利用不同材料膨脹係數做成溫度無感之布拉格光纖光柵傾斜感測器

Study of Temperature-Independent Fiber Bragg Grating Tilt Sensor Using Materials with Different Thermal Expansion Coefficients

陳宣壬(Hsuan-Jen Chen)

指導教授 ： 王立康

國立清華大學/電機資訊學院/光電工程研究所/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2007.00118

摘要

近年來利用布拉格光纖光柵做感測器的應用越來越多，布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating，FBG)具有重量輕、體積小、不受電磁波干擾、靈敏度高、傳輸損耗低及直接將波長訊息整合進光纖…等的優點。 且FBG的反射波長具有對溫度與應力敏感的特性，本論文實驗主要為一傾斜感測器，利用鐵球重力在傾斜時的分量造成的FBG微小應力改變，其應力改變使得FBG反射中心波長位移，以此作為感測傾斜的方法。
本實驗的溫度無感原理則是利用PVC管固定在鋁盒壁處一段長度，利用PVC的大膨脹係數，於溫度上升時，使之向FBG產生收縮力讓反射中心波長往短波長移動，藉此來抵消1.FBG本身反射中心波長隨溫度升高時，還有2.鋁盒膨脹時對FBG的張力，兩者使反射波長向長波長移動，形成溫度無感；實驗部分測試溫度由室溫28度上升至60度，傾斜是由盒的兩側各0度至15度作波長分析，量測反射頻譜的方法主要是利用一組EDFA的A.S.E.產生的寬頻光源打入3dB coupler 進FBG 反射回來特定波長後，再經過3 dB coupler由頻譜分析儀(Optical Spectrum Analyzer，OSA) 做接收，觀察傾斜時與加溫時所造成的反射中心波長變化。
本論文內容主要分為摘要，第一章為對光纖及光纖光柵的歷史作簡介，第二章對於布拉格光纖光柵的原理做深入探討，第三章先解說本實驗設計的原理後，再把實際架構完成過程與測試傾斜與溫度方法做介紹，第四章將傾斜實驗與加溫實驗做出的數據紀錄與分析結果，第五章將實驗作一個結論還有其未來展望。

關鍵字

布拉格光纖光柵 ； 感測器 ； 光纖 ； 溫度無感 ； 膨脹係數

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FBG ； Sensor ； Fiber ； Temperature-Independent ； Thermal Expansion Coefficient

參考文獻

“Optical in-fiber grating high pressure sensor,”

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398–399,1993.

demonstration of a Fiber Bragg grating accelerometer,”

IEEE Photon. Technol. Lett.,vol. 8, pp.1677–1679, Dec.