CPIV 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 3-1 所示。自製阻力 測量技術(陳宥達，2008)系統可分為移動平台、拉壓力計、試驗渠槽與試 驗模型等四部份，如圖3-2 所示。
3-1 CPIV 儀器設備 3-1-1 光學設備系統
本試驗之光學設備系統包括ARGON 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. ARGON 雷射：如圖 3-3 所示，雷射光源為 7 瓦之氦氖雷射，ARGON 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 3-4 所示，其綠光為 1.4 瓦（波長為 514nm），藍光則為 1.3 瓦（波長為 418nm），再經由旋 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 3-5 所示，PCAOM（Polychromatic acousto-optic modulator），其應用二氧化碲（TeO2）之材料製成，隨著 外在電壓之變化而改變晶體的排列方式，使特定波長之光束通過，主要 將ARGON 雷射分為藍光及綠光，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 3-6 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。
3-1-2 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 3-7，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 3-8，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。
3-1-3 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 DuncanTech MS300 數位攝影機，為藍、綠、
紅三顏色之固態感光面，各有1392(H)×1040(V)個畫素，各畫素有 0-255 之亮度值。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 外影像可記錄於電腦之硬碟儲存空間。
3-2 CPIV 實驗程序
CPIV 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，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，並調整底床 坡度為0.003。
2. 將水注入試驗渠槽中，入流量分別控制為 0.006cms、0.007cms，開啟抽 水馬達控制流量。
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。
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，如圖 3-4，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500Hz，即 完成一次藍、綠切換時間差為1/1000 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，取像位置於植被 前A 區及植被出水口後最低水位 B 區，如圖 4-10 所示。所擷取之影像為 1392*1040 畫素之彩色數位影像，攝影機電子快門速度為 1/125(m/sec)。
3-3 自製阻力測量技術系統
自製阻力測量技術系統(陳宥達，2008)可分為移動平台、拉壓力計兩部份:
1. 移動平台:係由一壓克力平板寬 37cm 長 15cm 厚 0.5cm，於平板兩側加 上移動滑輪，於水槽兩邊側壁加上軌道，以利平板更能順利滑動，並將 平板連接至拉壓力計，如圖3-9。
2. 拉壓力計:拉壓力計為一 LUTRON 公司所製作，有克(g)、牛頓(N)與盎 司(oz)三種單位，並有峰值鎖定之功能，可測量拉力及壓力如圖 3-10。
3-4 自製阻力測量技術實驗程序
自製阻力測量技術實驗程序分為四大部分，第一部份為試驗模型之 佈置架設，第二部份為拉壓力計之連接設定，第三部份為開啟電腦連與拉 壓力計同步，第四部份操作水槽流量由電腦輸出資料，玆說明如下：
一、試驗模型之佈置
將試驗滑動平台置入於試驗渠槽後段，於平台上佈置植被，平台調整 與水槽前段之底床同高，並調整底床坡度為0.003。
二、拉力計之連接設定
將平台用細線連接至拉壓力計，並將此線固定於拉壓力計之受力端，
且開起電源，將單位調至牛頓(N)。
三、開啟電腦連與拉力計同步
將電腦開啟並啟動拉壓力計對應之軟體，將初始值歸零。
四、操作水槽流量由電腦輸出資料
將水注入試驗渠槽中，入流量分別控制為 0.006cms、0.007cms，開啟 抽水馬達控制流量，調整轉速，等待至拉壓力計之讀數穩定，方可將馬達 轉速調整歸零。
3-5 試驗渠槽
循環水槽長10 公尺、寬 0.4 公尺、高 0.5 公尺，渠槽底床面採用黑色 壓克力板以利流場可視化實驗之進行，如圖3-11 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CPIV 法擷取 影像畫面對比度及阻截雷射光散射。