馬劍清臺灣大學：機械工程學研究所許碩修Hsu, Shuo-HsiuShuo-HsiuHsu2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61374光纖光柵在應變感測上具有抗電磁干擾以及高靈敏度的特性，但發展至今在真正的動態量測應用上仍然有因難，主要的問題在於光柵訊號解讀的速度和精確度。能量調變型光纖光柵感測器原理是利用布拉格光纖光柵作應變感測、長週期光纖光柵做能量調變，藉此解讀光柵在受應力後訊號的改變，有反應速度快、解析度高以及架設簡單等優點。本論文將能量調變型光纖光柵感測器系統做改進後，利用一些實驗探討其應變量測能力。實驗搭配雷射都卜勒振動儀、雷射位移計、應變規以及阻抗分析儀等。除了定性的能力之外，建立定量方法達到定量量測，另外以分波的方式達到多工的效果，提升其實用性。 實驗的進行由靜態開始，接著是穩態應變量測，而最高頻可達到約160000 Hz，最後則是針對暫態訊號做量測能力的研究。The application of fiber gratings on strain sensing system has the advantages of electromagnetic immunity and high sensitivity. However, the capability on the measurement of dynamic response is still questionable. The main problem is the speed and accuracy of reading fiber gratings’ signal. The power modulated fiber grating measurement system uses fiber Bragg gratings for strain sensing, and its power is modulated by long period fiber gratings to obtain the signals’ changes after stresses are applied. It has some advantages such as high reaction speed and resolutions with a simple setup. The main objective of this thesis is to establish a new power modulated fiber grating sensor system and make improvements on the accuracy of strain measurement. Another four measurement techniques, which include the laser Doppler vibrometer, the laser optical displacement sensor, strain gauges and the impedance analyzer, are used to verify the results obtained by fiber grating sensors. In addition to qualitative analysis, we also provide a method to make quantitative determination of dynamic displacements. To improve the practicability of the fiber grating sensing system, the wavelength division multiplexing system is also used in this study. The experiments started with measurements on static systems and proceeded to steady systems. The highest frequency that the fiber grating sensing system can be achieved is about 160000 Hz. Finally, the transient responses of a beam, a plate and a solid block are investigated and are discussed in detail.誌謝 i 中文摘要 ii 英文摘要 iii 目錄 iv 表目錄 vii 圖目錄 viii 第一章 緒論 1-1 研究動機 1 1-2 文獻回顧 3 1-3 內容簡介 7 第二章 光纖光柵的基本原理與實驗儀器說明 2-1 光彈原理與熱光原理 9 2-1-1 光彈原理 9 2-1-2 熱光原理 12 2-2 光纖光柵的基本原理 13 2-2-1 光纖光柵的原理 13 2-2-2 布拉格光纖光柵 14 2-2-3 長週期式光纖光柵 16 2-3 共振波長飄移理論 18 2-3-1 共振波長飄移原理 18 2-3-2 受平面應力下之情況 21 2-3-3 受單軸向應力下之情況 22 2-4 使用儀器說明 23 2-3-1 雷射都卜勒振動儀 23 2-3-1 雷射位移計 24 2-3-1 阻抗分析儀 25 第三章 能量調變型光纖光柵感測器 3-1 原理說明 28 3-2 元件說明 32 3-1-1 光源 32 3-2-1 光環行器 32 3-2-2 光二極體 33 3-2 應變感測模組設計 33 第四章 靜態與穩態應變量測 4-1 靜態拉伸實驗 44 4-1-1 實驗架構說明 44 4-1-2 實驗結果與討論 45 4-2 積層式壓電致動器穩態應變量測 45 4-2-1 試片規格說明 45 4-2-2 實驗架構說明 47 4-2-3 實驗結果與討論 48 4-2-4 基座的選擇 49 4-3 分波多工試驗 50 4-2-4 實驗架構說明 50 4-2-4 實驗結果與討論 51 4-4 壓電雙晶片面內和面外的穩態應變量測 51 4-4-1 試片規格說明 52 4-4-2 實驗架構說明 53 4-4-3 實驗結果與討論－面外應變量測 54 4-4-4 實驗結果與討論－面內應變量測 54 4-5 壓電片面內穩態應變量測 56 4-5-1 試片規格說明 56 4-5-2 實驗架構說明 56 4-5-3 實驗結果與討論 57 第五章 暫態應變量測 5-1 懸臂樑自由振動定性實驗 105 5-1-1 試片規格與實驗構設說明 105 5-1-2 實驗結果與討論 106 5-2 鋁板暫態應變量測實驗 108 5-2-1 試片規格與實驗架構說明 108 5-2-2 實驗結果與討論 109 5-3 鋁塊暫態應變量測實驗 111 5-3-1 試片規格與實驗架構說明 111 5-3-2 實驗結果與討論 112 第六章 結論與未來展望 6-1 本文成果 134 6-2 未來展望 135 附錄 136 參考文獻 1443671793 bytesapplication/pdfen-US光纖光柵能量調變布拉格光纖光柵長週期式光纖光柵fiberpower modulatedfiber grating sensorthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61374/1/ntu-93-R92522504-1.pdf