臺北科技大學機電整合研究所學位論文
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本研究運用磁通閘(fluxgate)輸出電壓之時間域特性，設計磁量計驅動電路。激發磁場頻率、振幅、與磁芯磁滯曲線，是磁量計之磁場-電壓轉移率的主要影響因素。我們使用高磁透率鎳-鐵合金環形磁芯製作繞線式磁通閘，驅動電路使用磁場回授電路來提高磁通閘磁量計的靈敏度與線性範圍，以此基礎製作的磁通閘磁量計驅動電路可量測地磁等微小磁場。 論文中提出一利用磁通閘多重諧波特性做信號混合的新概念，製作磁通閘的硬體驅動電路，並且量測磁通閘實際運作能力，比較無回授系統以及回授時的信號差異；除製作硬體電路外也實際將提出的電路系統往IC化發展，利用HSPICE以及台積電CMOS 0.35μm製程完成實際模擬以及與磁通閘微結構進行整合下線，達到電路與微結構整合的初步目標。
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本研究為一使用化鎳浸金製備於奈米螺旋碳管，對CVD方式制備的奈米螺旋碳管進行酸洗、敏化、催化等前處理，在表面增加活性官能基。利用化鎳浸金，以不同參數在奈米螺旋碳管表面施鍍，並且以掃瞄式電子顯微鏡、能量散佈分析儀 、紅外線光譜儀、X光繞射儀，對化鎳浸金各處理步驟，分析施鍍效果。以不同鍍液，測試施鍍後磁性差異，在適當的溫度、PH條件下，成功地在奈米螺旋碳管表面鍍上一層均勻地、明顯螺紋間距、含磷量低的鎳鍍層，之後再包附一層金鍍層。並且以化鎳浸金製備，整合於CMOS製程的奈米碳管電子元件，並討論其製備方法。當CMOS晶片完成製作後，以低溫製備的方式，經乾、溼式蝕刻等後製程，控制電極間隙的二氧化矽層厚度。利用化鎳浸金方式於鋁電極，除了有效的防止鋁基材氧化外，也降低傳輸線訊號的損失、金的高導電性及不易氧化。因此，將以利於之後量測且有效的提高電流，對於整合電路也有很大的助益。並且以自我組裝單分子層、介電泳力，操控奈米碳管沈積並跨接於電極間隙之間，完成奈米碳管電子元件之製作。本文成功地利用化鎳浸金整合於CMOS製程與乾、溼式蝕刻後製程，製作出奈米碳管電子元件。
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本研究為探討形狀記憶合金螺旋彈簧在雙向形狀記憶效應下之機械行為。當螺旋彈簧經由控制電流給予其焦耳熱進行溫度調變，並在設定之固定長度下，量測控制電流、溫度與力量間的關係。在單獨記憶合金線材之軸向拉伸負載下，藉由量測應力及電阻與電流間斜率的改變得知其相變化的發生，並找出相關之材料模型參數。最後藉由Brinson之材料理論模型與螺旋彈簧理論公式的結合，將記憶合金彈簧在不同變形長度與控制溫度下之理論值與實際量測結果進行比對及討論。當溫度增加時，彈簧產生的應力在固定的控制長度下會增加，但其是以非線性的變化達到飽和的沃斯田體相。如果彈簧的控制長度增加時，其在固定溫度下的負載也會增加，但其負載曲線的斜率並不會維持不變，因此我們推斷其是受到了應力所引發的麻田散體相變化，因而導致負載曲線的斜率下降。且經由螺旋彈簧的理論公式的比較下，其量測的結果與理論推導的結果得出了良好的正確性。
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本論文主旨在利用有限元素法模擬局部電化學沉積法之微銅柱沉積製程的幾何形狀變化。局部電化學沉積法所製作之微結構外觀形貌深受偏壓所產生之電場與沉積時的兩極間之間距所影響，本論文從建立一個模型分析局部電化學沉積製程，利用有限元素軟體ANSYS以不同的步進距離分析所產生的電場，再以電場分佈為基準，繪製出微銅柱成長過程之幾何外型，再與實驗結果做驗證。研究結果分為實驗與模擬，重要結果如下：(1)實驗顯現出用偏壓為3.0V，兩極間距為60μm、80μm有較好的沉積外型，兩極間距為20μm則需降低偏壓至2.8V。(2)兩極間距越長，偏壓越小，則沉積時間會漸漸上升，我們建立了一個ANSYS模型來說明此結果。(3)偏壓與兩極間距對於微銅柱柱徑的關係，我們使用了偏壓3V、2.8V與兩極間距20μm、40μm、60μm、80μm來說明結果。(4)ANSYS有限元模擬可以模擬出類似節狀的外貌結果，且會因為兩端電極間距加大而使節狀結構趨近於明顯，柱徑也會因兩極間距增大而增加。(5)模擬過程中需使用曲線擬合來改善有限元之節點分佈不均的問題。(6)分析網格取的大小也會影響模擬結果，太大會導致模擬結果失真，太小會因節點太過密集而出現錯誤。(7)模擬的外型會因不同的曲線擬合或不同精度的曲線擬合模擬而不同，但微銅柱的幾何特性會趨近相同。
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本論文研究使用CMOS-MEMS製程，設計微小化磁通閘磁量計(micro-fluxgate magnetic sensor)。在本論文中，分別研究設計平面式磁通閘與立體式磁通閘，並在後製程中整合磁性薄片磁芯，此磁芯採用蝕刻方式製作，並且利用對準貼合方式黏著在晶片上。此外，分別量測其磁場-電壓轉移率、環境磁場量測、雜訊量測、頻率響應與高溫環境影響。所設計的立體式磁通閘，其磁場-電壓轉換率為49.4 V/T；在1 Hz下的雜訊輸出為12.4 nT/√Hz，在10 Hz下的雜訊輸出為1.20 nT/√Hz；設定激發頻率400 kHz，激發振幅5 V時，其頻寬為3.6 kHz，反應時間為0.28 ms，功率消耗為103 mW；可清楚辨別地球南北極，在高溫下仍可正常工作。結果將有助於未來開發靈敏度更佳的晶片式磁通閘感測器，對於在各種微小磁場的量測應用擁有重要的價值。
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本論文所設計的標籤天線是以小型化以及貼附在物體上可被讀取為目的，其有著小尺寸、低功率、低成本、易製造、足夠的傳輸距離等優點。為了縮小標籤天線的尺寸，並提高此標籤天線的效能，因此利用Hilbert碎形結構作為天線的主體，可提高天線之操作頻寬、縮小天線尺寸與增益的提升。 本論文共設計三種標籤天線，針對所貼附的介質所設計的標籤天線，分別對未貼附任何物體、貼附地板與裝有水的容器所設計，所應用的頻段為台灣無線射頻辨識系統頻段(922~928 MHz)，經讀取測試後，未貼附物體的標籤天線其最大讀取距離為5.02公尺，貼附地板的標籤天線最大讀取距離為70公分，而貼附在裝有水的容器上的標籤天線最大讀取距離為1.7公尺。
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本研究主旨是要設計並製造一種可變式輪距的機器人載具、此機器人基本上有如電動輪椅，但為輪型機器人，在室內辦公、做家事等服務時，由於周遭環境狹窄，以及服務時移動速度需要降低，故車體必須將輪距縮小，以減少撞擊物體的可能性，形成低速模式。在室外代步時，將車體變形成高速模式，使兩輪以及後輪的間距加大，降低重心位置，並將座椅微微後傾，藉以達到增加速度時的整體穩定性與乘坐者的舒適性。
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本文提出一種具有圓柱運動行為之空間複式行星齒輪系的概念設計，其目的在應用於需要作圓柱曲線之工作場合，例如：紡織機械的繞線機，需要產生不同形狀的紗線捲以配合不同需要的場合；又如棉花糖成型機，需要產生不同形狀的棉花糖以吸引孩童。觀察這些裝置的機構，其輸出端皆需要具有公轉、自轉和往復移動等運動輸出。 因此，本文提出一種利用空間複式行星齒輪系，構成具有三個自由度之機構的概念設計，此一機構的特點，在於輸出端可同時控制公轉、自轉和上下往復之運動，來達到圓柱運動之工作空間。由於其具三個自由度，因此配合適當的不同輸入，可以捲繞成型出不同形狀之軸對稱物體。本文亦推導出此行星齒輪系的運動分析方程式，並進行動態模擬，證明其符合設計之要求。
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本文提出一種新型軟木塞開瓶器之機構設計，此設計可讓使用者以「單一輸入動作」，即可拔出酒瓶的軟木塞。本設計採用的驅動方式是將開瓶器之把手順時針向下轉動，以此單一輸入動作透過開瓶器內部構造以達到拔出軟木塞之目的。其機構分成螺絲錐旋入軟木塞和拔塞兩大部分，旋塞部分是靠螺絲錐旋轉加向下運動所構成，拔塞部分則只有靠向上運動所構成；讓螺絲錐旋轉的部分是利用一組齒輪及齒條所搭配而成，而螺絲錐上下運動的部份是靠一組曲柄搖桿機構所構成。本構想設計先藉由Solidworks軟體來進行實體設計及動態模擬分析，驗證設計的正確性；並且透過ADAMS軟體來進行機械利益分析以及桿件尺寸最佳化，得到旋塞部分機械利益為1~6，而拔塞部分機械利益為6.8~2.9，因此平均旋塞機械利益有1.45，平均拔塞機械利益有3.37。其可行性也經過製作一原型機實際操作，加以證實。
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由於人口的高齡化，因此電動代步車的需求日益增大。本研究的設計目的在於替電動代步車使用者解決遇到台階就不能繼續前進的困擾，因此設計一攀階機構來達到此目標。同時又考慮到當代步車攀階時會往前傾或往後傾，使得代步車使用者感到不適，甚至發生撞擊龍頭或摔出車外的意外，因此設計一座椅保持水平機構來保持座椅在水平位置。 本研究依據設計需求與設計限制訂定出一設計流程，並藉由Solidworks軟體來進行實體設計及檢驗，以確定設計的正確性。由於連桿具有製造容易及方便維修等優點，所以在概念設計方面，本研究以連桿及單一輸入為目的來進行設計。在座椅保持水平機構方面，是利用四連桿組來設計，而在攀階機構方面，則是利用平行四連桿組來設計。之後則利用ADAMS進行動態模擬與分析，依據分析結果決定所需的馬達及減速機。為確認本研究所設計的結構強度是否足夠，本研究也進行此機構的強度分析，進而確認此機構的安全性。最後，依據最後的設計，實際製作一縮小模型的攀階機構，驗證了此設計的可行性。