本研究藉由實驗來探討十軸感測器模組(型號:GY-87)於未來科研火箭任務中之應用。研究方法為先由不同設計的校正實驗，分別得出模組的加速規、陀螺儀、磁場計等三項感測器的各軸增益係數及偏移量，並建立各軸量測值的校正方程式，提升感測器數據的準確性，使數據更趨近於真實物理量。
接著運用弦波振動器結合此模組來進行科研火箭的酬載量測測試實驗，模擬火箭升空過程中可能會出現的1至16赫茲基頻的振動頻率。並同時搜集加速規及磁場計的量測數據並校正，再對數據進行快速傅立葉轉換分析，得出數據頻譜圖，以幫助吾人分析加速度與磁場量測值在振動下的變化關係。同時也藉由Pearson相關係數來計算每個測試頻率中的加速度及磁場變化的三軸數據在時間序列上的關聯性，相關性越高代表在振動中加速度及磁場有相同的改變趨勢，也代表能利用磁場值變化來推算振動頻率。此外，我們也將加速規及磁場計數據進行快速傅立葉轉換後得出的各測試頻率的振幅，求出其相關係數，我們也發現兩者關聯性高。最後，我們也探討這些關聯性與測試的振動頻率大小的關係。本研究在量測值校正以及測試加速規與磁場量測值相關性上較之前研究有更進一步的探討，可提升後續應用於實際火箭飛行時的量測值研究的可靠性與精確度。

This study investigates the application of a ten-axis sensor module (model: GY-87) in future scientific sounding rocket missions through a series of experiments. The research methodology begins with a set of calibration experiments designed to determine the gain coefficients and offset values for each axis of the accelerometer, gyroscope, and magnetometer within the module. Calibration equations are then established for each sensor axis to improve data accuracy and ensure that the measured values more closely reflect true physical quantities.
Subsequently, a sinusoidal vibration exciter is used in conjunction with the sensor module to conduct payload vibration tests, simulating the base vibration frequencies (1 to 16 Hz) likely to occur during rocket ascent. During testing, both accelerometer and magnetometer data are collected and calibrated. Fast Fourier Transform (FFT) analysis is applied to generate frequency spectra of the measurements, to investigate how acceleration and magnetic field readings vary under vibrational conditions. Pearson correlation coefficients are also computed to assess the temporal relationships between the three-axis acceleration and magnetic field data at each test frequency. A high correlation indicates similar trends in their variations under vibration, suggesting that changes in magnetic field measurements can potentially be used to infer the vibration frequency. In addition, amplitude values at each test frequency obtained FFT of the accelerometer and magnetometer data are used to compute correlation coefficients. A strong correlation between the amplitudes of the two sensors was also found. Finally, this study explores how the degree of correlation varies with the vibration frequency. Compared with previous research, this study offers a more in-depth examination of sensor calibration and the correlation between acceleration and magnetic field measurements, thus improving the reliability and accuracy of sensor data interpretation for future rocket flight applications.

目錄
致謝 i
目錄 v
圖目錄 vi
表目錄 xi
第一章	緒論	1
1-1	研究動機	1
1-2	文獻回顧	1
1-3	感測器介紹	3
第二章	校正實驗	4
2-1	校正目的	4
2-2	加速規校正	4
2-2-1校正方法	4
2-2-2 校正結果	6
2-3陀螺儀校正	9
2-3-1校正方法	9
2-3-2校正結果	12
2-4 磁場計校正	14
2-4-1 校正方法	14
2-4-2 校正結果	18
第三章	地面測試	20
3-1 實驗目的	20
3-2 振動實驗	21
3-2-1 實驗流程	21
3-3 振動實驗結果	22
3-3-1 加速規及磁場計之相關係數	23
3-3-2 FFT相關係數圖	30
第四章	結論及未來展望	34
4-1 結論	34
4-2 未來展望	35
參考文獻 36
附錄A 加速度量測值隨時間變化圖	37
附錄B 磁場量測值隨時間變化圖	46
附錄C 振動實驗數據分析圖	55



圖目錄
圖1.1磁場三軸分量與振動之關聯性示意圖	2
圖1.2、GY-87十軸感測模組(220*170mm / 6g)	3
圖2.1弦波產生器(振動器) (型號WA-9857A)	5
圖2.2、自旋平台(3D列印自製)	10
圖2.3、直流電源供應器(型號DR2005-M0)	10
圖2.4、X、Y、Z軸陀螺儀校正實驗示意圖	11
圖2.7、數位電表 (型號GWINSTEK GDM-8261A)	15
圖2.8、亥姆霍茲線圈(型號EM-6715)	16
圖2.9、高斯計(型號Lutron GU-3001)	16
圖3.1、振動實驗操作圖	21
圖3.2、延遲數據原理示意圖                                          23
圖3.3、N1	之X軸原始時間序加速規及磁場計相關係數圖	24
圖3.4、N1之Y軸原始時間序加速規及磁場計相關係數圖	24
圖3.5、N1之Z軸原始時間序加速規及磁場計相關係數圖	25
圖3.6、N1之X軸延遲時間序加速規及磁場計相關係數圖	25
圖3.7、N1之Y軸延遲時間序加速規及磁場計相關係數圖	26
圖3.8、N1之Z軸延遲時間序加速規及磁場計相關係數圖	26
圖3.9、N2之X軸原始時間序加速規及磁場計相關係數圖	27
圖3.10、N2之Y軸原始時間序加速規及磁場計相關係數圖	27
圖3.11、N2之Z軸原始時間序加速規及磁場計相關係數圖	28
圖3.12、N2之X軸延遲時間序後加速規及磁場計相關係數圖	28
圖3.13、N2之Y軸延遲時間序後加速規及磁場計相關係數圖	29
圖3.14、N2之Z軸延遲時間序後加速規及磁場計相關係數圖	29
圖3.15、N1感測器X軸量測值之FFT振幅相關係數圖	30
圖3.16、N1感測器Y軸量測值之FFT振幅相關係數圖	31
圖3.17、N1感測器Z軸量測值之FFT振幅相關係數圖	31
圖3.18、N2感測器X軸量測值之FFT振幅相關係數圖	32
圖3.19、N2感測器Y軸量測值之FFT振幅相關係數圖	32
圖A-1、N1感測器之加速規第一次實驗的X軸量測值	37
圖A-2、N1感測器之加速規第二次實驗的X軸量測值	37
圖A-3、N1感測器之加速規第三次實驗的X軸量測值	38
圖A-4、N1感測器之加速規第一次實驗的Y軸量測值	38
圖A-5、N1感測器之加速規第二次實驗的Y軸量測值	39
圖A-6、N1感測器之加速規第三次實驗的Y軸量測值	39
圖A-7、N1感測器之加速規第一次實驗的Z軸量測值	40
圖A-8、N1感測器之加速規第二次實驗的Z軸量測值	40
圖A-9、N1感測器之加速規第三次實驗的Z軸量測值	41
圖A-10、N2感測器之加速規第一次實驗的X軸量測值	41
圖A-11、N2感測器之加速規第二次實驗的X軸量測值	42
圖A-12、N2感測器之加速規第三次實驗的X軸量測值	42
圖A-13、N2感測器之加速規第一次實驗的Y軸量測值	43
圖A-14、N2感測器之加速規第二次實驗的Y軸量測值	43
圖A-15、N2感測器之加速規第三次實驗的Y軸量測值	44
圖A-16、N2感測器之加速規第一次實驗的Z軸量測值	44
圖A-17、N2感測器之加速規第二次實驗的Z軸量測值	45
圖A-18、N2感測器之加速規第三次實驗的Z軸量測值	45
圖B-1、N1感測器之磁場計第一次實驗的X軸量測值	46
圖B-2、N1感測器之磁場計第二次實驗的X軸量測值	46
圖B-3、N1感測器之磁場計第三次實驗的X軸量測值	47
圖B-4、N1感測器之磁場計第一次實驗的Y軸量測值	47
圖B-5、N1感測器之磁場計第二次實驗的Y軸量測值	48
圖B-6、N1感測器之磁場計第三次實驗的Y軸量測值	48
圖B-7、N1感測器之磁場計第一次實驗的Z軸量測值	49
圖B-8、N1感測器之磁場計第二次實驗的Z軸量測值	49
圖B-9、N1感測器之磁場計第三次實驗的Z軸量測值	50
圖B-10、N2感測器之磁場計第一次實驗的X軸量測值	50
圖B-11、N2感測器之磁場計第二次實驗的X軸量測值	51
圖B-12、N2感測器之磁場計第三次實驗的X軸量測值	51
圖B-13、N2感測器之磁場計第一次實驗的Y軸量測值	52
圖B-14、N2感測器之磁場計第二次實驗的Y軸量測值	52
圖B-15、N2感測器之磁場計第三次實驗的Y軸量測值	53
圖B-16、N2感測器之磁場計第一次實驗的Z軸量測值	53
圖B-17、N2感測器之磁場計第二次實驗的Z軸量測值	54
圖B-18、N2感測器之磁場計第三次實驗的Z軸量測值	54
圖C-1、N1感測器X軸之1 Hz振動實驗數據分析圖	55
圖C-2、N1感測器X軸之2 Hz振動實驗數據分析圖	56
圖C-3、N1感測器X軸之3 Hz振動實驗數據分析圖	56
圖C-4、N1感測器X軸之4 Hz振動實驗數據分析圖	57
圖C-6、N1感測器X軸之6 Hz振動實驗數據分析圖	58
圖C-7、N1感測器X軸之7 Hz振動實驗數據分析圖	58
圖C-8、N1感測器X軸之8 Hz振動實驗數據分析圖	59
圖C-9、N1感測器X軸之9 Hz振動實驗數據分析圖	59
圖C-10、N1感測器X軸之10 Hz振動實驗數據分析圖	60
圖C-11、N1感測器X軸之11 Hz振動實驗數據分析圖	60
圖C-12、N1感測器X軸之12 Hz振動實驗數據分析圖	61
圖C-13、N1感測器X軸之13 Hz振動實驗數據分析圖	61
圖C-14、N1感測器X軸之14 Hz振動實驗數據分析圖	62
圖C-15、N1感測器X軸之15 Hz振動實驗數據分析圖	62
圖C-16、N1感測器X軸之16 Hz振動實驗數據分析圖	63
圖C-17、N1感測器Y軸之1 Hz振動實驗數據分析圖	63
圖C-18、N1感測器Y軸之2 Hz振動實驗數據分析圖	64
圖C-19、N1感測器Y軸之3 Hz振動實驗數據分析圖	64
圖C-20、N1感測器Y軸之4 Hz振動實驗數據分析圖	65
圖C-21、N1感測器Y軸之5 Hz振動實驗數據分析圖	65
圖C-22、N1感測器Y軸之6 Hz振動實驗數據分析圖	66
圖C-23、N1感測器Y軸之7 Hz振動實驗數據分析圖	66
圖C-24、N1感測器Y軸之8 Hz振動實驗數據分析圖	67
圖C-25、N1感測器Y軸之9 Hz振動實驗數據分析圖	67
圖C-26、N1感測器Y軸之10 Hz振動實驗數據分析圖	68
圖C-27、N1感測器Y軸之11 Hz振動實驗數據分析圖	68
圖C-28、N1感測器Y軸之12 Hz振動實驗數據分析圖	69
圖C-29、N1感測器Y軸之13 Hz振動實驗數據分析圖	69
圖C-30、N1感測器Y軸之14 Hz振動實驗數據分析圖	70
圖C-31、N1感測器Y軸之15 Hz振動實驗數據分析圖	70
圖C-32、N1感測器Y軸之16 Hz振動實驗數據分析圖	71
圖C-33、N1感測器Z軸之1 Hz振動實驗數據分析圖	71
圖C-34、N1感測器Z軸之2 Hz振動實驗數據分析圖	72
圖C-35、N1感測器Z軸之3 Hz振動實驗數據分析圖	72
圖C-36、N1感測器Z軸之4 Hz振動實驗數據分析圖	73
圖C-37、N1感測器Z軸之5 Hz振動實驗數據分析圖	73
圖C-38、N1感測器Z軸之6 Hz振動實驗數據分析圖	74
圖C-39、N1感測器Z軸之7 Hz振動實驗數據分析圖	74
圖C-40、N1感測器Z軸之8 Hz振動實驗數據分析圖	75
圖C-41、N1感測器Z軸之9 Hz振動實驗數據分析圖	75
圖C-42、N1感測器Z軸之10 Hz振動實驗數據分析圖	76
圖C-43、N1感測器Z軸之11 Hz振動實驗數據分析圖	76
圖C-44、N1感測器Z軸之12 Hz振動實驗數據分析圖	77
圖C-45、N1感測器Z軸之13 Hz振動實驗數據分析圖	77
圖C-46、N1感測器Z軸之14 Hz振動實驗數據分析圖	78
圖C-47、N1感測器Z軸之15 Hz振動實驗數據分析圖	78
圖C-48、N1感測器Z軸之16 Hz振動實驗數據分析圖	79
圖C-49、N2感測器X軸之1 Hz振動實驗數據分析圖	79
圖C-50、N2感測器X軸之2 Hz振動實驗數據分析圖	80
圖C-51、N2感測器X軸之3 Hz振動實驗數據分析圖	80
圖C-52、N2感測器X軸之4 Hz振動實驗數據分析圖	81
圖C-53、N2感測器X軸之5 Hz振動實驗數據分析圖	81
圖C-54、N2感測器X軸之6 Hz振動實驗數據分析圖	82
圖C-55、N2感測器X軸之7 Hz振動實驗數據分析圖	82
圖C-56、N2感測器X軸之8 Hz振動實驗數據分析圖	83
圖C-57、N2感測器X軸之9 Hz振動實驗數據分析圖	83
圖C-58、N2感測器X軸之10 Hz振動實驗數據分析圖	84
圖C-59、N2感測器X軸之11 Hz振動實驗數據分析圖	84
圖C-60、N2感測器X軸之12 Hz振動實驗數據分析圖	85
圖C-61、N2感測器X軸之13 Hz振動實驗數據分析圖	85
圖C-62、N2感測器X軸之14 Hz振動實驗數據分析圖	86
圖C-63、N2感測器X軸之15 Hz振動實驗數據分析圖	86
圖C-64、N2感測器X軸之16 Hz振動實驗數據分析圖	87
圖C-65、N2感測器Y軸之1 Hz振動實驗數據分析圖	87
圖C-66、N2感測器Y軸之2 Hz振動實驗數據分析圖	88
圖C-67、N2感測器Y軸之3 Hz振動實驗數據分析圖	88
圖C-68、N2感測器Y軸之4 Hz振動實驗數據分析圖	89
圖C-69、N2感測器Y軸之5 Hz振動實驗數據分析圖	89
圖C-70、N2感測器Y軸之6 Hz振動實驗數據分析圖	90
圖C-71、N2感測器Y軸之7 Hz振動實驗數據分析圖	90
圖C-72、N2感測器Y軸之8 Hz振動實驗數據分析圖	91
圖C-73、N2感測器Y軸之9 Hz振動實驗數據分析圖	91
圖C-74、N2感測器Y軸之10 Hz振動實驗數據分析圖	92
圖C-75、N2感測器Y軸之11 Hz振動實驗數據分析圖	92
圖C-76、N2感測器Y軸之12 Hz振動實驗數據分析圖	93
圖C-77、N2感測器Y軸之13 Hz振動實驗數據分析圖	93
圖C-78、N2感測器Y軸之14 Hz振動實驗數據分析圖	94
圖C-79、N2感測器Y軸之15 Hz振動實驗數據分析圖	94
圖C-80、N2感測器Y軸之16 Hz振動實驗數據分析圖	95
圖C-81、N2感測器Z軸之1 Hz振動實驗數據分析圖	95
圖C-82、N2感測器Z軸之2 Hz振動實驗數據分析圖	96
圖C-83、N2感測器Z軸之3 Hz振動實驗數據分析圖	96
圖C-84、N2感測器Z軸之4 Hz振動實驗數據分析圖	97
圖C-85、N2感測器Z軸之5 Hz振動實驗數據分析圖	97
圖C-86、N2感測器Z軸之6 Hz振動實驗數據分析圖	98
圖C-87、N2感測器Z軸之7 Hz振動實驗數據分析圖	98
圖C-88、N2感測器Z軸之8 Hz振動實驗數據分析圖	99
圖C-89、N2感測器Z軸之9 Hz振動實驗數據分析圖	99
圖C-90、N2感測器Z軸之10 Hz振動實驗數據分析圖	100
圖C-91、N2感測器Z軸之11 Hz振動實驗數據分析圖	100
圖C-92、N2感測器Z軸之12 Hz振動實驗數據分析圖	101
圖C-93、N2感測器Z軸之13 Hz振動實驗數據分析圖	101
圖C-94、N2感測器Z軸之14 Hz振動實驗數據分析圖	102
圖C-95、N2感測器Z軸之15 Hz振動實驗數據分析圖	102
圖C-96、N2感測器Z軸之16 Hz振動實驗數據分析圖	103

表目錄
表一、N1感測器三次實驗之加速度增益係數及其平均值	6
表二、N2感測器三次實驗之加速度增益係數及其平均值	7
表三、N1感測器三次實驗之加速度偏移量及其平均值(單位:重力加速度g)	7
表四、N2感測器三次實驗之加速度偏移量及其平均值(單位:重力加速度g)	7
表五、N1感測器三次實驗之角速度增益係數及其平均值	12
表六、N2感測器三次實驗之角速度增益係數及其平均值	12
表七、N1感測器三次實驗之磁場增益係數及其平均值	18
表八、N2感測器三次實驗之磁場增益係數及其平均值	18
表九、N1感測器三次實驗之磁場偏移量及其平均值	19
表十、N2感測器三次實驗之磁場偏移量及其平均值	19

[1]	黃啟銘, “淡江火箭三度升空 Polaris將挑戰5公里高度,” 經濟日報, [Online]. Available: https://money.udn.com/money/story/5723/8121478, Jul.2024 (accessed Oct.2024)
[2]	陳竑睿, “小型科研探空火箭量測磁場變化與其振動關聯性分析,” M.S. thesis, Dept. Aerosp. Eng., Tamkang Univ., New Taipei, Taiwan, 2023.
[3] 	C. J. Dorman, C. Piker, and D. M. Miles, "Automated static magnetic cleanliness screening for the TRACERS small-satellite mission," Geosci. Instrum. Method. Data Syst., vol. 13, no. 1, pp. 43–50, Feb. 2024, doi: 10.5194/gi-13-43-2024
[4]	N. Liu, J. Zhao, and Y. Guo, "A New Onboard Calibration Strategy for Three-Axis Magnetometers in Low Earth Orbit Satellites," Journal of Applied Science and Engineering, vol. 28, no. 4, pp. 841–851, May 2024, doi: 10.6180/jase.202504_28(4).0015
[5]	NASA, “Thrust Oscillation,” NASA Constellation Blog, [Online]. Available: https://blogs.nasa.gov/Constellation/tag/thrust-oscillation/. (Accessed: Jun. 20, 2025).
[6]	D. S. Batista, F. Granziera Jr., M. C. Tosin, and L. F. Melo, "Attitude-Independent Magnetometer Calibration Using Nonlinear Least Squares," IEEE Sensors Journal, vol. 23, no. 13, pp. 14002–14015, Jul. 2023, doi: 10.1109/JSEN.2023.3274495.