RS232 port Control Line
4.2 TDR 人機互動操作程式
本章說明以標定參數與量測的需求建立圖型化的使用者介面。標 定參數與量測程式是依照環境條件標定參數與現場量測。使用者介面 主要的目的是提供使用者一個虛擬的操作面板，藉由此面板作為使用 者與應用程式互動的溝通管道，以簡單的操作步驟即可完成 TDR 擷 取和運算分析的參數設定。
TDR 人機互動操作程式以 LabVIEW 程式語言來設計介面及開發 程式。LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 程式語言是由National Instrument 公司所推出以圖形物件來進行程式 邏輯規畫與建立程式執行的環境。LabVIEW 程式被稱為虛擬儀表 (Virtual Instrument, 簡稱 VI)的應用程式，VI 中包含三個重要的部分，
以下分別說明。
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(1). 前置面板(Front Panel)視窗是使用者與 VI 間的介面(interface)，也 就是呈現在使用者所使用的電腦面板視窗。在這前置面板視窗 中，可以執行資料或是命令的輸入，以及顯示相關資料運算、監 控或是擷取的結果。介面上可包含的物件有旋鈕(knobs)、按鈕 (push button)、圖(graphs)或其他的控制元(controls)，代表使用者 輸入；及顯示元(indicators)，屬於程式輸出，圖4- 13代表在前置 面板視窗建立好的一個虛擬儀控介面。
(2). 程式方塊(Block Diagram)視窗是 VI 背後的原始程式碼建立的環 境，是以圖形物件程式語言開發。程式方塊視窗的成分包含一般
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圖4- 13 虛擬儀控介面
圖4- 14 原始程式碼
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(a) (c)
(b)
圖4- 15 (a)VI 圖像(b)Connector (c)VI 的輸出入
人機互動標定程式的介面是以標籤面版(Tabbed Panel)為主體，依 監測功能的型式再分成其他的標籤頁面，藉由標籤頁面來延伸 TDR 的相關功能介面。使用了許多圖形物件，如按鈕(Button)、標籤 (Label)、以及文字區域(Text Area)等。圖4- 16 為TDR 量測基本波形 的功能，圖4- 17為TDR 量測含砂濃度的功能。
左半邊主要是放置不同量測功能的共同介面，在每個標籤頁面裡 都有TDR parameter _Tab 的面板，占據在標籤頁面的左上部分，TDR parameter _Tab 的主要功用是擷取 TDR 波形前必須先設定好的波形參 數，如圖4- 16和圖 4- 17所示。參數設定是依照TDR 儀器的限制，
因此有一定的範圍，各參數進階說明如下所述：
(1). Vp 代表的是此數值為電磁波在已知介質與在空氣的傳遞速度之 比值。波傳速度與介質的介電常數有關，較大介電常數的介質其 波傳速度較慢，則Vp 也較小，反之 Vp 較大。輸入範圍是在 0.1 到1。
(2). Average 代表的是取樣後平均的點數，輸入範圍是在 1 到 128。
(3). Points 代表的是單位視窗取樣的點數。取樣點數越多，解析度就
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(6). TDR COM Port 是 TDR 儀器選擇 Com port（Communication port）
的編號。
(7). Wave Number 是決定擷取多少次波形。
(8). Multiplexer 是調整 TDR 多工器的頻道，不同的頻道可以量測到不 同感測器的波形。
標 籤 頁 面 的 左 下 部 分 ， 在 每 個 量 測 功 能 頁 面 裡 都 有 TDR Waveform 或 TDR Derivative 的波形顯示面板。TDR Waveform 是由 TDR 儀器量測到的連續點數的反射值，並把所有的反射值繪製成波 形圖。TDR Derivative 則是把所有的反射值取微分後，並把微分值繪 製成波形圖。
右半邊主要是放置不同量測功能的特殊功能介面，圖4- 16的右 半邊為 TDR 量測基本波形的特殊功能介面。Switch 功能主要是在量 取波形時可選擇Fixed Wave Nums 或 Continuous Update，Fixed Wave Nums 是指依照 Wave Number 的值去擷取幾次波形，Continuous Update 則是指連續的擷取波形。Switch 右邊的四個按鈕 Load、Get Waveform、Save 和 Update 則是分別代表讀取波形、開始擷取波形、
儲存波形和更新量測基本波形功能的設定參數。
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圖4- 17是第二個標籤頁面，代表的TDR 量測含砂濃度的功能。
左半邊和第一個標籤頁面一致，右半邊主要有分成三個區塊，第一個 區塊是Temperature setting，第二個區塊是 L Calibration，第三個區塊 是SSC Measure，以下分別詳細說明。
(1). Temperature setting 包含有自動量測溫度與手動輸入溫度，自動量 測 溫 度 時 可 先 測 試 溫 度 感 測 計 量 測 到 的 溫 度 值 ， 按 下 Get Temperature 之後即會顯示在 Temperature 欄位，量測 TDR 波形期 間，自動量測溫度會取這段期間的溫度平均值來計算含砂濃度，
自動量取多筆時，會在正負號之後出現溫度的標準差。而 Temp manual 功能是手動輸入溫度的按鈕，按下 Temp manual 之後必須 在 Temperature 欄位中輸入溫度，量測時即會以這個溫度計算含 砂濃度。要特別注意的是執行L Calibration 區塊和 SSC Measure 區塊之前必須先決定Temperature setting 的部分。
(2). L Calibration 則是依照 TDR 波形標定出 TDR Sensing Waveguide 的長度，必須先輸入T1&T2 Range 的數值後，T1Range 為電磁波 從空氣到水面的波形變化距離，因為界面不同所產生的反射訊 號。T2Range 為電磁波在 TDR Sensing Waveguide 末端所產生的 波形變化距離。按下L Calibration 按鈕之後會先量取 TDR 波形，
再由計算而得的長度，顯示在 Probe Length(m)的欄位，在擷取多 筆TDR 波形時，會在正負號之後出現長度的標準差。Save 和 Load 分別代表儲存和讀取 L Calibration 的檔案，Rerun 按鈕則是重新 執行L Calibration 的功能，與 L Calibration 的不同是不用再重新 擷取波形，而是依照目前的 TDR 波形資料來重新計算。要特別 注意的是執行SSC Measure 區塊之前必須先決定 L Calibration 的 部分。
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Save 和 Load 分別代表儲存和讀取 SSC Measure 的檔案，Rerun 按鈕則是重新執行SSC Measure 的功能，與 SSC Measure 的不同 是不用再重新擷取波形，而是依照目前的 TDR 波形資料來重新 計算。
圖4- 18是第三個標籤頁面，代表的TDR 量測導電度的功能。左 半邊和第一個標籤頁面一致，但是少了TDR Derivative 波形圖，因為 導電度的計算不用到波形的微分值。右半邊主要有分成兩個區塊，第 一個區塊是EC Calibration，第二個區塊是 EC Measure，以下分別詳 細說明。
(1). EC Calibration 則是標定 EC 參數的過程，首先依 TDR Sensing Waveguide 在空氣中和短路時的波形標定出ρair 和 Rcable 參數，
ρair代表在空氣中穩定狀態的反射係數，Rcable代表的是 TDR 傳 輸線的電阻值。先輸入要擷取幾次波形後，按下 EC Calibration 按鈕之後會先量取TDR 波形，量測 TDR 波形期間，每一筆要由 使用者輸入導電度，最後出現導電度的參數Probe constant β(鐘 志忠 2008)。
(2). EC Measure 則是依照所輸入的 EC 參數ρair、Rcable和Probe constant β，按下EC Measure 按鈕之後會先量取 TDR 波形，然後輸出該
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筆波形的導電度。Save 和 Load 分別代表儲存和讀取 EC Measure 的檔案。
圖4- 19是第四個標籤頁面，代表的TDR 量測水位的功能。左半 邊和第一個標籤頁面一致，右半邊主要有分成兩個區塊，第一個區塊 是WaterLevel Calibration，第二個區塊是 WaterLevel Measure，以下 分別詳細說明。
(1). WaterLevel Calibration 則是標定感測器基本參數的過程，首先依 TDR Sensing Waveguide 的在空氣中的波形設定感測器接頭波形 範圍（T1 Section Start 和 T2 Section End），按下 Calibration 按鈕 之後會出現Air start 和 Air end 參數，Air start 和 Air end 參數代表 的是感測器的波形起點與終點。Save 和 Load 分別代表儲存和讀 取WaterLevel Calibration 的檔案。
(2). WaterLevel Measure 則是依照使用者所輸入的 WaterLevel 參數 Lv、Va 和 EL of probe end，Lv 代表的是微分後的最低值位置，
用來找尋水位的介面，Va 相等於 Vp，EL of probe end 表示水位 計底端的絕對高程。按下WaterLevel Measure 按鈕之後會先量取 TDR 波形，然後輸出該筆波形的 Water level 和 Water EL，Water level 代表是從水位計底部到水面的高度，Water EL 代表是 Water level 的高度加上絕對高程的高度。Save 代表儲存 WaterLevel Measure 的檔案。
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圖4- 16 TDR 人機互動介面的量測波形功能
圖4- 17 TDR 人機互動介面的量測含砂濃度功能
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圖4- 18 TDR 人機互動介面的量測導電度功能
圖4- 19 TDR 人機互動介面的量測水位功能
69 說明Remote 的版面配置，第三小節說明 Setting 的版面配置，Setting 的介面被涵蓋在Server 和 Remote 的版面配置裡。
4.3.1 Server 介面
Server 端的介面也是以標籤面版(Tabbed Panel)為主體，依 Server 功能和Acquisition Setting 功能分成兩個標籤頁面，如圖4- 20。Server 介面主要是與其他 Remote 端作連接，並在表單中出現站點的名稱，
當按下按鈕Add Station 的時候，可以新增新的站點。按下按鈕 Delete Station 的時候，可以移除舊的站點。Station Setting 的功能是設定站 點的詳細內容如圖4- 21。左上的Station name 是編輯站點的名稱，左 中的Select Connect COM 是選擇虛擬通訊 COM Port，每個虛擬通訊 COM Port 可連接不同站點的遠端系統。左下的 Remote Time 是顯示 遠端系統的時間，Link state 和 Transfer data 的燈號分別顯示是否有連 接到遠端系統以及是否進行資料傳輸。