臺灣博碩士論文加值系統

921集集大地震的發生造成許多結構物的損壞，威脅到人民生命財產的安全
，於是許多相關研究包括中二高烏日橋裝置光纖光柵感測器，目的在於建立一套即時監控的感測系統。本研究之成果希望能貢獻予將來計畫建立一套光纖鋪面監測系統(Fiber Optic Pavement Monitoring System),利用光纖尺寸小、質量輕、傳輸低損耗、色散低、頻帶寬、不受電磁干擾、柔軟性高、耐高溫及輻射、且可達多工性質等優點，達到量測鋪面各層之溫度與應變，進而即時監控鋪面各層之現況，使損壞或喪失服務能力之鋪面結構能即時養護與維修。

本文是探討光纖光柵感測器於光譜分析儀上所讀取的光波頻譜圖之中心波長
，在溫度與應變作用下，測試出中心波長的飄移量與溫度及應變之關係式，藉由此關係式及中心波長的飄移量計算出溫度與應變，因而達到量測溫度與應變， 由試驗結果得知，光纖光柵感測器對於溫度及應變的關係式，發現為線性之關係極佳，以及利用本研究團隊所開發的光纖光柵感測器，是利用一個參考光柵加上一對光柵的架構，稱之為溫度參考值式雙光柵光纖感測器( Referenced Dual-Grating Fiber Sensor )，進行鋪面材料之溫度與應變量測，結果顯示其溫度與應變的誤差可達到0.29℃及5.7 ，並對於鋪面材料溫度的重複性與穩定性皆有不錯的成果，而且利用本研究團隊自行製造的長週期光纖光柵感測器，進行溫度的測試與量測，同樣達到類似的結果，但對於鋪面材料之應變的量測，結果顯示，FBG感測器與測微器及間接張力理論推導的差異約為0.3倍及3倍，關於此子題有許多因子及後續研究有待進一步探討。

The earthquake of 921 Chi Chi caused great damage on structures and also threatened the security of people life and properties, therefore there are many research projects related to the use of optic fiber grating on a highway bridge. The purpose of this study is to study the characteristics and performance of the sensor for use in pavement materials including asphalt and concrete specimens. The advantages of fiber optic are small size, light weight, transmit low loss, chromatic dispersion low, bandwidth frequently, electromagnetic to interfere, flexibility high, oppose high temperature and radiation, and multiplexing, etc.

This thesis aims to research the characteristics of fiber grating sensors for temperature and strain measurements. A simple fiber grating sensor featuring a reference fiber grating and a grating pair was used. This type of sensor could offer the potential of simultaneous measurements of temperature and strain on pavement materials. The result indicated that the sensor had measurement accuracies of 0.29℃ and 5.7 , and good performance on temperature repetitiveness and stability. Hopefully, the results of this research could benefit the development of the Fiber Optic Pavement Monitoring

摘要 III
ABSTRACT IV
誌謝 V
目錄 VI
表目錄 VIII
圖目錄 IX
照片目錄 XII
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究方法 1
1-3 研究流程 2
1-4 內容大綱 5
第二章 光纖與光纖光柵感測器原理 6
2-1 光纖簡介 6
2-2 光纖原理 6
2-2-1 光纖的結構 6
2-2-2 光之全反射原理 7
2-2-3 光纖的種類 9
2-2-4 光纖的傳輸損失 12
2-2-5 光纖的主要參數 13
2-2-6 光纖之優點 14
光纖之優點 14
2-3 光纖光柵感測器原理 15
2-3-1 光纖感測器簡介 15
2-3-2 光纖感測器種類 16
2-3-3 光纖光柵的基本原理 17
2-3-4 光纖光柵的種類 17
2-3-5 光纖光柵的感測方法 19
第三章 光纖光柵感測器於實驗室之規劃與量測 21
3-1 實驗之規劃 21
3-2 實驗原理 22
3-3 實驗流程 23
3-4 實驗儀器、裝置與步驟 26
3-4-1 單光柵溫度測試 26
3-4-2 單光柵應變測試 27
3-4-3 雙光柵溫度測試 29
3-4-4 雙光柵應變測試 30
3-4-5 FBG感測器與LPG感測器置於鋪面材料表面溫度量測 31
3-4-6封裝雙光柵置於瀝青試體表面應變量測 32
3-5實驗裝置與實驗儀器照片 34
第四章 結果與討論 44
4-1 單光柵溫度測試結果 44
4-1-1 溫度分析與驗證 44
4-1-2 溫度的標準差與最大溫度差 55
4-2單光柵應變測試結果 56
4-2-1 應變分析與驗證 56
4-2-2 應變的標準差與最大應變差 59
4-3 雙光柵溫度測試結果 60
4-3-1 溫度分析與驗證 60
4-3-2 溫度的標準差與最大溫度差 70
4-4 雙光柵應變測試結果 71
4-4-1應變分析與驗證 71
4-4-2 應變的標準差與最大應變差 76
4-5 FBG感測器與LPG感測器置於鋪面材料表面溫度量測 77
4-5-1 FBG感測器量測鋪面材料溫度結果 77
4-5-2 LPG感測器量測鋪面材料溫度結果 84
4-5-3 溫度誤差分析 87
4-6 封裝雙光柵置於瀝青試體表面應變量測結果 89
4-6-1應變量測結果 89
4-6-2 應變量測結果分析與驗證 90
第五章 結論及建議 95
5-1 結論 95
5-2 建議 96
參考文獻 97
中英文對照縮寫 99

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