臺灣博碩士論文加值系統

光纖具有體積小、質量輕、耐高溫、耐腐蝕、抗電磁波干擾等優勢，國內將光纖技術應用於結構行為監測亦有十數年之歷史，包括橋梁、大樓、廠房、甚至於瀝青混凝土鋪面等，而台7線雪霧隧道則是國內第一個隧道安全監測使用光纖系統的案例。
雪霧隧道的光纖監測系統，不但使用先進的光柵式光纖技術，並設置了遠端即時監控的功能，還可於災害發生的第一時間主動發佈電話語音簡訊，隧道養護人員便可透過網際網路隨時隨地掌握現場的即時影像及監測數據。本系統經實際運作一年後，成效良好，穩定度佳、可性度高，未來並規劃搭配警示燈、LED電子看板等預警設施，更進一步維護用路人行的安全。
另本研究亦利用ANSYS結構分析軟體建立隧道有限元素模型，套用光纖監測所得之數據進行分析，結果顯示雪霧隧道入口處洞口段持續向下沉陷並向山谷側偏移，此模型若能獲得更多監測數據及更完整的地質資料，必有助於找出隧道變形的成因及解決之道。

Fiber Optical Sensors（FOS） has many advantages, such as small size, light weight, sustain high temperature, corrosion and magnetic interrupt resistant…etc. In Taiwan, FOS has been used to monitor concrete behavior, such as bridge, building, factory, even on pavement of road for over ten year’s experience. Xue-Wu Tunnel, which is located in Provincial Highway No.7, is the first case to use Fiber Bragger Grating Sensors Real Time Monitoring System（FBGSRTMS） to measure tunnel deformation.
FBGSRTMS of Xue-Wu Tunnel not only used advanced Fiber Bragger Grating technology, but also set up a real image & remote real time monitoring system which can send alarm immediately by telephone and e-mail when disaster occurred.
Moreover, in this thesis, ANSYS structural analysis software is applied to the tunnel and compared with the data of FBGSRTMS. It shows the north exit area of Xue-Wu Tunnel keeps on settling to the valley side. As a result, it will do a great help for finding the reason of tunnel deformation and solution, if we can get more monitoring and complete geophysical information.

摘 要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
照片目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 研究方法 4
1.5 論文格式與內容 4
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 7
2.2.1光纖的結構 7
2.2.2光之全反射原理 8
2.2.3光纖的種類 10
2.2.4光纖的傳輸損失 13
2.2.5光纖的主要參數 15
2.2.6光纖之優點 16
2.3光纖感測器 18
2.3.1光纖感測器種類 18
2.3.2光纖光柵的基本原理 21
2.3.3光纖光柵的種類 23
2.3.4光纖光柵的感測方法 25
第三章背景資料及分析方法 26
3.1雪霧隧道概述 26
3.1.1基本資料 26
3.1.2地質條件 31
3.1.3地層及岩性 31
3.1.4各項地質參數 34
3.2雪霧隧道歷次損壞維修紀錄 34
3.3損壞原因評估 46
3.4分析方法 48
3.4.1無限邊坡穩定分析 48
3.4.2有限元素法簡介 50
3.4.3應力與應變關係 54
3.4.4 ANSYS有限元素分析軟體 56
3.4.5 ANSYS程式混凝土構件分析 61
3.5隧道模型建構 63
第四章監測系統架構 69
4.1監測種類與位置 69
4.2光纖監測系統 69
4.2.1 FBG 資料擷取器 75
4.2.2位移感測計Displacement Sensor D-01 83
4.2.3 CCD攝影機及工業電腦 86
4.2.4電源及網路 90
4.2.5警報發佈機 91
4.2.6監測系統運作流程 93
4.3其他輔助測量 95
4.4相關照片及說明 98
第五章監測結果分析 102
5.1監測結果說明 102
5.1.1光纖監測結果 102
5.1.2高程及GPS測量成果 106
5.2監測結果分析 107
第六章結論與建議 133
6.1結論 133
6.2建議 136
參考文獻 139

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