試驗設備

茲說明試驗所使用之設備如下：

1.地震模擬振動台

交通大學地震模擬振動台之台面尺寸為 3m 見方，如圖 5.1 所示，振 動台本體重為 5tf，試體結構之最大容許重量可達 10tf。振動台係由一支油

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壓致動器(圖 5.2)來驅動，其將油壓動力轉化成機械動力，以驅動振動台及 其承載之試體，其最大行程為



2.控制系統

控制系統使用 MTS407 控制器之位移控制模式操控振動台，如圖 5.3 所示。MTS407 控制器內含造波器，可提供矩形波、三角形波及正弦波等 類比訊號以驅動致動器，並提供一外在輸入管道可接受任意形式之隨機訊 號，故得以輸入地震波以模擬地表運動。

3.鋼結構試驗模型

五層樓鋼結構模型為平面 2m 見方，樓高 6.7m，重約 6tf 之縮尺鋼骨 房屋結構模型，各樓層之各面構架(東、西、南、北)均置有斜撐及模擬樓 板質量之鋼板，如圖 5.4 所示。該鋼結構模型之結構參數如表 5.1 所示。

本系列試驗中以結構之弱軸方向為測試方向，故結構之架設係以柱之弱軸 方向與振動台運動方向平行。

4.振動感應計

試驗所使用之感應器以一加速度/速度規(accelerometer/velocity meter) 與無線感測單元(wireless sensing unit)為一組，共計 6 組(圖 5.5)，其中一組 裝置於振動台上以量測地表加速度，其餘五組裝置於鋼構架各層樓之樓板 質心位置。速度規使用東京測振公司型號 VSE-15D 之伺服型速度感應器，

它可同時輸出速度及加速度兩種訊號，所對應之最大振動量測範圍分別為 s

/ m 1 .





 15 V

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VSE-15D 之詳細規格可參見表表 5.2。

無線感應單元主要之功能為提供感應器電源、訊號取樣、及透過無線 傳輸方式與使用端或中繼端進行通訊。本試驗所使用之無線感測單元為台 灣大學所研製之 NTU-WSU 系統，為一種崁入式系統(Embedded System)，

由一計算核心(computation core)、 無線模組(wireless module)、訊號調節及 數位化模組(signal conditioning and digitalization module)及系統電源模組 (system powering module)四個子系統組成。茲說明如下：計算核心之功能 在於整合協調其他三個模組，核心中之微控制器(microcontroller)會依先前 寫入之控制迴圈程序下達指令予其餘子系統，使系統能有效率的運作。除 此之外，計算核心也會進行運算。無線模組提供了感測單元與其他設備之 間的溝通管道，負責將訊號以無線電之方式傳遞出去。值得注意的是，

NTU-WSU 兼容兩組使用不同頻帶(2.4GHz 及 900MHz)之無線模組，其中 2.4GHz 為廣泛使用於各個國家之頻帶，因此 NTU-WSU 可適用於大部份 之國家。但也由於目前許多無線通訊設備皆為使用 2.4GHz 頻帶(藍芽、

Wi-Fi 等)，因此 NTU-WSU 可依環境情況選擇 900MHz 之頻帶以避免與其 他通訊設備相互干擾。有時訊號會因環境因素而影響其品質，NTU-WSU 中之訊號調節及數位化模組即針對此情況加以改良。模組中之增益(gain) 放大器可將訊號放大，共有四種增益 (1、10、100 及 1000V/V) 可供選擇；

此模組中另設有一類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter)，可將感應 器之電壓訊號轉成可供電腦使用之數位訊號。系統電源模組負責供應感應 器及感測單元所需之電源，包括一組鋰電池(7.4V/3200mAh)及三組電壓調 整器。其中，鋰電池負責供應整個系統電源，而三組電壓調整器則將電壓 轉換成無線電波所需電壓值(5V/1W)、感應器 VSE-15D 與增益放大器所需 電壓值(+/-15V/3W)及其餘系統所需電壓值(5V/1W)。

NTU-WSU 之運作流程如下：當感應器 VSE-15D 量測到結構動態反應

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時，會將其以電壓訊號之型式傳送至無線感測單元(NTU-WSU)，這些電壓 訊號會先透過 NTU-WSU 中的增益器放大訊號，將其轉換至類比數位轉換 器取樣之範圍進行訊號取樣，而得到離散之數位訊號。當微控制器獲得這 些訊號後可將其暫存於緩衝區中，或透過無線模組以無線傳輸之型式傳送 至其他接收端－如個人電腦、中繼工作站…等，再進行後續之分析。

5.2.1 無線感應器與原有線感應器之比較

無 線 感 應 器 (VSE-15D+NTU-WSU) 與 本 系 原 有 之 有 線 感 應 器 (Crossbow+μ-MUCIS)之量測訊號比較可參見圖 5.6。由圖 5.6 可看出本次 使用之無線感應器其訊號較原有線感應器之訊號更為清晰。現以白噪音 (white noise)作為輸入擾動源，並將由無線感應器及原有線感應器所量測之 訊號分別進行 DLV 損傷探測分析，考慮單一樓層受損案例(2 樓破壞)及複 數樓層受損案例(1、5 樓破壞)，其結果歸納於表 5.3 及圖 5.7 至圖 5.11。

由分析結果顯示，在 2 樓破壞的案例中以原有線感應器所量測之訊號 進行 DLV 損傷探測分析，五種識別法中 SSI-ECCA 雖然有將未受損之 1 樓判別為受損樓層之誤判情況，但仍能將受損之 2 樓判別出來，而其餘四 種識別法則皆未能將受損樓層判別出；以無線感應器所量測之訊號進行 DLV 損傷探測分析，五種識別法雖然有將未受損之 1 樓判別為受損樓層之 誤判情況，但仍皆能將受損之 2 樓判別出來。在 1、5 樓破壞的案例中，

以原有線感應器所量測之訊號進行 DLV 損傷探測分析，五種識別法中 SSI-COV、SSI-PLS、SSI-MLR 及 SSI-ECCA 皆只能判別出 5 樓為受損樓 層而未能將受損之 1 樓判別出，SSI-CCA 則是未能判別出受損之 1 樓及 5 樓；以無線感應器所量測之訊號進行 DLV 損傷探測分析，五種識別法皆 能將所有受損樓層判別出。上述結果顯示，無線感應器相比於原有線感應

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器，以前者所量測之訊號進行 DLV 損傷探測分析有較佳之結果。因此，

本文後續之分析將以無線量測系統記錄之資料進行分析。