虎尾科技大學機械與機電工程研究所學位論文
國立虎尾科技大學,正常發行
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本文討論大高寬比三維水平矩形流道內的混合對流熱傳。流道高為寬的10倍，流道側面有一加熱面溫度高於入口流體溫度。牛頓流體以二維完全發展速度剖面進入流道，加熱面附近的流體受熱後，產生向上浮力。本文使用工作流體為水，各項性質隨溫度改變。 重要的參數有葛拉秀夫數(Grashof number)(1.375×1e5<=Gr <=1.1×1e6)、雷諾數(Reynolds number)(600<=Re<=2000)，加熱面中心Y軸座標(-3<=Yh<=3)。結果顯示，會大幅改變溫度及速度分佈，尤其是在頂板附近的流場非常複雜。加熱面前緣的熱傳較接近強制對流的特色，反之，在加熱面下緣則是熱浮力所主導。一般而言，平均紐賽數Nu會隨著Gr或Re增加而增加，在Re小時，熱浮力可以大幅增加熱傳，但Re大時，Gr可以小幅增加熱傳，本文亦提出簡單但精確的經驗公式以計算平均紐賽數Nu。 加熱面的位置可以上下移動，但因工作流體為水，熱邊界層較薄，所以移動加熱面時，平均紐賽數Nu的變化不大。加熱面的高及寬亦是重要參數，高及寬皆為H本文中1<=H<=10，當H小時，不論是強制對流或混合對流，平均紐賽數Nu都最高，隨著H增加而減少。Re小而且H小時，熱浮力可大幅增加熱傳，反之，在H大或Re大時，增幅會縮小。 此外，文中亦探討二個離散加熱面垂直或水平排列時的混合對流。結果顯示上下排列時，下加熱面不受影響，但上加熱面則會受到下加熱面的熱煙流(thermal plume)影響以致熱傳較差，尤其是當Gr較大而Re較小時。但是在Re足夠大時，下加熱面的熱煙流水平向後發展，不致影響上加熱面，則上下加熱面的平均紐賽數Nu會很接近。 二加熱面水平排列，Re較大且Gr較小時，前加熱面的熱煙流水平向後，以致後加熱面熱傳較差。Gr較大且Re較小時前加熱面的熱煙流流向頂板，反而對後加熱面平均紐賽數Nu有小幅增加。此外，相較強制對流的結果，混合對流的熱傳較佳。本文亦分別針對強制對流及混合對流提出精確而簡單的經驗公式以計算平均紐賽數Nu。
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一般在市面上流通之保養廠管理軟體或汽車修護管理系統，皆有相關汽車零件基本資料管理，而其環境軟體多數以Visual Basic結合Microsoft Access資料庫為主。因Visual Basic是架構在Basic程式語言上，易於入門及學習，但其維護及擴展性比較不易；在目前嵌入式系統環境中多以C++/C為設計語言，故本研究係利用UML統一建模語言觀念作為系統分析及設計，再以物件導向技術並使用C++程式語言，以Visual C++整合式開發環境介面搭配使用微軟基礎類別（Microsoft Foundation Classes, MFC），而資料庫部份則結合關聯式資料庫Microsoft Access 2003及定期保養週期表來建立轎車基本資料庫管理系統。系統內區分為四個子系統和兩個次系統，其中子系統有車籍資料管理、車主資料管理、檢修資料管理、零件資料管理等子系統；次系統有檢修明細管理、零件建議等次系統，其功能有新增、查詢、更新、瀏覽記錄之規劃，用以提供完整使用功能及操作。 經由規劃與電腦實作模擬驗證，本系統功能可提供清楚記載車主檢修零件歷史記錄，並可依行車里程提供給車主有關保養方面之建議，亦可清楚瞭解車主的車況並可事先安排車子進廠維修，故可預防及避免因疏忽維修而造成意外事故之發生，因此可達到確保人車安全。另外，此系統亦可提供發展車輛基本資料庫管理系統之參考模式。
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中文摘要 本論文提出一種應用於奈米轉印設備上的三自由度奈米級對位系統，完成其設計、組裝、校正、控制、精度量測及整合，並使用雙光柵干涉式對位量測系統作為其回授系統。此奈米級對位平台主要由兩個部份組成，第一個部份為三自由度步進馬達定位平台，第二個部份為二自由度壓電補償平台。三自由度步進馬達定位平台是利用三組互相獨立並依順時針排列的步進馬達驅動精密導螺桿進而帶動VR導軌完成三自由度動作，但是其Ｘ、Ｙ方向對位控制很難突破至奈米級精度，因此需利用二自由度壓電補償平台對三自由度步進馬達定位平台移動時所產生的X、Y 方向直線度誤差進行補償，使整個系統的對位精度達到奈米級。此奈米級對位平台之回授系統是利用穩頻偏極雷射與光學鏡組所架構成的雙光柵干涉式光學對位量測系統。奈米級對位平台經由閉迴路控制器，可使X軸與Y 軸之單軸對位精度達±10nm， 軸對位精度達±1arcsec。
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當元件製程縮小化，同時閘極氧化層也會跟著縮小，進而衍生出穿隧漏電流效應等問題，而會導致高耗電量。本篇主要用Hf2La2O7高介電係數以共同濺鍍方式沈積Ti和TiAl，具不同Ti和TiAl含量之HfLaTiON及HfLaTiAlON高介電係數，利用不同比例Ti和TiAl的摻雜量搭配不同沉積後溫度熱處理，形成複合材料HfLaTiON、HfLaTiAlON，探討對金氧半(Metal-Oxide-Semiconductor, MOS)元件的電性及可靠度影響，並利用材料分析得出HfLaTiON、HfLaTiAlON之組成比、結晶特性、能隙與能帶圖等，藉由電流-電壓-變溫(I-V-T)量測獲得漏電流傳導機制。 實驗結果指出，HfLaTiON以共同濺鍍的方式摻雜Ti後，HfLaTiON具有很低的等效氧化層厚度(EOT)，而Ti共同濺鍍16秒，經過750 ℃快速熱退火處理，可獲得最佳的等效氧化層厚度為1.7 Å 及介面缺面密度為3.19×1011 cm-2 eV-1，而RTA 750 ℃而Ti共同濺鍍32秒，從Schottky Emission量測可萃取出Schottky能障為0.8 eV。而另一個高介電係數材料HfLaTiAlON以共同濺鍍的方式摻雜TiAl後，HfLaTiAlON具有很低的等效氧化層厚度(EOT)，而Ti共同濺鍍50秒，經過950 ℃快速熱退火處理，可獲得最佳的等效氧化層厚度為0.93 Å 及介面缺面密度為1.9×1011 cm-2 eV-1，而RTA 650 ℃而Ti共同濺鍍50秒，從Schottky Emission量測可萃取出Schottky能障為0.74 eV。 藉由Ta在HfLaTiON及HfLaTiAlON的功函數、Ta/HfLaTiON Ta/HfLaTiAlON的Schottky barrier及HfLaTiAlON、 HfLaTiON能隙等的測量可獲得能帶圖，提供元件各種特性的參考輔助。
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由於車輛長期於短程行駛和長期怠速運轉或低速下長距離行駛的駕駛狀況下，引擎的溫度較一般正常行駛低或燃燒不完全，其中每日行駛里程低於32公里都歸於短程行駛，尤以市區車況為主，因引擎低於正常溫度工作，加上進入汽缸的燃油為較高燃油混合比，同時因凝結的水氣無法順利蒸發而混合在引擎機油內部，形成機油乳化現象。當引擎正常的工作溫度超過120℃ 時，則過熱機油容易與空氣中的氧氣結合，產生氧化作用而變質，產生有積碳的貯積物而無法正常的潤滑作用，一般變為黑色油泥狀。此外車輛長時期怠速運轉和經常高負荷行駛下，因高燃油混合比使得引擎燃燒不完全，導致汽油燃燒後副產 品增加而形成油泥，而引擎工作溫度相對升高，加速機油氧化和積碳，以致使引擎機油焦化變質。因此引擎清洗後降底機油提前惡化與保持引擎內部管線的通暢，進而減緩引擎內油泥的生成，確保延長引擎內部機件壽命。 本論文針對引擎油污清洗前後的性能成效實驗分析研究，探討引擎油污清洗後，引擎燃燒效率及性能影響的情況。
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本研究主要是針對陽光照射下汽車之車艙溫度變化情形分析探討，車輛停車靜止受陽光照射時，車艙溫度急速上升，針對曝曬下之艙溫研究，以冷氣降溫方法居多；在靜態下降溫方法，其系統製造成本昂貴、構造複雜，不符合經濟效應。 本論文利用熱力學理論進行研究，分析車艙在自然通風與密閉狀態下之溫度變化。並在烈日下製造車艙對流現象及啟動空調之除熱變化。在實車量測過程中發現車窗關閉時，受太陽輻射及溫室效應影響車艙溫度升高達63℃；而擋風玻璃下之儀表板其溫度更高達77℃；降溫實驗則利用車輛空調之通風系統為氣流入口，並由後飾板處以低功率抽風馬達將熱氣排出，製造車艙熱對流現象及降低車艙溫室效應。實驗結果顯示當風速越快，車艙內溫度下降比例也越快，其最佳之風速為6m/s∼8m/s ，故當車艙內有對流現象時，在陽光最強時段車艙之最高溫度尚能降低約12℃，而維持在50℃左右之穩定狀態。經由數據驗證交叉比對後，發現確有其可行性。
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本論文考量都市的繁密度，而將傳統汽車避震器檢測機型簡化，而達 到可攜帶的目標，而可直接在現場進行簡易的檢測分析。本文使用ARM嵌入式模組，發展避震器檢測裝置；汽車行經障礙物時，以紅外線距離感測元件回授汽車與地面距離的變化；經由行經障礙物之車輛避震模型與檢測模型之推導；而完成一簡易攜帶型汽車避震器檢測裝置。本論文亦將設計完成之簡易攜帶型汽車避震器檢測裝置，實際安裝至SAAB款式汽車上測試，並將測試結果，與傳統保養廠內之BEISSBARTH screen-testline 7000避震器測試機檢測的結果比較，以驗證設計之避震器檢測裝置的可行性。
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本文在ARM控制器上研製了兩種解譯器控制語言，一種是Basic-like的解譯器語言是為了讓使用者可以淺顯易懂的操作加工平台，此解譯器具有圖片雕刻、點雕刻以及遞迴等功能；另一種則是參考嘉昇公司所研製加工機的G/M Code，設計出應用在雷射加工機上的G/M Code，使用者可自行選擇常用或是方便操控雷射雕刻機的語言進行控制。其中，本文將自行定義變數、數值的運算以及三角函數的運算這些數值定義的方法統一為一種，方便使用者在程式的撰寫上不用記住兩種不一樣型態定義變數以及數值運算的方法。 在撰寫解譯碼時，為了避免使用者撰寫解譯碼程式時出錯，本文在解譯器中加入了錯誤中斷的指令，在解譯碼判斷出錯時會在控制器上顯示出錯誤的行號與錯誤訊息，可以讓使用者知道程式是在哪裡出錯。 最後本文將發展完成的解譯器，使用本解譯器所具有特點，如自行定義變數、數值的運算以及三角函數的運算、點陣圖檔的雕刻以及迴圈遞迴等功能，展現本解譯器的功能，並使用擷取解譯器所算出來的點展現在Excel的圖檔上展現圖形。
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本文在於討論對於具有情感狀態之社交機器人其行為產生與控制系統之設計與建構。機器人可藉由數種感測器之輸入並結合內部情感模型之輸出而可產生聲音、眼睛變化、身體姿態擺動等特殊之行為形式來表達內部情緒狀態，使其具備與人類或其他機器人進行情感性溝通之能力。 本研究所發展之系統架構共分為感知層(sense/perceptive layer)、心理層(mental layer)、行為層(behavior layer)三個區塊，感知層將感測器所接收資訊，經由影像辨識及感測訊號處理方式，將環境資訊特徵化並定義對其系統認知意義，以達成機器人所需要之視覺、觸覺兩種環境認知能力；心理層則是以二維情感平面(two-dimensional emotional plane)之概念建構其內部情感狀態模型，由感知層所產生感官刺激及外在時間變化透過“二階情感方程式”(Second Order Equations of Emotion)映射至其二維情感狀態空間而產生機器人其內部情感狀態；行為層則是以行為式控制架構來建構，其並結合感知層與心理層之輸出來進行行為仲裁，以管理機器人之聲音、眼睛圖形、肢體動作等之行為輸出形式來表達其內部情緒狀態。 最後將發展系統在個人電腦以軟體LabVIEW進行系統整合，並執行系統與使用者進行互動交流加以驗證。
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本論文旨在設計太陽能與市電並聯監測控制系統，本系統以控制器搭配數位信號處理器(DSP)，可操作在獨立與市電兩種供電模式。配合監控系統，可觀測太陽能電量之使用情形，適時的切換供電模式，使本系統具備不斷電系統之功能。 本論文之系統利用LabVIEW圖形程式設計一套監控太陽能及蓄電池電量之介面系統，並以數位信號處理器(DSP, TMS320F2812)為整體系統之核心，控制皆由程式來完成以減少硬體電路成本，並增加系統可靠度。 為測試系統之可行性，本論文實際製作一套小型太陽能市電並聯監測控制系統，測試、模擬當太陽能電力低於設定之電力，經由數位信號處理器切換供電模式，以證明本論文設計之系統可行性。