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利用手機電池充電無線耳機電路設計及效率分析

本研究提出一種利用手機之電源來對無線耳機作充電的系統研究。本研究設計之裝置將無線耳機直接整合手機外殼上，並設計一個無線耳機之充電電路及無線耳機機構設計，可讓無線耳機直接使用手機電池進行充電。再者目前一般市面上的充電器效率都在50%左右，本研究嘗試在效率上作出較佳化的電源轉換程序，根據實驗結果證實本研究所設計使用充電式升壓的電源管理電路，可將電源轉換效率提升至65.7%以上，確實達到本研究預期之效果，並有效節省能源的損耗。

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應用時頻分析於建立運動員肺音訊號比較系統

胸部聽診一直以來都是醫生用來診斷病人肺部病症的主要方法，醫生藉由聽診器聽取肺部的聲音，來判別病人的健康狀況以及所得病症。但自從科技的進步，數位聽診漸漸取代了傳統聽診，成為新一代主流的技術。數位聽診具有多工處理，可記錄，以及可數據化演算之優點，使得聽診技術進入一個新的紀元。透過將肺音訊號影像化，以及使用科學上訊號分析的訊號法來分析肺音訊號，我們可以從肺音訊號得到比已往更多的訊息。本研究的目的為透過肺音擷取系統以及時頻分析方法來建立一套可以觀察不同運動種類運動員之肺音訊號之系統，並透過此系統來分析不同運動種類以及其肺音訊號之間的特色與關係。 首先使用一般聽診器與數位單指向性麥克風（鐵三角AT9904）做結合，製作成16個數位聽診器，並在人體背後肺部的位置布置麥克風陣列。透過USB音效卡以及Audio Stream Input Output(ASIO)驅動程式將肺音訊號錄製至電腦硬碟中並儲存。儲存在電腦中的肺音訊號，透過MATLAB以及Visual Signal軟體做訊號前處理以及時頻分析。本研究採取了三種時頻分析方法，分別為短時傅立葉轉換法（Short Time Fourier Transform，STFT）、Morlet小波轉換法（Morlet Wavelet Transform，Morlet WT）以及希爾伯．黃轉換法（Hilbert Huang Transform，HHT）。三種分析法各有其特色以及優點，但三種分析法中，本研究認為HHT最適合做為不同運動種類運動員之肺音差異之比較。熵(Entropy)之原理也用來作為呼吸氣流流速模型的參數之一。本研究透過以上方法來建立一個可以觀察不同運動員肺音特色之系統

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厚膜熱電材料應用於平面微型發電元件之研製

全球石油蘊藏量日漸枯竭及溫室氣體的排放造成全球暖化，世界各國對再生或新興能源的研究日益重視。熱電材料具有可將熱能與電能相互轉換產生發電或致冷功能的特性，熱電微發電元件具有體積小、無汙染、高壽命且容易與IC元件整合等優點，故熱電發電技術早已在國外各領域應用。由於精密網印技術可在一次印刷過程中完成功能性厚膜結構製作，故有利於實現產品之快速、大量生產。因此本研究將利用精密網印技術取代傳統熱電能源產生器的製造技術，嘗試使用SU-8負型光阻作為有機黏著劑，並添加Eeonomer R300F導電高分子粉末，以進行特性改良，製作出符合綠色能源之平面厚膜微型熱電發電元件。 研究結果顯示，本研究成功調配出含導電高分子Eeonomer R300F之SU-8負光阻有機黏著劑，並混合p型Sb2Te3與n型Bi2Te熱電粉末，製作成可用於印刷之SU-8版熱電漿料。另外，本研究並將乙基纖維素(Ethyl-cellulose)、a-松油醇(Alpha-terpineol)和Sb2Te3與Bi2Te熱電粉末進行混合，進行乙基纖維素(Ethyl-cellulose, EC)版印刷用熱電漿料之製作，針對兩種不同之有機黏著劑，在不同熱處理溫度與時間的條件下進行探討。 SU-8版熱電材料，在熱處理條件290 oC與12小時的情況下，得到Sb2Te3和Bi2Te3的席貝克值分別為24.99 uV/K、-54.52 uV/K，導電率則是27.47 S/m、16.72 S/m。當熱處理溫度提高到500 oC時，熱電材料的席貝克值變化為42.25 uV/K、-21.45 uV/K，導電率則提高到60.98 S/m、32.05 S/m。乙基纖維素版熱電材料，在熱處理溫度500 oC、熱處理時間2小時的情況下，可得到Sb2Te3和Bi2Te3之席貝克值與導電率分別為106.86 uV/K、-79.17 uV/K，和82.64 x10^2 S/m、84.75 x10^2 S/m。 本研究接著以網版印刷技術，配合先前的漿料調配比例與熱處理參數，進行熱電微型平面發電元件之印製。銀膠電極線寬設計為500 um，印刷厚度約為41.74 um，熱電結構之線寬設計為250~1000 um，印刷SU-8版之p型與n型熱電結構厚度，分別為28.07 um和45.65 um，乙基纖維素版p型與n型熱電結構印刷厚度則分別為37.54 um和26.01 um。 研究結果顯示，本研究中最佳電壓輸出特性之設計，是在線寬500 um、熱電接腳長度10 mm和30對熱電偶的條件下。在溫度差40 K的時候，可得到290 oC、12小時熱退火之SU-8版熱電元件，輸出電壓為26.3 mV，退火條件500 oC、12小時之SU-8版熱電元件，則可得到60.4 mV的輸出電壓，乙基纖維素版熱電元件，在500 oC、2小時熱退火參數時，有196.6 mV的電壓輸出。配合多層堆疊製程，完成500 oC、12小時熱退火條件，SU-8版3D多層微平面熱電能源產生器，並量測其輸出特性。量測結果顯示3層堆疊之熱電模組，可以較單一元件有約2.6倍的電壓輸出和5.8倍的功率輸出，40 K溫差條件下，可得到156.7 mV和88.635 uW的輸出特性。

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改良型積分器於伺服馬達之定位控制應用

本論文提出一種改良型重置積分的方法，以改善系統輸出響應，並以實作方式驗證其可行性。以往控制器採用的積分器多為線性積分器(linear integrator, LI)，可降低系統的穩態誤差，但同時易使系統輸出產生超越量。文獻中已提出一種重置(reset)的方法，當系統誤差等於零的瞬間，立即將積分器的輸出值歸零，稱之為Clegg積分器(Clegg integrator, CI)。CI於暫態時將積分器輸出值歸零可降低超越量，但是於穩態時積分值的歸零造成控制系統無法抵抗外部直流干擾。本文提出改良型重置積分器的方法，其在暫態時可進一步降低LI控制系統輸出的超越量，並且加快系統安定時間；穩態時亦可抑制干擾，改善CI控制系統的穩態響應。 本文實驗平台共有兩個系統，其一以無刷伺服馬達安裝平衡負載或偏心負載，以分別建立線性或非線性實驗平台；另一以無刷伺服馬達結合導螺桿組成之線性平台，進行直線運動定位控制驗證。以上兩個平台均採用TI TMS320C6713 DSP與Xilinx可程式閘陣列(FPGA)結合而成之控制器硬體核心，並以C語言與硬體描述語言(VHDL)作為控制器設計之發展工具。將本文所提出之改良型積分器於此實驗平台驗證，並且由實驗結果可知本方法具有實用性。

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三元材料(鋯、釔、氧)閘極介電層效應之研究

本論文利用共濺鍍的方式將鋯摻雜於氧化釔層，並且進行550 ℃、700 ℃和850 ℃的快速熱退火，接著將鋁電極沉積上去就會形成Al/ZrN/Y2O3/Y2O3+Zr/p-Si和Al/ZrN/Y2O3+Zr/Y2O3/p-Si兩種結構，所沉積的氧化層厚度為7 nm。 研究結果指出，當摻雜Zr在上層的時候，透過XRD圖看出結晶的程度要來的比Zr在下層要來的嚴重，代表Zr有抑制氧原子擴散的效果，從AFM也顯出出Zr在上層的面粗糙度也較差。在電性部分，Zr在上層者造成整體的漏電流會較大。最後在蕭基發射漏電流機制方面，透過相同直流濺鍍瓦數以及相同退火溫度的試片作比較分析，發現當Zr摻雜在下層時有較高的能障。顯示出造成較低漏電流的結果有可能之主要因素是由於有較高的能障。

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熱處理對氧化銦錫薄膜特性之研究

藉由射頻磁控濺射(RF Magnetron sputter)技術在P型矽上鍍上N型的ITO薄膜，沉積之後在不同的溫度及厚度條件下進行退火，並觀察薄膜結構與光電特性之變化。透過XRD來觀察薄膜的晶態結構，發現薄膜呈現非晶態結構，在熱退火後薄膜會朝向(222)的方向形成多晶成長的晶格排列。從光電特性中發現，所有ITO薄膜在波長400~900 nm下擁有將近90% 的透光率。能帶間隙大約介於3.47~3.73 eV，實驗顯示增加退火溫度，能帶間隙也會跟著增加，但是薄膜厚度增加，能帶間隙反而會跟著減少。在導電特性上，在100 nm的ITO薄膜於600℃以及純氮氣的退火環境下，可以得到最小片電組(24.79Ω/□)以及電阻率(2.48x10-4 Ωcm)。從電容-電壓特性曲線所量測到的電容大小，我們可以發現到，當ITO薄膜厚度為100 nm且600℃的退火條件下，可以得到較大的電容量(約為387.5 pF)以及較大的儲存電量。因此ITO薄膜擁有良好的特質並且適合做為太陽能電池方面的應用。

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基於強化型Morlet轉換、解調變頻譜、多尺度熵、多頻帶頻譜熵與決策樹之齒輪箱異常診斷系統

產業應用上，齒輪箱扮演著重要的角色；典型的齒輪異常，包含了：磨損、輪尺斷裂、動不平衡、缺乏潤滑等，嚴重的甚至會發生齒輪本身崩壞的情形。當齒輪出現故障，振動訊號可能被激發出異常的振動特性；因此，可藉由對振動訊號的分析，利用不同的訊號處理方法，達成齒輪箱的異常診斷。本論文提出一齒輪箱異常診斷系統，用以辨識齒輪箱的異常狀態情形。首先，使用解調變頻譜、影像熵、多尺度熵和多頻帶頻譜熵抽取出異常狀態之特徵；接著，利用抽取出之特徵建立一決策樹模型。本論文所使用的齒輪箱實驗資料來源，是工業技術研究院機械與系統研究所智慧系統技術組監控系統技術部所建置之齒輪箱實驗平台，並由作者親自進行所有的實驗以收集本論文所需之實驗資料。實驗結果顯示，訓練出的決策樹模型，對於測試使用的資料之異常診斷，具有高度的準確性。

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先進應變工程於奈米電子元件之模擬與實驗驗證

本研究分析n型電晶體元件佈局圖對於元件之應力分佈與性能表現。該先進奈米元件之應力源主要由碳化矽材料填充於源∕汲極與具有拉伸應力之接觸蝕刻終止層組成；其中碳莫耳比例為1.65 %，接觸蝕刻終止層之拉伸應力為1.1 GPa。此研究提出一利用三維有限元素分析，模擬接觸蝕刻終止層之應力對於淺溝槽隔離上方的延伸閘極與元件通道之影響。模擬若以非製程方式考慮分析時，當延伸閘極之寬度為0.2 um時，元件載子遷移率增益之最大值約達72.5 %；分析結果指出若延伸閘極之寬度超過此尺寸，則接觸蝕刻終止層之機械應力將為元件性能表現之主要影響。若採以製程方式分析之，則當延伸閘極之寬度為0.2 um時，元件載子遷移率增益之最大值約達77.5 %，該模擬結果與相關文獻之分析趨勢符合。 另一方面，本研究亦分別以二維與三維有限元素模型採用製程順序步驟之模擬法，分析具有矽鍺通道結合接觸蝕刻終止層結構之n型電晶體元件；其中接觸蝕刻終止層分別為拉伸應力為1.1 GPa與壓縮應力－2.0 GPa。分析時固定元件通道寬度為10 um並改變元件通道長度，以觀察元件通道內之應力分佈與電性性能表現。由於二維與三維模擬趨勢相互匹配，因此可以二維模擬簡化三維模擬。與元件通道寬度與長度之比例分別為10/0.11, 10/1, 10/10 (um/um)的情形下之電性測量結果相比較，發現元件通道之應力趨勢與電性測量結果相符。此外，藉由應力模擬與電性結果可得知，在較短元件通道長度時，拉伸應力之接觸蝕刻終止層可提升元件特性；而在較長通道長度時，則為壓縮應力之接觸蝕刻終止層對於元件表現有所提升。

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旋轉機械線上監控與異常辨識系統

軸承是旋轉機械中很重要的關鍵零組件，當軸承出現異常時往往會使機台出現無法預期的損壞，因此過去十年來有許多學界與業界的相關人員投入軸承異常辨識的相關研究。本論文提出一個完整的軸承異常辨識流程，能準確區分不同型態的軸承錯誤，此流程又可分為三個部分，首先是提出數種不同計算亂度的方法從機台的振動訊號中抽出相關的特徵，其次是透過特徵選取的流程選出最有用的特徵，最後再以選出的特徵及一對一支持向量機建立辨識模型。 本論文主要的貢獻在於： 1. 我們介紹數種以計算亂度為基礎的特徵抽取演算法，包括多尺度熵、多尺度排序熵、多頻帶頻譜熵，此外，我們還提出組合多尺度分析方法，可以有效提升多尺度分析的性能。 2. 我們介紹了Fisher score、Mahalanobis distance兩種特徵選取方法，透過本論文設計的流程可以選出最佳化的特徵，實驗結果顯示，以最佳化的特徵所訓練的模型，辨識能力會遠遠高於未使用的結果。 本論文實驗的資料使用Case Western Reserve University (CWRU)的軸承振動訊號，實驗中設計了19種不同的情況用來驗證系統的辨識能力。實驗的結果顯示，本論文所提出的辨識流程對於辨識軸承異常的種類有非常高的辨識率。

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大負斜角精微聚晶鑽石球型研削工具開發與微小碳化鎢模仁加工研究

本研究旨在開發、設計及製造「大負斜角的BD-PCD球型研削工具」，並應用高剛性桌上型工具機，進行微小碳化鎢模仁的研削創成加工研究。研究之初，以粒徑10-15 µm的BD-PCD片料，利用高週波銀焊技術，將其焊至碳化鎢刀柄上。聚晶鑽石刀具粗胚再以旋轉式線切割放電加工法，成形精微含硼聚晶鑽石球型研削工具。為避免材料移除過程中，研削工具與碳化鎢模仁因高速研削與擠壓，而引發研削刃與模仁的脆性破壞，本研究提出一種「大負後斜角設計」的概念，使球型研削工具刀頂面與工具中心線具-50°的大後斜角。如此設計，可使球型研削工具上的微細鑽石切刃與碳化鎢模仁均承受壓應力，免於脆性破壞。為預防球型研削工具中心點因研削速度為0，而發生的擠壓破壞，研削工具刀頂面設計以跨越工具中心線，以避免靜態擠壓。球型研削工具採線上線切割放電成形，亦即球型研削工具被加工與球型研削工具加工碳化鎢模仁的過程中，研削工具均不拆卸，以便維持其最高同心精度，且可省卻繁複校正時間。而碳化鎢模仁以高速快淺研削技術及浸油對流方式，進行研削創成，實驗結果顯示，無論是微小溝槽或微小陣列式非球面模穴的加工，均可獲致高形狀精度與良好的表面性狀，微溝及非球面模穴的表面粗糙度分別達Ra 112 nm與1.29 µm。顯示本研究開發的精微含硼精微聚晶鑽石球型研削工具，能成功應用於精微非球面碳化鎢模仁的開發製作，其製程所需成本低、環保且加工精度高，未來可應用於照明等級的精微透鏡產業應用。