實驗裝置

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第三章實驗設備、方法與裝置

3-1 實驗設備

一、產生波源之儀器：

以電磁鐵的台座在極短時間內，將 2.0ml 之水擊出，以此種方式產生具有高重現性和頻譜訊號較寬勻的脈衝訊號。模擬心臟的輸出。

二、彈性管系統：

以兩種不同規格、材質的彈性管，來進行模擬實驗，詳細規格如 Table 3-1：

Table 3-1

實驗所使用之管子規格：表中單位分別為: R^out , Rⁱⁿ , h (inch) ，

λw (g/cm)

三、壓力訊號的頡取轉換：

壓力訊號由 Validyne DP-103-20 壓力轉換器轉成電訊號，經 Validyne CD-23 放大器至 AXIOM MSC-1020 取樣，再經由 AXIOM AX5412 A/D 卡由 PC 讀取。其中 A/D 卡的取樣頻率為 600Hz，取樣時間總長 5 秒鐘(共 3000 點資料) 。

Company Tube 外直徑 R^out 內直徑 Rⁱⁿ 厚度 h 密度λ_w

Kent Latex 8/16 6/16 1/16 0.56 NORTON Tygon 9/16 7/16 1/16 0.95

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四、質量測量儀器：

微量天平(瑞士 Precisa 100M-300C)(附錄 A) ：用來測量各種規格管子的質量，以及管內水量。

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3-2 實驗方法與裝置

本文實驗分成三個部分，第一是脈衝位置對頻率及頻率強度的影響；第二個實驗為主動脈弓對 TKE 的影響；第三部分將探討靜壓

P

⁰ 對 pressure–strain elastic modulus Ep 的影響。

(一)脈衝位置對頻率及頻率強度的影響

<實驗方法>

1. 取長 L⁰=174cm 的 Latex 軟管(外徑 6/16，厚度 1/16)，拉長 15%

至 L=200cm 兩端接上水槽，保持靜水壓 30 cm-H²O，分別於 impulse ξ=L/2，L/3，L/4 以及 L/8 的地方打入。並在 Z=10cm~190cm 每隔 10cm，利用壓力檢測器量測管內壓力變化，重複量測 5 次。實驗裝置如 Fig.3-1(a)。

2. 取長 L⁰=174cm 的 Latex 軟管(外徑 6/16，厚度 1/16)，拉長 15%

至 L=200cm 一端接上水槽，保持靜水壓 30 cm-H²O，impulse 於一端打入 ξ=0，並在 Z=10cm~190cm 每隔 10cm，利用壓力檢測器量測管內壓力變化，重複量測 5 次。實驗裝置如 Fig.3-1(b)。

<量測項目>

將實驗在各個位置所測得之數據，利用傅利葉分析找出各個諧頻 (f¹、f²、f³、f⁴、和 f⁵)的大小及強度。

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Fig. 3-1(a)

實驗裝置

：脈衝位置對頻率及頻率及頻率強度的影響。保持靜水壓 30 cm-H²O，分別於 impulse ξ=L/2，L/3，L/4 以及 L/8 的地方打入。

並在 Z=10cm~190cm 每隔 10cm，利用壓力檢測器量測管內壓力變化。

Fig. 3-1(b)

Z = L

Z = 0 Z = Z t

Pressure Transducer Amplifier Sample and hold

A/D converter PC computer

P0(L,t)=y cm-H2O

EM control hammer

Syringe pump

Z = L

Z = 0 Z = Zt

Pressure Transducer

Amplifier Sample and hold

P0(L,t)=30 cm-H2O

EM control hammer P0(0,t)=30 cm-H2O

Z = ξ

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(二) 主動脈弓對 TKE 的影響

<實驗方法>

1. 取原長 L=100cm 的 Latex 軟管(外徑 6/16,厚度 1/16) ，保持靜水

壓 40 cm-H²O，impulse 於一端打入並於ξ= L/3 處利用壓力感測器量測管內壓力變化，重覆量測 5 次。實驗裝置圖如 Fig.3-2(a)。

2. 於脈衝端將軟管轉彎(圓弧直徑=8cm)，模擬人體主動脈弓的幾何構造，重複第一步驟。實驗裝置圖如 Fig.3-2(b)。

3. 將原長 L0 = 100 cm 的 Latex 軟管拉長 15%至 L = 115 cm，重複第一及第二步驟。

4. 將原長 L0 = 100 cm 的 Latex 軟管拉長 15%至 L = 115 cm，保持

靜水壓 10 cm-H²O，重複第二步驟

5. 取原長 L=100cm 的 Tygon 管(外徑 7/16,厚度 5/16) ，重複第一及第二步驟。

<量測項目>

1. 基頻(f¹):在ξ= 2L/3 處測，經傅力葉轉換得知。

2. 外徑(r^out)：以線尺量測。

3. 系統重量：將彈性管含水用止血鉗夾住，放入電子枰測得(扣除止血鉗的重量)。

4. 內徑(r^o)、半徑變化(dr)：將測得的含水量，藉圓柱公式測得。

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5. Ep：將水槽關閉，由針筒注射 0.4ml 的水於 Latex 軟管內，觀察

壓力變化(重複 5 次)再由

r

0

dr

E

_p

= dP ×

_{，獲得 E}_p_的值。

Fig. 3-2(a)

實驗裝置

：主動脈弓對 TKE 的影響。保持靜水壓 40 cm-H²O ，impulse 於一端打入並於

Z= L/3

處，利用壓力感測器量測管內壓力變化。

Z = L Z = 0 Z = L / 3

P0(L,t)=y cm-H2O

EM control hammer

Syringe pump

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Fig. 3-2(b)

實驗裝置

：於脈衝端將軟管轉彎(圓弧直徑=8cm)，模擬人體主動脈弓

的幾何構造，並保持靜水壓 40 cm-H²O ，impulse 於一端打入並

於 Z= L/3

處，利用壓力感測器量測管內壓力變化。

(三)靜水壓 P⁰對 E^p的影響

<實驗方法>

1. 取長

L

⁰=100cm 之 Latex 軟管( 3/8 ID＊1/16Wall )，利用針管打入 dV= 0.6 c.c.的水，並以壓力轉換器量得

P

ⁱ 與

P

^f，改變靜水壓

P

⁰ = 20 ~ 220 cm-H²O ，每間隔 20 cm- H²O 做一次量測。

實驗裝置如 Fig.3-4。

Z = 0 Z = L

Z = L / 3

P0(L,t)=y cm-H2O

EM control hammer

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<量測項目>

利用下式算出 E^p值

2 0 0

0 0

0

2

2 dV Lr P r P

Lr dV

P r P

r r r dP dr

E

_p

dP

^f ⁱ ^f ⁱ

π

= −

− ×

=

− ×

=

×

=

Fig.3-4

實驗裝置

：靜水壓

P

⁰對

E

^p的影響。改變靜水壓

P

⁰= 20 ~ 220 cm-H²O ，每間隔 20 cm- H²O 量測

E

^p 5 次。

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3-3 校正工作

壓力感測系統放大倍率的校正首先將放大器放大倍率調至 10，

水槽高度 30cm，調整此時螢幕上的壓力平均值為零。接著將水槽高度升高為 40cm，將此時壓力值存檔並求出平均值，算出目前壓力量測系統由 A-D 卡讀出的數值和真正水壓的比值。而在進行各種不同實驗，可能會因為要量測的壓力波峰值大小不同，所以可以適當調整放大的倍率，以免超過可讀取的範圍。