標準握筆姿勢手指之受力分析 - 國立高雄應用科技大學

870蔡 明 章 、 沈 彥 宇 、 周 佑 恩 、 高 自 平 、 黃 世 疇本 研 究 以 光 纖 光 柵 做 為 量 測 的 工 具 , 將 它 黏 貼 在 鉛 筆 上 , 配 合 電 腦 的 軟 體 分 析 , 可 以 截 取 出 書 寫 時 , 各手 指 的 受 力 值 。 握 筆 的 姿 勢 , 採 取 手 內 部 互 依 的 動 作 , 拇 指 、 食 指 及 中 指 輕 握 筆 桿 , 距 離 筆 尖 約 2.5 公 分 處之 標 準 式 的 握 筆 姿 勢 , 在 書 寫 永 字 八 法 各 筆 劃 時 , 手 指 在 每 一 筆 劃 書 寫 時 的 施 力 大 小 , 分 析 手 指 在 書 寫 何 種筆 畫 時 , 受 筆 桿 產 生 之 反 作 用 壓 力 最 大 。2. 實 驗 原 理 與 方 法光 纖 為 圓 形 斷 面 結 構 , 且 細 如 髮 絲 之 玻 璃 纖 維 組 織 , 主 要 分 為 兩 部 分 , 內 層 稱 「 核 心 」(Core), 通 常以 玻 璃 做 成 ; 外 層 稱 為 「 纖 殼 」(Clad), 使 用 特 殊 的 塑 膠 材 料 或 液 體 材 料 。 由 於 光 纖 的 「 核 心 」 直 徑 , 只有 數 個 微 米 ( 百 萬 分 之 一 米 ) 至 數 十 微 米 , 而 「 纖 殼 」 的 直 徑 , 也 僅 在 一 百 至 兩 百 微 米 之 間 , 其 本 身 相 當 微弱 。 因 此 , 在 一 般 應 用 時 , 會 於 外 層 再 附 著 一 層 塑 膠 , 並 再 外 加 一 層 尼 龍 , 以 免 光 纖 受 到 外 界 化 學 物 質 的 侵蝕 。「 光 纖 」 是 根 據 全 反 射 的 原 理 , 如 同 管 子 來 傳 輸 光 波 , 當 光 線 進 入 管 子 , 它 再 也 跑 不 出 來 , 只 能 從 進 口的 一 端 進 入 , 而 從 另 一 端 射 出 , 達 到 「 光 波 」 的 傳 輸 。光 源 端 入 射 到 一 個 具 有 狹 縫 的 平 面 , 會 因 入 射 光 的 波 長 及 狹 縫 的 寬 度 , 而 在 另 一 端 產 生 不 同 間 距 的 亮 暗相 間 繞 射 條 紋 , 而 整 個 亮 暗 條 紋 會 以 貝 色 函 數 (Bessel function) 的 分 佈 來 呈 現 。 若 將 上 述 繞 射 原 理 中 的 單 狹 縫擴 展 成 週 期 性 的 狹 縫 , 將 可 以 獲 得 疊 加 的 效 果 。 此 一 週 期 性 狹 縫 的 結 構 , 便 是 所 謂 的 光 柵 (Grating) 結 構 。1978年 Hill 所 領 導 的 研 究 團 隊 , 發 現 含 鍺 石 英 系 玻 璃 光 纖 的 感 光 性 , 及 在 光 纖 中 製 造 出 光 纖 布 拉 格 光 柵 (Fiber BraggGratings, FBG) 的 方 法 , 其 研 究 將 波 長 為 488nm 的 氬 離 子 (Ar +) 雷 射 耦 合 入 含 鍺 光 纖 之 中 , 量 測 駐 波 時 , 發 現入 射 的 雷 射 光 在 反 射 後 , 又 回 到 光 纖 中 , 並 在 光 纖 核 心 內 產 生 干 涉 條 紋 , 形 成 最 原 始 的 光 纖 光 柵 , 此 種 製 作光 纖 光 柵 的 方 式 被 稱 為 內 部 寫 入 法 (Internal writing method)[9]。現 今 FBG 的 製 作 , 是 Hill 等 人 於 1993 年 提 出 的 相 位 光 罩 法 (Phase mask method), 利 用 紫 外 光 雷 射 經 過相 位 光 罩 (Phase Mask) 後 , 產 生 干 涉 , 投 射 到 光 纖 上 , 使 光 纖 核 心 (Core) 折 射 率 產 生 週 期 性 的 變 化 , 而 形 成 光柵 結 構 [10]。 當 寬 頻 光 源 進 入 光 纖 , 經 過 光 柵 結 構 時 , 滿 足 布 拉 格 條 件 之 特 定 布 拉 格 波 長 (Bragg Wavelength)的 光 波 會 反 射 , 其 餘 波 長 的 光 則 穿 過 光 柵 。 其 對 雷 射 光 源 的 同 調 性 要 求 低 、 光 路 架 設 要 求 較 簡 易 、 光 柵 品 質較 佳 且 穩 定 性 高 , 容 易 大 量 製 造 , 不 過 一 旦 決 定 了 相 位 光 罩 的 週 期 , 便 已 將 光 柵 的 週 期 固 定 。2001 年 葉 天 傑 , 針 對 傳 統 式 短 週 期 光 纖 光 柵 受 外 力 擾 動 下 , 產 生 共 振 波 長 飄 移 現 象 , 加 以 驗 證 [8], 其 原理 如 式 (1) 所 示Δλ−6≈ 0.80ε1+ 5.88×10 ΔTλ(1)其 中Δ λ : 飄 移 量 , λ : 共 振 波 長 , 1ε : 應 變 , Δ T : 溫 度 變 化推 論 得 知 上 述 實 驗 , 應 變 對 波 長 飄 移 量 的 理 論 斜 率 值 約 為 12.41, 而 由 實 驗 結 果 , 進 行 曲 線 擬 合 的 數 值 12.06,誤 差 在 3% 以 內 , 算 是 相 當 接 近 , 在 實 驗 過 程 保 持 恆 溫 的 條 件 , 將 溫 度 增 量 的 效 應 加 以 排 除 。本 研 究 的 實 驗 , 以 12 名 受 測 者 , 依 教 育 部 公 報 第 二 二 六 期 (90) 正 確 執 筆 方 法 , 如 圖 1 所 示 標 準 式 握 筆 姿勢 , 受 測 者 慣 用 手 皆 為 右 手 , 且 無 任 何 上 肢 骨 折 損 傷 , 平 均 身 高 為 173±5 公 分 , 平 均 年 齡 21±0.8 歲 , 均 為 男性 。