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研究生:陳柏宏
研究生(外文):Bo-Hung Chen
論文名稱:光柵式變形量測器之改良
論文名稱(外文):Improvement on deformation measurement device based on grating principle
指導教授:曾垂拱
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:繞射光柵應變量測
外文關鍵詞:diffractiongratingstrain measurement
相關次數:
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本文旨在研究利用繞射光學方式結合位置感測器(PSD)來量測物體變形量之方法。將反射式薄膜光柵緊貼於待測物體上,當雷射光源照射於光柵上時,會因為繞射現象而產生繞射光,本文主要擷取+1號及-1號繞射光在PSD上的信號來進行變形量測。根據繞射原理,光柵的條紋密度會決定繞射光之角度,當待測物產生變形量時光柵條紋密度也會隨之改變,並使PSD上的兩個繞射光點產生位移量,故光柵條紋密度的變化可由PSD精準感測光點之位移來測出,並藉此可量測待測物之變形量。
本文採用雙PSD的設計,一方面可提高系統的信號輸出,另一方面也可消除剛體旋轉而產生的誤差。本文利用反射式光柵、PSD、雷射光源、運算放大電路等元件,自行開發出變形量測器,並以拉伸試驗進行校驗分析,證明此量測器之可行性。
The subject of this thesis is to modify a deformation measurement device based on diffractive optics. A reflective grating film was bonded on the specimen. When a laser beam strikes the reflective grating, several diffraction rays can be observed. Two position sensitive detector (PSD) where employed to track the diffraction rays order +1 and order-1. The grating film on the specimen is deformed accordingly when the specimen is deformed, so that the frequency of the grating and the diffraction rays are altered. Therefore, we can measure the frequency change of grating and the deformation of specimen through the light point displacement on PSD sensor.
This research uses dual PSD for not only strengthening the intensity of output signal but also eliminating the error of rigid body rotation.
In this research we develop a deformation measurement system which consists of a reflective grating film, dual PSD, a laser diode, and a PSD signal processing circuit, etc. This deformation measurement system proved workable through a tension test procedure, and the result shown a good linear output.
中文摘要 I
英文摘要 II
誌 謝 III
目 錄 IV
圖表索引 VIII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究背景文獻回顧 2
1-3研究動機與目的 4
1-4本文架構 5
第二章 相關理論概述 6
2-1 PSD相關理論 6
2-1-1 PSD原理介紹 6
2-1-2 PSD信號量測 7
2-1-3 PSD輸出公式 8
2-1-4 PSD 位置解析能力[8-10] 9
2-1-5 PSD感測誤差[5] 10
2-1-6 雙PSD架構之訊號推導 12
2-2光柵與繞射相關理論 16
2-2-1 光柵簡介 16
2-2-2 光柵的種類 17
2-2-3 繞射光與誤差之計算 18
2-3 應變規簡介 22
2-3-1 應變規量測原理 22
2-3-2 應變規特性 23
第三章 量測器內部參數設計與驗證 25
3-1流程規劃 25
3-2 PSD輸出信號分析 26
3-2-1 PSD輸出訊號之線性檢驗 26
3-2-2 PSD線路連接與驗證 28
3-3 光柵頻率分析 31
3-4光信號分析 35
3-4-1 針孔之光信號穩定度分析 36
3-4-2 針孔之光信號強度分析 38
第四章 光柵式變形量測器製作與實驗 40
4-1 實驗設備 40
4-2光柵式變形量測器之製作 44
4-2-1量測器外型尺寸設計 44
4-2-2內部元件設計 46
4-2-3量測器製作完成 47
4-3 應變量測實驗 49
4-3-1 拉伸試驗之應變量測實驗 49
4-3-2 量測系統 50
4-3-3 實驗步驟 52
第五章 實驗結果與討論 55
5-1拉伸實驗結果討論 55
5-2實驗誤差討論 64
5-2-1 量測準確度對頻率造成的誤差 64
5-2-2光柵與應變規之間的誤差 64
5-2-3重現性檢驗 66
5-3量測系統性能討論 70
5-4變形量測器改良前後之比較 71
第六章 結論與未來展望 73
6-1結論 73
6-2未來展望 74
參 考 文 獻 75
作 者 簡 介 77
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