單秋成臺灣大學:機械工程學研究所曾映諮Tseng, Ying-TzuYing-TzuTseng2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-2107200812154700http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187340ㄧ般用來量測椎間盤壓力的感測器，是由電阻式應變計製作而成，其大尺寸與需導電的特性，可能對生物體造成一定威脅。因此本研究擬發展ㄧ具生物相容性、尺寸小且不需導電的微型光纖壓力感測器，來進行椎間盤或生物體內的壓力量測。內部含有布拉格光纖光柵作為感測元件的針管，其光纖與外部壓力間的感測機制是透過聚合物來轉換。在液靜壓的油壓系統內，對感測器進行靜態與動態的壓力校正，靈敏度分別為0.06 pm/kPa與 -0.147±0.0137 mV/kPa，線性度皆達0.99以上。 椎間盤活體外壓力量測試驗中，可得椎間盤內壓力會與所受負載成正比，與文獻結果相符。感測器對施力負載的靈敏度為 1.74 kPa/N，線性度達0.999。感測器即使在15Hz動態循環試驗下，仍然有良好的動態表現。Sensors comprised of strain gauges are mostly used to measure intervertebral disc pressure. However, their large size and requirement for electricity are clear disadvantages for such biomedical application. In this study, a fiber-optical pressure sensor based on FBG is proposed. Under hydraulic pressure, sensitivity is 0.06 pm/kPa for static calibration and -0.147?0.0137 mV/kPa for dynamic, and both have greater coefficient of determination (r2) than 0.99. In ex vivo test, measured pressure has a linear relation with applied load, which agrees with previous studies in lumbar spines. The sensitivity to load is 1.74 kPa/N with r2 0.998. Even under 15Hz cyclic compression loading, the sensor still has great dynamic performance.誌謝 I要 IIBSTRACT III錄 IV目錄 VII目錄 VIII一章 緒論 1.1 前言 1.2 研究動機 1.3 椎間盤壓力量測 2.3.1 脊椎基本構造 2.3.2 文獻回顧 3.4 論文結構 3二章 光纖光柵感測系統 7.1 光纖簡介 7.1.1 基本構造 7.1.2 傳輸原理 7.1.3 光纖分類 8.1.4 傳遞損失 9.2 光纖感測基本介紹 10.2.1 感測器分類 10.2.1 調變機制 10.3 光纖光柵感測器 11.3.1 光纖光柵基本介紹與分類 11.3.2 布拉格光纖光柵感測原理 12.4 光纖感測壓力之運用 14三章 微型壓力感測器 21.1 實驗相關設備與元件 21.1.1 光纖切割器(Optical Fiber Cleaver) 21.1.2 光纖熔接機(Fusion Splicer) 21.1.3 光學頻譜分析儀(Optical Spectrum Analyzer) 21.1.4 HP 83437A 寬頻光源(Broadband Light Source，BBLS) 22.1.5 萬能材料試驗機(Material Testing System 810，MTS 810) 22.1.6 壓力傳感器(Pressure Transducer) 22.1.7 複動薄型油壓缸 23.1.8 電源供應器(Power Supply) 23.1.9 資料擷取卡 23.1.10 光纖耦合器(Coupler) 23.1.11 光放大偵測器 24.1.12 可調式光濾波器 24.1.13 自發性輻射光源(ASE Light Source) 24.1.14 放電加工機 24.2 感測器的工作原理與製作 25.2.1 感測器的類型與工作原理 25.2.2 感測器材料 26.2.3 內膜強化型感測器製作流程 26.3 靜態壓力校正 27.3.1 實驗方法 28.3.2 靜態壓力校正結果 28.4 動態壓力校正 30.4.1 布拉格波長訊號監測 30.4.2 實驗方法 31.4.3 動態壓力校正結果 32.4.4 循環壓力校正結果 33四章 感測器的應用 53.1 椎間盤靜態壓力量測 53.1.1 試樣準備 53.1.2 實驗方法 54.1.3 量測結果 54.2 椎間盤動態單向壓力量測 54.2.1 實驗方法 55.2.2 量測結果 55.3 椎間盤動態循環壓力量測 56.3.1 實驗方法 56.3.2 量測結果 56.4 小面關節壓力量測 56五章 結論與未來展望 63.1 結論 63.2 未來展望 64考文獻 653623251 bytesapplication/pdfen-US光纖光柵壓力感測靈敏度椎間盤活體外FBGIntervertebral discPressure SensorSensitivityEv vivothesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187340/1/ntu-97-R95522513-1.pdf