成功大學博碩士論文系統

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	張平儒 Chang, Ping-Ju
論文名稱：	順流型水文資訊自動量測載具之研發 Development of Automatic Floating System for Hydrological Data Measurement in Downstream Sea Area
指導教授：	林忠宏 Lin, Chung-Hung
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 系統及船舶機電工程學系 Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	163
中文關鍵詞：	量測載具、水文資訊
外文關鍵詞：	Floating System, Hydrological Data Measurement
相關次數：	點閱：95 下載：2
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

查詢本校圖書館目錄查詢臺灣博碩士論文知識加值系統勘誤回報

　　本論文之主要目的在，建立可以攜帶各種的測量海水的水文數據傳感器，使的可以在不同水深運作之一個自動化浮標系統。這個系統包含可抵抗壓力之外殼，內部含有：浮力控制系統、電力提供系統、控制電腦、PLC控制單元、GPS定位系統和無線通訊設備的建置。
　　設計和製造適當壓力外殼的同時，收集國內、外可供參考論文以及用實驗的方式確認參考論文的適用性。浮力控制系統部分由：步進馬達、滾珠導螺桿和一個活塞缸系統所構成。經過活塞來回作動時候可使系統產生0.5公斤的浮力變化，使整個系統可以自由的做上浮或是下沉的動作。
　　至於水文的數據的量測，使用壓力計的訊號來提供系統對應的相對水深，而在系統上浮下沉過程利用溫度感測器來執行水溫量測。系統到水底時，如無執行任務時，將自動關掉電源的輸出，使的有效拉長電池可以工作的時效。在斷電數小時過後，電源開關將再次啟動並且著手系統上浮。當系統判別上浮到海面上，將自動收集GPS定位系統的經度和緯度資料。之後收集到的不同數據資料包括：深度，溫度和位置，透過無線通訊設備將資料傳輸回岸上的使用者。此外，無線通訊設備尚有能力傳輸新的任務程式給浮標系統。如此，無須從海上回收浮標系統，直接利用無線傳輸將任務型態過更改。
　　系統的主要控制系統包括：一台電腦及一部PLC控制器及其各自的控制軟體。電腦使用Labview 7.0程式為其主要控制程式，在PLC控制器則使用NAIS介面的PLC程式語言來做控制。利用此分散式架構的控制單元，將可有效的控制整體系統的運作。

　　The main purpose of this thesis is to establish an automatic float system that can carry various kinds of sensors to measure the hydrological data of sea-water at different level of depth. This system contains a pressure vessel within which a buoyancy control system, electric powers, computer, PLC controller, GPS antenna and wireless device are constructed.
　　To design and manufacture an appropriate pressure vessel, related reference papers are surveyed and confirmations of its feasibility are carried out through experiments. The buoyancy control system includes a stepping motor, a liner screw and a piston. When the piston is pulled back a maximum lost of 0.5kg of buoyancy make the vessel dive. Conversely, the vessel floats up as the piston is pushed out.
　　As to the hydrological data, with the use of pressure gage to sense the depth and thermal couple to catch the corresponding temperature are executed on both diving process and float-up process. When vessel arrives sea bottom the power will switch off automatically to safe the electric power and to elongate the work duration. After preset hours pass, the power switch will boot up again and proceed to float-up process. When the vessel ascents to sea surface GPS antenna receives the longitude and latitude data automatically. The collected data include depth, temperature and position will then send back to command station through wireless device. Also the wireless device is capable to receive new command sent from the command station. In this manner, without recovering the vessel from the sea area, one can easily change the operation style whenever the vessel is floating on the sea surface.
　　The main control kernel of the system includes a personal computer, a PLC controller and control software. The software contains two different programs. The Labview 7.0 program is for computer and the other is for PLC controller.
　　Individual function test for each sub-system is carried out and find out that every sub-system works correctly. In the next step, these sub-systems will be put together to confirm its entire performance. After laboratory tests, field tests will be conducted next year.

摘要… … … … … … … … … … … … … … … … … … … I
英文摘要… … … … … … … … … … … … … … … … … … II
誌謝… … … … … … … … … … … … … … … … … … … IV
目錄… … … … … … … … … … … … … … … … … … … V
圖目錄… … … … … … … … … … … … … … … … … … XI
表目錄… … … … … … … … … … … … … … … … … … XVIII
符號說明… … … … … … … … … … … … … … … … … …XIX

第一章 緒論… … … … … … … … … … … … … … … … …1
1 研究計劃之背景及目的… … … … … … … … … … … 1
2 相關研究… … … … … … … … … … … … … … …2
3 應用範圍… … … … … … … … … … … … … … … …3 
4 研究方法… … … … … … … … … … … … … … …4 
5 論文架構… … … … … … … … … … … … … … … …5 

第二章 壓力外殼的強度分析… … … … … … … … … … … … 8
1 文獻回顧… … … … … … … … … … … … … … 9
1.1具環肋骨之圓筒型降伏破壞理論… … … … … … 9
1.1.1 在兩肋骨中間處之板殼應力… … … … … 11
1.1.2 板殼與肋骨重疊處之殼板應力… … … … 13
1.1.3殼板應力之降服判斷依據… … … … … … 14
1.2 圓筒殼殼體之整體挫曲破壞理論… … … … … … 14
1.2.1 Kendrick整體挫曲破壞式… … … … … …16
1.2.2 Bryant整體挫曲破壞式… … … … … … … 19
1.2.3 Gerard整體彈性挫曲破壞式… … … … … 19
1.3 圓筒殼殼體之局部挫曲破壞理論… … … … … …21
1.4 環向肋骨之破壞理論… … … … … … … … … 21
1.4.1 環向肋骨之降伏破壞理論… … … … … … 22
1.4.2 環向肋骨之挫曲破壞理論… … … … … … 22
1.5 半球形壓力殼之破壞理論… … … … … … … … 23
1.6 圓筒型壓力殼端版之破壞理論… … … … … … … 24
2 水下壓力殼之有限元素分析… … … … … … … … … 25
2.1 有限元素壓力殼模型的建立… … … … … … … 25
2.2 有限元素分析結果… … … … … … … … … … 26
3 壓力外殼的設計… … … … … … … … … … … … 28
3.1 壓力外殼的構型及尺寸… … … … … … … … … 28
3.2 壓力外殼各部位之強度計算… … … … … … … 31
3.2.1 降伏強度之計算… … … … … … … … 31
3.2.2 挫曲強度之計算… … … … … … … … 32
3.3 半球型玻璃纖維壓力端蓋的設計… … … … … … 34
3.3.1 複合材料積層半球形壓力殼材料… … … 35
3.3.1.1 基材（Matrix）… … … … … … 35
3.3.1.2 加強材… … … … … … … … 35
3.3.2 複合材料積層半球形壓力殼尺寸設計… … 36
4 深海壓力模擬實驗系統… … … … … … … … … … 39
5 壓力殼深海壓力實驗及水密測試… … … … … … … … 42
5.1 FRP半圓球壓力殼實驗與分析… … … … … … … 42
5.1.1 水深400公尺（40MPa）時實驗結果與討論… 42
5.1.2 水深800公尺（80MPa）時實驗結果與討論… 45
5.2 整體壓力殼淺水區水密實驗… … … … … … … 49
5.3 整體壓力殼高壓區水密及結構實驗… … … … … 51
6 小結論… … … … … … … … … … … … … … … 53

第三章 訊號量測系統建立… … … … … … … … … … … … … 55
1 壓力轉換器… … … … … … … … … … … … … … 55
1.1 壓力計的選用… … … … … … … … … … … 55
1.2 壓力計的校正… … … … … … … … … … … 57
2 電阻式溫度計… … … … … … … … … … … … … 58
3 訊號擷取介面… … … … … … … … … … … … … 60
4 Labview程式的撰寫… … … … … … … … … … … 61
5小結論… … … … … … … … … … … … … … … 64

第四章 浮力控制系統的設計… … … … … … … … … … … … 65
1 浮力變化系統之設計… … … … … … … … … … … 65
1.1 浮力變化系統主體設計… … … … … … … … … 65
1.2 浮力系統固定方式… … … … … … … … … … 67
2 線性傳動機構的選用… … … … … … … … … … … 68
2.1 線性傳動機構主結構選用… … … … … … … … 68
2.2 線性傳動機構與浮力變化系統之聯結… … … … 70
3 負載分析與馬達的選用… … … … … … … … … … 73
3.1 從馬達端看負載分析… … … … … … … … … 73
3.2 馬達的選用… … … … … … … … … … … … 76
3.2.1步進馬達的模型與運作原理… … … … … 77
3.2.2步進馬達運作原理… … … … … … … … 78
3.2.3步進馬達選用… … … … … … … … … 80
3.2.4 系統整體結構安全驗證… … … … … … 84
4 步進馬達的控制… … … … … … … … … … … … 85
4.1 馬達控制器的選用… … … … … … … … … … 87
4.2 馬達控制器的配線… … … … … … … … … … 87
4.3 PLC控制器的程式設定… … … … … … … … 89
4.4 控制法則… … … … … … … … … … … … 90
5 小結論… … … … … … … … … … … … … … … 92

第五章 電力及通訊系統架設與PC控制器的測試… … … … … … 93
1電力系統架設… … … … … … … … … … … … … 93
1.1蓄電池與配電盤… … … … … … … … … … … 93
1.1.1 DC 5V直流電… … … … … … … … … 94
1.1.2 DC 12V及DC 24V直流電… … … … … … 95
1.2 能源再生系統… … … … … … … … … … … 96
1.2.1 熱電半導體之原理… … … … … … … … 96
1.2.2 熱電半導體之實驗… … … … … … … … 97
1.2.3 回充電路之設計… … … … … … … … 100
2 單板電腦測試… … … … … … … … … … … … … 102
2.1 單板電腦相關規格… … … … … … … … … … 102
2.2 單板電腦溫度測試… … … … … … … … … 103
3 通訊系統架設… … … … … … … … … … … … … 105
3.1 無線網路設備架構… … … … … … … … … … 106
3.2 通訊控制軟體… … … … … … … … … … … 107
3.2.1使用Labview架設電子郵件發信系統… … 107
3.2.2 FTP傳輸軟體… … … … … … … … … 110
3.2.3 架站軟體… … … … … … … … … … 110
3.2.4 遠端控制程式… … … … … … … … … 110
4 小結論… … … … … … … … … … … … … … … 112

第六章 位置回報系統GPS之建構… … … … … … … … … … 113
1 GPS觀量測… … … … … … … … … … … … … … 114
1.1 GPS訊號結構… … … … … … … … … … … 114
1.2 虛擬距離觀量測… … … … … … … … … … 114
1.3 差分修正… … … … … … … … … … … … 116
2 GPS定位基本概念… … … … … … … … … … … 116
3 GPS實際量測… … … … … … … … … … … … … 118
3.1 硬體架構… … … … … … … … … … … … 118
3.2 衛星接收模組輸出格式… … … … … … … … 118
3.3 RS-232研究… … … … … … … … … … … … 120
3.4 使用Labview擷取衛星定位模組訊號… … … … 122
4 將GPS量取數據置入電子地圖… … … … … … … … 124
5 小結論… … … … … … … … … … … … … … … 127

第七章 機電系統的軟、硬體整合… … … … … … … … … … … 128
1 分散式架構控制器的整合… … … … … … … … … 129
1.1 RS-232雙向傳輸… … … … … … … … … … 131
1.2 數位I/O單向命令傳輸… … … … … … … … 133
2 GPS訊號擷取時軟、體硬整合… … … … … … … … 137
3 系統開、關機時軟、硬體整合… … … … … … … … 138
4 浮力變化系統控制的軟、硬體整合… … … … … … … 143
5 Labview程式書寫… … … … … … … … … … … … 145
6 艙間配置… … … … … … … … … … … … … … 146
6.1 主要的硬體配置… … … … … … … … … … … 146
6.2 艙間配置最嚴重問題… … … … … … … … … 150
7 小結論… … … … … … … … … … … … … … … 151

第八章 結論與未來展望… … … … … … … … … … … … … 153

參考文獻… … … … … … … … … … … … … … … … … … …157
                                    

1)http://www.eetc.globalsources.com/article_content.php3?article_id=8800330598
2)http://www.argo.ucsd.edu
3)http:// www.webbresearch.com
4)許哲穎，“深海環境下圓筒型壓力殼之壓潰型為探討”，國立成功大學系統及船舶機電學系碩士論文，2004
5)L. B. Wilson, B. Sc. “The Elastic Deformation of a Circular Cylindrical Shell Supported by Equally Spaced Circular Ring Frames Under Uniform External Pressure”, R.I.N.A, 1966
6)J. P. Comstock, “Principles of Naval Architecture, Submarine Pressure-Hull Design” , SNAME, 1969
7)MacNaught, D.F., “Strength of Ships” , Principles of Naval Architecture, Chap. IV, Section 8, SNAME, New York, 1967
8)K. von Sonden and K. Gunther,“The Strength of Clindrical Shells, Stiffened by Frames and Bulkheads, under Uniform External Pressure on all Sides”, translated by E. N. Labouvie, annotated by E. Weak and W. A. Nash, TMB, Report T-38, 1952.3
9)S. Kendrick, “The Buckling Under External Pressure of Ring Stiffened Circular Cylinder”, R.I.N.A, 1965
10)林忠宏、許哲穎、張平儒，“深海環境下圓筒型壓力殼之壓潰型為探討”，中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會論文集，2004
11)李雅榮、林輝政、林克保，“補強圓筒殼耐壓強度及結構最佳設計之探討”，NTU-INA. Tech. Report 225，1986
12)許輯平，“潛艇強度”，國防出版社，1980
13)A. R. Bryant,“Hydrostatic Pressure Buckling of a Ring-Stiffened Tube”,Navel Construction Research Establishment Report R306, 1954
14)G. Gerard,“Plastic Stability Theory of Thin Shells”, Journal of the Aeronautical Sciences, Vol.24, p269-274, 1957
15)Von Mises, R., “The Critical External Pressure of Cylindrical Tubes Under Uniform Radial and Axial Load” , translated and annotated by D.F. Windenburg, EMB, Department of the Navy, Washington, D.C., Rep. No. 366, 1933
16)S. P. Timoshenko and J. M. Gere, “Theory of Elastic Stability” , 2nd Edition, McGraw Hill, 1961
17)Tokugawa, T., “Model Experiments on the Elastic Stability of Closed and Cross-Stiffened Circular Cylinders under Uniform External Pressure”, Proc. World Eng. Cong., Tokyo, Vol. 29, pp.249-279,1929
18)陸磐安，”潛艇概念設計”，成大出版中心，2002
19)Faulker, D., “The Collapse Strength and Design of Submarines”, RINA Symposium on Naval Submarines, London, Paper No. 6, 1983
20)R. Burcher and L. Rydill, “Concepts in Submarine Design” Cambridge, University Press, 1995
21)型錄，“機械元件系列” ，勁亨軸承股份有限公司
22)杜光宗， “控制系統與控制馬達的選法、用法”，建宏出版社，1996
23)型錄，“步進馬達、自動化產品” ，晶賀科技有限公司
24)施慶隆、李文猶， “機電整合與運動控制” ，高立出版社
25)Seeber G., Satellite Geodesy, “Foundations, Methods, and Applications”, Walerde Gruyter, Berlin, New York, 1993.
26)Brinker, R.C. and R. Minnick, “The Surveying Handbook”, Second Edition, Chapman & Hall, New York, 1995.
27)曾清涼、儲慶美，“GPS 衛星測量原理與應用”，國立成功大學衛星資訊研究中心，第二版，台南，1999。
28)林宗宏譯，“RS-232 入門淺論”，儒林圖書有限公司，1986
29)郭興家、劉新在，“自動化工程”，高立圖書有限公司，2003

2005-08-18公開

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文