66
(a)
(b)
流道板覆蓋碳紙示意圖，(a)為整體、(b)為局部放大圖 圖3.25
67
Amplitude (Volt)
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
1 2 3 4
Magnitude (10-6 )
68
0.78 MHz 高斯脈波驅動 AE-PFC，不同水量對於訊號包絡線之三 圖3.27
維圖
69
Water (l) 0.11
Amplitude (Volt)
40 80 120 160 200
Water (l) 27.2
70
Water (l) -114
-112 -110 -108 -106
Magnitude (dB)
40 80 120 160 200
Water (l) -116
Magnitude (dB)
71
Amplitude (Volt)
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
Magnitude (10-6 )
72
Water (l) 0.088
0.092 0.096 0.1 0.104
Amplitude (Volt)
40 80 120 160 200
Water (l) 26.4
73
Water (l) -116
Magnitude (dB)
40 80 120 160 200
Water (l) -119
Magnitude (dB)
74
Amplitude (Volt)
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
Magnitude (10-6 )
75
Water (l) 0.08
0.09 0.1 0.11 0.12
Amplitude (Volt)
40 80 120 160 200
Water (l) 26
76
Water (l) -121
Magnitude (dB)
40 80 120 160 200
Water (l) -118
-116 -114 -112 -110
Magnitude (dB)
77
(a) (b)
(c)
不同水量時流道水量分布，(a)為 50 μl、(b)為 120 μl、(c)為 160 μl 圖3.39
78
Amplitude (Volt)
No Water Water on Ribs Water in Flow Channel
24 28 32 36
Amplitude (Volt)
No Water Water on Ribs Water in Flow Channel
79
Frequency (MHz) 0
1E-006 2E-006 3E-006
Magnitude
No Water Water on Ribs Water in Flow Channel
0.72 0.76 0.8 0.84
Frequency (MHz) 0
1E-006 2E-006 3E-006
Magnitude
No Water Water on Ribs Water in Flow Channel
80
電場模擬之模型 圖4.1
電場模擬之網格化模型 圖4.2
81
電場模擬結果 圖4.3
W
82
(a)
(b)
(c)
(d)
83
(e)
沿著 Y 軸不同截面之電場分布，(a)為 0、(b)為 W 4、(c)為 W 2 、 圖4.4
(b)為 3W 4、(b)為 W
84
(a)
(b)
暫態分析之模型，(a)為正面、(b)為背面 圖4.5
接收端 (環氧樹脂
、壓電纖維)
發射端 (環氧樹脂
、壓電纖維)
85
脈波回音法實驗示意圖 圖4.6
縱橫波之回波示意圖 圖4.7
Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 EXT
LeCroy 200MHz Oscilloscope 2.5Gs/s
PANAMETRICS
COMPUTER CONTROLLED PULSER/RECEIVER
TRIG
H
86
暫態分析之網格化模型 圖4.8
暫態分析負載說明 圖4.9
LoadStep SubStep
Time Load
X Y
Z
87
Amplitude (Volt)
0 20 40 60 80 100
Amplitude (Volt)
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
88
Amplitude (Volt)
0 20 40 60 80 100
Amplitude (Volt)
0 20 40 60 80 100
Amplitude (Volt)
89
Frequency (MHz) 0
Magnitude (10-9 )
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
0.4 0.8 1.2 1.6
Magnitude (10-9 )
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Frequency (MHz) 0
0.4 0.8 1.2 1.6
Magnitude (10-9 )
90
Frequency (MHz) 0
Spatial frequency (1/mm)
Al plate (1 mm thick) PFC+PI+Epoxy+Al plate 鋁
91
計算流道頻散曲線之模型 圖4.16
X 方向之振動模態 圖4.17
X Y
Z
92
流道頻散曲線 圖4.18
消除往邊緣傳遞的導波之 AE-PFC 配置圖 圖5.1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Frequency (MHz) 0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Spatial Frequency (1/mm)
(N+1/4)λ