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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 馬劍清 | zh_TW |
dc.contributor.advisor | Chien-Ching Ma | en |
dc.contributor.author | 蔡任航 | zh_TW |
dc.contributor.author | Jen-Hang Tsai | en |
dc.date.accessioned | 2023-09-22T16:42:11Z | - |
dc.date.available | 2023-11-09 | - |
dc.date.copyright | 2023-09-22 | - |
dc.date.issued | 2023 | - |
dc.date.submitted | 2023-08-10 | - |
dc.identifier.citation | [1] 葉耀文,馬劍清, "短週期光纖光柵在動態系統的量測與應用," 碩士論文, 機械工程研究所, 台灣大學, 2004
[2] 許碩修,馬劍清, "能量調變型光纖光柵感測器在動態系統的量測與應用," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2005. [3] 汪政緯,馬劍清, "應用布拉格光纖光柵感測器於結構件承受撞擊之暫態應變量測," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2008. [4] 莊國志,馬劍清, "多維高解析度布拉格光纖光柵動態位移及應變量測系統之研發並應用於暫態波傳之量測," 博士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2008. [5] 王華均,馬劍清, "智慧懸臂樑結構的主動抑振研究以及布拉格光纖光柵多點量測的技術開發," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2013. [6] 柯秉良,馬劍清, "布拉格光纖光柵應用於壓力感測器設計與製作以及動態應變量測," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2015. [7] 黃康哲,馬劍清, "聚偏二氟乙烯薄膜與布拉格光纖光柵感測器之動態量測技術研發與應用," 博士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2015. [8] 許詠荏,馬劍清, "布拉格光纖光柵感測器於高速內藏式主軸及超精密平面磨床動態特性、溫升及變形之精密量測," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2016. [9] 龔瑞清,馬劍清, "開發布拉格光纖光柵感測器於多點與即時量測系統並應用在高速內藏式主軸與銑削工件之溫升、變形及轉速之精密量測," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2017. [10] 凃哲維,馬劍清, "應用布拉格光纖光柵感測器於加工系統之溫升、變形與動態特性之精密量測與遠端監控," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2019. [11] 詹惠媛,馬劍清, "布拉格光纖光柵感測器於高速內藏式主軸之健康檢測分析與工具機量測之應用," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2019. [12] 黃婉瑈,馬劍清, "開發布拉格光纖光柵感測器量測系統於機械加工系統之溫升、變形與振動態特性之分析," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2020. [13] 廖尉翔,馬劍清, "布拉格光纖光柵於固體結構多點動態應變及熱學量測之技術開發及資料解析," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2022. [14] 黃育熙,馬劍清, "壓電陶瓷平板、薄殼、雙晶片三維耦合動態特性之實驗量測、數值分析與理論計算," 博士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2009. [15] 曾國舜,馬劍清, "壓電纖維複材與壓電陶瓷雙晶片的動態特性及應用於能量擷取系統之探討," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2012. [16] 黃泰榮,黃育熙, "積層製造材料與噴頭壓電陶瓷之異向性力學材料常數量測," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣科技大學, 2015. [17] 林均憶,黃育熙, "積層製造之材料量測應用於功能性梯度材料與埋入式感測," 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2021. [18] Hibbeler R.C., Mechanics of material. 3rd edition, Prentice Hall Press, 1997 | - |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/89925 | - |
dc.description.abstract | 光纖由於其具有優異的傳輸特性與幾何形狀特性、高靈敏度且不受電磁波影響之特性,近年來在感測技術的研發蓬勃發展,其中尤其以布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)感測器發展最為迅速,其在準靜態時可以搭配波長解調器進行定量的量測,而在動態訊號上亦可使用能量調變型系統作為訊號之擷取方法,同時還能使用多光纖光柵一次對多點進行監測,而本實驗室過去已對上述方法投入許多研究,具有相當成熟之技術。
本文以光纖光柵應用於暫態波傳及熱學量測為主要方法,首先對壓電陶瓷雙晶片進行暫態波傳之量測,分別使用高速波長解調器以及能量調變型系統對低頻以及高頻之訊號做量測,再對壓電陶瓷雙晶片因振動產生溫升的情況進行熱學量測;接著將光纖光柵埋入3D列印之試片,量測列印過程中溫度以及應變的變化,分析列印方向對於試片之影響;最後使用光纖光柵量測鋁板受到拉伸對於其共振頻率的影響,並計算出共振頻率與拉力值之曲線擬合方程式,對試片施加不同拉力並反算出拉力值,以驗證曲線擬合方程式對於試片拉伸力量預測之正確性。 | zh_TW |
dc.description.abstract | Fiber optics has seen remarkable advancements in sensing technology in recent years due to its excellent transmission and geometric properties, high sensitivity, and immunity to electromagnetic interference. Among these advancements, Fiber Bragg Grating (FBG) sensors have experienced rapid development. FBG can be integrated with the I-MON system to monitor quasi-static situation. It may also be utilized to measure the transient response of solid structures by applying the power modulating method. Additionally, multiple FBG can be employed simultaneously for multi-point monitoring. Our lab has invested considerable research effort into these methods and possesses mature technology in this area.
In this study, the FBG sensor is mainly used to measure transient response and thermal characteristics. Firstly, we conducted transient wave propagation measurements on piezoeceramic bimorphs. The low frequency signal high-speed I-MON and the high frequency signal were measured using power modulating method. Subsequently, thermometry measurements were performed on the piezoeceramic bimorphs to study the temperature rise due to vibration. Then, we embedded FBG into 3D-printed specimens to measure temperature and strain variations during the printing process. Then analyzes the impact of printing direction on the specimens . Finally, we used FBG to measure the effect of tensile force on the resonant frequency of an aluminum plate. We derived a fitting equation correlating the resonant frequency with the applied tension and used it to predict the tension values for different specimens. This approach was employed to verify the accuracy of the predictive capacity of the fitting equation for tension force estimation in the specimens. | en |
dc.description.provenance | Submitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2023-09-22T16:42:11Z No. of bitstreams: 0 | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2023-09-22T16:42:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 | en |
dc.description.tableofcontents | 口試委員審定書
誌謝 摘要 I Abstract III 目錄 V 圖目錄 XI 表目錄 XXIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻回顧 3 1.3 論文內容簡介 5 第二章 光纖光柵基本原理與製作方法 9 2.1 光纖光學原理 9 2.2 光纖光柵基本原理 12 2.3 光彈效應與熱光效應 13 2.3.1 光彈效應 13 2.3.2 熱光效應 16 2.4 共振波長飄移理論 17 2.4.1 共振波長飄移原理 17 2.4.2 承受平面應力 19 2.4.3 承受單軸向應力 20 2.4.4 承受溫度影響 21 2.5 光纖光柵的種類 22 2.5.1 短週期光纖光柵(Short Period Fiber Grating) 22 2.5.2 長週期光纖光柵(Long Period Fiber Grating) 23 2.5.3 本文所使用的光纖光柵 24 2.6 光纖光柵製作方法 24 2.6.1 光纖的光感性 25 2.6.2 內部寫入法 25 2.6.3 橫向全像法 25 2.6.4 相位光罩法 26 第三章 實驗量測技術與儀器設備 35 3.1 布拉格光纖光柵量測系統 35 3.1.1 光纖光柵感測器的事前準備工作 35 3.1.2 能量調變型光纖光柵動態量測系統 36 3.1.3 波長解調器(I-MON)量測系統 37 3.1.4 多光柵多點量測之I-MON系統 38 3.2 光纖光柵量測系統所需之相關儀器 40 3.2.1 ASE可調式光源 40 3.2.2 光隔離器與光循環器 40 3.2.3 濾波器 41 3.2.4 光電轉換器(光電二極體) 41 3.2.5 光譜分析儀 41 3.2.6 低密度分波多工器(CWMD) 41 3.2.7 光耦合器 42 3.2.8 波長解調器(I-MON 256 USB) 42 3.2.9 高速波長解調器(I-MON 256 High Speed) 43 3.3 熱電偶及其溫度擷取器 44 3.4 加熱型電磁攪拌器與控制器 45 3.5 光纖位移計(Fotonic Sensor) 45 3.6 熱像儀 46 3.7 超音波探傷儀 47 第四章 應用光纖光柵於壓電陶瓷雙晶片之動態特性與溫度量測 69 4.1 壓電陶瓷雙晶片介紹與理論 69 4.2 壓電陶瓷雙晶片於單邊固定邊界之實驗方法與數值分析 71 4.2.1 實驗方法 72 4.2.2 數值分析 72 4.3 應用光纖光柵於壓電陶瓷雙晶片之動態量測 73 4.3.1 阻抗分析儀 73 4.3.2 實驗架設 74 4.3.3 並聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式(PBP) 74 4.3.4 串聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式(SBP) 76 4.3.5 本節小結 77 4.4 應用光纖光柵於壓電陶瓷雙晶片之共振頻率掃頻量測 78 4.4.1 實驗架設 78 4.4.2 並聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式(PBP) 78 4.4.3 串聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式(SBP) 79 4.4.4 本節小結 80 4.5 應用光纖光柵於壓電陶瓷雙晶片之高頻振動與溫升量測 80 4.5.1 SBP之高頻面內振動量測 80 4.5.2 SBP之高頻面內振動溫升量測 82 4.5.3 熱像儀量測結果 83 4.5.4 本節小結 85 第五章 應用光纖光柵於積層製造之埋入式感測 157 5.1 懸臂梁振動理論 157 5.1.1 懸臂梁彎曲模態(Bending Mode) 157 5.1.2 懸臂梁扭轉模態(Torsion Mode) 160 5.2 3D列印之材料常數量測 162 5.2.1 3D列印機及3D列印試片 162 5.2.2 鋼珠落擊實驗量測 163 5.2.3 本節小結 166 5.3 3D列印之埋入式感測 166 5.3.1 簡介 166 5.3.2 光纖光柵埋入式量測 167 5.3.3 埋入之光纖光柵測試 169 5.3.4 3D列印試片之熱膨脹係數量測 170 5.3.5 本節小結 171 第六章 應用光纖光柵於鋁板拉伸之暫態應變量測 203 6.1 拉伸試片介紹 203 6.1.1 拉伸試片之材料常數量測 203 6.1.2 自由邊界之量測 205 6.2 共振頻率於試片受拉伸之變化 206 6.2.1 實驗架設 206 6.2.2 實驗儀器設備與元件 206 6.2.3 實驗結果與頻率分析 207 6.2.4 施加拉力量測實驗 208 6.2.5 本節小結 210 第七章 結論與未來展望 241 7.1 結論 241 7.2 未來展望 243 參考文獻 245 圖目錄 圖2-1 光纖結構示意圖 28 圖2-2 司乃爾定律概念圖 28 圖2-3 光纖導光原理示意圖 29 圖2-4 光柵原理示意圖 29 圖2-5 光纖座標軸定義 30 圖2-6 平面應力座標軸定義 30 圖2-7 短週期光纖光柵原理示意圖 31 圖2-8 短週期光纖光柵模態耦合示意圖 31 圖2-9 長週期光纖光柵原理示意圖 32 圖2-10 長週期光纖光柵模態耦合示意圖 32 圖2-11 相位光罩法原理示意圖 33 圖3-1 I-MON量測之正常FBG反射共振波長波型 49 圖3-2 I-MON量測之異常FBG反射共振波長波型 49 圖3-3 光電轉換架設(尚無暫態量測之能力)示意圖 50 圖3-4 布拉格光纖光柵之穿透與反射頻譜 50 圖3-5 能量調變型之光電轉換架設(可量測暫態訊號)示意圖 51 圖3-6 能量調變之光譜面積示意圖 51 圖3-7 能量調變法之光纖光柵動態量測系統示意圖 52 圖3-8 光纖光柵配合波長解調器(I-MON)之架設示意圖 52 圖3-9 分波多工器之工作原理示意圖 53 圖3-10 光纖光柵感測器以分波多工器進行多點量測架設示意圖 53 圖3-11 光耦合器之工作原理示意圖 54 圖3-12 光纖光柵感測器以光耦合器連接波長解調器(I-MON)架設示意圖 54 圖3-13 多段光柵感測器配合波長解調器(I-MON)之架設示意圖 55 圖3-14 ASE可調式光源之實體圖 55 圖3-15 光隔離器之實體圖 56 圖3-16 三埠口式光循環器實體圖 56 圖3-17 利用可調式位移平台所製作之濾波器實體圖 57 圖3-18 光電二極體實體圖 57 圖3-19 光譜分析儀實體圖 58 圖3-20 分波多工器實體圖 58 圖3-21 光耦合器實體圖(一分十六) 59 圖3-22 波長解調器I-MON 256 USB實體圖 59 圖3-23 I-MON操作介面之參數設定面板 60 圖3-24 雙段光柵之I-MON光譜圖 60 圖3-25 高速波長解調器I-MON 256 High Speed實體圖 61 圖3-26 High Speed I-MON操作介面之參數設定面板 61 圖3-27 溫度擷取器實體圖 62 圖3-28 T型熱電偶實體圖 62 圖3-29 恆溫加熱盤與控制器 63 圖3-30 加熱型電磁攪拌器規格 (MH-1) 63 圖3-31 PID溫度控制器規格 (GX-36L) 63 圖3-32 光纖位移計MTI-2100實體圖 64 圖3-33 光纖探頭內部纖維分佈種類 64 圖3-34 光纖位移計之探頭工作原理示意圖 65 圖3-35 光纖位移計之位移與電壓校正曲線 65 圖3-36 TAS-200系列紅外線熱像儀 66 圖3-37 景興紅外線熱像儀分析軟體介面(拍攝壓電陶瓷雙晶片溫升) 66 圖3-38 超音波探傷儀實體圖 67 圖3-39 超音波探頭橫波(左)與縱波(右) 67 圖4-1 並聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式(PBP) 95 圖4-2 串聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式(SBP) 95 圖4-3 並聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式(PBP)實體圖 95 圖4-4 串聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式(SBP)實體圖 96 圖4-5 壓電陶瓷雙晶片分層圖 96 圖4-6 並聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式之阻抗分析實驗結果(100Hz-10kHz) 97 圖4-7 並聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式之阻抗分析實驗結果(10-100kHz) 97 圖4-8 串聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式之阻抗分析實驗結果(100Hz-10kHz) 98 圖4-9 串聯型壓電雙晶片以並聯電極連接型式之阻抗分析實驗結果(10-100kHz) 98 圖4-10 鋼珠落擊實驗實體圖 99 圖4-11 壓電陶瓷雙晶片反光膠帶黏貼示意圖 99 圖4-12 PBP之光纖光柵、光纖位移計位置及鋼珠落擊位置 100 圖4-13 SBP之光纖光柵、光纖位移計位置及鋼珠落擊位置 100 圖4-14 FBG量測鋼珠落擊PBP暫態訊號重複性(200ms) 101 圖4-15 FBG量測鋼珠落擊PBP暫態訊號重複性(20ms) 101 圖4-16 光纖位移計量測鋼珠落擊PBP暫態訊號重複性(200ms) 102 圖4-17 光纖位移計量測鋼珠落擊PBP暫態訊號重複性(20ms) 102 圖4-18 正壓電效應量測鋼珠落擊PBP暫態訊號重複性(200ms) 103 圖4-19 正壓電效應量測鋼珠落擊PBP暫態訊號重複性(20ms) 103 圖4-20 鋼珠落擊PBP頻域分析(0~2000Hz) 104 圖4-21 鋼珠落擊PBP頻域分析(2000~8000Hz) 104 圖4-22 FBG 1量測鋼珠落擊SBP暫態訊號重複性(200ms) 105 圖4-23 FBG 1量測鋼珠落擊SBP暫態訊號重複性(20ms) 105 圖4-24 FBG 2量測鋼珠落擊SBP暫態訊號重複性(200ms) 106 圖4-25 FBG 2量測鋼珠落擊SBP暫態訊號重複性(20ms) 106 圖4-26 光纖位移計量測鋼珠落擊SBP暫態訊號重複性(200ms) 107 圖4-27 光纖位移計量測鋼珠落擊SBP暫態訊號重複性(20ms) 107 圖4-28 正壓電效應量測鋼珠落擊SBP暫態訊號重複性(200ms) 108 圖4-29 正壓電效應量測鋼珠落擊SBP暫態訊號重複性(20ms) 108 圖4-30 鋼珠落擊SBP頻域分析(0~2000Hz) 109 圖4-31 鋼珠落擊SBP頻域分析(2000~8000Hz) 109 圖4-32 光纖光柵於壓電陶瓷雙晶片黏貼位置 110 圖4-33 光纖光柵應用於壓電陶瓷雙晶片掃頻實驗架設示意圖 110 圖4-34 PBP之FBG 1(1565 nm)1~1000Hz掃頻結果 111 圖4-35 PBP之FBG 2(1530 nm)1~1000Hz掃頻結果 111 圖4-36 PBP之FBG 1(1565 nm)1001~2000Hz掃頻結果 112 圖4-37 PBP之FBG 2(1530 nm)1001~2000Hz掃頻結果 112 圖4-38 PBP之FBG 1(1565 nm)2001~3000Hz掃頻結果 113 圖4-39 PBP之FBG 2(1530 nm)2001~3000Hz掃頻結果 113 圖4-40 PBP之FBG 1(1565 nm)3001~4000Hz掃頻結果 114 圖4-41 PBP之FBG 2(1530 nm)3001~4000Hz掃頻結果 114 圖4-42 PBP之FBG 1(1565 nm)4001~5000Hz掃頻結果 115 圖4-43 PBP之FBG 2(1530 nm)4001~5000Hz掃頻結果 115 圖4-44 PBP之FBG 1(1565 nm)5001~6000Hz掃頻結果 116 圖4-45 PBP之FBG 2(1530 nm)5001~6000Hz掃頻結果 116 圖4-46 PBP之FBG 1(1565 nm)6000~7000Hz掃頻結果 117 圖4-47 PBP之FBG 2(1530 nm)6001~7000Hz掃頻結果 117 圖4-48 PBP之FBG 1(1565 nm)7001~8000Hz掃頻結果 118 圖4-49 PBP之FBG 2(1530 nm)7001~8000Hz掃頻結果 118 圖4-50 PBP之FBG 1(1565 nm)8001~9000Hz掃頻結果 119 圖4-51 PBP之FBG 2(1530 nm)8001~9000Hz掃頻結果 119 圖4-52 PBP之FBG 1(1565 nm)9001~10000Hz掃頻結果 120 圖4-53 PBP之FBG 2(1530 nm)9001~10000Hz掃頻結果 120 圖4-54 PBP之FBG 1(1565 nm)1001~2000Hz掃頻結果 121 圖4-55 PBP之FBG 2(1530 nm)1001~2000Hz掃頻結果 121 圖4-56 PBP以FBG 1(1565 nm)掃頻結果與阻抗分析儀結果比較圖 122 圖4-57 PBP以FBG 2(1530 nm)掃頻結果與阻抗分析儀結果比較圖 122 圖4-58 SBP之FBG 1(1565 nm)1~1000Hz掃頻結果 123 圖4-59 SBP之FBG 2(1530 nm)1~1000Hz掃頻結果 123 圖4-60 SBP之FBG 1(1565 nm)1001~2000Hz掃頻結果 124 圖4-61 SBP之FBG 2(1530 nm)1001~2000Hz掃頻結果 124 圖4-62 SBP之FBG 1(1565 nm)2001~3000Hz掃頻結果 125 圖4-63 SBP之FBG 2(1530 nm)2001~3000Hz掃頻結果 125 圖4-64 SBP之FBG 1(1565 nm)3001~4000Hz掃頻結果 126 圖4-65 SBP之FBG 2(1530 nm)3001~4000Hz掃頻結果 126 圖4-66 SBP之FBG 1(1565 nm)4001~5000Hz掃頻結果 127 圖4-67 SBP之FBG 2(1530 nm)4001~5000Hz掃頻結果 127 圖4-68 SBP之FBG 1(1565 nm)5001~6000Hz掃頻結果 128 圖4-69 SBP之FBG 2(1530 nm)5001~6000Hz掃頻結果 128 圖4-70 SBP之FBG 1(1565 nm)6001~7000Hz掃頻結果 129 圖4-71 SBP之FBG 2(1530 nm)6001~7000Hz掃頻結果 129 圖4-72 SBP之FBG 1(1565 nm)7001~8000Hz掃頻結果 130 圖4-73 SBP之FBG 2(1530 nm)7001~8000Hz掃頻結果 130 圖4-74 SBP之FBG 1(1565 nm)8001~9000Hz掃頻結果 131 圖4-75 SBP之FBG 2(1530 nm)8001~9000Hz掃頻結果 131 圖4-76 SBP之FBG 1(1565 nm)9001~10000Hz掃頻結果 132 圖4-77 SBP之FBG 2(1530 nm)9001~10000Hz掃頻結果 132 圖4-78 SBP之FBG 1(1565 nm)掃頻結果與阻抗分析儀結果之比較圖 133 圖4-79 SBP之FBG 2(1530 nm)掃頻結果與阻抗分析儀結果之比較圖 133 圖4-80 SBP高頻面內振動量測實驗架設圖 134 圖4-81 光纖光柵黏貼位置與12305Hz x2方向模態比較圖 134 圖4-82 面內高頻振動 - 12305Hz 135 圖4-83 面內高頻振動 - 35430Hz 135 圖4-84 面內高頻振動 - 47430Hz 136 圖4-85 面內高頻振動 - 53905Hz 136 圖4-86 面內高頻振動 - 64445Hz 137 圖4-87 面內高頻振動 - 76695Hz 137 圖4-88 SBP加熱圓盤加熱實體圖 138 圖4-89 光纖光柵與熱電偶黏貼位置示意圖 138 圖4-90 SBP 熱電偶與FBG 1擬合結果 139 圖4-91 SBP 熱電偶與FBG 2擬合結果 139 圖4-92 SBP高頻激振溫升之實驗架設圖 140 圖4-93 12305Hz激振SBP之光纖光柵量測之波長飄移量 左:FBG 1右:FBG 2 140 圖4-94 SBP 12305Hz 激振FBG 1與熱電偶擬合結果 141 圖4- 95 SBP 12305Hz 激振FBG 2與熱電偶擬合結果 141 圖4-96 35430Hz激振SBP之光纖光柵量測之波長飄移量 左:FBG 1右:FBG 2 142 圖4-97 47430Hz激振SBP之光纖光柵量測之波長飄移量 左:FBG 1右:FBG 2 142 圖4-98 53905Hz激振SBP之光纖光柵量測之波長飄移量 左:FBG 1右:FBG 2 142 圖4-99 64445Hz激振SBP之光纖光柵量測之波長飄移量 左:FBG 1右:FBG 2 143 圖4-100 76695Hz激振SBP之光纖光柵量測之波長飄移量 左:FBG 1右:FBG 2 143 圖4-101 熱像儀放射率校正流程圖 144 圖4-102 熱影像之SBP選取範圍 144 圖4-103 光纖光柵與熱電偶於熱影像之位置示意圖 145 圖4-104 熱影像與熱電偶校正點 145 圖4-105 熱像儀與熱電偶溫度比較圖(FBG 1處) 146 圖4-106 熱像儀與熱電偶溫度比較圖(FBG 2處) 146 圖4-107 SBP之等溫線圖(12305Hz 0~600秒) 147 圖4-108 SBP之等溫線圖(35430Hz 0~600秒) 148 圖4-109 SBP之等溫線圖(47430Hz 0~600秒) 149 圖4-110 SBP之等溫線圖(53905Hz 0~600秒) 150 圖4-111 SBP之等溫線圖(64445Hz 0~600秒) 151 圖4-112 SBP之等溫線圖(76695Hz 0~600秒) 152 圖4-113 SBP全場最高溫比較圖 153 圖4-114 12305Hz溫度量測結果 153 圖4-115 35430Hz溫度量測結果 154 圖4-116 47430Hz溫度量測結果 154 圖4-117 53905Hz溫度量測結果 154 圖4-118 64445Hz溫度量測結果 155 圖4-119 76695Hz溫度量測結果 155 圖5-1 懸臂量長度 受彎曲之自由體圖 178 圖5-2 懸臂量長度 受扭轉之自由體圖 178 圖5-3 3D列印機台 178 圖5-4 3D列印方向與列印條件示意圖 179 圖5-5 3D列印排向圖 179 圖5-6 各排向試片圖 180 圖5-7 3D列印外層去除示意圖 180 圖5-8 3D列印試片鋼珠落擊實驗架設圖 181 圖5-9 光纖位移計與鋼珠落擊位置 181 圖5-10 「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊時域訊號 182 圖5-11 「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊頻率域訊號 182 圖5-12 「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊時域訊號 183 圖5-13 「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊頻率域訊號 183 圖5-14 「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊時域訊號 184 圖5-15 「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊頻率域訊號 184 圖5-16 「 -plane -dir.」試片示意圖 185 圖5-17 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶黏貼示意圖 185 圖5-18 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶黏貼位置示意圖 186 圖5-19 光纖光柵埋入3D列印過程圖 186 圖5-20 光纖光柵埋入「 -plane -dir.」試片之波長飄移量 187 圖5-21 熱電偶埋入「 -plane -dir.」試片之波長飄移量 187 圖5-22 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶之溫度擬合結果 188 圖5-23 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶比較圖(0 ~ 300秒) 188 圖5-24 光纖光柵埋入「 -plane -dir.」試片訊號放大圖(20 ~ 150秒) 189 圖5-25 光纖光柵埋入「 -plane -dir.」試片頻率域結果 189 圖5-26 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶比較圖(0 ~ 4000秒) 190 圖5-27 「 -plane -dir.」試片光纖光柵量測之殘餘應變(0 ~ 4000秒) 190 圖5-28 「 -plane -dir.」試片列印示意圖 191 圖5-29 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶黏貼位置示意圖 191 圖5-30 光纖光柵埋入「 -plane -dir.」試片之波長飄移量 192 圖5-31 熱電偶埋入「 -plane -dir.」試片之波長飄移量 192 圖5-32 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶之溫度擬合結果 193 圖5-33 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶比較圖(0 ~ 500秒) 193 圖5-34 「 -plane -dir.」試片光纖光柵與熱電偶比較圖(0 ~ 9000秒) 194 圖5-35 「 -plane -dir.」試片光纖光柵量測之殘餘應變(0 ~ 9000秒) 194 圖5-36 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊實驗架設圖 195 圖5-37 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊位置示意圖 195 圖5-38 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之光纖位移計鋼珠落擊時域訊號 196 圖5-39 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之光纖位移計鋼珠落擊頻域訊號 196 圖5-40 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之光纖光柵鋼珠落擊時域訊號 197 圖5-41 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之光纖光柵鋼珠落擊頻域訊號 197 圖5-42 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片鋼珠落擊位置示意圖 198 圖5-43 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之光纖光柵鋼珠落擊時域訊號 198 圖5-44 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之光纖光柵鋼珠落擊頻域訊號 199 圖5-45 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之熱膨脹係數量測 199 圖5-46 「 -plane -dir.」試片之熱膨脹係數量測 200 圖5-47 「 -plane -dir.」試片之熱膨脹係數量測 200 圖5-48 「 -plane -dir.」、「 -plane -dir.」以及「 -plane -dir.」排向圖 201 圖6-1 拉伸實驗之鋁板示意圖 223 圖6-2 拉伸實驗之鋁板實體圖 223 圖6-3 小型拉伸試驗機實體圖 223 圖6-4 鋁板之縱波訊號 224 圖6-5 鋁板之橫波訊號 224 圖6-6 鋁板之縱波訊號 225 圖6-7 鋁板之橫波訊號 225 圖6-8 拉伸試片自由邊界實體圖 226 圖6-9 光纖光柵、應變規與鋼珠撞擊於自由邊界條件之位置示意圖 226 圖6-10 拉伸試片自由邊界鋼珠落擊之暫態響應 227 圖6-11 拉伸試片自由邊界受撞擊之FFT圖 227 圖6-12 拉伸實驗實體架設圖 228 圖6-13 光纖光柵、應變規與鋼珠撞擊於拉伸實驗之位置示意圖 228 圖6-14 荷重元(左)及其顯示器(右)實體圖 229 圖6-15 應變指示器實體圖 229 圖6-16 鋼珠敲擊施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 230 圖6-17 施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 230 圖6-18 鋼珠敲擊施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 231 圖6-19 施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 231 圖6-20 鋼珠敲擊施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 232 圖6-21 施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 232 圖6-22 鋼珠敲擊施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 233 圖6-23 施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 233 圖6-24 鋼珠敲擊施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 234 圖6-25施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 234 圖6-26 共振頻率與施加拉力之關係曲線(Mode 1~Mode 5) 235 圖6-27 共振頻率與施加拉力之關係曲線(Mode 6~Mode 11) 235 圖6-28 施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 236 圖6-29 施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 236 圖6-30 施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 237 圖6-31 施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 237 圖6-32 施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 238 圖6-33 施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 238 圖6-34 施加拉力 試片受撞擊之暫態響應 239 圖6-35 施加拉力 試片受撞擊之FFT圖 239 表目錄 表3-1 超音波探頭規格 48 表4-1 壓電陶瓷(PSI-5A4E)材料常數表 88 表4-2 壓電雙晶片中間層銅金屬材料常數 88 表4-3 光纖光柵、光纖位移計、PBP正壓電效應、阻抗分析儀和FEM之比較 89 表4-4 光纖光柵、光纖位移計、SBP正壓電效應、阻抗分析儀和FEM之比較 90 表4-5 PBP掃頻結果、阻抗分析儀與FEM共振頻率比較表 91 表4-6 SBP掃頻結果、阻抗分析儀與FEM共振頻率比較表 92 表4-7 SBP面內共振頻率與輸入電壓值 93 表4-8 SBP高頻面內激振溫升實驗設置 93 表4-9 SBP高頻激振FBG 1量測之熱膨脹係數與溫升轉換係數C 94 表4-10 SBP高頻激振FBG 2量測之熱膨脹係數與溫升轉換係數C 94 表5-1 3D列印之試片之尺寸及密度 172 表5-2 「 -plane -dir.」試片之光纖位移計、理論與數值分析之比較表 172 表5-3 「 -plane -dir.」試片之光纖位移計、理論與數值分析之比較表 173 表5-4 「 -plane -dir.」試片之光纖位移計、理論與數值分析之比較表 174 表5-5 正交性材料之材料常數 174 表5-6 埋入光纖光柵試片之尺寸及密度 175 表5-7 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之比較表(光纖位移計) 175 表5-8 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之比較表(光纖光柵) 176 表5-9 埋入光纖光柵之「 -plane -dir.」試片之比較表(光纖光柵) 177 表5-10 3D列印各排向與PLA之熱膨脹係數比較表 177 表6-1 鋁板波速與材料參數 211 表6-2 光纖光柵、應變規與模擬之自由邊界共振頻率比較表 211 表6-3 施加拉力 試片之共振頻率比較表 212 表6-4 施加拉力 試片之共振頻率比較表 213 表6-5 施加拉力 試片之共振頻率比較表 214 表6-6 施加拉力 試片之共振頻率比較表 215 表6-7 施加拉力 試片之共振頻率比較表 216 表6-8 施加拉力與共振頻率關係表 217 表6-9施加拉力與共振頻率之關係曲線擬合方程式 218 表6-10 施加拉力 試片之共振頻率反算拉力比較表 219 表6-11 施加拉力 試片之共振頻率反算拉力比較表 220 表6-12 施加拉力 試片之共振頻率反算拉力比較表 221 表6-13 施加拉力 試片之共振頻率反算拉力比較表 222 | - |
dc.language.iso | zh_TW | - |
dc.title | 應用布拉格光纖光柵感測器於壓電陶瓷雙晶片之動態特性量測與積層製造之埋入式感測 | zh_TW |
dc.title | Application of Fiber Bragg Grating Sensors in the Measurement of Dynamic Characteristics of Piezoceramic Bimorphs and Embedded Sensing in Additive Manufacturing | en |
dc.type | Thesis | - |
dc.date.schoolyear | 111-2 | - |
dc.description.degree | 碩士 | - |
dc.contributor.oralexamcommittee | 張敬源;廖展誼 | zh_TW |
dc.contributor.oralexamcommittee | Ching-Yuan Chang;Chan-Yi Liao | en |
dc.subject.keyword | 布拉格光纖光柵,能量調變法,壓電陶瓷雙晶片,暫態波傳,積層製造,熱膨脹係數,拉伸實驗,應變規, | zh_TW |
dc.subject.keyword | Fiber Bragg Grating,power modulated method,piezoeceramic bimorphs,transient response,additive manufacturing,coefficient of thermal expansion,strain gage,tensile testing, | en |
dc.relation.page | 246 | - |
dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202303994 | - |
dc.rights.note | 同意授權(全球公開) | - |
dc.date.accepted | 2023-08-12 | - |
dc.contributor.author-college | 工學院 | - |
dc.contributor.author-dept | 機械工程學系 | - |
顯示於系所單位: | 機械工程學系 |
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