國 立 交 通 大 學

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1 國 立 交 通 大 學 工 學 院 精 密 與 自 動 化 工 程 學 程 碩 士 論 文 IP Camera Gore-Tex 透 氣 薄 膜 應 用 與 濕 氣 造 成 起 霧 問 題 解 析 The Application of IP-Camera on Water Protection Using Gore-Tex Film and The Moisture Coagulation Problem Solution Analysis 研 究 生 : 宋 宏 祥 指 導 教 授 : 傅 武 雄 博 士 中 華 民 國 101 年 7 月

2 IP Camera Gore-Tex 透 氣 薄 膜 應 用 與 濕 氣 造 成 起 霧 問 題 解 析 The Application of IP-Camera on Water Protection Using Gore-Tex Film and The Moisture Coagulation Problem Solution Analysis 研 究 生 : 宋 宏 祥 指 導 教 授 : 傅 武 雄 博 士 Student:Houng-Shiang Sung Advisor:Wu-Shung Fu 國 立 交 通 大 學 工 學 院 精 密 與 自 動 化 工 程 學 程 碩 士 論 文 A Thesis Submitted to Degree Program of Automation and Precision Engineering College of Engineering National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science In Automation and Precision Engineering July Hsinchu, Taiwan, Republic of China 中 華 民 國 101 年 7 月

3 IP Camera Gore-Tex 透 氣 薄 膜 應 用 與 濕 氣 造 成 起 霧 問 題 解 析 研 究 生 : 宋 宏 祥 指 導 教 授 : 傅 武 雄 博 士 國 立 交 通 大 學 工 學 院 精 密 與 自 動 化 工 程 學 程 摘 要 主 要 內 容 以 介 紹 說 明 IP Camera 之 未 來 應 用 與 發 展 趨 勢, 並 與 傳 統 監 視 器 CCTV 之 比 較 說 明 方 式 來 說 明 其 產 品 上 的 不 同 特 性, 並 以 實 際 之 IP Camera 產 品 所 應 用 到 的 Gore-Tex 透 氣 薄 膜 所 產 生 的 起 霧 現 象 分 析, 藉 以 說 明 現 有 防 止 起 霧 方 法 的 適 用 性, 並 探 討 解 決 起 霧 現 象 的 有 效 對 策 其 中 Gore-Tex 透 氣 薄 膜 製 程 方 法 與 主 要 成 份 eptfe 材 質 特 性, 以 實 際 應 用 到 的 透 氣 薄 膜 型 號 GAW324, 此 型 號 的 薄 膜 主 要 特 殊 用 途 是 作 為 麥 克 風 防 水 收 音 2 孔 的 防 水 需 求 運 用, 其 空 氣 流 通 率 可 達 5 ml / min/ mm, 且 薄 膜 本 身 防 水 等 級 可 達 IP67, 所 以 經 常 使 用 於 要 求 防 水 又 需 透 氣 的 相 關 產 品 上, 但 根 據 eptfe 的 細 微 纖 維 孔 徑 大 小 及 GAW324 薄 膜 特 性 上,GAW324 其 水 蒸 氣 穿 透 率 可 大 於 100 Kg / m / 24h 2, 也 就 是 薄 膜 的 細 微 纖 維 孔 徑 仍 大 於 氣 相 形 態 或 水 蒸 氣 的 水 分 子 小 水 滴, 所 以 仍 是 阻 擋 不 了 環 境 中 的 濕 氣 穿 透 薄 膜 因 此 研 究 實 驗 中 以 導 入 隔 離 水 氣 對 策 的 測 試 Test-1 與 Test-2 來 以 驗 證 說 明, 並 另 外 以 Test-3 與 Test-4 的 實 驗 量 測, 其 取 得 沒 有 導 入 隔 離 水 氣 對 策 下 其 IP Camera 造 成 起 霧 現 象 之 時 的 溫 度 數 據 收 集, 且 依 據 理 想 氣 體 狀 態 方 程 式 之 推 導 公 式 及 參 考 利 用 ASHRAE( 美 國 加 熱 冷 凍 空 調 工 程 師 協 會 ) 使 用 手 冊 之 相 對 濕 度 Wexler 的 經 驗 公 式, 推 算 出 Test-3 與 Test-4 所 量 測 出 的 各 Channel 點 溫 度 之 時 的 相 對 濕 度 值, 並 以 說 明 起 霧 時 IP Camera 內 部 的 溫 度 分 佈 與 相 對 濕 度 分 佈 的 關 係 探 討 希 望 以 此 說 明 IP Camera 起 霧 現 象 問 題 的 分 析 與 實 驗 結 果 的 推 測 探 討, 可 做 為 相 關 產 品 在 於 應 用 透 氣 薄 膜 時 發 生 起 霧 現 象 的 問 題 解 決 參 考 I

4 The Application of IP-Camera on Water Protection Using Gore-Tex Film and The Moisture Coagulation Problem Solution Analysis Student:Houng-Shiang Sung Advisor:Wu-Shung Fu Degree Program of Automation and Precision Engineering National Chiao Tung University Abstract This study describes the future application and development of IP camera and compares IP camera with conventional surveillance camera CCTV to explain characteristic differences between the two. In the study, IP camera was applied for analyzing the foggy phenomenon produced by breathable Gore-Tex film. The goal is to examine the appropriateness of currently available methods for preventing fogginess as well as to offer more effective strategies for resolving this phenomenon. Considering the manufacturing method of Gore-Tex breathable film and characteristics of eptfe, a main ingredient of Gore-Tex breathable film, the breathable film of model number GAW324 was selected and applied in this study. This type of film is specifically used on microphone s sound receiving holes to achieve the water resistant requirement. The airflow rate 2 can be as much as 5 ml / min/ mm, while the water resistant level of the film can be as high as IP67. That is why this type of film is often used on products that need to be not only water resistant but also air permeable. Yet according to the diameter of the microfiber of eptfe and characteristics of GAW324 film, GAW324 s water vapors permeability can be greater than 100 Kg / m / 24h 2. In other words, the microfiber diameter of the film is still larger than either gas-phase or vapor-phase water molecules, and thus it cannot block II

5 environmental moisture from crossing the film. As a result, this study adopted the strategy of water vapor blocking (Test 1 and Test 2) for verification and explanation. In Test 3 and Test 4, experiments were conducted to collect temperature data at the occurrence of foggy phenomenon on IP camera when the water blocking strategy was not applied. By deriving the ideal gas equations as well as referring to the empirical equation of relative humidity from the hand book of American Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), relative humidity of the temperature of each channel point measured in Test 3 and Test 4 was computed. The authors also discussed the relationship between temperature distribution and relative humidity distribution inside the IP camera when fogginess happens. The ultimate objective is to resolve the foggy phenomenon observed on products using breathable film through analyzing the phenomenon and discussing the experimental results. III

6 誌 謝 在 求 學 過 程 中 與 日 前 工 作 中 的 因 緣 巧 合 下, 承 蒙 傅 武 雄 教 授 之 悉 心 指 導, 將 工 作 開 發 產 品 上 所 遇 到 之 問 題 作 以 研 究 解 析 探 討, 並 求 得 實 際 有 效 的 解 決 方 案 ; 在 此 也 要 感 謝 公 司 資 源 與 同 事 協 助 下 完 成 了 相 關 之 實 驗 數 據 測 試 求 得, 方 能 完 成 此 論 文 之 研 究 另 外, 也 要 謝 謝 妻 子 這 三 年 來 耐 心 安 頓 好 家 中 之 瑣 碎 事 務 與 照 顧 好 頑 皮 的 大 兒 子 翰 嘉 小 兒 子 祐 丞, 讓 我 可 以 放 心 無 後 顧 之 憂 的 完 成 相 關 學 業 另 外, 也 感 謝 我 父 母 親 從 小 的 孜 孜 教 誨 與 裁 培, 讓 我 於 工 作 上 和 求 學 的 過 程 中 更 有 毅 力 與 動 力, 且 一 直 以 來 家 人 上 的 幫 勞 解 憂, 亦 讓 我 更 可 以 全 力 以 赴 完 成 此 畢 業 論 文 而 我 想 信 求 學 畢 業 並 不 是 人 生 求 學 的 結 束, 這 只 是 人 生 是 無 止 盡 學 習 過 程 的 一 環 而 已, 所 以 希 望 將 來 不 論 在 工 作 上 或 做 人 處 事 上, 都 要 秉 持 這 股 意 念 與 精 神 最 後, 將 此 份 畢 業 的 喜 悅 分 享 給 我 的 家 人 與 親 友 一 同 分 享 IV

7 中 文 摘 要 英 文 摘 要 誌 謝 目 錄 表 目 錄 圖 目 錄 符 號 說 明 目 錄 Ⅰ Ⅱ Ⅳ ⅣⅤ Ⅵ Ⅶ Ⅸ 第 一 章 緒 論 IP Camera 架 構 介 紹 IP Camera 與 CCTV 比 較 說 明 IP Camera 類 型 介 紹 與 相 關 測 試 規 範 簡 介 現 行 問 題 點 說 明 現 有 的 除 霧 方 法 與 介 紹 研 究 動 機 12 第 二 章 Gore-Tex 材 質 說 明 與 應 用 PTFE 材 質 簡 介 eptfe 薄 膜 製 程 介 紹 Gore-Tex 特 性 及 應 用 27 第 三 章 實 驗 設 定 與 方 法 說 明 DQE 量 測 方 法 簡 介 設 定 實 驗 條 件 說 明 裝 置 步 驟 說 明 研 究 方 法 溫 濕 度 相 關 公 式 說 明 34 第 四 章 實 驗 結 果 分 析 探 討 eptfe 細 微 纖 維 孔 結 構 與 水 分 子 之 特 性 分 析 探 討 隔 離 水 氣 對 策 結 構 之 測 試 結 果 溫 度 與 相 對 濕 度 之 相 對 關 係 55 第 五 章 結 論 建 議 與 未 來 研 究 探 討 結 論 建 議 未 來 研 究 探 討 65 參 考 文 獻 66 附 錄 68 V

8 表 目 錄 表 1-1 傳 統 監 視 器 與 IP Camera 的 比 較 說 明 22 表 1-2 IP Camera 類 型 分 類 表 23 表 1-3 防 爆 等 級 IK 值 定 義 說 明 24 表 3-1 ECTA-TH411A 溫 濕 度 控 制 可 靠 度 測 試 機 規 格 表 50 表 年 近 十 年 台 灣 每 月 各 地 平 均 濕 度 值 統 計 表 51 表 3-3 實 驗 設 定 比 較 說 明 表 51 表 3-4 飽 和 水 - 蒸 氣 壓 力 表 ( 溫 度 表 ) 52 表 3-5 實 驗 量 測 數 據 紀 錄 表 - 各 Channel 點 之 溫 度 與 濕 度 變 化 情 況 53 表 4-1 Gore-Tex 型 號 GAW324 之 材 質 特 性 說 明 表 62 表 4-2 環 境 溫 度 與 濕 度 計 算 對 應 表 (Calculated grams of H2O per kg of air) 62 VI

9 圖 目 綠 圖 1-1 IP Camera 主 要 系 統 架 構 圖 12 圖 1-2 NVR 系 統 應 用 示 意 圖 13 圖 1-3 CMS(Central Management System) 典 型 系 統 架 構 圖 13 圖 1-4 複 雜 型 CMS 系 統 架 構 圖 14 圖 1-5 IK10 等 級 防 暴 等 級 實 際 測 試 情 況 15 圖 1-6 IK 值 防 爆 等 級 測 試 載 具 示 意 圖 15 圖 1-7 IEC 防 水 等 級 測 試 規 範 內 容 敘 述 16 圖 1-8 IP Camera 起 霧 時 與 未 起 霧 時 情 況 之 照 片 比 較 17 圖 1-9 常 用 類 型 之 防 潮 包 型 式 18 圖 1-10 蓮 花 效 應 示 意 圖 19 圖 1-11 二 氧 化 鈦 表 面 處 理 比 較 示 意 圖 19 圖 2-1 PTFE( 聚 四 氟 乙 烯 ) 化 學 反 應 式 與 結 構 式 28 圖 2-2 薄 膜 延 伸 成 型 之 機 台 加 工 情 形 28 圖 2-3 eptfe 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 製 程 之 流 程 示 意 圖 29 圖 2-4 Gore-Tex 纖 維 薄 膜 的 細 小 孔 洞 之 放 大 照 片 30 圖 3-1 ETCA-TH411A 溫 濕 度 控 制 可 靠 度 測 試 機 36 圖 3-2 IP Camera 測 試 機 台 內 部 結 構 說 明 圖 37 圖 3-3 DQE 產 品 工 作 溫 度 測 試 評 估 方 法 與 設 備 裝 置 說 明 圖 38 圖 年 台 灣 氣 象 十 年 來 每 月 平 均 濕 度 值 39 圖 3-5 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-1 to 圖 3-6 DQE-Device of Temperature test Point of VII

10 Channel 圖 3-7 DQE-Device of Temperature test Point of Channel 圖 3-8 DQE-Device of Temperature test Point of Channel 圖 3-9 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-10 to 圖 3-10 Thermocouple 測 溫 線 出 線 孔 處 其 封 膠 方 式 以 確 保 機 台 氣 密 性 43 圖 3-11 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-12~ 圖 3-12 實 際 電 路 板 上 麥 克 風 收 音 孔 隔 離 水 氣 結 構 之 矽 膠 材 質 的 橡 膠 墊 片 黏 貼 位 置 圖 45 圖 4-1 Gore-Tex 型 號 GAW324 透 氣 薄 膜 實 物 照 片 及 結 構 說 明 示 意 圖 58 圖 4-2 隔 離 水 氣 結 構 對 策 之 示 意 比 較 說 明 圖 59 圖 4-3 Test-1Channel 溫 度 和 時 間 之 變 化 分 佈 圖 60 圖 4-4 環 境 溫 度 與 濕 度 計 算 對 應 圖 61 VIII

11 符 號 說 明 e: 蒸 汽 壓 Pa Rw: 水 的 氣 體 常 數 J/(kg K) T: 溫 度 K m: 在 空 氣 中 溶 解 的 水 的 質 量 g V: 空 氣 的 體 積 m 3 φ: 相 對 濕 度 無 單 位 ρw: 絕 對 濕 度 g/m 3 ρw,max: 最 高 絕 對 濕 度 g/m 3 ρws: 某 一 溫 度 時 之 飽 和 絕 對 濕 度 g/m 3 E: 飽 和 蒸 汽 壓 Pa s: 比 濕 g/kg S: 最 高 比 濕 g/kg Pv: 水 蒸 氣 分 壓 Pa Pa: 純 空 氣 分 壓 Pa Pvs: 某 一 溫 度 下 飽 和 水 蒸 氣 壓 力 Pa P: 混 合 空 氣 壓 力 Pa na: 空 氣 的 莫 耳 分 子 量 Kg/K mol nw: 水 的 莫 耳 分 子 量 Kg/K mol n: 莫 耳 分 子 量 Kg/K mol V: 空 氣 體 積 m 3 IX

12 第 一 章 緒 論 近 年 來, 安 全 監 控 產 業 愈 來 愈 朝 向 高 科 技 化 發 展, 不 僅 運 用 IP 綱 路 和 軟 體 整 合 技 術, 也 愈 來 愈 多 的 IT 電 信 業 者 陸 續 跨 入 安 全 監 控 的 領 域, 使 得 安 全 監 控 技 術 走 入 綱 路 化 智 慧 化 及 整 合 化 等 多 方 向 發 展 而 IP Camera 的 應 用 是 近 十 五 年 來 安 全 監 控 產 業 較 明 確 的 未 來 監 視 器 趨 勢, IP Camera 也 可 應 用 在 一 些 取 代 類 比 攝 影 機, 特 別 是 在 一 些 傳 統 法 律 強 制 裝 設 的 地 點, 像 是 為 了 公 共 安 全 而 設 的 地 方 如 地 下 道 街 頭 巷 尾, 且 也 可 運 用 來 管 制 門 禁 安 全, 不 管 是 人 或 是 高 速 公 路 上 的 車 輛 在 經 過 時 可 被 記 錄 下 形 貌 及 時 間, 因 此 可 以 容 易 追 溯 搜 尋, 而 這 些 影 像 資 料 都 可 以 透 過 網 路 儲 存 在 遠 端 的 伺 服 器 上 提 供 各 地 即 時 且 高 畫 質 的 影 像, 因 此 不 需 擔 心 資 料 被 竊 取 的 問 題 所 以 對 於 一 些 敏 感 區 域 像 是 電 腦 機 房 櫃 檯 或 其 他 遠 端 場 所, 其 實 都 可 透 過 網 際 網 路 的 經 濟 簡 單 的 方 式 來 監 看, 另 外 如 連 鎖 店 面 的 監 控 也 可 強 化 其 確 保 安 全 之 虞, 並 像 是 辦 公 室 安 全 提 供 全 天 候 的 高 度 防 護, 或 對 於 製 造 業 廠 商 也 是 一 種 相 當 好 用 的 控 管 工 具, 管 理 者 可 以 在 辦 公 室 或 是 家 裡 就 可 監 控 工 廠 的 自 動 化 生 產 設 備 及 其 他 機 器 或 生 產 線 等 情 況, 其 就 有 如 親 自 於 現 場 觀 看 一 樣 這 些 使 用 上 特 色 可 說 是 讓 IP Camera 成 為 將 來 安 控 產 業 中 最 具 成 長 潛 力 的 新 藍 海 目 前 IP Camera 綱 路 數 位 監 控 系 統 愈 來 愈 多 用 來 監 控 一 些 較 敏 感 且 需 高 度 警 戒 的 公 共 區 域, 像 是 國 土 安 全 交 通 車 輛 中 心 管 控 大 樓 安 全 管 理 捷 運 車 站 安 全 監 控 管 理 銀 行 及 商 店 等 等, 這 些 地 點 都 可 以 在 附 近 所 設 立 的 監 控 管 理 中 心 來 監 看, 或 是 由 遠 端 警 察 局 1

13 或 保 全 中 心 等 不 同 地 點 來 監 看 管 理 另 外, 網 路 監 控 在 智 慧 家 庭 應 用 裡 也 逐 漸 成 為 現 在 生 活 中 重 要 的 一 環 保 護, 像 是 對 於 將 來 社 會 人 口 年 齡 老 化 的 老 人 與 小 孩 居 家 看 護 的 商 機, 或 幼 兒 園 的 關 護 監 看 系 統 等, 目 前 IT 電 信 業 者 及 保 全 業 者 都 已 有 相 關 的 產 品 出 現 所 以, 自 IP Camera 影 像 感 測 器 的 訊 號 數 位 化 後, 透 過 網 路 傳 輸 串 流, 讓 使 用 者 可 透 過 任 何 一 台 電 腦 觀 看, 甚 至 連 目 前 3G 智 慧 型 手 機 也 是 可 以 達 到 遠 端 即 時 監 控 功 能, 因 此 然 而 過 去 因 安 裝 不 易 網 路 設 定 複 雜 或 不 普 遍 等 問 題, 而 讓 家 用 網 路 監 控 市 場 並 未 快 速 打 開, 想 信 未 來 這 些 智 慧 數 位 家 庭 化 的 擴 展 後, 此 部 份 也 將 少 不 了 安 控 產 業 的 結 合 趨 勢 1.1 IP Camera 架 構 介 紹 IP Camera(Internet Protocol Camera) 是 使 用 綱 路 協 定 作 為 視 頻 之 傳 輸 與 存 取 的 綱 路 監 控 攝 影 機 縮 寫 如 圖 1-1 為 IP Camera 的 主 要 系 統 架 構 說 明 圖, 1 其 詳 細 的 原 理 說 明 就 是 IP Camera 利 用 目 前 電 腦 網 路 及 開 放 式 互 聯 網 的 協 定 標 準 作 為 宗 旨, 並 以 記 錄 和 監 測 剪 輯 方 式 來 產 生 數 位 化 視 訊 流, 再 將 視 訊 流 透 過 有 線 或 無 線 網 路 進 行 傳 輸 的 攝 影 機 因 此 只 要 有 網 路 都 可 以 進 行 遠 端 監 控 及 錄 影, 換 句 話 說, 如 果 區 域 大 部 份 均 有 網 路 線 設 備 時, 其 使 用 IP Camera 的 安 裝 佈 線 成 本, 將 比 傳 統 CCTV 類 比 式 攝 影 機 的 成 本 較 低 也 更 方 便 其 對 於 專 業 之 安 全 監 控 整 合 系 統 應 用 中, 為 了 便 於 透 過 網 路 從 遠 端 就 可 看 到 即 時 的 現 場 畫 面, 並 且 又 要 可 輕 易 整 合 進 大 型 而 複 雜 的 系 統 中, 所 以 利 用 綱 路 影 像 儲 存 裝 置 (Network Video Recorder), 2

14 簡 稱 NVR, 如 圖 1-2 所 示 之 NVR 系 統 架 構 圖,NVR 可 利 用 CMS(Central Management System) 在 一 個 單 純 的 監 控 管 理 中 心 裡, 同 時 整 合 多 點 或 數 百 支 以 上 攝 影 機 當 成 作 一 個 獨 立 的 系 統 來 操 作 監 看, 如 圖 1-3 所 示 之 說 明 而 利 用 CMS 監 控 軟 體 上 可 以 提 供 圖 像 化 直 覺 式 的 使 用 介 面, 且 只 需 透 過 電 腦 鍵 盤 滑 鼠 執 行 轉 動 鏡 頭 照 像 錄 影 動 態 智 慧 偵 測 等 功 能, 即 可 以 同 時 管 理 多 台 的 攝 影 機, 從 電 視 PC/NB 都 能 進 行 即 時 的 監 看, 讓 監 控 管 理 上 不 需 太 多 的 人 力 浪 費 以 及 可 達 到 即 時 搜 證 的 效 果 1.2 IP Camera 與 CCTV 比 較 說 明 傳 統 的 閉 路 式 監 控 攝 影 系 統 CCTV(Closed-Circuit Television) 封 閉 式 有 線 電 視, 只 是 一 項 影 音 傳 送 技 術 單 純 的 只 做 為 進 出 的 記 錄 與 管 理 也 就 是 所 謂 的 門 禁 系 統, 一 直 到 目 前 使 用 IP-Camera 和 NVR 以 及 嵌 入 式 系 統 的 搭 配 之 下, 安 全 監 控 實 際 應 用 的 層 面 就 達 到 了 前 所 未 有 的 局 面, 能 夠 應 付 各 種 場 合 所 需 要 的 狀 況 來 提 供 不 同 的 監 控 層 級 調 整, 如 表 1-1, 傳 統 監 視 器 與 IP Camera 的 比 較 說 明 其 中 較 明 顯 的 在 於 無 線 網 路 支 援 功 能 差 異 上, 可 知 傳 統 監 視 器 要 通 過 其 它 硬 體 設 備 的 架 設 才 可 具 備 無 線 遠 端 監 控 的 運 作, 但 IP Camera 可 以 透 過 本 身 硬 體 及 韌 體 的 設 定, 加 上 POE 的 連 接 即 可 無 線 監 控 每 支 監 視 畫 面 在 CCTV 應 用 之 DVR 為 僅 支 援 簡 易 的 網 路 遠 端 存 取 功 能, 功 能 較 無 法 擴 充 與 管 理, 反 觀 在 IP Camera 的 NVR 設 備, 雖 多 半 沒 有 專 用 鍵 盤 與 顯 示 器, 但 其 所 有 操 作 過 程 都 可 在 遠 端 PC 平 台, 透 過 網 際 網 路 或 區 域 網 路 遠 端 連 線 方 式 即 可 進 行 設 備 連 接 控 制 與 設 定 管 3

15 理 所 以 NVR 設 備 提 供 了 有 效 的 服 務 品 質, 且 在 系 統 的 可 擴 充 性 上, 採 用 監 控 PC 伺 服 器 的 解 決 方 案, NVR 以 嵌 入 式 系 統 進 行 架 構, 自 然 在 系 統 維 運 穩 定 性 繼 承 Linux 或 嵌 入 式 系 統 的 絕 佳 優 勢, 穩 定 性 與 系 統 維 運 成 本 表 現 更 佳, 即 便 支 援 的 路 數 受 限, 但 若 使 用 者 的 應 用 場 合 若 剛 好 在 NVR 限 制 之 內, 則 可 用 簡 單 的 架 構 與 低 廉 的 設 備 成 本, 打 造 不 輸 給 專 用 伺 服 器 的 監 控 架 構, 甚 至 於, 當 一 組 NVR 支 援 攝 影 機 的 路 數 受 限, 則 可 改 採 用 多 部 NVR 的 架 構 方 式, 達 到 安 全 監 控 系 統 所 需 的 系 統 服 務 能 量, 如 圖 1-4 複 雜 型 CMS 系 統 架 構 圖 1.3 現 有 IP Camera 類 型 說 明 與 相 關 測 試 規 範 簡 介 IP Camera 類 型 介 紹 基 本 上 IP Camera 主 要 分 為 室 內 用 (Indoor) 及 戶 外 用 (Outdoor) 兩 大 類 監 視 器 分 類, 如 表 1-2 所 示 IP Camera 類 型 分 類 表 所 示 及 如 下 簡 述 說 明 戶 外 型 綱 路 監 視 器 (Outdoor Type), 適 用 於 戶 外 使 用 之 監 視 器, 其 主 要 素 求 第 一 為 視 訊 解 析 度, 第 二 則 為 外 殼 強 度 需 達 到 防 暴 防 破 壞 的 要 求, 而 其 次 是 日 夜 間 影 像 可 以 攝 像 清 晰, 因 此 夜 視 功 能 也 是 目 前 監 視 器 產 品 另 一 項 必 備 的 功 能 所 以 現 行 使 用 於 戶 外 監 視 產 品 可 大 致 區 分 可 分 為 以 下 兩 大 類 : (1) 槍 型 防 暴 型 監 視 器 (Bullet) 4

16 以 監 控 需 求 使 用 在 特 別 需 要 重 點 監 視 的 戶 外 定 點 區 域 監 看, 而 此 類 型 的 監 視 器 搭 配 使 用 的 鏡 頭 類 型 主 要 為 定 焦 鏡 頭 及 多 變 焦 段 鏡 頭, 且 都 附 有 夜 間 輔 助 照 明 的 紅 外 線 燈 板 所 以 它 的 特 色 可 說 是 日 夜 監 控 影 像 品 質 是 最 好 的 機 型, 但 使 用 此 類 型 之 監 視 器 與 其 所 需 搭 配 的 相 關 配 件 上 之 價 格 也 就 較 昂 貴 了 所 以 此 監 視 器 的 優 點 主 要 是 在 解 析 度 上, 此 類 型 的 監 視 器 解 析 度 最 好 ; 在 附 加 配 件 功 能 上, 此 類 型 的 監 視 器 也 是 可 支 援 功 能 最 多 的 產 品, 例 如 夜 視 功 能 智 慧 對 焦 功 能 (Smart Focus) 車 牌 辦 識 支 援 相 關 警 報 器 連 接 或 其 它 偵 測 器 連 接 等 (2) 球 型 防 暴 型 監 視 器 (Vandal Dome) 此 類 監 視 器 是 戶 外 防 暴 機 型 較 普 遍 的, 它 與 上 述 機 型 的 差 別 主 要 於 體 積 較 小 且 安 裝 保 養 較 容 易 它 也 常 用 於 室 內 使 用, 大 多 於 安 裝 在 公 共 場 所 人 口 進 出 的 地 點 或 需 安 全 監 控 較 嚴 密 的 機 構, 例 如 像 是 大 眾 捷 運 系 統 銀 行 監 獄 ATM 提 款 機 旁 等 需 高 度 警 戒 的 地 方 室 內 型 綱 路 監 視 器 (Indoor Type), 適 用 於 室 內 環 境 中 的 死 角 或 是 大 樓 出 入 口 的 地 點 安 裝 主 要 產 品 的 特 點 是 皆 以 用 塑 膠 外 殼 且 造 型 上 以 不 突 物 明 顯 為 主 而 此 類 型 的 監 視 器 目 前 主 要 市 場 上 產 品 類 別 有 很 多 種 類, 此 內 容 主 要 以 較 普 遍 及 較 大 宗 使 用 之 類 型 來 介 紹 其 類 型 大 致 可 分 為 以 下 三 類 : (1) 迷 你 型 監 視 器 (Cube) 5

17 造 型 及 重 量 為 所 有 監 視 器 產 品 中 最 小, 其 特 色 是 最 適 合 使 用 於 大 眾 監 視 環 境 中, 也 是 且 目 前 廣 泛 應 用 於 醫 療 看 護 中 使 用 其 功 能 不 但 可 以 作 有 線 的 影 像 傳 送 也 可 用 無 線 連 結 方 式, 所 以 不 論 是 在 一 般 家 庭 中 或 是 私 人 看 護 幼 兒 園 機 構 中, 其 安 裝 上 都 不 需 要 太 複 雜 的 佈 線 施 工, 也 不 需 要 太 多 的 其 它 的 硬 體 設 備, 只 需 要 有 一 般 的 綱 路 裝 置 即 可 以 安 裝 使 用 所 以 非 常 適 合 於 大 眾 使 用, 而 且 也 沒 有 後 續 設 備 更 新 的 問 題 (2) 槍 型 監 視 器 (Box) 此 類 型 的 監 視 器 之 外 型 與 結 構 為 監 視 品 中 最 簡 易 且 便 宜 的 機 種, 通 常 它 可 搭 配 的 鏡 頭 類 型 為 標 準 規 格 的 CS- Mount Lens( 定 焦 距 12.5mm) 與 C-Mount Lens( 定 焦 距 17.5mm) 為 主 而 在 裝 置 設 備 上, 它 較 常 安 裝 於 天 花 板 或 是 以 腳 架 方 式 壁 掛 於 垂 直 牆 面 上, 其 特 點 是 於 安 裝 後 的 監 視 角 度 可 以 容 易 去 作 調 整, 且 後 續 維 修 保 養 上 較 方 便 拆 裝 檢 修, 所 以 此 類 型 的 監 視 器 價 格 上 相 對 較 具 優 勢 且 較 普 遍 (3) 半 球 型 監 視 器 (Dome) 此 種 半 球 型 監 視 器 的 種 類 型 式 最 多, 以 目 前 監 視 器 產 業 中 可 略 分 為 Mini Dome Fix Dome Speed Dome PTZ 等 四 大 類 型 其 中 Mini Dome 型 式 為 近 年 較 新 型 之 產 品, 其 外 型 特 色 是 外 觀 高 度 尺 寸 是 此 類 型 監 視 器 中 最 低 的, 所 以 監 視 器 安 裝 後 的 隱 密 性 較 高 ;Fix-Dome 類 型 的 普 及 性 是 這 類 型 中 最 早 的 機 型, 因 此 價 格 是 最 便 宜 的 ;Speed-Dome 類 型 是 此 類 中 外 型 尺 寸 最 大 的 機 型, 因 為 它 本 身 監 視 器 的 鏡 頭 角 度 6

18 可 作 幾 乎 接 近 三 百 六 十 度 的 攝 影 角 度 旋 轉 且 鏡 頭 的 旋 轉 調 整 之 速 度 很 快, 因 此 而 被 稱 為 Speed-Dome, 所 以 它 的 內 部 架 構 是 最 複 雜 的 也 最 昂 貴 ;PTZ 類 型, 它 的 功 能 很 類 似 Speed-Dome, 只 是 它 的 鏡 頭 旋 轉 速 度 比 Speed-Dome 較 慢, 但 體 積 上 卻 小 的 許 多 也 較 便 宜 IP Camera 相 關 測 試 規 範 簡 介 防 爆 等 級 規 範, 為 了 讓 可 以 更 能 確 保 使 用 在 戶 外 環 境 中 不 易 受 外 力 破 壞 而 造 成 功 能 喪 失, 所 以 相 關 戶 外 類 型 的 綱 路 監 視 器 產 品 都 需 要 有 堅 韌 耐 用 的 特 性 來 以 保 護 內 部 零 件, 所 以 如 何 用 來 定 義 其 是 否 可 達 到 防 暴 標 準 就 需 要 有 製 訂 的 規 範 及 標 準 測 試 方 法 而 目 前 監 視 器 類 的 防 暴 測 試 (Vandal Test) 規 範 標 準 是 以 IEC(International Electrotechnical Commission) 中 IEC62262 之 測 試 規 範 作 為 依 據, 其 中 數 值 IK0 至 IK20 代 表 防 暴 能 量 的 等 級, 總 共 21 個 等 級 來 說 明 其 產 品 其 可 耐 外 力 破 壞 的 強 度 參 考, 如 圖 1-5 圖 1-6 實 際 IK10 測 測 情 況 照 片 與 IK 值 防 爆 等 級 測 試 載 具 示 意 圖 另 外 表 1-3 所 示 為 IK 值 的 等 級 定 義 強 度 的 查 詢 表 防 水 等 級 規 範, 也 是 監 視 器 產 品 防 暴 定 義 中 所 包 含 產 品 防 止 水 滴 侵 入 的 要 求 其 規 範 依 據 IEC(International Electrotechnical Commission) 國 際 電 工 技 術 委 員 會 中 的 IEC60529:200 條 例 所 規 定 之 檢 驗 方 式 標 準 來 規 範, 如 圖 1-7 內 所 敘 述 之 防 水 等 級 之 代 表 標 示 方 法 以 及 檢 驗 測 試 方 法 內 容 2 但 其 中 較 值 得 一 提 的 是, IP68 的 檢 驗 標 準 在 監 視 器 業 界 中 的 定 義 較 為 嚴 苛, 而 IEC 中 的 IP68 防 水 等 級 7

19 規 範 並 無 詳 細 明 確 規 範 測 試 產 品 的 浸 水 深 度 以 及 產 品 浸 入 水 中 測 試 時 間, 而 監 視 器 業 界 中 的 IP68 等 級 測 試 方 式 則 是 以 產 品 浸 入 置 一 大 氣 壓 下 之 水 深 一 米 處, 並 以 靜 置 水 中 時 間 需 達 24 小 時 以 上 而 不 可 有 水 滴 或 水 漬 浸 入 機 殼 內 部 的 標 準 所 以 可 知 防 水 等 級 的 監 控 性 質 產 品 的 規 格 也 較 一 般 電 子 產 品 來 的 要 高 鐵 路 車 輛 相 關 測 試 規 範, 主 要 是 依 據 目 前 IEC 國 際 電 工 技 術 委 員 會 中 的 IEC61373:1999 條 例 所 規 定 之 檢 驗 方 式 標 準 來 規 範 3 其 規 範 原 本 是 適 用 於 鐵 路 交 通 運 輸 系 統 上 之 相 關 電 力 電 子 系 統 與 機 械 耐 用 度 的 測 試 規 定, 後 來 大 眾 運 輸 車 輛 系 統 也 一 併 套 用 於 此 規 範 的 制 訂 其 此 規 範 主 要 測 試 產 品 在 車 輛 系 統 上 的 電 性 與 結 構 上 可 靠 度 的 測 試, 例 如 : 產 品 隨 機 功 能 測 試 產 品 耐 久 性 測 試 產 品 耐 沖 擊 測 試 等 1.4 現 行 問 題 點 說 明 目 前 實 際 應 用 於 IP Camera 麥 克 風 的 薄 膜 特 殊 材 質 Gore-Tex 透 氣 薄 膜, 會 因 空 氣 所 含 之 濕 氣 藉 由 薄 膜 進 入 機 殼 內 部, 而 同 時 內 部 產 生 發 熱 之 電 子 元 件 讓 空 氣 中 的 水 分 子 產 生 起 霧 的 現 象, 而 影 響 到 鏡 頭 收 像 的 品 質 狀 況, 如 圖 1-8 是 起 霧 時 與 未 起 霧 時 的 影 像 照 片 比 較 說 明 未 起 霧 時 的 影 像 是 清 晰 的, 而 起 霧 後 的 霧 氣 則 會 遮 敝 住 鏡 頭 前 方 影 響 取 像 的 品 質, 造 成 監 看 上 的 判 斷 困 難 或 錯 失 所 以 作 為 收 音 孔 的 結 構 上, 其 應 用 透 氣 薄 膜 材 質 來 使 內 部 麥 克 風 電 子 元 件 可 收 取 外 部 聲 音 而 又 防 水, 但 透 氣 薄 膜 特 性 上 卻 不 可 防 上 空 氣 中 濕 氣 穿 透 進 入 機 台 內 部, 因 此 機 台 內 部 的 空 氣 在 高 溫 高 濕 的 作 用 下, 8

20 就 容 易 使 內 部 空 氣 中 水 分 子 被 析 出 產 生 起 霧 現 象, 且 同 時 也 會 影 響 到 內 部 相 關 電 子 元 件 或 機 構 零 件 上 的 物 理 強 度 喪 失 化 學 性 能 改 變 絕 緣 材 料 性 能 退 化 電 性 短 路 金 屬 材 料 氧 化 腐 蝕 塑 性 喪 失 及 電 子 元 件 退 化 等 等 現 象 的 後 遺 症, 而 且 在 實 際 IP Camera 監 視 器 的 使 用 環 境 方 面, 若 Camera 裝 置 的 環 境 空 氣 溫 濕 度 較 高 時, 則 會 造 成 起 霧 的 現 象 會 更 加 嚴 重 1.5 現 有 的 除 霧 方 法 與 介 紹 防 潮 包 除 濕 的 應 用 目 前 常 用 在 相 關 電 子 產 品 上 的 除 濕 方 式 是 以 預 置 防 潮 包 於 產 品 的 封 閉 機 殼 內, 用 以 防 潮 包 來 吸 收 機 殼 內 部 空 氣 中 的 水 氣 以 防 止 空 氣 中 水 分 子 受 溫 度 影 響 而 產 生 水 蒸 氣 或 凝 結 之 現 象, 並 用 此 方 式 來 保 護 電 路 板 上 的 電 子 元 件, 但 此 方 法 雖 直 接 簡 單 但 卻 不 是 長 久 之 對 策, 因 為 防 潮 包 只 能 吸 附 空 氣 中 一 定 份 量 的 水 分 子, 當 防 潮 包 中 的 化 學 成 份 吸 附 至 飽 和 份 量 的 水 分 子 後 防 潮 功 用 也 就 失 效, 所 以 防 潮 包 還 是 需 要 再 作 更 換, 如 此 會 造 成 日 後 更 換 成 本 及 保 養 上 的 風 險 可 參 考 如 圖 1-9 所 示 為 常 應 用 類 型 之 防 潮 包 型 式 說 明 介 紹 電 子 除 霧 方 法 介 紹 以 目 前 台 灣 安 控 半 導 體 公 司 自 行 研 發 的 穿 霧 技 術, 其 運 用 在 IP Camera 上 的 電 子 除 霧 方 法, 其 原 理 是 利 用 3D 梳 型 濾 波 器 3D 去 交 錯 演 算 法 3D 雜 訊 抑 制 及 寬 動 態 補 償 等 方 法, 來 將 IP Camera 所 收 像 到 的 模 糊 影 像 作 軟 體 上 之 後 處 理, 使 其 可 針 對 不 良 的 天 侯 下 9

21 如 沙 塵 暴 下 雨 起 霧 或 是 鏡 頭 髒 污 時, 其 影 像 可 以 清 楚 還 原 變 得 更 清 楚 可 見 所 以 電 子 除 霧 方 式 主 要 是 針 對 因 外 部 環 境 起 霧 時 的 影 像 後 處 理 方 式, 所 以 可 有 效 防 止 外 部 環 境 所 造 成 起 霧 時 可 避 免 IP Camera 影 像 產 生 模 糊 的 現 象, 並 不 是 根 治 Camera 內 部 起 霧 的 方 法 對 策 因 此 要 防 止 薄 膜 引 起 的 IP Camera 內 部 濕 氣 所 造 起 起 霧 現 象, 還 是 所 需 先 解 決 空 氣 中 濕 氣 對 機 台 內 部 之 影 響, 倒 不 是 用 影 像 後 處 理 的 方 式 來 克 服, 因 此, 此 方 法 只 適 合 外 部 環 境 所 造 成 之 起 霧 情 況 時 所 運 用 Thermal Pad 軟 性 電 路 板 除 霧 方 式 如 汽 車 玻 璃 內 之 除 霧 線 的 原 理, 其 以 提 高 玻 璃 與 車 內 空 氣 接 觸 表 面 的 溫 度 ( 需 大 於 外 部 低 溫 環 境 的 溫 度 ), 來 以 提 高 車 內 玻 璃 表 面 空 氣 的 飽 和 濕 度, 則 此 時 車 內 玻 璃 表 面 的 空 氣 ρw,max 絕 對 濕 度 較 高 而 水 分 子 也 就 不 易 被 析 出 造 成 起 霧 現 象, 但 此 方 法 不 適 合 用 於 封 閉 空 間 內 的 電 子 相 關 產 品 中, 因 為 提 高 溫 度 固 然 沒 有 起 霧 的 問 題, 但 實 際 上, 內 部 的 濕 氣 還 是 會 存 在 於 車 內 空 間, 這 若 對 於 IP Camera 防 止 起 霧 的 方 式 並 不 是 理 想 除 濕 防 霧 的 方 式, 但 對 於 汽 車 上 或 是 沒 有 鏡 頭 收 取 像 問 題 及 沒 有 電 子 受 潮 疑 慮 時, 此 也 是 除 霧 的 方 式 之 一 奈 米 表 面 鍍 膜 - 蓮 花 效 應 利 用 奈 米 鍍 膜 技 術, 以 蓮 花 效 應 的 超 疏 水 表 面 原 理, 可 在 物 體 表 面 鍍 上 一 層 微 結 構 的 粗 糙 層, 用 意 以 減 小 水 滴 與 物 體 表 面 的 接 觸 面 積 來 增 加 其 疏 水 性 的 表 現 ; 另 外 一 個 於 應 用 蓮 花 效 應 的 10

22 特 性 以 低 表 面 能 量 原 理, 以 相 仿 蓮 花 葉 上 的 微 小 絨 毛, 4 因 為 水 滴 在 蓮 葉 表 面 上 的 微 小 絨 毛 的 接 觸 角 高 達 140 度, 所 以 水 很 難 停 留 在 葉 面 上, 如 圖 1-10 蓮 花 效 應 示 意 圖 [5] 因 此 當 水 滴 滾 過 灰 塵 時, 灰 塵 與 水 滴 的 接 觸 面 較 大, 相 對 的 彼 此 的 吸 附 力 較 強, 所 以 灰 塵 就 這 樣 比 水 滴 給 帶 走, 這 就 是 代 表 著 應 用 蓮 花 效 應 的 奈 米 鍍 膜 層 不 但 有 防 水 滴 與 除 霧 功 能, 且 也 有 自 我 潔 淨 的 效 果 目 前 此 奈 米 鍍 膜 可 應 用 在 金 屬 塑 膠 及 玻 璃 材 質 上, 但 此 應 用 也 只 能 用 於 IP Camera 鏡 頭 或 是 鏡 頭 球 罩 表 面 之 去 霧 防 污 效 果, 如 果 用 來 防 止 IP Camera 內 部 起 霧 現 象 的 對 策 時, 此 鍍 膜 作 用 只 能 將 內 部 霧 氣 產 生 的 小 水 滴 分 化 或 撥 離 鏡 頭 球 罩, 但 並 為 將 內 部 濕 氣 去 除 或 避 免 內 部 產 生 起 霧, 所 以 只 可 為 治 標 而 不 是 真 正 可 治 本 的 方 式 材 料 表 面 改 質 ( 二 氧 化 鈦 塗 料 ) 6 二 氧 化 鈦 (TiO 2) 具 有 防 霧 除 臭 及 殺 菌 等 光 觸 媒 功 能 其 方 法 是 以 改 善 材 料 表 面 之 親 水 性, 運 用 TiO2 塗 料 於 預 材 料 改 質 的 表 面 上, 再 加 藉 以 電 漿 作 沈 積 活 化 及 接 枝 聚 合 來 改 善 材 料 表 面 的 親 水 性, 所 以 當 水 滴 落 於 已 被 TiO2 表 面 改 質 的 材 料 時, 其 水 滴 落 於 已 做 改 質 的 材 料 表 面 上 其 形 狀 是 呈 現 是 幾 乎 完 全 平 垣 的, 而 與 材 料 表 面 未 做 改 質 處 理 前 的 則 是 水 滴 形 狀 完 整, 如 圖 1-11 二 氧 化 鈦 表 面 處 理 比 較 示 意 圖 所 示 因 TiO2 處 理 後 的 表 面 材 質, 其 水 滴 於 材 質 表 面 時 呈 現 較 平 垣 形 狀, 所 以 物 質 外 觀 表 面 上 看 是 光 滑 明 亮, 如 用 應 用 在 IP Camera 鏡 頭 的 透 明 玻 璃 或 塑 膠 材 質 的 外 罩 上, 其 鏡 頭 收 像 時 是 可 以 降 低 因 鏡 頭 外 罩 表 面 上 的 霧 氣 或 是 小 水 滴 來 影 響 收 像 品 質, 11

23 所 以 利 用 TiO2 材 質 特 性 改 變 基 材 的 親 水 性 及 表 面 纖 維 光 滑 性, 也 只 可 達 到 間 接 防 霧 效 果 而 且 目 前 TiO2 在 實 際 應 用 上, 因 為 生 產 設 備 較 高 及 有 限 制 性 的 技 術 問 題, 所 以 就 算 要 投 入 目 前 生 產 的 產 品 上 應 用, 其 設 備 與 技 術 是 重 要 的 可 行 性 考 量 綜 合 上 述 五 項 目 前 常 應 用 於 相 關 產 品 上 之 除 霧 方 法, 不 論 是 電 子 除 霧 的 影 像 後 處 理 方 法, 或 是 利 用 特 殊 材 料 特 性 上 的 奈 米 鍍 膜 方 式 來 以 增 加 物 質 的 超 疏 水 性 或 增 加 親 水 性 等 方 法, 目 前 此 些 方 式 也 都 只 算 是 間 接 防 霧 的 對 策, 而 另 外, 防 潮 包 雖 然 是 可 用 來 吸 附 IP Camera 內 部 空 氣 中 的 濕 氣, 但 在 使 用 壽 命 上 及 時 間 限 制 上 卻 不 是 永 久 的 有 效 對 策 因 此, 以 上 述 目 前 除 霧 的 方 式, 並 不 適 用 於 此 分 析 研 究 中 IP Camera 應 用 Gore-Tex 時 所 造 成 起 霧 的 現 象, 所 以 來 探 討 分 析 IP Camera 應 用 薄 膜 起 霧 的 現 象 與 導 入 隔 離 薄 膜 水 氣 之 有 效 對 策, 看 起 來 是 有 其 必 要 性 的 1.6 研 究 動 機 實 際 開 發 產 品 防 暴 半 球 型 的 綱 路 監 視 器, 其 發 現 將 麥 克 風 整 合 於 機 殼 內 的 收 音 孔 結 構, 因 收 音 孔 結 構 需 要 達 防 水 等 級 IP67 且 同 時 又 要 能 確 保 收 音 品 質 的 功 效, 因 此 監 視 器 上 選 用 了 Gore-Tex 專 為 麥 克 風 收 音 用 途 所 使 用 的 GAW324 型 號 特 殊 透 氣 薄 膜 材 質, 且 其 符 合 了 產 品 機 構 設 計 上 防 水 性 收 音 性 及 結 構 整 合 性 的 設 計 需 求 考 量 但 實 際 上, 產 品 初 期 驗 證 時 都 會 發 生 機 殼 內 部 空 氣 受 到 電 路 板 上 所 產 生 的 高 溫 影 響 後 而 產 生 起 霧 的 現 象, 而 以 往 對 防 範 起 霧 的 作 法 皆 是 12

24 以 預 放 置 於 機 殼 內 部 的 防 潮 包 方 法, 但 其 實 只 為 治 標 而 不 是 治 本 的 方 法, 而 且 放 置 的 防 潮 包 也 會 有 使 用 上 的 壽 命 問 題 及 後 續 保 養 安 裝 替 換 的 不 便 性, 因 此 想 以 實 際 上 監 視 器 產 品 所 應 用 發 生 的 Gore-Tex 薄 膜 起 霧 現 象, 來 介 紹 實 際 應 用 上 解 決 的 對 策 方 法 與 探 討 應 用 薄 膜 造 成 起 霧 的 相 關 原 因 分 析 13

25 圖 1-1 IP Camera 主 要 系 統 架 構 圖 資 料 來 源 :Copyright Brickcom Corporation, IP Camera Roadmap Presentation, All Rights Reserved.2010/12/8 14

26 圖 1-2 NVR 系 統 應 用 示 意 圖 資 料 來 源 :Copyright Brickcom Corporation, All Rights Reserved.2009/12/10 圖 1-3 CMS(Central Management System) 典 型 系 統 架 構 圖 資 料 來 源 :Copyright Brickcom Corporation, All Rights Reserved.2010/12/8 15

27 圖 1-4 複 雜 型 CMS 系 統 架 構 圖 資 料 來 源 :Copyright Brickcom Corporation, IP Camera Roadmap Presentation, All Rights Reserved. 16

28 圖 1-5 IK10 等 級 防 暴 等 級 實 際 測 試 情 況 資 料 來 源 :Copyright Brickcom Corporation, IPCG-109 IK10 防 暴 測 試, All Rights Reserved.2010/9/6 圖 1-6 IK 值 防 爆 等 級 測 試 載 具 示 意 圖 17

29 圖 1-7 IEC 防 水 等 級 測 試 規 範 內 容 敘 述 資 料 來 源 :IEC60529:200 條 例 之 防 水 保 護 結 構 等 級 說 明 及 測 試 方 法,Oct 修 訂 版 18

30 圖 1-8 IP Camera 起 霧 時 與 未 起 霧 時 情 況 之 照 片 比 較 19

31 TYVEK : 採 用 美 國 杜 邦 公 司 (Du Pont) 生 產 之 TYVEK 包 材 特 製 而 成 符 合 美 軍 規 格 MIL-D-3464E TYPE II NON-DUSTING 最 高 要 求 之 包 材 不 發 塵 表 面 並 經 電 暈 處 理, 具 有 抗 靜 電 蓄 積 之 特 性 印 刷 美 觀 精 緻 吸 溼 速 度 快, 最 適 用 於 高 效 能 高 精 度 要 求 之 半 導 體 封 裝 測 試 業 及 醫 藥 業 不 織 布 (NON-WOVEN CLOTHES ): 最 普 及 的 包 裝 材 料 孔 隙 度 大 吸 濕 最 快 適 用 於 一 般 物 品, 如 五 金 工 具 機 械 設 備 等 之 防 潮 及 除 濕 用 PET 複 合 材 料 : 特 殊 雙 層 複 合 材 料 加 表 面 處 理 而 得 之 包 材 低 發 塵 量 印 刷 清 晰 美 觀 大 方, 特 殊 針 孔 透 氣 處 理, 吸 濕 性 佳, 廣 受 食 品 業 及 製 藥 業 歡 迎 透 明 玻 璃 紙 : 完 全 透 明 用 肉 眼 可 立 即 觀 察 藍 色 乾 燥 劑 之 顏 色 變 化 ( 吸 濕 後 會 變 成 粉 紅 色 ), 藉 以 了 解 吸 濕 狀 態 主 要 應 用 於 各 式 藥 品 包 裝 內 圖 1-9 常 用 類 型 之 防 潮 包 型 式 資 料 來 源 : 瑩 光 化 學 股 份 有 限 公 司. YING KUANG CHEMICAL CO.,LTD. 20

32 圖 1-10 蓮 花 效 應 示 意 圖 資 料 來 源 : 圖 1-11 二 氧 化 鈦 表 面 處 理 比 較 示 意 圖 資 料 來 源 : 奈 米 級 加 工 材 料 於 紡 織 及 生 醫 材 上 之 應 用 研 究, 行 政 院 原 子 能 委 員 會 委 託 研 究 計 劃 研 究 告, 民 國 九 十 四 年 十 二 月 七 日 21

33 表 1-1 傳 統 監 視 器 與 IP Camera 的 比 較 說 明 22

34 表 1-2 IP Camera 類 型 分 類 表 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., BU4-Group Brickcom, IP Camera Roadmap Presentation, All Rights Reserved. 23

35 表 1-3 防 暴 等 級 IK 值 定 義 說 明 資 料 來 源 : Governing Standard BS EN50155 Railway Application-Electronic equipment used on rolling stock,shock and Vibration Testing. 24

36 第 二 章 Gore-Tex 材 質 說 明 與 應 用 2.1 PTFE 材 質 簡 介 Gore-Tex 透 氣 薄 膜 的 主 要 原 料 成 份 為 聚 四 氟 乙 稀 化 合 物 (Polytetrafluoroethylene), 簡 稱 PTFE 7 其 最 早 發 現 聚 四 氟 乙 烯 是 於 西 元 1938 年 的 俄 國 人 羅 義 甫 南 克 (Roy J. Plunkett), 而 後 來 由 甫 南 克 在 杜 邦 公 司 的 工 作 是 有 關 氟 氯 碳 化 物 (Freon, chlorofluorocarbon) 的 製 造, 其 製 造 原 料 是 四 氟 乙 烯 有 一 天 早 上 他 的 助 理 在 實 驗 時, 扭 開 一 個 裝 有 四 氟 乙 烯 的 高 壓 氣 缸 瓶, 但 沒 有 氣 體 釋 放 出 來, 確 認 開 關 並 沒 有 問 題, 就 將 氣 缸 瓶 鋸 開, 他 發 現 裡 面 有 一 堆 白 色 粉 末, 就 用 手 抓 一 把, 這 些 粉 末 非 常 滑 潤, 無 味, 也 不 會 沾 黏 在 氣 缸 瓶 壁 上 進 一 步 做 化 學 分 析, 發 現 這 些 白 色 粉 末 是 四 氟 乙 烯 的 聚 合 物, 也 就 是 俗 稱 的 鐵 氟 龍 材 質 而 又 後 來 杜 邦 公 司 中 有 位 員 工 高 爾 (William L. Gore), 其 對 鐵 氟 龍 的 應 用 有 特 別 的 貢 獻, 例 如 用 鐵 氟 龍 來 做 電 線 的 保 護 外 層 是 他 想 出 來 的, 他 又 設 計 露 營 用 的 鐵 氟 龍 帳 篷, 可 防 水, 還 有 透 氣 功 能, 而 後 來 高 爾 自 己 成 立 公 司 推 出 許 多 GORE-TEX 的 產 品, 如 具 有 防 水 防 風 和 透 氣 功 能 的 衣 服 鞋 子 和 手 套 等 在 物 理 特 理 上, 聚 四 氟 乙 烯 在 室 溫 下 為 一 白 色 固 體, 密 度 約 為 2.2 克 / 立 方 公 分 根 據 杜 邦 公 司 的 記 載, 其 熔 點 為 327 C(620.6 F), 但 於 260 C (500 F) 以 上 就 會 變 質, 它 的 摩 擦 係 數 為 小 於 或 等 於 0.1, 所 以 是 目 前 已 知 摩 擦 係 數 最 少 的 固 體 物 質 其 聚 四 氟 乙 烯 在 常 態 下 是 無 毒 性 的, 但 如 當 聚 四 氟 乙 烯 煮 食 器 具 在 溫 度 達 到 500 F(260 ) 之 後 便 會 開 始 變 質, 且 在 660 F(350 ) 以 上 會 開 始 分 解, 這 些 聚 四 氯 乙 烯 的 剝 蝕 物 可 使 生 禽 動 物 致 死, 並 且 也 會 使 人 產 生 類 似 流 感 的 癥 狀 25

37 8 PTFE 主 要 的 單 體 來 源 是 由 氟 化 鈣 與 硫 酸 作 用 後, 而 得 到 氟 化 氫 產 物 後 再 與 三 氯 甲 烷 作 用 而 形 成 二 氟 氯 甲 烷, 並 經 由 平 衕 反 應 後 得 到 四 氟 化 乙 烯 單 體, 經 加 成 聚 合 反 應 後 再 得 到 聚 四 氟 化 乙 烯 聚 合 體 其 聚 四 氟 乙 烯 的 化 學 反 應 式 與 結 構 式 如 圖 2-1 中 所 示 在 台 灣 PTFE 譯 為 鐵 氟 龍, 一 般 常 作 為 不 粘 塗 層 的 原 料, 所 以 它 是 一 種 人 工 合 成 高 分 子 材 料 這 種 材 質 是 一 種 高 結 晶 無 色 無 味 具 有 抗 酸 抗 鹼 抗 有 機 溶 劑 的 特 點, 其 抗 化 學 性 質 也 相 當 高, 所 以 幾 乎 不 溶 於 所 有 的 溶 劑, 也 幾 乎 不 溶 於 水 同 時, 聚 四 氟 乙 烯 具 有 耐 高 溫 的 特 點, 它 的 摩 擦 係 數 極 低, 可 作 潤 滑 作 用, 亦 當 作 水 管 內 層 的 理 想 塗 料 而 Gore-Tex 就 是 利 用 聚 四 氯 乙 烯 原 料, 再 加 上 特 殊 製 程 設 備 來 做 成 膨 體 聚 四 氯 乙 烯 (Expand Polytetrafluoroethene, 簡 稱 eptfe) 之 薄 膜 材 料 2.2 eptfe 薄 膜 製 程 介 紹 先 說 明 其 PTFE 主 要 製 程 方 式 主 要 有 : 預 壓 胚 料 階 段 擠 製 押 出 階 段 輾 壓 成 型 階 段 延 伸 成 型 階 段 共 四 個 段 階 9 其 原 理 利 用 聚 四 氟 乙 烯 在 19 C 是 其 材 料 的 結 晶 溫 度 轉 換 點, 所 以 控 制 在 19 C 以 下 並 將 其 先 以 預 壓 加 工 的 方 式 製 成 預 備 押 出 品 的 胚 料, 再 以 加 工 溫 度 19 C 以 上 利 用 模 具 成 型 方 式 押 出 纖 維 化 的 薄 片 型 式 或 條 狀 型 式 的 基 材, 然 後 再 以 輾 壓 製 程 使 薄 片 或 條 狀 型 式 的 材 料 加 工 成 為 薄 膜 基 材, 最 後 為 了 使 得 薄 膜 上 的 氣 孔 變 得 緻 密 且 均 勻, 再 利 用 一 次 的 延 伸 成 型 加 工 方 式 來 控 制 薄 膜 上 孔 徑 的 產 生 及 大 小, 並 且 提 升 薄 膜 氣 孔 率 及 均 勻 度 特 性 如 圖 2-2 為 製 作 薄 膜 延 伸 成 型 的 機 台 加 工 情 形 如 上 所 述 是 在 第 一 次 延 伸 成 型 後 的 薄 膜 材 料, 但 其 纖 維 組 織 是 還 未 具 有 三 維 結 構 的 特 徵 為 了 讓 聚 四 氟 乙 烯 薄 膜 上 的 纖 維 組 織 變 成 為 三 維 結 構 的 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 26

38 薄 膜, 所 以 又 在 第 一 次 延 伸 成 型 後 的 薄 膜 待 其 冷 卻, 再 加 以 用 特 殊 製 的 滾 輪 機 台 再 次 延 伸 壓 製, 此 時 第 二 次 的 延 伸 成 型 機 台 所 用 之 滾 輪 設 備, 其 滾 輪 面 上 是 有 特 定 專 利 的 三 維 結 構 形 狀, 此 輪 面 形 狀 也 就 是 決 定 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 薄 膜 上 纖 維 的 三 維 結 構 而 此 階 段 的 主 要 控 制 因 素 包 含 了, 機 台 之 不 同 型 式 滾 輪 壓 製 的 程 序 滾 輪 之 控 制 轉 速 加 熱 輪 的 控 制 溫 度 特 殊 之 輪 面 上 三 維 結 構 及 薄 膜 材 料 延 伸 拉 出 速 度 等, 來 使 PTFE 薄 膜 變 為 eptfe 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 的 結 構 如 圖 2-3 為 eptfe 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 製 程 之 流 程 示 意 圖 2.3 Gore-Tex 特 性 及 應 用 eptfe 微 孔 薄 膜 由 100% 純 PTFE 製 成, 而 成 為 膨 體 聚 四 氯 乙 烯 eptfe 其 孔 徑 一 般 在 0.2~15 m, 而 孔 隙 率 高 達 80~97% 且 孔 徑 均 勻 強 度 大, 如 圖 2-4 為 Gore-Tex 纖 維 薄 膜 的 細 小 孔 洞 之 放 大 照 片 其 薄 膜 每 平 方 吋 分 佈 了 90 億 個 比 水 滴 小 20,000 倍, 所 以 可 使 雨 水 和 冰 雪 不 能 滲 透, 而 另 外 薄 膜 裡 加 入 了 一 種 抗 油 性 物 質, 其 有 效 阻 擋 油 份 滲 入 的 可 能, 而 每 個 小 孔 比 水 蒸 汽 大 七 百 倍, 所 以 空 氣 可 輕 易 通 過 薄 膜 蒸 發 10 Gore-Tex 薄 膜 因 為 防 水 透 氣 性 能 好 壽 命 長, 性 能 穩 定, 且 適 用 溫 度 210 C~260 C 的 可 耐 溫 度, 又 其 抗 腐 蝕 耐 強 酸 強 鹼 防 水 透 濕 防 風 絕 緣 不 易 老 化 無 毒 無 污 染, 及 耐 水 壓 10000mmH2O, 透 濕 量 8000~10000g/m 2 等 所 以, 薄 膜 可 以 加 工 成 各 種 不 同 透 水 性 或 透 氣 性 等 级 的 織 物, 而 現 行 也 有 應 用 於 氣 體 除 菌 過 濾, 有 機 溶 液 過 濾 分 離, 強 酸 強 鹼 過 濾 及 容 器 防 水 透 氣 孔 等 應 用 產 品 也 因 此 薄 膜 的 特 性, 此 材 質 的 產 業 也 愈 來 愈 多, 例 如 : 目 前 市 面 上 標 榜 防 水 防 風 和 透 氣 的 GORE-TEX( 鐵 氟 龍 纖 維 ) 產 品 成 衣 還 有 用 於 液 體 過 濾 的 覆 合 濾 料, 實 現 27

39 表 面 過 濾, 清 灰 容 易, 過 濾 效 率 高, 優 化 面 料 特 性 容 器 防 水 透 氣 通 氣 孔, 汽 車 零 件 通 氣 高 溫 蒸 汽 過 濾, 氣 體 除 菌 過 濾 電 池 隔 膜 性 能 及 需 要 防 水 特 性 之 3C 產 品 等 在 其 它 應 用 的 領 域 還 有 醫 療 植 入 物 工 業 薄 膜 技 術 電 子 設 備 的 高 級 介 質 材 料 等 例 如 醫 療 植 入 物 是 運 用 其 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 (eptfe) 是 纯 惰 性 且 具 有 多 微 孔 结 構, 可 以 用 於 多 種 康 復 解 决 方 案, 包 括 用 於 軟 组 織 再 生 的 人 造 血 管 和 補 片 以 及 用 於 血 管 心 臟 普 通 外 科 和 整 形 外 科 的 手 術 缝 合 所 以 用 於 醫 療 產 品 具 有 非 常 强 的 生 物 適 應 性, 不 會 引 起 機 體 的 排 斥, 可 使 人 體 與 機 體 本 身 的 组 織 協 調 共 處, 並 恢 復 其 正 常 功 能 而 工 業 薄 膜 技 術 則 是 利 用 各 種 獨 特 的 微 結 構 及 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 的 化 學 惰 性 和 熱 穩 定 性, 從 而 生 產 一 系 列 的 高 性 能 過 濾 器 介 質, 並 可 用 於 化 學 藥 品 和 高 溫 過 濾 用, 也 可 製 成 Gore 過 濾 袋 過 濾 盒 微 過 濾 薄 膜 及 過 濾 孔 吸 附 產 品 等, 這 些 產 品 可 以 使 用 於 化 工 廠 焚 化 爈 食 品 廠 及 藥 廠 等 的 排 放 污 染 物 的 控 制 應 用, 以 降 低 造 成 環 境 的 破 壞 另 外, 應 用 於 電 子 設 備 的 介 質 材 料, 主 要 是 利 用 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 的 低 損 耗 與 低 介 電 常 數 特 性, 所 以 成 為 保 護 電 線 和 電 纜 的 理 想 絕 緣 材 料, 而 多 孔 性 結 構 可 使 訊 號 損 耗 的 失 真 率 降 低, 使 得 傳 送 的 訊 號 可 近 似 光 速 的 速 度 進 行 傳 輸 目 前, 戈 爾 (Gore) 公 司 已 有 生 產 其 系 列 電 子 產 品 包 括 銅 芯 電 纜 和 光 纖 電 纜 电 纜 系 统 印 刷 電 路 板 材 料 導 电 界 面 產 品 和 屏 蔽 墊 圈 等, 廣 泛 應 用 於 電 信 計 算 機 測 試 與 測 量 國 防 航 空 與 航 空 市 場 等 諸 多 高 性 能 高 挑 戰 性 的 領 域 28

40 圖 2-1 PTFE( 聚 四 氟 乙 烯 ) 化 學 反 應 式 與 結 構 式 圖 2-2 薄 膜 延 伸 成 型 之 機 台 加 工 情 形 資 料 來 源 : 參 考 Phillip Scientific lnc. 薄 膜 技 術 中 心 之 資 料 照 片 29

41 [8] 圖 2-3 eptfe 膨 體 聚 四 氟 乙 烯 製 程 之 流 程 示 意 圖 30

42 圖 2-4 為 Gore-Tex 纖 維 薄 膜 的 細 小 孔 洞 之 放 大 照 片 資 料 來 源 :Wikimedia, 31

43 第 三 章 實 驗 設 定 與 方 法 說 明 實 驗 的 溫 濕 度 可 靠 度 測 試 機 選 用 了 ETCA-TH411A 型 號 的 溫 濕 度 控 制 可 靠 度 測 試 機 設 備, 如 圖 3-1 所 示 ETCA-TH411A 溫 濕 度 可 靠 度 測 試 機, 其 測 試 溫 度 設 定 範 圍 可 從 -40 C 至 +100 C, 相 對 濕 度 設 定 範 圍 則 可 從 20%RH 至 98%RH, 其 餘 較 詳 細 的 ETCA-TH411A 溫 濕 度 可 靠 度 測 試 機 規 格 說 明 表, 表 3-1 所 示 而 實 驗 測 試 機 台 以 現 有 IP Camera 產 品 作 為 測 試 對 象, 主 要 此 實 驗 機 台 本 身 應 用 Gore-Tex 透 氣 薄 膜 作 為 麥 克 風 之 收 音 孔, 已 達 到 IP67 防 水 的 結 構 需 求, 其 如 圖 3-2 為 此 台 IP Camera 測 試 機 台 內 部 結 構 說 明 圖, 而 圖 3-2 中 麥 克 風 Silicone Rubber 主 要 是 作 為 防 止 薄 膜 由 空 氣 中 帶 入 濕 氣 的 作 用, 所 以 實 驗 中 分 為 Test-1 Test-2 有 作 隔 離 水 氣 對 策 與 Test-3 Test-4 無 作 隔 離 水 氣 對 策 的 實 驗 測 試 結 果, 並 藉 由 Test-3 Test-4 的 實 驗 量 測 數 據 結 果, 來 說 明 透 氣 薄 膜 由 空 氣 中 所 帶 進 的 濕 氣 與 各 點 之 Channel 溫 度, 其 為 何 造 成 起 霧 的 原 因 分 析 說 明 3.1 DQE 量 測 方 法 簡 介 DQE(Device Requirements Evaluation) 實 驗 目 的 是 以 相 關 電 子 產 品 其 對 於 產 品 的 信 賴 性 測 試 及 產 品 穩 定 性 的 品 質 保 證 的 驗 證 方 法 而 本 實 驗 DQE 的 裝 置 規 格 說 明 如 表 3-1 所 示 而 在 目 前 DQE 測 試 中 項 目 大 可 分 成 :ESD 靜 電 防 護 安 全 評 估 HALT 重 力 加 速 度 壽 命 測 試 EMI 電 磁 波 傷 害 評 估 產 品 工 作 溫 度 穩 定 性 及 相 關 產 品 使 用 電 子 元 件 耐 侯 性 的 評 估 指 標, 而 此 些 測 試 之 目 的 就 是 為 了 讓 產 品 的 設 計 過 程 中 提 供 設 計 者 作 為 品 質 驗 證 參 考, 並 可 確 保 出 貨 產 品 之 安 全 無 虞 如 圖 3-3 為 DQE 品 工 作 溫 度 測 試 評 估 測 試 方 法 與 設 備 裝 置 說 明 因 為 實 驗 目 的 是 欲 求 測 試 機 台 內 部 之 主 要 發 散 電 子 元 件 工 作 溫 度 及 機 殼 內 部 結 構 相 關 區 域 的 表 32

44 面 溫 度, 其 利 用 熱 電 偶 的 溫 度 感 測 器 (Thermal Recorder), 將 所 需 量 測 產 品 上 的 各 電 子 元 件 表 面 及 其 它 機 殼 組 件 表 面 用 熱 電 偶 線 的 連 接 固 定 後, 再 將 測 試 物 放 置 於 溫 濕 度 測 試 機 台 內, 然 後 依 Chamber 測 試 條 件 的 環 境 溫 度 濕 度 或 循 環 時 間 設 定 後, 其 經 由 Recorder 的 訊 號 傳 給 電 腦 分 析 後, 輸 出 為 各 量 測 點 的 即 時 溫 度 變 化 觀 察 及 記 錄 溫 度 時 間 曲 線 圖 方 式 的 輸 出 數 據 資 料 3.2 設 定 實 驗 條 件 說 明 因 為 監 視 器 產 品 必 需 長 時 間 處 於 戶 外 的 環 境, 且 隨 安 裝 的 地 點 氣 候 環 境 條 件 或 地 理 位 置 不 同 而 出 現 不 同 的 氣 候 條 件, 而 自 然 氣 候 環 境 中 溫 度 與 濕 度 又 是 無 法 分 離 的, 像 是 台 灣 屬 海 島 型 氣 候, 終 年 濕 度 偏 高, 但 大 陸 型 氣 候 則 日 夜 變 化 極 大, 根 據 IEC60721 之 氣 候 調 查 得 知, 無 論 地 理 位 置 如 何 不 同, 在 溫 度 與 濕 度 環 境 上 均 存 在 著 四 種 組 合 狀 態 : 高 溫 與 低 濕 高 溫 與 高 濕 低 溫 與 高 濕 及 低 溫 與 低 濕, 參 考 IEC60721 與 ETSI 歐 洲 通 訊 設 備 環 境 試 驗 規 範 中 的 設 定 建 議, 及 考 量 到 台 灣 環 境 氣 候 之 濕 氣 較 重, 實 驗 以 參 考 台 灣 氣 象 近 十 年 之 平 均 濕 度 作 為 相 對 濕 度 的 設 定 值, 如 圖 3-4 與 表 3-2 為 1990 至 1999 年 台 灣 氣 象 統 計 的 台 灣 環 境 的 各 地 平 均 濕 度, 依 此 資 料 算 得 台 彎 平 均 十 年 的 平 均 濕 度 為 78%RH, 但 為 了 確 保 測 試 產 品 的 使 用 上 安 全 性 考 量, 實 驗 設 定 之 相 對 濕 度 值 選 以 較 高 的 85% RH 作 為 模 擬 依 據 而 另 外 溫 度 設 定 值 方 面, 因 為 IP Camera 所 架 設 的 地 點 均 使 用 在 戶 外 環 境 較 多, 且 每 年 地 球 暖 化 的 速 度 成 長 下, 全 球 各 地 夏 季 環 境 溫 度 高 達 35 C 以 上 的 情 形 常 常 發 生, 再 加 上 如 果 使 用 環 境 的 地 理 區 域 是 屬 於 大 陸 型 氣 候 國 家 或 是 沙 漠 地 區, 其 夏 季 溫 度 更 可 能 達 到 40 C 以 上, 所 以 實 驗 中 的 溫 度 設 定 值, 取 環 境 溫 度 35 C 及 55 C 來 設 定 模 擬 之 因 此 Chamber 實 驗 環 境 的 溫 度 與 濕 度 設 定 條 件, 分 別 將 以 高 溫 高 濕 55 C/85% RH 與 35 C/85% RH 兩 種 模 擬 設 定 條 件 來 實 測 33

45 3.3 裝 置 步 驟 說 明 實 驗 測 試 的 IP Camera 的 機 台 裝 置, 主 要 結 構 組 件 由 上 下 蓋 鋁 合 金 金 屬 殼 塑 膠 電 路 板 保 護 殼 塑 膠 鏡 頭 透 明 球 罩 PCB 電 路 板 與 相 關 防 水 零 件 組 成, 如 圖 3-5 至 圖 3-12 其 主 要 電 路 板 上 的 發 熱 電 子 元 件 則 如 圖 3-5 圖 3-6 所 示 之 主 要 發 熱 元 件, 並 拉 出 Channel-1 Channel-2 Channel-3 Channel-4 Channel-5 Channel-6 Channel-7 共 七 條 Thermocouple 測 溫 線 量 測 電 子 發 熱 元 件 的 工 作 溫 度 另 外, 為 了 量 測 出 當 機 台 達 至 平 均 工 作 溫 度 後 的 機 殼 內 相 關 Channel 點 的 溫 度, 實 驗 量 測 方 式 在 其 上 蓋 內 部 下 蓋 內 部 塑 膠 電 路 板 保 護 殼 及 塑 膠 鏡 頭 透 明 球 罩 等 四 處, 分 別 也 黏 接 上 Thermocouple 測 溫 線 來 量 測 其 各 內 部 區 域 點 的 溫 度 變 化, 如 圖 3-7 圖 3-8 圖 3-9 所 示 為 Channel-8 Channel-9 Channel-10 Channel-11 等 四 點 之 量 測 點 而 為 了 不 影 響 原 有 IP Camera 機 台 之 氣 密 性, 將 實 驗 機 台 的 下 蓋 處 先 行 鑽 孔 讓 測 溫 線 可 由 機 台 內 部 穿 出 外 部, 再 將 上 述 之 已 黏 接 好 的 測 溫 線 全 部 束 好 後 以 熱 熔 膠 將 出 線 孔 封 住, 以 確 保 隔 離 住 外 部 的 空 氣 不 會 由 此 出 線 孔 流 通, 如 圖 3-10 所 示 以 上 Thermocouple 的 測 溫 線 連 接 完 成 後, 再 將 上 述 各 組 件 組 成 完 整 待 測 機 台, 並 放 置 於 溫 濕 度 可 靠 度 測 試 機 Chamber 內, 並 同 時 拉 出 四 條 Thermocouple 測 溫 線 Channel-12 Channel-13 Channel-14 Channel-15 作 為 感 測 監 控 Chamber 內 四 周 的 空 氣 溫 濕 度 變 化, 詳 如 圖 3-11 所 示 如 上 裝 置 機 台 之 前 置 準 備 步 驟 完 成 後, 必 需 注 意 事 項 如 下 : 在 將 ETCA-TH411A 溫 濕 度 可 靠 度 測 試 機 開 機 前, 最 好 先 確 認 加 溼 的 水 泵 浦 之 儲 水 槽 的 水 量 是 否 足 夠, 避 免 設 定 環 境 濕 度 後 因 水 量 不 足 而 達 不 到 所 設 定 之 相 對 濕 度 值, 另 外,Thermal Recorder 部 份, 可 以 先 以 確 認 Thermocouple 連 接 的 Channel-12 Channel-13 Channel-14 Channel-15 四 點 連 接 測 量 Chamber 內 四 周 環 境 溫 度 值 是 否 與 環 境 溫 度 34

46 有 差 異, 這 樣 可 確 認 測 溫 線 的 量 測 值 誤 差 是 否 差 異 太 大, 或 是 需 要 重 新 檢 查 所 有 Thermocouple 連 接 的 確 感, 以 確 保 避 免 實 驗 的 失 敗 3.4 研 究 方 法 對 策 實 驗 說 明 比 較 實 驗 中 為 了 說 明 有 無 麥 克 風 收 音 孔 的 隔 離 水 氣 結 構 對 策 對 於 起 霧 現 象 影 響, 所 以 實 驗 分 為 Test-1 與 Test-2 的 Chamber 設 定 環 境 測 試 條 件 分 別 為 55 C/85% RH 與 35 C/85% RH, 且 以 麥 克 風 收 音 孔 結 構 是 以 有 加 上 隔 離 水 氣 結 構 的 測 試 對 策 ; 另 外, 實 驗 Test-3 與 Test-4 的 Chamber 設 定 環 境 測 試 條 件 也 分 別 為 55 C/85% RH 與 35 C/85% RH, 但 麥 克 風 收 音 孔 結 構 上 是 以 沒 有 加 上 隔 離 水 氣 結 構 的 對 策 來 以 來 比 較 區 分 因 此 Test-1 與 Test-2 的 實 驗 操 作 是 先 將 測 試 機 台 中 的 電 路 板 上 SMT Type 型 式 麥 克 風 元 件, 在 其 電 路 板 上 先 貼 好 矽 膠 材 質 的 橡 膠 墊 片 做 為 麥 克 風 收 音 孔 隔 離 外 部 濕 氣 進 入 之 作 用 ; 另 外,Test-3 與 Test-4 的 實 驗 操 作 則 是 電 路 板 上 不 貼 矽 膠 材 質 的 橡 膠 墊 片, 如 圖 3-12 照 片 所 示 為 實 際 電 路 板 上 麥 克 風 收 音 孔 隔 離 水 氣 結 構 之 矽 膠 材 質 墊 片 黏 貼 位 置 圖 與 表 3-3 實 驗 設 定 比 較 說 明 表 所 示 Chamber 初 始 蒸 氣 分 壓 P v 值 的 求 法 另 外, 已 知 實 驗 設 備 的 溫 濕 度 可 靠 度 測 試 機 Chamber 設 置 環 境 條 件 為 標 準 大 氣 壓 下 之 環 境, 另 外 Chamber 的 實 驗 設 定 初 始 環 境 條 件 分 別 為 55 C/85% RH 與 35 C/85% RH, 因 此 可 利 用 查 表 3-4 之 飽 和 水 - 蒸 氣 壓 力 表 ( 溫 度 表 ), 可 分 別 查 出 當 下 Chamber 於 環 境 設 定 溫 度 55 C 與 環 境 設 定 溫 度 於 35 C 時, 其 各 溫 度 之 時 Chamber 內 空 氣 的 飽 和 蒸 氣 壓 P vs 值 ( P vs1與 P vs2 ); 另 外, 因 Chamber 實 驗 之 測 試 空 間 為 密 閉 且 35

47 容 積 固 定 而 環 境 溫 度 也 是 設 定 在 控 制 的 溫 度 範 圍 內, 所 以 實 驗 中 的 Chamber 可 視 為 固 定 容 積 固 定 溫 度 環 境, 即 可 視 為 定 容 定 溫 環 境 而 上 述 已 知 實 驗 測 試 過 程 皆 於 標 準 大 氣 壓 下 進 行, 因 此 依 據 理 想 氣 體 狀 態 方 程 式 的 定 容 定 溫 下 環 境 條 件 的 分 壓 定 律 P n, 亦 可 假 設 當 Chamber 設 定 相 對 濕 度 為 85% RH 時, 其 空 氣 中 水 蒸 氣 含 量 與 蒸 氣 分 壓 P v 值 會 是 正 比 關 係, 所 以 利 用 公 式 (3-9), 將 Chamber 環 境 溫 度 55 C 與 35 C 之 時 設 定 的 相 對 濕 度 值 及 查 得 之 的 P vs1值 與 P vs2 值 分 別 代 入 公 式 中, 即 可 求 得 Chamber 初 始 環 境 溫 度 的 蒸 氣 分 壓 P v1 值 與 P v2 值, 其 P v1 P v2 的 計 算 如 下 : 一 大 氣 壓 1atm= Pa, 且 利 用 查 表 3-4 得 : 當 Chamber 環 境 溫 度 為 55 C 時, 其 P vs1飽 和 蒸 氣 壓 為 Pa 當 Chamber 環 境 溫 度 為 35 C 時, 其 P vs2 飽 和 蒸 氣 壓 為 5628 Pa p v p vs 0.85%= P v1 / 得 P v1 = P a (55 C/85% RH 時, Chamber 內 的 蒸 氣 分 壓 ) p v p vs2 0.85%=PV1/5628 得 P v2 = P a (35 C/85% RH 時,Chamber 內 的 蒸 氣 分 壓 ) Channel 各 點 相 對 濕 度 值 的 求 法 而 實 驗 量 測 出 其 Chamber 設 定 條 件 下 透 過 薄 膜 進 入 IP Camera 殼 內 的 各 Channel 點 溫 度 之 時 相 對 濕 度 的 計 算, 是 根 據 公 式 (3-10) 來 計 算 出 各 Channel 點 溫 度 當 下 之 p vs 值, 再 利 用 上 述 已 求 得 之 Chamber 初 始 蒸 氣 分 壓 P v 值, 分 別 代 入 公 式 (3-9) 求 出 36

48 各 點 Channel 的 相 對 濕 度 值, 並 以 表 3-5 紀 錄 的 各 Channel 點 溫 度 值 及 相 對 濕 度 值 而 為 了 求 出 各 實 驗 Test-1~Test-4 的 初 始 Chamber 環 境 設 定 溫 度 與 濕 度 所 產 生 的 水 蒸 氣 壓 力, 且 由 環 境 中 透 過 薄 膜 進 入 於 IP Camera 內 的 蒸 氣 分 壓 Pv 外 部 是 以 假 設 實 驗 Test-3 Test-4 在 Chamber 內 的 初 始 飽 和 蒸 氣 壓 Pvs1 與 Pvs2, 其 所 造 成 透 過 薄 膜 進 入 殼 內 部 的 蒸 氣 分 壓 是 固 定 相 同, 即 如 上 述 已 計 算 求 出 的 初 始 Chamber 內 之 蒸 氣 分 壓 Pv1 與 Pv2 值, 而 Pv1 與 Pv2 進 入 殼 內 空 間 後 又 因 各 量 測 出 之 Channel 點 溫 度 不 同, 造 成 各 Channel 點 會 有 不 同 之 相 對 濕 度 區 分 所 以 依 據 理 想 氣 體 的 方 程 式 所 推 導 出 的 公 式 (3-9) (3-10), 先 以 求 得 之 初 始 Chamber 內 的 蒸 氣 分 壓 Pv1 Pv2 代 入 公 式 (3-9) 之 Pv 值, 再 以 查 表 3-5 求 得 當 下 殼 內 的 Channel 點 溫 度 所 代 表 的 最 大 飽 和 蒸 氣 壓 Pvs 值, 再 以 代 入 公 式 (3-9) 之 Pvs 值, 來 以 計 算 出 各 點 Channel 溫 度 時 之 對 應 的 相 對 濕 度 3.5 溫 濕 度 相 關 公 式 說 明 [11] 根 據 ASHERAE 使 用 手 冊, 在 一 大 氣 壓 環 境 其 溫 度 70 C 以 下 的 空 氣 混 合 物 可 視 為 理 想 氣 體 來 分 析, 且 相 關 熱 力 性 質 具 相 當 準 確 之 參 考 意 義 因 此 根 據 理 想 氣 體 狀 態 方 程 式 的 推 導 如 下 : P V n R T ( 乾 空 氣 ) (3-1) a a a P V n R T ( 水 蒸 氣 ) (3-2) v v v P V n R T ( 混 合 空 氣 ) (3-3) 其 中 T 為 乾 球 溫 度 係 指 一 般 溫 度 計 所 指 示 之 濕 空 氣 溫 度, 此 處 T 指 V 混 合 氣 總 容 積 內 的 乾 球 溫 度 之 絕 對 溫 度 K; P a 與 P v 分 別 為 純 空 氣 的 壓 力 與 蒸 氣 的 壓 力, P 則 37

49 為 混 合 空 氣 的 總 壓 力 ; n v 為 水 的 莫 耳 分 子 量 ( kg k mol ), n a 為 空 氣 的 莫 耳 分 子 量 ( kg k mol ), R 為 泛 用 氣 體 常 數 ( J k mol ) [12] 而 在 標 準 大 氣 壓 狀 況 下, 由 氣 體 分 子 與 水 蒸 氣 混 合 而 成 的 濕 空 氣 可 視 為 一 種 理 想 氣 體 故 此 特 性 可 適 用 於 吉 博 斯 - 道 爾 頓 之 分 壓 定 律 (Gibbs-Dalton law), 所 以 由 公 式 (3-3) 中,V 容 積 內 的 總 壓 力 P = P a + P v, 此 為 乾 空 氣 與 水 蒸 氣 合 併 之 偏 壓 而 混 合 空 氣 之 總 莫 耳 數 n n a n, 所 以 若 根 據 理 想 氣 體 與 公 式 (3-1) (3-2) v (3-3), 若 為 相 同 溫 度 T 及 相 同 容 積 V 情 況 下, 其 P n 正 比 之 關 係, 所 以 乾 空 氣 與 水 蒸 氣 的 莫 耳 分 率 可 以 用 壓 力 比 來 表 示, 則 x a 與 x v 為 : x a Pa ( P P a w ) Pa P (3-4) x v Pv ( P P ) a v P v P (3-5) 濕 度 比 (Humidity) 定 義 為 特 定 範 圍 中 空 氣 每 單 位 質 量 純 空 氣 m 中 所 含 的 水 蒸 氣 質 量 m, 即 為 絕 對 濕 度 之 水 蒸 氣 質 量 與 總 空 氣 質 量 之 比 值 若 為 理 想 氣 體 可 w w 依 根 據 公 式 (3-4) 與 (3-5) 之 莫 耳 分 率 比 (Mole Fraction Ratio) 以 及 壓 力 比 來 表 示 其 中 的 為 水 的 莫 耳 分 子 量 與 空 氣 的 莫 耳 分 子 量 之 比 值 mv xv pv pv 所 以, w (3-6) m x p p p a a a 飽 和 濕 度 比 (Saturation Humidity Ratio), 為 特 定 範 圍 中 空 氣, 在 某 相 同 溫 度 與 壓 力 下, 有 關 於 水 或 冰 的 飽 和 空 氣 濕 度 比 所 以 由 公 式 (3-6) 可 得 知, 其 某 一 溫 度 下 的 飽 和 絕 對 濕 度 也 可 以 表 示 為 : ws v a m x p vs vs vs vs ws (3-7) mas xas pas p pvs p 相 對 濕 度 (Relative Humidity) 在 同 溫 同 壓 條 件 下, 其 為 絕 對 濕 度 與 當 下 溫 度 38

50 時 的 最 高 絕 對 濕 度 之 比 值 所 以 由 公 式 (3-6) 與 (3-7) 可 知 相 對 濕 度 為 : p ( p p )] [ p ( p p )] (3-8) 簡 化 為 : [ v vs vs v p vs 為 某 一 溫 度 下 飽 和 蒸 氣 壓 的 壓 力, 由 於 p vs 及 p v 遠 小 於 P, 所 以 上 式 3-8 可 p v p vs (3-9) [12] 參 考, 克 勞 西 斯 - 克 拉 皮 龍 方 程 式 (Clausius-Clapeyron Equation) 可 表 示 水 蒸 氣 壓 力 與 溫 度 之 間 的 變 化 關 係, 同 時 亦 可 用 來 計 算 濕 空 氣 中 的 水 蒸 氣 壓 根 據 布 魯 克 (Brooker,1967) 則 提 出 以 下 當 乾 球 溫 度 於 K 至 K 溫 度 之 氣 壓 計 算 公 式 : p vs 蒸 p vs 2 db 3 db R exp[( A BT CT DT ET ) /( FT GT )] (3-10) db 4 db db 2 db 其 中 : R= A= B= C= D= e 3 E= e 7 F= G= e 2 其 利 用 公 式 3-10 與 套 入 實 驗 量 測 所 得 之 各 Channel 溫 度 值 代 入, 即 可 得 如 表 3-5 所 示 之 求 得 各 Channel 點 溫 度 時 的 相 對 濕 度 值 39

51 圖 3-1 ETCA-TH411A 溫 濕 度 控 制 可 靠 度 測 試 機 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., BU1-Group Brickcom, IP Camera Roadmap Presentation, All Rights Reserved. 40

52 圖 3-2 IP Camera 測 試 機 台 內 部 結 構 說 明 圖 41

53 圖 3-3 DQE 產 品 工 作 溫 度 測 試 評 估 方 法 與 設 備 裝 置 說 明 圖 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd, All Rights Reserved. 42

54 圖 年 台 灣 氣 象 十 年 來 每 月 平 均 濕 度 值 資 料 來 源 : 台 灣 氣 象 局 資 料, 地 區 逐 月 平 均 濕 度 值 變 動 圖, 43

55 圖 3-5 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-1 to 6. 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 圖 3-6 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-7. 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 44

56 圖 3-7 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-8. 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 圖 3-8 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-9. 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 45

57 圖 3-9 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-10~11. 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 46

58 圖 3-10 Thermocouple 測 溫 線 出 線 孔 處 其 封 膠 方 式 以 確 保 機 台 氣 密 性 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 47

59 圖 3-11 DQE-Device of Temperature test Point of Channel-12~15. 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 48

60 圖 3-12 實 際 電 路 板 上 麥 克 風 收 音 孔 隔 離 水 氣 結 構 之 矽 膠 材 質 墊 片 黏 貼 位 置 圖 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 49

61 表 3-1 ECTA-TH411A 溫 濕 度 控 制 可 靠 度 測 試 機 規 格 表 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 50

62 表 年 近 十 年 台 灣 每 月 各 地 平 均 濕 度 值 統 計 表 資 料 來 源 : 台 灣 氣 象 局 資 料, 地 區 逐 月 平 均 濕 度 值 表 表 3-3 實 驗 設 定 比 較 說 明 表 51

63 表 3-4 飽 和 水 - 蒸 氣 壓 力 表 ( 溫 度 表 ) 52

64 表 3-5 實 驗 量 測 數 據 紀 錄 表 - 各 Channel 點 之 溫 度 與 濕 度 變 化 情 況 53

65 第 四 章 實 驗 結 果 分 析 探 討 4.1 eptfe 細 微 纖 維 孔 結 構 與 水 分 子 之 特 性 分 析 探 討 如 圖 4-1 所 示, 為 研 究 對 象 之 Gore-Tex 型 號 GAW324 透 氣 薄 膜 實 物 照 片 及 結 構 說 明 示 意 圖 已 知 薄 膜 主 要 是 eptfe 的 結 構 組 成, 且 由 查 表 4-1 薄 膜 詳 細 規 格 的 特 性 所 知, 薄 膜 本 身 具 有 防 水 IP67 等 2 級 且 水 蒸 氣 穿 透 率 可 達 100 Kg / m / 24h, 由 此 可 知, 因 透 氣 薄 膜 之 特 性 所 致 其 外 部 空 氣 中 的 水 蒸 氣 或 濕 氣 會 穿 透 IP Camera 收 音 孔 之 薄 膜 進 入 機 殼 內 部, 所 以 如 圖 4-2 所 示, 以 實 際 有 效 對 策 之 隔 離 水 氣 對 策 結 構 測 試 比 較 說 明 結 果 可 知, 目 前 以 eptfe 材 質 應 用 所 製 成 的 防 水 透 氣 薄 膜, 因 薄 膜 的 細 微 孔 的 結 構 尺 寸 仍 大 於 水 蒸 氣 的 水 分 子, 所 以 對 空 氣 中 的 濕 氣 幾 乎 無 法 防 止 其 穿 透 薄 膜, 並 以 實 驗 作 不 同 條 件 下 其 有 隔 離 水 氣 對 策 及 無 隔 離 水 氣 對 策 來 做 以 比 對 應 證 另 外, 我 們 由 自 然 環 境 中 起 霧 的 解 釋 來 看, 當 空 氣 中 的 水 分 子 含 量 達 到 當 時 溫 度 之 飽 和 濕 度 時, 空 氣 中 會 因 更 多 的 水 分 子 進 入 而 造 成 水 分 子 析 出 成 為 小 水 滴 或 霧 氣 形 態, 或 者 是 空 氣 中 水 分 子 受 到 額 外 的 溫 度 升 高 後 而 產 生 蒸 發 情 況 而 成 為 水 蒸 氣 形 態, 所 以 若 以 水 分 子 體 積 大 小 方 面 來 分 析 常 見 的 霧 氣 與 水 蒸 氣, [13] 其 以 光 學 測 量 結 果 來 說 明, 最 常 見 的 水 分 子 的 半 徑 最 小 可 為 0.4~1μ m 左 右, 但 因 為 Gore-Tex 透 氣 薄 膜 的 膨 體 聚 四 氯 乙 烯 的 製 程 關 係, 其 細 微 孔 隙 結 構 的 孔 徑 尺 寸 大 小 一 般 會 在 0.2~15μ m 左 右 因 此 水 分 子 與 eptfe 的 物 理 特 性 分 析 來 推 判, 較 濕 的 空 氣 中 的 氣 化 型 態 之 水 分 子 還 是 會 54

66 穿 透 防 水 薄 膜 4.2 隔 離 水 氣 對 策 結 構 之 測 試 結 果 所 以 由 實 驗 Test-3 與 Test-4 實 驗 結 果 可 推 知, 其 產 生 起 霧 的 半 圓 型 透 明 球 罩 區 域 的 空 氣 已 達 其 當 時 溫 度 之 最 大 飽 和 濕 度, 而 因 透 氣 薄 膜 不 斷 由 Chamber 中 帶 進 水 分 子 進 入, 所 以 此 時 空 氣 中 多 餘 的 水 分 子 就 被 析 出 而 產 生 起 霧 情 形 因 此 以 實 驗 證 明 比 較, Test-3 與 Test-4 會 造 成 起 霧 皆 分 別 於 收 音 孔 結 構 沒 有 作 隔 離 外 部 Chamber 相 對 濕 度 85% RH 濕 氣 之 防 水 氣 結 構, 所 以 濕 氣 由 薄 膜 進 入 內 部 空 氣 後 其 相 對 濕 度 會 隨 時 間 拉 長 而 相 對 一 直 提 高, 也 就 是 說, Chamber 環 境 中 的 濕 氣 為 保 持 一 定 之 水 分 子 量, 而 因 為 濕 氣 不 斷 的 進 入 內 部 空 氣, 而 內 部 各 溫 度 區 域 的 空 氣 相 對 濕 度 也 會 一 直 提 高 至 飽 和 或 平 衡 狀 態, 因 此, 若 於 內 部 溫 度 較 低 區 域 的 空 氣 中 水 分 子 含 量 本 來 容 許 含 量 就 比 較 低 ( 飽 和 濕 度 較 低 ), 其 就 會 很 容 易 發 生 水 分 子 被 析 出 造 成 起 霧 現 象 反 之 對 於, 內 部 溫 度 較 高 的 區 域 其 空 氣 中 可 以 容 納 比 較 高 的 水 分 子 含 量 ( 飽 和 濕 度 較 高 ), 所 以 會 發 生 起 霧 的 機 率 也 就 相 對 較 低 也 較 不 易 產 生 另 外, 參 考 實 驗 Test-3 與 Test-4 之 溫 濕 度 紀 錄 表, 如 表 3-5 所 詳 細 紀 錄 其 Thermocouple 量 測 出 各 Channel 點 的 溫 度 值 及 以 克 勞 西 斯 - 克 拉 皮 龍 方 程 式 計 算 出 的 各 Channel 溫 度 時 對 應 之 相 對 濕 度 值, 由 表 3-5 中 查 其 會 產 生 起 霧 的 Channel-11( 透 明 半 圓 型 球 罩 ), 此 區 域 距 離 發 熱 源 的 電 路 板 最 遠 而 且 實 際 量 測 出 來 此 區 域 的 溫 度 也 為 最 低, 如 表 3-5 所 示 Test~3 與 Test-4 為 不 同 環 境 溫 度 條 件 下 (55 C 與 35 C) 的 測 試, 其 球 罩 區 域 溫 度 分 別 為 57.8 C 與

67 C, 相 對 濕 度 分 別 為 74.5%RH 與 65.2 %RH, 所 以 若 與 其 它 Channel 量 測 區 域 點 的 各 相 對 濕 度 值 比 較 之 下, 球 罩 區 域 的 空 氣 中 相 對 濕 度 是 較 高 的, 也 就 是 說 球 罩 區 域 的 空 氣 中 其 能 夠 再 容 下 水 分 子 的 含 量 已 剩 下 25.5% 與 34.8% 百 分 比 之 水 分 子 含 量, 因 此 只 要 外 部 濕 氣 不 斷 進 入 後 而 使 空 氣 中 水 分 子 含 量 到 100% 後, 此 時 空 氣 中 多 餘 的 水 分 子 也 就 會 被 析 出 產 生 起 霧 現 象 而 另 外 以 Test-1 與 Test-2 為 針 對 隔 離 水 氣 對 策 驗 證 的 結 果, 隔 離 水 氣 對 策 實 驗 結 果 如 附 錄 一 附 錄 二 所 示, 其 中 Test-1 與 Test-2 為 實 驗 設 定 於 不 同 Chamber 溫 濕 環 境 條 件 下, 其 分 別 為 35 C/85%RH 溫 度 / 濕 度 與 55 C/85%RH 溫 度 / 濕 度 而 測 試 結 果, 兩 相 同 對 策 下 的 IP Camera 球 罩 部 份 都 沒 有 產 生 起 霧 的 情 形 其 中 Test-1 為 55 C/85%RH 條 件 下 至 少 連 續 測 試 54 小 時 以 上, 也 未 產 生 起 霧, 如 圖 4-3 為 Test-1 完 整 測 試 紀 錄 下 IP Camera 機 台 在 達 到 平 衡 穩 定 工 作 溫 度 後 之 Channel 溫 度 和 時 間 的 變 化 分 佈 圖, 而 詳 細 結 果 可 參 考 如 附 錄 一 及 附 錄 二 中 之 測 試 報 告 所 示 ; 無 隔 離 水 氣 結 構 對 策 的 測 試 後 結 果 則 可 參 考 如 附 錄 三 附 錄 四 所 示 測 試 報 告 所 示 4.3 溫 度 與 濕 度 之 相 對 關 係 而 在 濕 度 定 義 的 區 分 上, 可 分 為 ρws 飽 和 濕 度 ρw 絕 對 濕 度 及 φ 相 對 濕 度 三 種 定 義 飽 和 濕 度 為 某 溫 度 狀 態 下 空 氣 中 所 能 包 容 的 最 大 水 分 子 量 或 水 蒸 氣 量, 溫 度 越 高 時 飽 和 濕 度 也 會 越 高 ; 絕 對 濕 度 為 大 氣 環 境 中 當 時 一 定 的 空 氣 體 積 內 所 含 的 水 分 子 量 或 水 蒸 氣 量 ; 相 對 濕 度 為 絕 對 濕 度 與 飽 和 濕 度 之 比 值, 意 為 相 對 濕 度 =( 絕 對 濕 度 / 56

68 飽 和 濕 度 )*100%, 當 相 對 濕 度 為 100% 時, 即 代 表 絕 對 濕 度 = 飽 和 濕 度, 此 時 空 氣 中 再 也 容 不 下 其 它 多 餘 的 水 蒸 氣 加 入, 一 旦 加 入 了 多 餘 的 水 蒸 氣 後 就 會 迅 速 凝 結 成 水 所 以 空 氣 中 的 水 分 子 蒸 發 難 易 度 是 與 溫 度 及 濕 度 都 有 密 切 關 係 的 也 就 是 說 明 : 溫 度 越 高 飽 和 溼 度 值 越 高, 可 融 入 的 水 蒸 氣 量 越 多 ; 相 對 濕 度 越 低 時, 可 融 入 的 水 蒸 氣 量 空 間 越 大 而 所 謂 蒸 發 是 指 液 態 水 經 吸 熱 而 汽 化 成 為 氣 態 的 現 象 其 蒸 發 之 主 要 原 因 除 了 加 熱 來 源 之 外, 另 外 就 是 與 大 氣 中 的 溫 度 濕 度 相 關 所 以, 在 實 驗 中 無 隔 離 水 氣 對 策, 因 為 Chamber 環 境 其 絕 對 濕 度 不 變, 而 Chamber 設 定 固 定 濕 度 的 水 氣 不 斷 藉 由 透 氣 薄 膜 進 入 機 台 內 部 空 間, 又 加 上 機 台 內 部 的 發 熱 元 件 熱 的 影 響, 各 Channel 區 域 點 的 溫 度 不 同 則 其 相 對 濕 度 也 會 不 同 14 以 下 是 常 用 之 計 算 絕 對 濕 度 公 式 (4-1) 與 相 對 濕 度 的 公 式 (4-2): ρw= (e /Rw) T= m / V (4-1) φ= (ρw /ρw, max) 100% =(e /E) 100% = (s / S) 100% (4-2) 另 外, 可 配 合 如 公 (4-1) 與 (4-2) 之 計 算, 並 利 用 如 圖 4-4 與 表 4-2 環 境 溫 度 與 濕 度 計 算 對 應 表 中, 可 求 得 在 一 般 大 氣 環 境 下 可 依 不 同 的 溫 度 與 濕 度 的 條 件 換 算 得 當 時 環 境 下 每 一 公 斤 重 之 空 氣 中 所 含 的 水 分 子 質 量 57

69 圖 4-1 Gore-Tex 型 號 GAW324 透 氣 薄 膜 實 物 照 片 及 結 構 說 明 示 意 圖 資 料 來 源 :Gore Protective Vents of Product Performance Specification. 58

70 圖 4-2 隔 離 水 氣 結 構 對 策 之 示 意 比 較 說 明 圖 上 圖 : 有 隔 離 水 氣 對 策 之 矽 膠 橡 膠 墊 / 下 圖 : 無 隔 離 水 氣 對 策 之 矽 膠 橡 膠 墊 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 59

71 圖 4-3 Test-1Channel 溫 度 和 時 間 之 變 化 分 佈 圖 資 料 來 源 :Copyright GemTek Technology Co., Ltd., All Rights Reserved. 60

72 圖 4-4 環 境 溫 度 與 濕 度 計 算 對 應 圖 資 料 計 算 方 式 來 源 : 61

73 表 4-1 Gore-Tex 型 號 GAW324 之 材 質 特 性 說 明 表 資 料 來 源 :Gore Protective Vents of Product Performance Specification. 表 4-2 環 境 溫 度 與 濕 度 計 算 對 應 表 (Calculated grams of H2O per kg of air) 計 算 方 式 來 源 : 62

74 第 五 章 結 論 與 建 議 5.1 結 論 由 實 驗 結 果 可 知, 內 部 受 電 路 板 上 的 發 熱 元 件 Channel-1 至 Channel-7 等 影 響 後, 殼 內 部 與 外 部 Chamber 設 定 溫 度 達 到 平 衡 後, 所 有 Channel 點 的 溫 度 也 就 不 會 再 升 高, 因 為 實 驗 Chamber 可 視 為 等 容 等 壓 環 境, 其 殼 內 部 所 有 Channel 點 區 域 之 相 對 濕 度 與 外 部 Chamber 環 境 之 相 對 濕 度 也 會 因 擴 散 作 用 而 達 到 平 衡, 所 以 外 部 Chamber 高 濕 度 空 氣 的 水 氣 會 藉 由 薄 膜 擴 散 進 入 IP Camera 殼 內 部 空 氣 之 中 因 此 在 綜 合 分 析 Gore-Tex 應 用 上 所 造 成 起 霧 原 因 的 結 果 後, 其 造 成 起 霧 原 因 主 要 原 因 歸 納 為 下 列 兩 點, 並 以 說 明 及 建 議 預 防 方 式 如 下 : (1) 因 eptfe 細 微 孔 尺 寸 (0.2~15 m) 仍 大 於 空 氣 形 成 之 水 蒸 氣 或 霧 氣 形 態 的 水 分 子 大 小 (0.4~1μ m), 所 以 如 要 確 保 空 氣 中 水 氣 不 滲 透 薄 膜 後 而 進 入 本 體 內 部, 建 議 還 是 需 要 以 隔 離 水 氣 結 構 的 設 計 來 避 免 水 氣 進 入, 如 此 才 能 避 免 外 部 空 氣 中 的 濕 氣 不 斷 進 入 本 內 部 環 境, 如 此 才 能 避 免 不 論 內 部 區 域 溫 度 不 同 時 當 下 形 成 各 相 對 濕 度 差 時 所 造 成 的 水 氣 析 出 問 題, 以 及 避 免 內 部 高 溫 所 產 生 水 分 子 蒸 發 的 起 霧 現 象 (2) 如 實 驗 分 析 結 果 表 3-5, 內 部 電 子 零 件 所 產 生 之 溫 度 愈 高 處 其 相 對 濕 度 較 低 ( 此 時 溫 度 之 ρw,max 較 高 ), 而 此 對 於 內 部 溫 度 較 低 處 其 相 對 濕 度 會 相 對 提 高 ( 此 時 溫 度 之 ρw,max 較 低 ), 而 加 上 內 部 溫 度 不 均 匀 的 結 果, 也 造 成 ρw,max 較 高 處 往 ρw,max 較 低 處 擴 散, 因 此 導 致 較 低 63

75 溫 度 處 空 氣 中 水 分 子 超 過 其 當 下 溫 度 之 飽 和 濕 度 而 形 成 起 霧 現 象 所 以 若 可 有 效 的 控 制 其 內 部 的 溫 度 分 佈 均 勻 性, 也 是 可 以 防 止 內 部 空 氣 因 濕 度 高 低 時 而 造 成 擴 散 效 應 的 起 霧 影 響 5.2 建 議 為 了 有 效 阻 絕 外 部 空 氣 中 的 濕 氣 進 入 封 閉 腔 體 內, 其 針 對 應 用 透 氣 薄 膜 的 麥 克 風 收 音 孔 的 設 計 上 必 需 與 內 部 空 氣 完 全 隔 離, 在 實 際 測 試 的 IP Camera 的 結 構 設 計 上 也 是 需 達 到 IP67 的 封 閉 腔 體 等 級, 且 收 音 孔 選 用 的 Gore-Tex 透 氣 薄 膜 也 是 需 有 IP67 防 水 等 級, 如 此 產 品 在 整 體 結 構 上 與 隔 離 水 氣 的 收 音 孔 配 合, 方 可 有 效 防 止 應 用 透 氣 薄 膜 產 生 霧 氣 的 現 象 所 以 研 究 內 容 主 要 是 針 對 監 視 器 運 用 Gore-Tex 作 為 防 水 收 音 孔 之 用 途 的 分 析 說 明, 因 此 不 同 結 構 上 或 相 關 應 用 產 品 上 或 許 也 會 有 不 同 的 作 法 5.3 未 來 研 究 探 討 因 為 目 前 相 關 設 備 資 源 與 軟 體 熟 悉 應 用 上 的 限 制, 所 以 目 前 還 無 法 以 CAE 模 擬 數 值 分 析 方 式 來 做 深 入 的 研 究 探 討 因 此 現 階 段 研 究 以 實 際 實 驗 量 測 溫 度 並 以 相 關 公 式 推 導 計 算 方 式, 來 求 出 其 量 測 溫 度 與 相 對 濕 度 後 的 相 對 關 係 來 分 析 推 判, 希 望 未 來 學 術 上 或 研 究 上 會 有 更 進 一 步 以 數 值 分 析 模 擬 方 式 來 做 探 討 透 氣 薄 膜 應 用 的 相 關 研 究 而 在 透 氣 薄 膜 材 質 的 應 用 上, 對 於 戶 外 式 電 子 設 備 產 品 上 使 用 在 散 熱 用 途 或 是 作 為 類 似 研 究 中 的 戶 外 使 用 收 取 影 像 產 品 上 時, 其 64

76 對 於 未 來 之 環 境 氣 象 變 遷 及 將 來 氣 候 四 季 的 劇 惡 變 化 趨 勢 來 看, 此 防 水 透 氣 材 質 運 用 在 將 來 工 業 上 應 會 愈 來 愈 廣 泛, 因 此, 若 可 於 eptfe 薄 膜 製 程 上 使 其 製 作 出 來 的 纖 維 組 織 細 孔 尺 寸 更 為 微 小, 或 許 將 來 薄 膜 也 就 可 以 防 水 及 防 水 氣 穿 透, 所 以 在 將 來 於 薄 膜 材 質 的 改 質 或 是 進 一 步 相 關 製 程 改 良 研 究, 應 會 有 更 多 可 想 像 與 創 造 不 同 需 求 的 材 質 出 現, 希 望 未 來 可 以 看 到 此 些 產 品 的 出 現 與 及 相 關 製 程 改 良 的 應 用 發 明 65

77 參 考 文 獻 [1]. 正 文 科 技 股 份 有 限 公 司,BU4-Brickcom 事 業 群,IP Camera Roadmap Presentation, Jul [2].IEC(International Electrotechnical Commission) 國 際 電 工 技 術 委 員 會, IEC60529:200 條 例 的 防 水 保 護 結 構 等 級 說 明 及 測 試 方 法,Oct 修 訂 版 [3]. Governing Standard BS EN50155Railway Application -Electronic equipment used on rolling stock, 鐵 路 電 子 設 備 應 用 測 試 之 規 範,May, 修 訂 版 [4]. 美 梭 科 技 材 料 股 份 有 限 公 司, 程 一 麟, 奈 米 科 技 於 傳 統 產 業 之 應 用 介 紹 [5]. 蘇 俊 鐘,NCHC 奈 米 科 學 研 究 小 組 研 究 報 告, [6]. 唐 自 標, 奈 米 級 加 工 材 料 於 紡 織 及 生 醫 材 上 之 應 用 研 究, 行 政 院 原 子 能 委 員 會 委 託 研 究 計 劃 研 究 告, 民 國 九 十 四 年 十 二 月 七 日 [7]. 林 天 送, 意 外 的 產 物 鐵 氟 龍, 科 學 發 展 月 刊, 第 443 期, [8]. 許 評 順, 高 分 子 PTFE 押 出 流 變 特 性 量 測 系 統 之 建 立, 中 原 大 學 機 械 工 程 學 系, 碩 士 論 文, 民 國 九 十 三 年 七 月 [9]. 郭 文 一, 貼 合 溫 度 對 聚 四 氟 乙 烯 薄 膜 / 聚 酯 不 織 布 物 性 之 影 響, 逢 甲 大 學 紡 織 工 程 研 究 所, 碩 士 論 文, 民 國 九 十 五 年 六 月 [10].GORE Creative Technologies( 戈 爾 公 司 ), Protectivevents Department, [11].ASHRAE 2001 Handbook of Fundamental s, American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, [12]. 馮 丁 樹, 發 表 文 章 濕 空 氣 之 特 性,

78 [13]. 劉 復 誠, 談 霧 之 形 成 過 程 與 特 性, 科 學 月 刊, 第 203 期, [14]. 參 考 資 料 : 維 基 百 科 ; -tw/ Humidity 67

79 附 錄 一 68

80 附 錄 二 69

81 附 錄 三 70

82 附 錄 四 71

83 附 錄 五 72

84 附 錄 六 73

85 附 錄 七 74

86 附 錄 八 75