2-1 製程設備
影響針型壓力感測器的表現的主要因素，就是膠量多寡以及膠膜厚度，為了 能讓製程有定量的效果，所以設計了一系列的夾具（圖2-1），主要分為三部份，
分別是針固定座、定位裝置與膠量控制裝置，其最主要是希望能確實將針固定後，
將固定量的膠均勻塗抹分佈在針上感測區的應變規表面，最後給予一定量與定向 的熱風做吹整，來達到製程統一的效果。
圖2-1 熱熔膠標準製程裝置
2-1-1 塗膠平臺
為了讓應變規能平貼於針的凹槽中，以及避免在塗熱熔膠或吹整時造成應變
規的翹起，在上膠前都會先用應變規黏著劑（CC-33A, KYOWA., Ltd）來與針管 做一固定，應變規黏著劑有點類似瞬間膠，經過24 小時後可結晶化，且它需要比 熱溶膠更高的溫度才會失去黏性，所以適合用來做應變規在針管上之固定；然而 應變規黏著劑的過多會造成應變規的硬化，使其失去應有的靈敏度，所以在塗佈 上需要格外的小心；另外也有可能滲進應變規和針之間的空隙，造成應變規在形 變上的困難，所以在塗應變規黏著劑前會先用25 G 腰椎穿刺針（25 G×3.5”, 0.5×90 mm, BD, Becton, Dickinson and Company）的內針（直徑 0.22 mm），頂住應變規，
防止塗應變規黏著劑時的滲漏，最後放置於平臺上（圖2-2），同樣以內針沾應變 規黏著劑沾塗在應變規與針管的交界處與多出的部份，最後藉由毛細現象將應變 規固定在針上。
圖2-2 塗膠平臺與 25 G 腰椎穿刺針
2-1-2 熱熔膠槍
在製程中會以熱熔膠均勻塗佈在應變規上做保護以及防水，而熱熔膠的多寡
與厚薄都影響著針型感測器的靈敏度和穩定性，太厚會造成感測器不夠靈敏，太 薄會使針管容易進水，該如何在此之間取得平衡，是本研究的重點；為了能縮小 熱溶膠的出膠量，在熱熔膠槍出膠口處塞入了一15 G（外徑 1.81 mm）的針頭（圖 2-3（a）），使出膠的量能因此獲得控制；另外熱熔膠的黏度會因為溫度而有所不 同，為了能將溫度做一固定，所以用一熱電偶去量測了出膠口的溫度，由圖可知 大約在15 分鐘後熱熔膠槍的溫度達飽和狀態約 133℃左右（圖 2-3（b）），所以之 後在製程上會先熱機15 分鐘後在進行操作。
圖2-3 熱熔膠槍頭與溫度-時間關係圖
2-1-3 針固定座
針固定座主要是以靜脈帽（Injection Port Cap REF59159609, BD, Becton, Dickinson and Company）為主軸（圖 2-4），目的是為了能讓針固定在同一軸上，
而其後方的齒輪，可以使針在同一軸上做軸向的旋轉，下方的磁鐵主要是與定位 裝置做結合，配合著單軸精密滑臺，即可做定位塗膠的控制。
圖2-4 針固定座分解圖
2-1-4 定位裝置
使用一單軸精密滑台（行程25mm，最小解析度 0.1mm）來改裝成一定位裝 置，其上方會固定一熱熔膠槍，其功用為當針上的應變規塗佈熱熔膠後會送進此 熱熔膠槍內，透過內部的溫度，可以將多餘的膠給刮掉；另外在單軸精密滑台上，
會固定鎖上一附有磁鐵之壓克力長板，磁鐵的作用可以用來與針固定座做一對位 與固定，也可輕易的將針固定座拆下，做即時性的調整（圖2-5）。
圖2-5 定位裝置構造圖
2-1-5 熱熔膠定量裝置
主要是以熱熔膠槍頭進行改造，在後端接上一耐熱的透明管，本研究以 3 c.c.
針筒（SS-10ES, Terumo Medical, Corp）替代，其中放入直徑 7 mm 的熱熔膠條（圖 2-6（b）），最後以 M8 螺絲按刻度做定格之推擠，來達到定量擠出之效果（圖 2-6
（a））；根據熱熔膠的相變化圖2（圖2-6（c）），可以看出大約在 130℃左右，
熱熔膠處於液體與彈性體的過渡區，而熱熔膠槍的出膠口的溫度也剛好約為133
℃，正好可以防止熱熔膠會因為溫度過高成液體狀，由出膠口一直流出而無法控 制。
圖2-6 熱熔膠定量裝置圖
2-1-6 熱風槍支座
為了能讓熱風槍的熱風做一固定的吹整所以設計了一支架，讓熱風槍能固定
吹向一處，配合針固定座，即可對針的吹整做一標準的控制；而對剛塗完熱熔膠 的針做吹整，除了能讓應變規表面所塗抹的熱熔膠更加平整外，另一目的則是為 了能讓在塗佈過程中所產生過多的殘膠軟化，才能加以刮除，雖然多餘的殘膠基 本上不會影響針型感測器的性質，但在做脊椎穿刺時有可能會脫落，連帶影響到 應變規表面的膠，所以在吹整時為了不影響感測區域的熱熔膠，以及能徹底清除 殘膠，吹整時會用一鋁塊對感測區做一遮蔽保護，此處也使用磁鐵將鋁塊達到對 位的效果（圖2-7）。
圖2-7 熱風槍支座圖
2-2 校正設備
感測系統架構主要是由材料測試機、液壓裝置、訊號處理器、訊號放大器、
訊號擷取卡等所構成（圖2-8）。首先會將針型壓力感測器置入液壓裝置，然後以
材料測試機施與外力負載，針型壓力感測器所感測的訊號透過鱷魚夾線傳至訊號 處理器（惠斯登電橋），訊號放大器與訊號處理器間以五蕊接線連結，其中紅綠白 黑四蕊有作用，其中訊號放大器透過紅、黑蕊線供應惠斯登電橋所需之電壓，綠、
白蕊線將惠斯登電橋所感測之電壓差訊號傳回，此訊號經訊號放大器放大後由排 線傳輸至資料擷取卡，資料擷取卡也會透過 BNC 接線同時擷取液壓裝置上標準 壓力的訊號，最後由USB 接線傳回電腦做資料比較分析；而資料擷取卡也可做類 比輸出，可透過電腦軟體（LabVIEW）來對馬達做相應之回饋控制。
圖2-8 校正系統架構圖
2-2-1 訊號處理器
訊號處理器內部為自製之惠斯登電橋電路所構成（圖2-9），主要是將應變規 上電阻值極微小的變化，轉換為電壓差的變化，以供方便量測，藉由可變電阻的 調整可使電橋電壓的輸出達平衡狀態即歸零，而其輸入之電壓源以及輸出之訊號
均透過五蕊接線與訊號放大器相接來做供應與處理。
圖2-9 應變規訊號處理器
2-2-2 訊號放大器
訊號放大器是由放大底板（3B02 Series 8 Channel Backplane, Analog Device）放大卡 (3B18, Analog Device )、排線所構成（圖 2-10）。放大卡可調整訊號放大的倍率
（Gain=497），另外也可調整輸出電壓為3.3 V 或 10 V，本實驗為供應惠斯登電橋 上120 Ω 的應變規，故電壓調為 3.3 V，最後將接收到的訊號放大後由排線傳回資 料擷取卡。
圖2-10 放大盒與放大卡
2-2-3 訊號擷取卡
訊號擷取卡（NI USB-6009, NI, Corp）具備基本的資料擷取 (DAQ) 功能（圖
2-11），共有 8 個類比輸入（14 bit、48 kS/s 取樣率）以及 2 個類比輸出（12 bit、
150 S/s 波特率），最大類比輸入電壓範圍為±10V，所以每 bit 約會有 0.005 V 的解 析度，並相容於LabVIEW 軟體，可直接從電腦做資料的分析與控制。
圖2-11 DAQ 訊號擷取卡
2-2-4 液壓裝置
本實驗之椎間核壓力感測器主要是用來量測靜水壓的壓力，故在校正上以水 壓來進行校正，下圖為自製的液壓裝置，主要材料為銅製接頭所組成。透過1 c.c.
針筒施與一外力負載來改變其裝置內的壓力變化（圖 2-12），根據帕斯卡原理，
若裝置處於密封狀態，其內部任一點壓力均相等；而為了能達到密封的效果，在 鎖入針型壓力感測器的部份做了一個防漏的設計，主要是將感測器與靜脈帽對鎖 後，防止水從針的後部流出，另外透過止水栓去壓迫O 型環與銅管對鎖，來達到 密封的效果；液壓裝置會額外接一壓力感測器（附錄一）以及壓力數位錶頭（附 錄二），前者是方便電腦接受訊號以利分析，後者則是方便即時觀測，實驗前會先 校正標準壓力感測器的壓力-電壓關係圖至 30 bar 以上（圖 2-13），其校正關係式 為 Pressure(bar)= Voltage(V) ×13.26-23.36，即可得知裝置內之標準壓力值，最後 藉由標準壓力感測器與椎間核壓力感測器所接受到的訊號來做比較，即可進行校 正分析。
表三 液壓裝置材料
品名 型號 公司
1 c.c.針筒 MSS011 Merit Medical, Inc
10 c.c.針筒 SS-10ES Terumo Medical, Corp
標準壓力感測器0~9.81 MPa AST4000A00100K4E0000 American Sensor Technologies, Inc
數位錶頭0~6.895 MPa DPG-109 Dwyer
靜脈帽 Injection Port Cap REF59159609 BD, Becton, Dickinson and Company
圖2-12 液壓裝置示意圖
圖2-13 標準壓力感測器校正曲線
2-3 測試設備
測試設備主要使用到的便是材料測試機，因為可以用電腦做回饋控制，所以 可以根據不同的情形條件做多種不同的設定，像是力量控制、位移控制甚至是壓 力控制，也可做連續動態負載以及靜態負載等測試。
為了能精準控制給定的壓力範圍，因此以本實驗室自製的材料測試機來控制 其外力負載，主要是由一無刷直流馬達（BXM230M-GFH2, VEXTA, Oriental Motor, Corp）跟驅動控制器（BXD30A-A, VEXTA, Oriental Motor, Corp）所組成，馬達 的輸出經由聯軸器帶動一滾珠螺桿，而滾珠螺桿上有一導引塊，可藉由兩側導板 做直線運動，其最大輸出力量約可達 4000N；馬達所附之控制器，可設定轉速 30rpm~3000rpm 之間，經過齒輪減速比換算後，其速率可控制範圍約為 0.667mm/s
~66.667mm/s 之間(圖 2-14)。
圖2-14 材料測試機
2-4 製作流程
針型感測器在製作上共可分為三個階段，分別是製程、校正、測試，而每個 階段都有一測試標準，製程的部份主要分為四部份(圖 2-15)，首先是放電加工，
接著將應變規用應變規膠（CC-33A）固定於針上，等待一天後用熱熔膠（EVA）
對針做一塗佈，最後用熱風槍做一吹整，完成後，最主要是注意膠是否有把針的 開口處密封好，有沒有漏水；緊接著校正則是為了確認針的靈敏度與非線性度的 好壞，會先給予0~1MPa 左右的壓力做校正，挑選靈敏度大於 250 mV/MPa、非 線性度小於 10 ％的進行連續負載測試；測試則是為了驗證針的穩定性與再現 性，會先給予0.4~0.7MPa 的連續負載半小時，最後會再進行一次校正，然後挑選 出靈敏度誤差以及非線性度都在10 ％以內的，即為成品。
圖2-15 製作流程圖
2-5 製作步驟
表四 針型壓力感測器材料
品名 型號與尺寸 公司
120Ω 之應變規 KFG-03-120-C1-11N30C2（1.5×4.2mm） KYOWA., Ltd
應變規黏著劑 CC-33A KYOWA., Ltd
20 G 針頭 0.9×38 mm Terumo Medical, Corp
25 G 腰椎穿刺針 0.5×90 mm, BD, Becton, Dickinson and Company
熱熔膠 乙烯-醋酸乙烯共聚物 EVA（7×100 mm） PROXXON, Corp
熱熔膠槍 HKP 220 PROXXON, Corp
熱風槍 1600HLG E Kress-elektrik, Corp
2-5-1 放電加工
首先在距離 20G 針頭尖端上緣 2.0mm 位置放電加工一凹槽，凹槽的尺寸為
首先在距離 20G 針頭尖端上緣 2.0mm 位置放電加工一凹槽，凹槽的尺寸為