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研究生:呂建立
研究生(外文):CHIEN-LI LU
論文名稱:干涉式光纖光柵麥克風設計
論文名稱(外文):The Design of the Interferometric Fiber–Optic Microphone with FBG
指導教授:陳茂雄陳茂雄引用關係
指導教授(外文):Mao-Hsiung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:電機工程學系研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:光纖感測器光纖光柵馬赫-詹德干涉儀
外文關鍵詞:Mach-Zehnder InterferometerFiber Bragg GratingFiber Sensor
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中文摘要
電子式麥克風雖以發展成熟,但在特殊場合如高電磁場,潮濕的環境下仍受到限制。運用光纖抗電磁干擾,不受潮的特性作為聲音的感測器則可以克服此問題。在桑克干涉儀架構中,感測光纖為環形設計,因此應用於實際環境中,感測頭的設計往往需將光纖加以纏繞,而受限於光纖可以纏繞的最小半徑有限,無法做到小型化。傳統馬赫-詹德干涉儀則必須採用高同調性光源,在長距離的佈放上,不但要維持兩臂等長,且需對參考臂做適當的隔離,以減少雜訊干擾,而在實際製作上有其困難度性,若利用光纖光柵結合馬赫-詹德干涉儀做為聲音感測器,光源則可以採用低同調性光源,同時干涉儀兩臂之長度也可以大幅縮短,製作上的難度將大幅降低。本系統架構最小可以量測的最小聲壓為0.6Pa,動態範圍為30dB。
Abstract
The electrical microphone has came to maturity, which has some restrictions on high electromagnetic and wet environments。Fiber-Optic sensor can improve the problems, because it has better characters in electromagnetic interference and wet environment than the traditional microphone. The structure of Sagnac interferometer is circulator, so the design of head to a sensor has to wind fiber around. Because the minimum radius of winded fiber has a threshold, we can not miniaturize the sensor-head. A typical Mach-Zehnder interferometer has to use high-coherence light source and the length of two arms in equality without any interference, so it is difficult in fabrication. If we make a microphone by FBG and Mach-Zehnder interferometer, and the advantage is that we can use low-coherence light source, and shorten the length of two arms in interferometer. By using the structure, the minimum measured pressure of sound is 0.6 Pa, and the dynamic range is 30dB.
目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
符號表 xi
第一章 簡介
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究方法 4
1.4 論文架構 4
第二章 感測原理與系統介紹 5
2.1 感測原理 5
2.1.1 光纖感測原理 5
2.1.2 干涉現象 6
2.1.3 馬赫-詹德干涉儀 7
2.2馬赫-詹德干涉儀光路分析 9
2.2.1干涉光訊號分析 9
2.2.2同調長度 10
2.2.3 解調訊號分析 11
第三章 系統特性之討論 14
3.1系統元件介紹 14
3.1.1 光源部分 14
3.1.2 感測單元 16
3.1.3 訊號解調單元 22
3.2 溫度對於系統影響 23
3.3 光纖光柵靈敏度分析 25
3.4 多個聲源解調 31
3.5 偏振問題 34
第四章 實驗結果與討論 38
4.1 PZT特性量測 38
4.2 系統動態範圍 40
4.2.1 系統動態範圍 41
4.2.2 PZT對於電壓響應度量測 42
4.2.3 FBG聽音器在各頻率之動態範圍 43
4.2.4 實際聲源量測 44
4.3 靈敏度量測 45
4.4 溫度對於系統影響 47
4.4.1溫度對於FBG之影響 48
4.4.2溫度對於系統架構之影響 49
4.5 訊號雜訊比提昇 51
4.6 偏振量測 53
第五章 結論與未來展望 55
5.1 結論 55
5.2 未來展望 56
參考文獻 57
附表 60
附圖 70
中英文對照表 98
作者簡歷 100
參考文獻
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