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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃柏穎
研究生(外文):Huang,Po-Ying
論文名稱:中空式光纖光柵荷重元之研發
論文名稱(外文):Development of a Hollow FBG Load Cell
指導教授:黃安斌黃安斌引用關係
指導教授(外文):Huang,An-Bing
口試委員:張文忠許懷後
口試委員(外文):Chang,Wen-JongHsu,Huai-Houh
口試日期:2014-07-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:土木工程系所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:荷重計光纖光柵地錨
外文關鍵詞:Load celloptic fiber Bragg gratingAnchor
相關次數:
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地錨荷重計為現今量測地錨預力的主要工具,目前傳統荷重計多為電子式,但電子式感測器會因周圍電磁波干擾問題,電子迴路也易受潮損壞,而光纖光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)具有不怕雷擊、不易受電磁波與水干擾、穩定耐用等優點,故本研究目的希望利用光纖感測優勢來研發光纖式地錨荷重計。本研究以光纖光柵受拉可提高量測範圍的概念設計了兩種機制,首先是套筒式,其優點在於能提高荷重元的解析度,但因機制以及光柵黏貼處理上較複雜導致實驗結果不如預期理想,於是設計了三環式將機制以及黏貼過程簡單化,但無法提高解析度。製作微型荷重元進行1噸的壓力測試來確認機制的可行性後,再製作全尺寸荷重計進行30噸的壓力測試,而光柵應變以及壓力的變化與理論分析是相符的,最後再進行溫度的率定並以電阻式荷重元溫度補償方式來修正溫度改變造成的影響。
Load cell has been used as a primary tool to monitor the pre-stress conditions for earth anchors. The currently used load cells are mostly electrical, the electric circuit is prone to electromagnetic interference (EMI) and humidity induced short circuit. Optical fiber Bragg grating (FBG) has the advantage of being durable and immune to lightning, EMI and humidity. This research intends to develop an FBG based load cell to take advantage of these unique capabilities. The load cell was designed so that the FBG was always subject to tensile strain to increase the range of measurement. A two layer, coaxial design was used first. However, the attachment of FBG was rather complicated, and thus this scheme was abandoned. A three layer, coaxial design was then experimented to simplify the process of attaching the FBG’s. A down sized, 1 ton capacity load cell was made to verify the design mechanism test its performance first. Afterwards, a full sized 30 ton load cell was made. The relationship between FBG readings and applied load meets the theoretical derivations. The scheme for temperature compensation in FBG load cell follows the same procedure typically used in electric load cells.
中文摘要 II
英文摘要 III
致謝 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機與目的 2
1.3研究方法 2
1.4論文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 地錨 5
2.1.1 地錨的使用 5
2.1.2地錨構造和行為機制 5
2.1.3地錨常見的破壞現象 6
2.1.3地錨荷重計於地錨上的使用 13
2.2簡易地錨量測 14
2.3光纖、光纖光柵與光纖感測器介紹 16
2.3.1光纖簡介 16
2.3.2光纖光柵感測原理 19
2.3.3光纖感測器種類及優點 22
2.4地錨荷重計 24
2.4.1電阻式荷重計 24
2.4.2振弦式荷重計 25
2.4.3光纖式荷重計 27
2.4.4承載板 29
第三章 光纖感測器設計、製作及改良 30
3.1 光纖荷重計感測原理 30
3.2套筒式荷重計 30
3.2.1設計機制與原理 30
3.2.2初始測試 32
3.2.2微型化測試及製作 36
3.3三環式荷重計 42
3.3.1設計機制與原理 42
3.3.2微型化測試 43
3.3.3全尺寸載重設計與製作 49
3.3.4全尺寸載重測試 54
3.3.5 極限承載檢驗 60
3.3.6全尺寸載重檢驗測試 63
3.3.7溫度效應補償 67
第四章 結論與建議 73
4.1測試結果討論 73
4.2結論 73
4.3建議 74
參考文獻 75

1. 鄭清江、林銘郎 (2012),「台灣地錨設計與施工問題探討」,中華技術No.93。
2. 廖洪鈞(1998),「簡易地錨荷種變化量測裝置」,中華民國專利公報。
3. Kenel A.(2005). "Reinforcing Steel Strains Measured by Bragg Grating Sensors", American Society of Civil Engineers, 0899-1561~(2005)17:4(423)
4. British Standards Institute(BSI DD81)(BS 8081).(1989) "British Standard Code of Practice for Ground Anchorages"
5. Dunnicliff, J. (1988)."Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance", Geotechnical Engineer, Seattle.
6. Donald J Sterling, Jr. (1994)."Technician’s Guide to Fiber Optics”. International Thomson Publishing, Asia.
7. Geokon Incorporates. (2012)."Instruction Manual-Load Cell",Doc Rev J,3/13.
8. Geokon, Incorporates. (2012)."Instruction Manual-Vibrating Wire Load Cell",Doc Rev Q,4/12.
9. Hawkes,I.,and W.V.Bailey(1973),"Design,Develop,Fabricate,Test,and Demonstrate Permissible Low Cost Cylindricl Stress Gages and Associated Components Capable of Measuring Change in Stress as a Function of Time in Underground Coal Mines,"U.S Department of theInterior,Bureau of Mines,Rep.,Cont.No.H0220050.
10. Moerman,W.(2005)."Measuring Ground Anchor Forces of a Quay Wall with Bragg Sensors", American Society of Civil Engineers,0733-99445(2005)131:2(322)
11. Robertson,E.C.,R.Raspet,J.H.Swartz,and M.E.Lillard(1966) "Properties of ThermistorsUsed in Geothermal Investigations;Preparation of Thermistor Cables Used in Geothermal Investigations,"U.S.Geol.Surv.Bull.,1203-B,C
12. Thomas,H.S.H.(1966), "The Measurement of Strain in Tunnel Linings Using the Vibrating-Wire Technique,"Strain,Vol.2,July,pp16-21.

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