臺北科技大學電機工程系所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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隨著人口老化，近五、六年來因腦部神經退化，罹患帕金森氏症的患者也大增逾三成，目前統計顯示全臺約有五萬名患者。帕金森氏症是高齡者普遍罹患的病變之一，其症狀主要有動作遲緩、手腳顫抖、四肢僵硬、缺乏平衡反應等異常步態產生，而導致跌倒風險提高。因此，本研究將設計一套適用於帕金森氏症患者或老年人之智慧型拐杖或雨傘裝置。當發生跌倒意外事件時，如何迅速有效地提醒周邊的人進行即刻救援是相當重要的。目前市面上有不同類型的輔具，依便利性與攜帶性而言，多數老年人會選擇拐杖或雨傘作為輔助行動的工具。本研究利用具有三軸加速度感測器附加在拐杖或雨傘用於收集使用者行走時的步態數據，並將資料傳送至智慧型手機資料庫中儲存，藉由所提模糊推論方法來定義使用者當前狀態並判斷是否有步態異常情況發生，當偵測到跌倒時自動發出警示聲，通知醫護人員進行必要處置。本系統於行走期間判斷是否跌倒的準確率為94.6%，步態判別之準確率為91.5%，此研究結果將有助於發展老年人之步態分析與預防跌倒危險或復健評估之依據。
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道路是民眾主要使用的公共設施之一，但民眾經常詬病路面不夠平坦，其主要原因為道路不定期的管線挖掘施工導致市區馬路平整度欠佳。路面平整度的好壞會直接影響行車的舒適性，道路坑洞也是嚴重影響行車安全之危險因子。國內路面養護單位調查道路鋪面損壞採人工實地探勘測量，其缺點是進行調查費時費力、人員調查時安全性堪慮且實際調查樣本數有限。因此本研究提出一個以智慧型手機開發自動偵測路面不平整度系統，以手機內建之三軸加速度計與全球定位系統為基礎，擷取行車經過不平整路面處之異常加速度訊號與經緯度座標，利用收集之道路異常加速度值設計相對應之歸屬函數與模糊規則庫，最後藉由模糊推論判別行進之道路是否平整。若系統偵測出行駛之道路有不平整時，系統可自動記錄不平整路面位置之經緯度座標，並將資訊儲存於資料庫。最後本研究以實際的道路坑洞進行實驗，分別比較使用最陡坡降法調整前後偵測不平整路面系統的準確率。實驗結果顯示調整前偵測不平整路面系統準確率為86%，而調整後不平整路面系統準確率為94%。最後藉由系統偵測之不平整路面之經緯度座標位置，建立市區道路品質地圖。
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本論文提出一具適應性回授控制之脈衝電流電路來驅動LED燈串。整體電路由升壓型直流-直流轉換器、適應性回授控制電路及脈衝電流式驅動器所組合而成。脈衝電流概念為使調光電晶體導通時間更為短暫，並且使調光電晶體操作在歐姆區，使其汲源端跨壓更小，如此不僅可以有效降低調光電晶體的導通損失，亦可降低LED燈在長時間使用所釋放的熱能損失。LED燈在長時間使用下，將導致順向導通電壓下降。當LED燈串的輸入電壓為一固定電壓，將使得調光電晶體汲極端電壓增加，如此將增加LED驅動器的功率損耗。所提出的適應性回授控制可動態調節轉換器之輸出，使得調光電晶體之功率損耗不會隨著LED燈串之順向導通電壓下降，而造成不必要的能量損失。 晶片以TSMC 0.35 μm 2P4M CMOS製程來實現，其面積為1.251×1.209 mm2，轉換器採用升壓型，操作頻率為100 kHz，調光頻率為2 kHz，脈波電流為200 mA。所提出的脈衝電流驅動電路的脈衝頻率為1MHz，其最大脈衝寬度為500 ns。由模擬結果可知，當LED燈串跨壓下降180 mV時，藉由適應性回授控制，可使升壓型轉換器之輸出電壓亦下降180mV。與傳統PWM調光方式且為一固定電源之LED驅動器相比，本論文所提出之適應性電壓回授控制之脈衝電流方式能有效降低調光電晶體之能量損失，並且提升LED驅動器之效能至89.3%。因此，結合適應性回授控制之脈衝電流技術可實現高效率的LED驅動器。
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簡短式智能評估是檢測失智症中最常見的量表之一，包含有五大施測項目：定向感、訊息登錄、注意力與計算力、記憶力、語言理解和視覺繪圖能力。本研究先針對簡短式智能評估結果提出探勘高效益項目集的方法，以分析各施測項目中的關聯性。相較於過往認知能力評估的研究，多半以問卷搭配畫圖，鮮少研究利用文字為檢測的方式，本研究於平板電腦中針對視覺繪圖能力設計永字測驗來輔助施測，其目的不僅可以達到認知能力的施測，亦可利用平板電腦來檢測受測者描繪筆劃時手部顫抖程度，根據永字八法來施測，共可歸納成六大面向指標項目，包含：每一筆畫的長度、斜率偏差度、預備書寫的反應時間、每一筆畫所歷程的時間、書寫時的顫抖程度以及書寫時超出書寫範圍的程度，施測結果再依據所提之模糊模型來量化受測者的認知能力。最後使用T檢定來檢定CDR等於0和CDR大於0兩族群的受測者其永字測驗結果各項目的顯著性，並且將達到顯著性的項目結合簡短式智能測驗各項目來探勘高效益項目集，實驗結果顯示所提出之系統可以做為醫療人員看診的輔助參考。
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載波干涉-正交分頻多工(CI-OFDM) 系統繼承了正交分頻多工調變(OFDM)技術的高頻譜效率及無符碼間干擾等優點，並可大幅降低均峰值功率比(PAPR)。一個載波干涉-正交分頻多工(CI-OFDM)系統可視為廣義傅立葉轉換-正交分頻多工系統(GDFT-OFDM)的一個形式。本論文主要探討在不降低位元錯誤率下，使用廣義傅立葉轉換(GDFT)於正交分頻多工(OFDM)系統，降低系統均峰功率比。本論文中提出一個特殊形式的GDFT矩陣，此一矩陣是由傅立葉轉換(DFT)矩陣結合前後對角矩陣所構成。經由電腦模擬，我們所提出的方法比其他使用類似方法能更有效降低系統均峰值功率比。
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本研究論文最主要目標是為解決超音波感測系統在盲區無法量測距離的問題，一般超音波感測系統當障礙物在盲區殘響時間內，不易量測到距離，其主要原因為當障礙物進入偵測的盲區時，障礙物的回波訊號會與殘響時間內所累積的殘響訊號疊加在一起，導致無法正確量測到真實距離，本文因此提出一無盲區超音波近距離感測方法，可以有效的檢測出障礙物位於盲區內的正確位置，並實際設計與實作出一套超音波感測系統，證明本方法的可行性。在本論文中，我們設計一個近距離無盲區反射式超音波感測系統，本系統採用單顆超音波感測器，可同時作為發射與接收使用，並利用超音波反射訊號的時間差，來計算障礙物與感測器接收端之間的距離。實作上使用壓電材料當作距離感測器，在驅動電路階段之後的殘響階段，利用超音波測試棒本身的機械結構阻尼，使得超音波信號能量能慢慢地消散，並計算出當振幅信號能量比障礙物回波的訊號小時，再讓感測系統進入正常的回波訊號偵測距離階段。解決問題的關鍵在於找出一個合宜的超音波測試棒機械阻尼結構，使其能夠在合適的時間段落內，能有效地抑制超音波回波振幅能量，並定義此段時間為殘響時間，同時利用本文所提出的方法，分辨出盲區內障礙物的反射訊號，進而解決超音波感測系統在盲區內無法量測距離的問題。
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化妝品業是個巨大且持續成長的產業，主要領域包括人類學、藝術學、生物學及化學。隨著化妝品產業增長，與化妝品相關的電子產品技術將有望分享這碩大的市場。 可預期在化妝品業裡將會對精確的膚色量測有著龐大的需求，除此之外，膚色量測可應用於防曬用品研究、皮膚科及醫學美容上。雖然顏色是做為膚色量測的主要考量，但精確的光譜資訊對於膚色量測更為重要。然而，市面上配備著專業及光譜儀的量測設備，因其龐大體積及昂貴造價，不適於大眾使用；而消費型產品使用簡單的RGB或顏色感測器，除了顏色量測不精確外，更無法提供光譜資訊。 本研究主要目的為應用低成本濾光器陣列光譜感測器於膚色(光譜)量測。然而，低成本濾光器陣列光譜感測器常伴隨著不理想的轉移函數與低訊雜比。因此，本研究提出使用創新的光譜重建方法來實現精確的膚色(光譜)量測。在膚色色卡量測結果中，使用提出的演算法可達到光譜相似度ARE = 0.0118, 以及色差 的準確結果。
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本論文主要是直觀方式推導串聯諧振轉換器之小訊號模型並對其控制器進行設計；轉換器小訊號模型分析分為軟體控制器和轉換器電路兩部分，軟體控制器由PI比例控制器及電壓至頻率轉換增益所組成。轉換器電路是假設輸出電容不大之前提，以電流源形式將能量傳遞至負載方法推導小訊號模型，隨後依據所訂電壓迴路規格，以Bode圖設計PI控制器之增益並於Simulink模擬環境分析設計結果。另外，為提高用電品質於串聯諧振轉換器輸入端串聯具主動功因修正之單相交流-直流轉換器。最後，於定電壓輸入下分析非對稱PWM及觸發模式控制對SRC輸出電壓與效率之影響。 為驗證所提設計方法之正確性，建構以數位訊號處理器作為控制核心之串聯諧振轉換器，使用頻率響應分析儀對所提SRC之小訊號模型及所設計控制器以實測方式進行驗證，測試結果與設計相當接近且電壓迴路頻寬可達2 kHz。
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本論文利用電火花放電法在無添加其他有毒化學物質下，於介電液中製備出奈米銀流體，並以麵團實驗來測試其不同濃度之殺菌效果。研究結果發現在加入總濃度100 ppm奈米銀的效果不佳，在加入總濃度60 ppm硝酸銀有明顯的效果，顯示其原因奈米銀解離率太差而導致效果不佳。利用電導導出銀離子並與碘結合為碘化銀，經霉菌抑菌實驗後得出碘化銀在六天後才生長出霉菌，抑菌效果優於單純的優碘。最後將銀的殺菌效能結合電紡，將高濃度的硝酸銀溶入10%的聚乙烯醇中，使紡出的電紡紗中混有奈米銀顆粒，並以U-V光譜機來驗證。電紡紗中的奈米銀會緩慢釋放銀離子，具有長效殺菌的功能。
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本論文之目的在設計與實現一具有高功因與低諧波、操作於連續導通模式之雙相交錯式功率因數修正器。雙相交錯式功率因數修正器不只具有傳統單相脈波寬度調變升壓型轉換器的優點，且在高輸出功率場合下更可改善功率元件高耐流、儲能電感體積過大與輸出電容過大等問題。 本論文實際製作一雙相交錯式功率因數修正器，以驗證論文中所提之分析與設計考量是否合理。控制電路使用德州儀器公司所生產的UC-3854AN控制IC以及使用單穩態多諧觸發IC HEF4528BP之相移控制電路，功率級採用兩組升壓型轉換器電路架構。再者，在所研製之控制架構中，尚具有變頻與降相控制功能；隨著負載變輕，控制電路會先調變切換頻率，負載越輕，則切換頻率越低。當負載降至某一臨界值時，則進行降相控制，藉以改善整體電路之效率。 本論文以輸入交流85~130 Vac，輸出360 W，輸出電流為0.9 A作為規格。當輕載操作時，降為單相動作且降低切換頻率以改善輕載效率，在滿載時功率因數可達0.99且效率可達90%以上。