近幾年來應用處理機做為自動量測方式已經極為普遍，但在這些方法中大都只是局部某一類別項目，雖然在其類別應用具有一定的成效，但就整體的經濟與實用性而言，並非具有很完善的價值，故本文接著將藉由一組交、直流激磁源與高階的數位示波器來達成一套通用型的全自動化量測系統。

在進行量測時，需考慮誤差的產生來源包含有：不同電流感測裝置所造成之激磁電流與感應電壓間之時間抵補（Time Offset），亦即相位移誤差；使用低頻寬之示波器頻道（Channel）對量測到之磁滯迴線所造成之失真（Distortion）效應；由示波器所造成之誤差還有觸發跳動（Trigger Jitters）、延遲（Delays）以及擷取系統內ADC之DC抵補誤差；激磁源產生器之暫態不穩定度（Short-term Instability）與數值積分演算法所造成之積分誤差。有鑑於此，在設備架構時需考量到下列因素：

自動化量測的電子儀器設備設計方式

在系統中對於電源供應器、信號產生器及示波器建立出專屬的人機面版，如(圖一)所示，

《圖一　獨立電子儀器量測設備介面畫面》

在這三種設備中都採用GPIB的通訊協定，量測時可直接由不同的位址來下達動作指令，而程式在執行的過程裡希望能更靈活地控制這些面版，便得考量到撰寫的架構程序問題。

主要量測設定部分

項目包括：

主要量測介面如(圖二)所示，

《圖二　量測設定與資料擷取》

其提供了兩種模式的量測：可透過預設好的程序步驟，不需要操作人員的監督，全自動化的執行量測過程；或選用手動的方式，即變為交談式的對話介面，但仍不需接觸到現場儀器，全由電腦畫面上的點選鍵操控，在手動模式中極適合教學應用，由分類的表圖中可直接建立出清楚的觀念。

資料正規劃部分

項目包括：

《圖三　資料處理與矩陣轉換》

由於在測量過程中，可能需有多種元件或轉動設備中不同角度的資料，必須放在同一圖表內比較，但因受控制的脈波時間完全不相同便直接影響到獲取的資料量大小，且所採用的示波器在時間刻度上是時間格等級，導致在不同激磁信號下所擷取的到電壓電流信號在資料個數上會有所差異。必須透過差分的技巧來完成重新取樣的動作和正規劃的處理模式方能成為相同數量，而此狀態較便於繪製出完善的圖形也活化了資料後續處理；另外亦利用陣列轉秩的處理，將數據繪製於3D版面上觀察完整曲面圖樣。

後續資料處理部分

包含項目：

《圖四　數據繪圖及資料記錄》

載入已處理過後的資料，在畫面表單中可看到各式的圖形展示，為能令使用者更加方便操作與保存記錄，在介面裡嵌入了許多直接工具應用，如直接存檔圖片、修圖工具使用及資料報表產生等，完整清楚地描述所測試的磁性元件特性，在下個階段的電路與控制器設計中會有莫大的幫助。

實際開發結果

由LabVIEW來建構本文中所規劃之全自動化磁性元件與機電設備的量測系統，於系統裡皆可對每個選項明確的設定其動作流程，以巨集命令的寫法規劃，所點選的按鍵中都涵蓋著數個繁瑣的動作，大幅減低了人為上的撰寫失誤且快速地實現系統，其量測的數據也都能立即驗證；且於軟體的數據逼近中也提供了絕佳的應用函式，有效的使本文所提及之開發時程與設計成本大大減低。

以下為本文目前所設計之開發結果：

電力電子磁性元件量測

在電力電子磁性元件類，先以TDK H7C1 EI-40來進行量測，測試在不同激磁電壓與同20KHz頻率下之磁元件特性。以下(圖五)～(圖八)表示其測試情形。

《圖五　EI-40, f＝20kHz , V＝65.29V , Bm＝0.555T》

《圖六　EI-40, f＝20kHz , V＝35.45V , Bm＝0.298T》

《圖七　EI-40, f＝20kHz , V＝20.44V , Bm＝0.174T》

《圖八　EI-40, f＝20kHz , V＝14.03V , Bm＝0.118T》

將磁滯曲線圖同置於下(圖九)所示：

《圖九　B/Div =0.1333 T , H/Div =2702.7 mA/cm 》

調整成其他頻率與激磁電壓之情況，如(圖十)、(圖十一)所示：

《圖十 EI-40, f＝28.2KHz , V＝63.48V, Bm＝0.56T, B/Div＝0.2 T, H/Div＝1000mA/cm》

《圖十一　EI-40, f＝16.1KHz , V＝37.24V, Bm＝0.57 T, B/Div＝0.2 T, H/Div＝10000mA/cm 》

(圖十二)為TDK HP3000 T5-10-2.5肥粒環形鐵芯，將其激磁頻率固定30KHz而不同激磁電壓，於相同的量測比例大小（Scale）下之磁滯曲線比較。(圖十三)為將其最大磁通密度固定為0.02T，但針對不同激磁頻率之量測結果。

《圖十二　B/Div＝0.01 T, H/Div＝5000mA/cm 》

《圖十三　B/Div＝0.01 T, H/Div＝5000mA/cm 》

開關式磁阻馬達之量測結果

待測切換式磁阻馬達的相關規格：

因為可獲得資料量眾多，故列舉下幾種經由全自動化量測系統所獲得圖形分析。

(圖十四)為不同轉子角度下磁通鏈對電流關係圖，可透過此圖得知在每一個角度下的磁通變化，對應馬達磁通飽和時的電流大小。可得知在轉子重合角度所對應磁通鏈愈大，轉子在重合角度與不重合角度每隔1度所量測磁通鏈曲線愈密。則(圖十五)是以觀察電流在不同變化中每個角度下的感值變化曲線。

(圖十六)為不同電流下轉矩對轉子角度關係圖。(圖十七)為不同轉子角度正半週下之磁滯曲線，在此考慮到若同時將30筆的角度或其他數量較多的資料，放置於同一畫面中呈現，其畫面會變的很雜亂且不易分析，故系統中特地將此調設為可任意觀看任一角度或電流下的資料。

《圖十四　0°～30°磁通對電流曲線變化》

《圖十五　0°～30°電感對電流曲線變化 》

《圖十六　0A～80A電流轉矩對轉子角度關係》

《圖十七　正半週下磁通變化圖（0°～30°，間隔每5°）》

(圖十八)與(圖十九)分別為磁通、轉矩與電流和角度線族的3D曲面關係。不同的磁性材料有不同的物理特性與損失，在廠商所提供的產品基本資料裡只是侷限某種測試條件下，而對於本系統初步的相關結果裡，可驗證磁性元件與設備的自動化量測系統，的確帶來快速、精準與便利的優點。而將其架構應用於教學規劃裡，可預見學習者的學習成效將予以倍增外，對於磁性特質的深刻認知，將更有助於相關電路或技能的發展。

《圖十八　磁通、角度、電流關係曲面》

《圖十九　轉矩、角度、電流關係曲面》

本文相關文獻之探討

文獻[1]、[2]中說明自動化量測儀器架構與設備量測等方面概念，由D. Slomovitz提出如何減少量測磁性元件時的誤差方法[3]，而V. Nichoga與P. Dub驗證量測時所藉助霍爾元件的感測器時誤差的來源與修正方式[4]。還有目前已許多應用於各磁性類別的測試，如D. Grimaldi, L. Michaeli與A. Palumbo以自動化的程序來推估磁滯現象中的模型參數[5]，及P. andrada等人針對機電設備中材料磁化特性的探討[6]；另外在磁性轉動設備裡以開關式磁阻馬達（SRM）為主要對象，此部份的研究是如何透過快速的量測法則，來獲得SRM之基本特性參數，並加以分析以作為設計高性能驅動器與適應的控制策略用，其相關研究[7]、[8]；在燈管量測方面，文獻[9]是藉由使用可調光安定器來量測燈管在不同功率下之高頻特性曲線，進而推導出其數學式模型，而文獻[10]提出描述低壓燈管特性的工作模型，並將所導出的模型以模擬的方式加以驗證；而關於再生能源的系統中，可由文獻[11]、[12]裡說明太陽能發電材料與系統架構方式，其中[12]特別針對適用家庭式的系統說明，以低瓦數的再生系統實現於一般家庭中的設計；最終在遠端監控與線上教學方面，由L. Anid等人提出了一個遠距教學的元件模組，稱為SimulNet，這模組可用來發展成具有互動與合作特性的設計，其架構具有三層的模式[13]，則文獻[14]、[15]裡利用網際網路的技術，談論設計遠端監測與控制的技術與實作結果，並規劃了線上自動化生產系統中設計的重點項目。

(a)燈管特性量測

(b)諧振網目分析

(c)單級式電路設計

(d)調光模型分析

結語

本文將各類關於電子式安定器設計方式、低壓燈管特性參數以及紫外燈淨水器規格，透過LabVIEW軟體，開發出一套全自動化的設計與參數驗證平台，如(圖二十)所示。

《圖二十　自動化參數設計與驗證平台》

系統中可與外部儀器連結後快速地獲得待測燈管之參數，直接套用軟體程式所規劃的電路參數，便可模擬出燈管電壓、電流的穩態波形及調光模型等，並經由自動化的檢測來驗證其電路的功能。

（作者為龍華科技大學電機工程系副教授；本文由NI美商國家儀器提供）

＜參考資料：

[1] S. Saha, “Electro-magnetic device for measuring the integrity of long bones,” EMBS/BMES Conference, 2002, 23-26 Oct. 2002, vol.3, pp. 2537.

[2] Proceedings of the 21st IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference,” Instrumentation and Measurement Technology Conference 2004, 18-20 May 2004, IMTC 04, Vol. 1.

[3] D. Slomovitz, “Electronic error reduction system for clamp-on probes and measuring current transformers,” IEEE Transactions, Dec. 2000, Vol. 49, pp. 1278–1281.

[4] V. Nichoga, & P. Dub, ” Rail current measurement by induction sensors oriented vertically,” CAD Systems in Microelectronics 2003, 18-22 Feb. 2003, pp. 99-100.

[5] D. Grimaldi & L. Michaeli and A. Palumbo, ” Automatic and accurate evaluation of the parameters of a magnetic hysteresis model, ”IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Feb. 2000, Vol. 49, pp. 154–160.

[6] P. Andrada, E. Martinez, and J. Torrent, ”Experimental determination of magnetic characteristics of electrical machines,” Conference Record of the IEEE Industry Applications Conference 2000, 8-12 Oct. 2000, Vol. 1, pp. 263–268.

[7] A. Raciti, ”A digital method for the determination of the magnetic characteristic of variable reluctance motors,” IEEE Transactions, 1990, vol. 39, no. 4, pp. 604-608.

[8] A. Ferrero, A. Raciti, and C. Urzi, ”An indirect test method for the characterization of variable reluctance motors, ” IEEE Transactions, Dec. 1993, vol. 42, no. 6, pp.1020-1025.

[9] U. Mader and P. Horn,” A Dynamic Model for the Electrical Characteristics of Fluorescent Lamps, ” Conference Record of the IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 1992, Vol. 2, pp. 1928-1934.

[10] K.J. Tseng,” Dynamic Model of Fluorescent Lamp Implemented in Pspice, ” Proc. of the Power Conversion Conference, Nagoya 1997, Vol. 2, pp. 859-864.

[11] J. P. Benner, L. Kazmerski,“ Photovoltaics Gaining Greater Visibility, ” IEEE Spectrum, Sep 1999, vol. 26, pp. 34 –42.

[12] C. M. Ping and A. Tan,” Photovoltaics Demonstration Projects, ” Proceedings of IEEE EMPD '98, 1998, Vol. 2, pp.637 –643.

[13] L. A. Rifon, M. L. Nistal, J. S. Gago and J. S. R. Estevez, “A Component Model for Standardized Web-BasedEducation,” IEEE Transactions, 2001, Vol. 1, No. 2.

[14] C. Chi-Cheng, T. Yih-Tun, Z. Ying-Jie, and L. Tung-Kuan, “ Flexible Process Control for Injection Molding Machines Using Java Technology, ” American Control Conference, 2002, pp. 52-60.

[15] P. Backes, K. Tharp and K. Tso,“ The Web interface for telescience,” Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, Apr. 1997, vol.1, pp411-417.＞

市場動態

高頻量測設備可支援產品的設計開發，也可促進量產測試的品質和降低成本。本文將說明射頻測試特定領域的特性，及國內在工業局的支持下，整合異業，建立射頻元組件自主自動化量測方案的初步成果。相關介紹請見「高頻元組件測試設備開發─ RFIC測試自動化方案成果 」一文。 同時根據CR method的演算法，我們發展了一套自動化量測系統來幫助萃取以上這些參數。透過自動化的量測與萃取過程，任何工程師都可以輕易的萃取元件參數並做製程監控。你可在「 先進CMOS元件製程參數之自動化量測與萃取」一文中得到進一步的介紹。 光被動元件的角色，在於扮演如何將各光纖通道做耦合、分離及切換的動作，在被動元件生產流程中，校準佔了相當大比例的工作，而自動化設備，無不朝此一方向發展，因此在不同產線的測試站中，就有相對應的自動化機構設計。本文從相關技術原理的角度，介紹光纖網路架構與量測的重要參數。在「 光通訊系統中的被動元件自動化量測」一文為你做了相關的評析。

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