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研究生:周志成
研究生(外文):Chih-Chen Chou
論文名稱:應用光纖光柵感測器量測結構應變、溫度及振動
論文名稱(外文):THE MEASUREMENTS OF STRAIN、TEMPERATURE AND VIBRATION BY FIBER BRAGG GRATING SENSOR
指導教授:何旭川
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:光纖光柵懸臂樑自由振動基座激振強制振動
外文關鍵詞:fiber Bragg grating sensorlong period fiber gratingcantilever beamfree vibrationforce vibrationbase excitation
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光纖對於現代通訊系統有巨大的貢獻,其高頻寬及低耗損之特性讓大筆的資料及資訊可快速並可靠的傳遞。光纖本身具有直徑小、重量輕、韌性強、抗腐蝕等優點,小巧的外形作為感測器使用更能真實地量測到結構體實際的變化。本文以光纖光柵為感測器應用光柵反射波長偏移量測結構應變、溫度與振動,研究實驗內容分為靜態和動態兩部分。在靜態部分是將光纖光柵全長之一半黏貼於試片表面另一半長度則未黏貼,當試片分別施加機械負載或溫度負載,光纖光柵黏貼與未黏貼部分承受不同應變,產生兩個不同反射波長,藉由此部分黏貼光纖光柵所反射之兩個波長可同時量測結構承受之機械應變和溫度。動態部分則是以短週期光纖光柵結合長週期光纖光柵,將短週期光纖光柵因動態應變變化導致之反射波長變化,轉換為光強度變化,再藉由偵測光強度變化量測結構動態響應。並以懸臂樑為試片分別施予自由振動、基座激振及強制振動三種不同振動模式,應用光纖光柵感測器量測振動響應,再與應變規量測所得比較,驗證光纖光柵感測器量測結構動態響應之準確度與可行性。
In this investigation, the application of fiber Bragg grating senor on the measurements of strain, temperature and vibration are studied. The measurements are classified into two categories: statics and dynamics. In the case of statics, half of fiber Bragg grating senor is bonded on the surface of the test specimen. As the specimen subjected to thermal or mechanical load, two optic waves reflected from the fiber Bragg grating senor can be observed. Basing on the two reflected wavelengths, one is able to measure the mechanical strain and temperature simultaneously. In the case of dynamics, the fiber Bragg grating senor surface bonded on the test specimen is connected to a long period fiber grating. As the light transmits through the long period fiber grating, the intensity of the light is decayed and is dependent on the wavelength. By measuring the intensity of the light, one is able to measure the shift of the wavelength reflected from the fiber Bragg grating senor, leads to the determination of the strain in the test specimen. To explore the technique, the fiber Bragg grating senor is used to measure the strain of a vibrating cantilever beam. The vibration test includes free vibration, forcing vibration, and base excitation. In the cases of forcing vibration and base excitation, the cantilever beam is subjected to single or double frequency at resonance or non-resonance. The strains measured by the fiber Bragg grating sensor are compared with the results obtained by the strain gauge to examine the accuracy of the fiber Bragg grating sensor.
書名頁 ……………………………………………………………… i
論文口試委員審定書 ……………………………………………… ii
授權書 …………………………………………………………… iii
中文提要 …………………………………………………………… iv
英文提要 …………………………………………………………… v
誌謝 ………………………………………………………………… vi
目錄 ………………………………………………………………… vii
表目錄 ………………………………………………………………… ix
圖目錄 ……………………………………………………………… xii
第一章、 緒論 …………………………………………………………… 1
1.1 研究動機 ……………………………………………………… 1
1.2 文獻回顧 ……………………………………………………… 1
1.3 研究方法及內容 ……………………………………………… 3
第二章、 光纖光柵反射波長 …………………………………………… 5
2.1 光纖光柵原理 ………………………………………………… 5
2.2 光纖光柵的分類與特性 ……………………………………… 5
2.3 布拉格條件(Bragg Condition) ………………………………… 6
2.4 短週期光纖光柵 ……………………………………………… 8
2.4.1 短週期光纖光柵方程式 …………………………………… 8
2.4.2 機械應變所產生的光柵反射波長偏移量 ………………… 9
2.4.3 溫度所產生的光柵反射波長偏移量 ……………………… 10
2.4.4 應變加溫度所產生的光柵反射波長偏移量 ……………… 11
2.5 長週期光纖光柵 ……………………………………………… 11
第三章、 靜態結構之應變與溫度量測 ……………………………… 13
3.1 實驗設備 ……………………………………………………… 13
3.2 光纖光柵量測機械應變 ……………………………………… 15
3.3 光纖光柵量測溫度變化 ……………………………………… 17
3.3.1 未黏貼試片光纖光柵溫度量測 …………………………… 17
3.3.2 黏貼於試片之光纖光柵溫度量測 ………………………… 18
3.4 實驗結果分析 ………………………………………………… 19
第四章、 結構振動量測 ……………………………………………… 21
4.1 實驗設備 ……………………………………………………… 22
4.2 光纖光柵反射光強度與應變關係校正 ……………………… 23
4.3 懸臂樑自由振動實驗 ………………………………………… 25
4.4 懸臂樑基座激振實驗 ………………………………………… 26
4.4.1 單一頻率基座激振實驗 …………………………………… 27
4.4.2 雙頻率基座激振實驗 ……………………………………… 28
4.5 懸臂樑強制振動實驗 ………………………………………… 30
4.5.1 單一頻率強制振動實驗 …………………………………… 31
4.5.2 雙頻率強制振動實驗 ……………………………………… 32
4.6 實驗結果分析 ………………………………………………… 33
第五章、 結論 ………………………………………………………… 36
參考文獻 ……………………………………………………………… 39
簡歷 ………………………………………………………………… 103
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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