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研究生: 張寧陸
Chang, Ning-Lu
論文名稱: 弦波感測器的分析與模擬
The analysis and simulation for string wave sensor
指導教授: 沈士育
Shen, Shih-Yu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 數學系應用數學碩博士班
Department of Mathematics
論文出版年: 2015
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 35
中文關鍵詞: 感測器一維弦波方程波的特性
外文關鍵詞: sensors, wave equation in one space dimension, properties of waves.
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  • 感測器是現今生活中經常使用到的工具。而對於許多種類的感測器,我們假設一種感測器是藉由彈性波的傳遞來偵測的。我們使用一維波方程和波的特性來計算感測端能感測到的位移值。我們先固定波源與弦的張力,接著改變弦的張力來計算弦的張力的變化量與偵測的位移值的變化量的相對關係,我們稱為靈敏度。接著我們增加波源的個數與感測端的個數來提高感測器的靈敏度。而結論我們發現增加波源與感測端的個數能有效提高感測器的靈敏度,當張力皆固定減少1%時,感測器的靈敏度從0.02%提高到了0.1%在五個波源提高到九個波源的情況下。
    再來,我們固定波源與弦的張力,並在感測器上附著上有質量的物質,來計算物質的質量的變化量與感測位移值的變化量的關係。並且我們發現質量與感測值有正向的關係。

    Sensors are often used in today's life tool. For many types of sensors, we assume that the sensing element of a sensor is detected by the transmission of sine waves. We use the one-dimensional wave equation and the properties of waves to calculate the sensed value. We first fixed the wave source and string tension and the detected displacement value is set to the standard value, and then change the string tension to compute the relationship between changes in the sensing side and the tension changes, we call sensitivity. Then we increase the number of wave sources and the number of sensing terminals to improve the sensitivity of the sensor. We conclude that if the tension decrease 1%, the changes of sensed value increase from 0.02% to 0.1% by 5 wave sources to 9 wave sources.
    Later, we fixed the wave source and tension, and attached a mass of material to the sensor to compute the relationship between mass of attached materials and the change of the sensed value. And we also find the relationship between mass and the change of the sensed value is positive.

    摘要……I 誌謝……V 目錄……VI 圖目錄……VII 第一章 簡介……1 第一節 感測器……1 第二節 感測器種類……2 第三節 靈敏度……5 第四節 內容大綱……6 第二章 弦波方程……7 第一節 波動方程……7 第二節 一維弦波方程的推導……7 第三節 波方程的通解與積分形式……9 第三章 弦波感測器與張力變化……12 第一節 感測器測得的解之方程式……12 第二節 振幅與張力的關係……13 第三節 波源與感測端數量對靈敏度之影響……18 第四章 弦波感測器與物質附著之關係……25 第一節 受外界物質干擾之方程式……25 第二節 物質重量與波之關係……27 第五章 總結……30 第一節 以曲率來表示感測器的靈敏度……30 第二節 從振幅變化推算張力變化……31 第三節 從振幅變化推算物質附著量……31 第四節 波源頻率的改變與測得振幅的變化之關係……33 第五節 結論……34 參考文獻……35

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    [3] 感測器量測原理_溫度,台灣區空調工程工業同業公會,無日期,取自 http://www.hvac-net.org.tw/CKEdit/upload/files/感測器量測原理_溫度.pdf
    [4] 壓力感測器,台灣WORD,2013 年九月,取自http://www.twword.com/wiki/壓力感測器
    [5] 光電感測器,台灣WORD,2013 年12 月,取自http://www.twword.com/wiki/光電感測器
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    [7] 雨宮好文,圖解感測器入門,建興文化事業有限公司 2007 年八月第一版
    [8] 李怡嚴,大學物理學,東華書局股份有限公司,民國76 年一月14 版
    [9] Fritz John. Partial Differential Equations Fourth Edition. Springer Science+Business Media,LLC. 1982
    [10] Brian Bradie. A Friendly Introduction to Numerical Analysis, Pearson Education Inc. London. 2006

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