試驗儀器及模型材料可分為光學設備系統、訊號控制系統、影像 系統、試驗渠槽、試驗模型、顯影質點六部分如圖2-1 所示，為實驗 佈置相關位置，其各儀器介紹與實驗操作程序，茲說明如下：
2-1 光學設備系統
在本試驗中光學設備系統包括ARGUN 雷射、聚光凸透鏡、多彩 聲光調變器（PCAOM）及旋轉八面鏡四個部分，茲說明如下：
1.ARGUN 雷射：如圖 2-2 所示，雷射光源為 7 瓦之氦氖雷射，ARGUN 雷射混合光束，經由反射鏡及凸透鏡將雷射光束射至多彩聲光調變 器（PCAOM）可分離為藍色光束及綠色光束，如圖 2-3 所示，其 綠光為1.4 瓦（波長為 514nm），藍光則為1.3 瓦（波長為 418nm），
在經由旋轉八面鏡，形成一藍一綠間隔之光頁。
2.聚光凸透鏡：由於雷射光束經由反射鏡及光束路徑之影響而減弱了 雷射光強度，因此，利用兩片聚光凸透鏡，將雷射光束聚集後射至 多彩聲光調變器（PCAOM）切光，使雷射光束不至於減弱。
3.多彩聲光調變器（PCAOM）：如圖 2-4 所示，PCAOM（Polychromatic acousto-optic modulator），主要將 ARGON 雷射分為藍光及綠光，
其應用二氧化碲（TeO2）之材料製成，隨著外在電壓之大小不同而 改變晶體的排列方式，使特定波長之光束通過，且輸入此元件之電
壓必須小於5.0V，如此才能達到實驗所需之切換藍、綠光束功能。
4.旋轉八面鏡：如圖 2-5 所示，由八面鏡之變速控制器驅動，其馬達 採用磁浮式，轉速頻率相當穩定，並配合光頁之頻率調整快慢，其 轉速可由內部及外部控制，內部控制主要是固定轉速進行試驗，而 外部控制為訊號產生器控制，配合同步訊號控制器一起操作使用，
以達到同步功能。
2-2 訊號控制系統
訊號控制系統部份由同步訊號控制器及示波器兩種儀器配合，其 功能主要控制PCAOM 切換藍綠光的頻率，切換頻率是否合適是決定 結果優劣的關鍵，儀器茲說明如下：
1.訊號控制器：此部分為利用 NI (National Instruments)公司所製之 PCI-6601 訊號控制卡如圖 2-6，控制 PCAOM 之切換頻率，此卡安 裝於PC 上，可穩定送出四道頻率，訊號可分為進入及輸出，進入 之部分由控制卡透過軟體產生一穩定之訊號，再將此訊號送至 PCAOM 切換藍綠光束，但由於 PCAOM 可以承受之電壓為 5.0V，
而由 PCI-6601 所產生之訊號為 5.8V，因此必須再透過自製的電路 板降壓如圖2-7，方可達到合適的訊號。
2.示波器：其功能主要顯示由訊號產生器所輸出至同步訊號控制器內 部訊號之穩定性，包括了波形穩定性、脈衝電壓（類比訊號）之穩
定性、頻譜顯示及週期之監視功能，以確定訊號在同步處理中。
2-3 影像系統
此系統主要由數位攝影機(3-CCD, 3-chip change coupled device) 及影像擷取卡兩部分所組成，茲說明如下:
1.數位攝影機：此試驗使用 SONY DXC-9000 數位攝影機，為藍、綠、
紅三顏色之固態感光面，各有 680(H)×480(V)個畫素，各畫素有 0-255 之亮度值。且攝影機備有電子快門，可調整影像之曝光時間，
另外也含其他影像之功能鍵。
2.影像擷取卡：利用影像擷取卡可將攝影機擷取之影像即時顯示於電 腦螢幕上，但此卡本身不具備任何記憶體，因此須配合電腦上之記 憶體。另外影像之擷取張數可記錄至電腦之硬碟儲存空間，即可擷 取影像之連續畫面。
2-4 試驗渠槽
循環水槽長 3 公尺、寬 0.2 公尺、高 0.2 公尺，渠槽兩側及底床 三面採用透明壓克力板以利流場可視化實驗之進行，如圖2-8 所示。
另外於試驗渠槽雷射光照射另一面以黑色壁報紙覆蓋為背景，其目的 為了加強影像畫面對比度及阻截雷射光散射。
2-5 試驗模型
本研究是以兩種不同底床模型進行試驗，分別為光滑平板及水草
莫絲。第一個試驗案例是以光滑渠道無植生情況，如圖2-9、2-10 所 示；第二個試驗案例為真實植生渠道情況，使用植生為水草莫絲，約 為1.5cm 高，如圖 2-11、2-12 所示。為了防止雷射光發生散射，則使 用黑色壓克力板並將植株黏於壓克力板上，再將其放置實驗渠槽上。
2-6 顯影質點
顯影質點顆粒混合水注入循環水槽內，其顯影質點密度為 1.1 g/cm3及粒徑小於75μm，雷射光經由旋轉八面鏡形成一雷射光頁，質 點於雷射光頁下顯現出光點樣，於影像中佔據面積約3 至 5 個畫素。
2-7 實驗程序
實驗程序分為四大部分，第一部份為試驗模型之佈置，第二部份 為雷射光之啟動及雷射光束之路徑設置，第三部份為操作同步訊號控 制器，使訊號能穩定輸出，並控制 PCAOM 切換光束，第四部份為操 控數位攝影機CCD 並擷取影像，以玆說明如下：
一、試驗模型之佈置
1. 將試驗底床模型放入試驗渠槽內，上游處放置一整流模型，並調 整坡度為0.001。
2. 將水注入試驗渠槽中，上游水深分別調控為 5 及 6cm，開啟抽水 馬達控制流量，入流量分別控制為 60、80、100（L/min），共 12 組實驗案例，並使流場趨於穩定狀態，實驗案例表如表2-1 所示。
3. 將顯影質點顆粒混合水注入循環水槽內，質點於雷射光頁下顯現 出光點樣。
二、雷射光之啟動及雷射光束之路徑設置
1. 先將雷射冷卻水開啟，使雷射冷卻水水壓能穩定流量進入，將雷 射開啟。等待雷射光輸出約1 分鐘後，先將雷射功率微調增加至 1 瓦以適合調整雷射光束路徑。
2. 利用三個反射鏡及兩個凸透鏡將雷射光束導引至試驗斷面並聚光 射至多彩聲光調變器（PCAOM），於 PCAOM 處將光束分為藍、
綠兩光，再射至旋轉八面鏡於水中橫切面形成藍綠相間之光頁。
3. 在調控 PCAOM 方面，微調分光過程中會出現零階（zero order）
及一階（first order）光束，微調時雷射光強度依然為 1 瓦，並選 用強度較強的一階光束作為試驗所需要之光束。
4. 旋轉八面鏡之轉速控制部分，電流轉至 40 毫安培，利用粗調及微 調將八面鏡調至試驗時所需之轉數，所需之轉數為切換頻率之1/8 倍，以達到與同步訊號控制器同步之效果。
三、同步訊號控制器之調控
由 PCI-6601 卡調控同步訊號，此卡可穩定送出四道頻率，在此 只使用中間兩控制鈕操控PCAOM 儀器之藍、綠光切換，其切換頻率 之部分由電腦內之軟體控制並輸出至控制卡中。如本實驗訊號輸送頻
率為250Hz，即完成一次藍、綠切換時間差為 1/500 秒。
四、影像之擷取
利用 CCD 攝影機擷取經過雷射光頁下之質點影像，取像位置距 上游處60cm 處，如圖 2-13、2-14 所示。所擷取之影像為 640*480 畫 素之彩色數位影像，其攝影機電子快門速度為1/125(m/sec)。