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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 馬劍清(Chien-Ching Ma) | |
| dc.contributor.author | Kuan-Te Lee | en |
| dc.contributor.author | 李冠德 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-06-15T12:33:54Z | - |
| dc.date.available | 2016-08-24 | |
| dc.date.copyright | 2016-08-24 | |
| dc.date.issued | 2016 | |
| dc.date.submitted | 2016-08-02 | |
| dc.identifier.citation | [1] Hill, K. O., Fujii, Y., Johnson, D. C., & Kawasaki, B. S. (1978). Photosensitivity in optical fiber waveguides: Application to reflection filter fabrication. Applied Physics Letters, vol. 32, 647-649.
[2] Meltz, G., Morey, W., & Glenn, W. H. (1989). Formation of Bragg gratings in optical fibers by a transverse holographic method. Optics Letters, vol. 14, 823-825. [3] Hill, K. O., Malo, B., Bilodeau, F., Johnson, D. C., & Albert, J. (1993). Bragg gratings fabricated in monomode photosensitive optical fiber by UV exposure through a phase mask. Applied Physics Letters, vol. 62, 1035-1037. [4] Anderson, D. Z., Mizrahi, V., Erdogan, T., & White, A. E. (1993). Production of in-fiber gratings using a diffractive optical element. Electronics Letters, vol. 29, 566-568. [5] Bennion, I., Williams, J. A. R., Zhang L., Doran, S. K., & Doran, N. J. (1996). Tutorial review, UV-written in-fiber Bragg gratings. Optics Quantum Electronics, vol. 28, 93-135. [6] Hill, K. O., & Meltz, G. (1997). Fiber Bragg grating technology fundamentals and overview. Journal of Lightwave Technology, vol. 15, 1263-1276. [7] Kashyap, R. (1999). Fiber Bragg Gratings. Academic press. [8] Erdogan, T. (1997). Fiber grating spectra. Journal of Lightwave Technology, vol. 15, 1277-1294. [9] Nye, J. F. (1957).Physical Properties of Crystals: Their Representation by Tensors and Matrices. Oxford university press. [10] Bertholds, A., & Dandliker, R. (1988). Determination of the individual strain-optic coefficients in single-mode optical fibres. Journal of Lightwave Technology, vol. 6, 17-20. [11] Takahashi, S., & Shibata, S. (1979). Thermal variation of attenuation for optical fibers. Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 30, 359-370. [12] Tao, X., Tang, L., Du, W. C., & Choy, C. L. (2000). Internal strain measurement by fiber Bragg grating sensors in textile composites. Composites Science and Technology, vol. 60, 657-669. [13] Kersey, A. D., Berkoff, T. A., & Morey, W. W. (1993). Multiplexed fiber Bragg grating strain-sensor system with a fiber Fabry–Perot wavelength filter. Optics Letters, vol. 18, 1370-1372. [14] Sun, Q., Liu, D., Xia, L., Wang, J., Liu, H., & Shum, P. (2008). Experimental demonstration of multipoint temperature warning sensor using a multichannel matched fiber Bragg grating. Photonics Technology Letters, IEEE, vol. 20, 933-935. [15] Murukeshan, V. M., Chan, P. Y., Ong, L. S., & Seah, L. K. (2000). Cure monitoring of smart composites using fiber Bragg grating based embedded sensors. Sensors and Actuators A: Physical, vol. 79, 153-161. [16] Zhao, X., Song, G., Fernandez, M., & Ou, J. (2009). One kind of fiber Bragg grating displacement sensor using micro-elastic spring. Second International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering, 74932X-74932X-6. [17] Biswas, P., Bandyopadhyay, S., Kesavan, K., Parivallal, S., Sundaram, B. A., Ravisankar, K., & Dasgupta, K. (2010). Investigation on packages of fiber Bragg grating for use as embeddable strain sensor in concrete structure. Sensors and Actuators A: Physical, vol. 157, 77-83. [18] Ball, G. A., & Morey, W. W. (1992). Continuously tunable single-mode erbium fiber laser. Optics Letters, vol. 17, 420-422. [19] Ball, G., & Morey, W. W. (1994). Compression-tuned single-frequency Bragg grating fiber laser. Optics Letters, vol. 19, 1979-1981. [20] YoonKim, S., BaeLee, S., WonKwon, S., & SamChoi, S. (1998). Channel-switching active add/drop multiplexer with tunable gratings. Electronics Letters, vol. 34, 104-105. [21] Mavoori, H., Jin, S., Espindola, R. P., & Strasser, T. A. (1999). Enhanced thermal and magnetic actuations for broad-range tuning of fiber Bragg grating based reconfigurable add drop devices. Optics Letters, vol. 24, 714-716. [22] Inui, T., Komukai, T., & Nakazawa, M. (2001). Highly efficient tunable fiber Bragg grating filters using multilayer piezoelectric transducers. Optics Communications, vol. 190, 1-4. [23] Yoffe, G. W., Krug, P. A, Ouellette, F., & Thorncraft, D. A. (1995). Passive temperature-compensation package for optical fiber gratings. Applied Optics, vol. 34, 6859-6861. [24] Melle, S. M., & Liu, K. (1992). A passive wavelength demodulation system for guided-wave Bragg grating sensors. IEEE Photonics Technology Letters, vol. 4, 516-518. [25] Kersey, A. D., Berkoff, T. A., & Morey, W. W. (1993). Two-channel fiber Bragg-grating strain sensor with high-resolution interferometric wavelength-shift detection. Fibers', vol. 92, 48-55. [26] 蔣彥儒，王立康, '溫度無感之布拉格式光纖光柵應變感測系統之研究,' 博士論文, 電機工程學系, 國立清華大學, 2003. [27] 江家慶，單秋成, '能量調變型光纖光柵感測器,' 第二十屆機械工程研討會, 2003. [28] 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 [29] 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. [30] 莊國志，馬劍清, '以長週期光纖光柵作為能量調變之光纖光柵感測系統動態實驗,' 中華民國力學學會第二十九屆全國力學會議, 2005. [31] 林伯睿，馬劍清, '高靈敏度光纖濾波器與高感度光纖光柵之開發及應用於量測穩態和暫態波傳研究,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2006. [32] 粱正言，馬劍清, '高頻面內光纖光柵感測器及其動態量測系統之開發與研究,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2007. [33] 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. [34] 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. [35] 王兆祥，馬劍清, '布拉格光纖光柵感測器之理論分析以及應用動態量測與監測之探討,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2010. [36] 王俊耀，馬劍清, '布拉格光纖光柵感測器應用於三維結構物邊點之暫態應變量測,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2012. [37] 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. [38] 林建鐘，馬劍清, '探討質量效應對於樑結構頻率域之影響以及移動質量的動態特性分析,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2014. [39] 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. [40] 黃康哲，馬劍清, '聚篇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. [41] Siebert, T., Schubach, H. R., & Splitthof, K. (2010). Recent developments and applications for optical full field strain measurement using ESPI and DIC. Fourth International Seminar on Modern Cutting and Measuring Engineering, 79972B-79972B. [42] Bay, B. K. (1995). Texture correlation: a method for the measurement of detailed strain distributions within trabecular bone. Journal of Orthopaedic Research, vol. 13, 258-267. [43] Zhang, D., Zhang, X., & Cheng, G. (1999). Compression strain measurement by digital speckle correlation. Experimental Mechanics, vol. 39, 62-65. [44] Chen, D. J., Chiang, F. P., Tan, Y. S., & Don, H. S. (1993). Digital speckle-displacement measurement using a complex spectrum method. Applied Optics, vol. 32, 1839-1849. [45] Gaudette, G. R., Todaro, J., Krukenkamp, I. B., & Chiang, F. P. (2001). Computer aided speckle interferometry: a technique for measuring deformation of the surface of the heart. Annals of Biomedical Engineering, vol. 29, 775-780. [46] Sjödahl, M., & Benckert, L. R. (1993). Electronic speckle photography: analysis of an algorithm giving the displacement with subpixel accuracy. Applied Optics, vol. 32, 2278-2284. [47] Sjödahl, M. (1997). Accuracy in electronic speckle photography. Applied Optics, vol. 36, 2875-2885. [48] Pan, B., Xie, H., Yang, L., & Wang, Z. (2009). Accurate measurement of satellite antenna surface using 3D digital image correlation technique. Strain, vol. 45, 194-200. [49] Bruck, H. A., McNeill, S. R., Sutton, M. A., & Peters Iii, W. H. (1989). Digital image correlation using Newton-Raphson method of partial differential correction. Experimental Mechanics, vol. 29, 261-267. [50] 張敬源，馬劍清, '應用影像處理及叢集電腦於電子斑點干涉術及數位影像相關法全場分析技術之開發,' 博士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2012. [51] 周宛萱，馬劍清, '建構高精度數位影像相關法並應用於土木結構動態系統及奈米材料微系統的變形量測,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2014. [52] 簡宸煜，馬劍清, '應用數位影像相關法於土木結構及碳纖維性質與電池表面變化之量測,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2015. [53] Kawai, H. (1969). The Piezoelectricity of Poly (vinylidene Fluoride). Japanese Journal of Applied Physics, vol. 8, 975-976. [54] Chen, Q. and Payne, P. (1995). Industrial applications of piezoelectric polymer transducers. Measurement Science and Technology, vol. 6, 249. [55] 劉泓嶔、馬劍清, 'PVDF感測器應用於結構系統之動態量測能力,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2011. [56] 張鈞凱、馬劍清, '位移與應變暫態波傳之實驗量測、理論分析以及數值計算,' 碩士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2011. [57] 廖展誼、馬劍清, '矩形平板於流固耦合問題的振動特性與暫態波傳之理論分析、數值計算與實驗量測,' 博士論文, 機械工程學研究所, 臺灣大學, 2016. [58] Dung, C. V., Sasaki, E. (2016). Numerical simulation of output response of PVDF sensor attached on a cantilever beam subjected to impact loading. Sensors, vol.16, 601. | |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/50251 | - |
| dc.description.abstract | 光纖感測器擁有優良的機械性質以及線狀幾何特質、不受電磁波干擾以及高靈敏度等優點，近年來特別以布拉格光纖光柵（Fiber Bragg Grating, FBG）作為感測器的相關研究發展十分迅速，可以搭配波長解調器進行靜態的監測、利用能量調變型光纖光柵作動態的量測，上述兩種方法也可以使用分波多工器來達到同時多點的量測。數位影像相關法（Digital Image Correlation, DIC）可進行非接觸式全域的位移及應變的量測。聚偏二氟乙烯壓電薄膜（PVDF）具有優異的壓電特性，具有輕薄如紙、柔韌可撓、可自行剪裁適合尺寸等特性，因而廣泛應用於感測器或傳感器等研究。以上量測技術本實驗室已投入相當多的研究，且擁有十分成熟的技術，將利用以上感測器應用於本文的研究中。
本文主要利用布拉格光纖光柵感測器徑細質輕、具可撓性、能在水中甚至腐蝕性液體中進行量測等特性，搭配本實驗室自行開發的能量調變法，利用圓柱及懸臂板系統，說明FBG有能力在空氣中以及水中進行單方向的應變量測能力。同時使用光纖位移計（FS）進行位移、速度、加速度等分析，增加實驗的可信度，並透過模態的分析探討頻率分布是否合理。也搭配DIC進行懸臂薄板側面隨時間的位移量測，顯示出每個時間點的懸臂薄板形狀，再使用濾波的方式，用實驗的方法呈現出前三共振頻對應的模態形狀。此外搭配波長解調器（I-MON）探討懸臂板系統於各種固液耦合條件下的頻率變化趨勢。最後藉著FS優異的頻率解析能力，配合數值模擬數據建立的資料庫，在懸臂樑系統上預測缺口的長度及位置。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | In recent years, the optical fiber sensors, especially Fiber Bragg Grating (FBG) sensors, have been developed very rapidly due to its excellent mechanical properties, electromagnetics immunity and high sensitivity. FBG can be used to monitor the static problems by using I-MON system. It also can be used to measure the transient response of mechanical structures by using power modulating method. Both of them can be used to measure mutiple points simultaneously with wavelength division multiplexer. Digital image correlation (DIC) is a full field and non-contact measurement technique and can be widely used to measure displacement and strain. PVDF has some excellent properties, such as flexibility, piezoelectricity and can be made for any size. It is widely used as a sensor or a transducer. All of them were developed in our laboratory and will be used in this thesis.
The main object of this research is to use the advantages of FBG to perform the measurement under water to show it has the ability to measure the transient response of cylinder and cantilever plate structure in both air and water. Not only use FS sensor to measure displacement, velocity, acceleration field to enhance the credibility of experiment, but also use DIC to measure the dynamic displacement along the length of the plate. The transient displacement obtained by DIC can be filtered to construct the mode shape of plate. On the other hand, the boundary condition of the plate in the water can be checked by frequency annlysis of I-MON system. The last part of this research is focused on the prediction of the length and location of the defect in a beam structure from measured frequencies. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-15T12:33:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-105-R03522517-1.pdf: 48041046 bytes, checksum: 216283e646d62dad9e44492940a5124d (MD5) Previous issue date: 2016 | en |
| dc.description.tableofcontents | 摘要 I
Abstract III 目錄 V 表目錄 XI 圖目錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1. 研究動機 1 1.2. 文獻回顧 3 1.2.1 光纖光柵參考文獻 3 1.2.2 數位影像相關法參考文獻 6 1.2.3 聚偏二氟乙烯壓電薄膜參考文獻 7 1.3. 論文內容簡介 8 第二章 光纖光柵基本理論與製作應用 11 2.1. 基本光纖光學 11 2.2. 光纖光柵基本原理 13 2.3. 光彈效應與熱光效應 14 2.3.1 光彈效應 15 2.3.2 熱光效應 17 2.4. 共振波長飄移理論 18 2.4.1 共振波長飄移原理 18 2.4.2 承受平面應力 20 2.4.3 承受單軸向應力 21 2.4.4 承受溫度影響 22 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 光纖光感性 24 2.6.2 內部寫入法和橫向全像法 25 2.6.3 相位光罩法 25 第三章 實驗量測技術與儀器設備 33 3.1. 光纖光柵量測系統 33 3.1.1 能量調變型光纖光柵動態量測系統 33 3.1.2 光纖光柵配合波長解調器（I-MON）量測系統 34 3.1.3 多段布拉格光纖光柵量測系統 35 3.2. 聚偏二氟乙烯(PVDF)壓電薄膜感測系統 36 3.2.1 PVDF薄膜感測原理 36 3.2.2 搭配PVDF感測器所使用的電荷放大器原理介紹 38 3.3. 數位影像相關法介紹 40 3.4. 數位影像相關法實驗數據分析之重要參數 41 3.4.1 時間參數 41 3.4.2 空間參數 42 3.4.3 半窗格 42 3.5. 配合光纖光柵量測系統之相關儀器 43 3.5.1 寬頻光源（適用於能量調變法） 43 3.5.2 可調式光源(配合I-MON專用) 43 3.5.3 濾波器 43 3.5.4 光隔離器與光循環器 43 3.5.5 光電二極體 44 3.5.6 光譜分析儀 44 3.5.7 波長解調器（I-MON） 44 3.5.8 分波多工器（CWDM） 44 3.6. 光纖位移計 （Fotonic Sensor） 45 第四章 圓柱結構與懸臂板系統動態分析與實驗量測 63 4.1. 圓柱系統特性分析 63 4.1.1 鋼珠撞擊與敲擊實驗 64 4.1.2 有限元素法模擬分析 65 4.2. 全自由圓柱系統暫態波傳量測與模擬比較 65 4.2.1 應用FBG與PVDF感測器於暫態波傳量測與探討 65 4.3. 等向性懸臂薄板系統動態特性理論分析 66 4.3.1 等向性懸臂薄板統御方程式與邊界條件 66 4.3.2 利用鋼珠撞擊搭配有限元素法進行穩態分析 70 4.4. 懸臂板系統暫態波傳量測與理論分析及數值模擬比較 71 4.4.1 第一組位移、速度、加速度及應變的暫態波傳量測 71 4.4.2 第二組位移、速度、加速度及應變的暫態波傳量測 73 4.4.3 利用DIC量測板側面的動態振動行為 75 4.5. 小結 76 第五章 固液耦合問題結構體的動態特性分析與量測 129 5.1. 三維結構物於空氣中與水中的特性分析 129 5.1.1 空氣中的動態特性 129 5.1.2 水中的動態特性分析與量測 130 5.2. 薄板於不同固液耦合條件下的動態特性的分析與量測 131 5.2.1 薄板在不同水深相同位置的影響(第一組實驗) 131 5.2.2 薄板在不同y方向位置相同水深的影響(第一組實驗) 132 5.2.3 薄板在不同x方向位置相同水深的影響(第一組實驗) 132 5.2.4 薄板在不同水深相同位置的影響(第二組實驗) 133 5.2.5 薄板在不同y方向位置相同水深的影響(第二組實驗) 134 5.2.6 薄板在不同x方向位置相同水深的影響(第二組實驗) 134 5.2.7 利用曲線擬合對於預測水深的應用 135 5.3. 懸臂薄板系統於固液耦合的暫態波傳模擬與實驗比較 135 5.3.1 位移、速度、加速度及應變暫態波傳量測（0mm） 136 5.3.2 位移、速度、加速度及應變暫態波傳量測（3.5mm） 136 5.3.3 位移、速度、加速度及應變暫態波傳量測（7mm） 137 5.4. 懸臂薄板系統二於固液耦合的暫態波傳與模擬比較 138 5.4.1 空氣中的動態特性 138 5.4.2 固液耦合時的動態特性 139 5.5. 小結 140 第六章 缺口效應對於懸臂樑動態特性之影響及應用 231 6.1. 懸臂樑系統特性分析 231 6.1.1 鋼珠撞擊實驗 231 6.1.2 有限元素法模擬分析 232 6.2. 缺口效應對懸臂樑系統之影響 233 6.2.1 缺口長度參數與位置參數對頻率飄移之影響關係 233 6.2.2 利用曲線擬合建立缺口效應資料庫 234 6.3. 利用頻率飄移反算懸臂樑上的缺口效應 236 6.3.1 位置參數未知 236 6.3.2 缺口長度參數未知 237 6.3.3 位置參數與缺口長度參數皆未知 238 6.4. 小結 239 第七章 結論與未來展望 273 7.1. 結論 273 7.2. 未來展望 275 參考文獻 277 附錄 283 A. PVDF薄膜規格 283 B. KISTLER Type5064B11電荷放大器與Type2852A11適調平台規格 285 C. MTI-2100光纖位移計規格 287 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 缺口效應 | zh_TW |
| dc.subject | 布拉格光纖光柵 | zh_TW |
| dc.subject | 數位影像相關法 | zh_TW |
| dc.subject | 聚偏二氟乙烯壓電薄膜 | zh_TW |
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| dc.subject | 位移 | zh_TW |
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| dc.subject | 頻率飄移 | zh_TW |
| dc.subject | 布拉格光纖光柵 | zh_TW |
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| dc.subject | 頻率飄移 | zh_TW |
| dc.subject | displacement | en |
| dc.subject | Fiber Bragg Grating | en |
| dc.subject | frequency shifting | en |
| dc.subject | strain | en |
| dc.subject | Digital Image Correlation | en |
| dc.subject | PVDF | en |
| dc.subject | power modulated method | en |
| dc.subject | displacement | en |
| dc.subject | strain | en |
| dc.subject | crack effect | en |
| dc.subject | crack effect | en |
| dc.subject | frequency shifting | en |
| dc.subject | Fiber Bragg Grating | en |
| dc.subject | Digital Image Correlation | en |
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| dc.subject | power modulated method | en |
| dc.title | 以布拉格光纖光柵感測器量測與分析固液耦合結構物的動態特性及暫態波傳問題 | zh_TW |
| dc.title | Application of the Fiber Bragg Grating Sensor on Measuring and Analyzing Dynamic Characteristics and Transient Wave Propagation of Solid-liquid Structures | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 104-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 郭茂坤(Mao-Kuen Kuo),尹慶中(Ching-Chung Yin),盧中仁(Chung-Jen Lu),劉建豪(Chien-Hao Liu) | |
| dc.subject.keyword | 布拉格光纖光柵,數位影像相關法,聚偏二氟乙烯壓電薄膜,能量調變法,位移,應變,缺口效應,頻率飄移, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | Fiber Bragg Grating,Digital Image Correlation,PVDF,power modulated method,displacement,strain,crack effect,frequency shifting, | en |
| dc.relation.page | 287 | |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU201601366 | |
| dc.rights.note | 有償授權 | |
| dc.date.accepted | 2016-08-02 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 機械工程學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 機械工程學系 | |
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|---|---|---|---|
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