實驗架構

1. 光纖光柵直流電壓感測系統

光纖光柵電壓感測系統主要由，EDFA（摻鉺光纖放大器）、

Tunable Filter（可調波長濾波器）、Coupler（光纖偶合器）、FBG

（布拉格光纖光柵）、Isolator(光隔離器)等光電元件加上不同性質的 電壓所建立的硬體模型所組成。如下圖（3-1-1）和圖（3-2-1）。

光束從 EDFA 輸出後經過一光隔離器後，再經過光纖偶合器Ａ，布 拉格光纖光柵的反射光９０％經過光纖耦合器Ｂ有８０％的光回到光纖 迴圈裡，形成一個環型共振腔，利用可調波長濾波器固定環型雷射的波 長，Ｂ coupler 的２０％的光會進到光訊號轉換器後通過 NI 的介面卡 將訊號數位化再把訊號傳至電腦記錄分析，透過 Labview 軟體運算得到 光纖光柵反射波長的位移。

直流電壓感測架構，如圖（3-1-1）可程式控制電源（MDT-694A）

來控制壓電式的軸向移動平台，待測直流電壓（ ０～１５０V）經一電 壓匹配器輸入到可程式控制電源（THORLABS MDT-694A），再輸入適當 的電壓於壓電式移動平台，光纖光柵受到壓電移動平台的拉伸產生布拉 格反射波長之位移，經光纖光柵信號解調系統測得波長的位移量。

圖 3-1-1：光纖光柵直流電壓感測系統

17

依照我們所建立的直流電壓感測器的架構(圖 3-1-1)，利用光纖光 柵解調系統的波長即時感測模式中所測量到的光纖光柵波長位移量。如 (圖 3-1-2)所示;

圖 3-1-2 光纖光柵訊號解調之波長即時感測模式

18

2. 光纖光柵交流電壓感測系統

至於交流電源的感測器架構，如圖（3-2-1）是將待測交流電壓

（８０～１１０V）經變壓器（Tramsfomer）輸出至 1.42KΩ 的水泥電 阻降壓至（２３～３０V）驅動一磁簧振盪器，光纖光柵固定於傳感器 上，傳感器受到磁簧振盪器產生驅駛振盪，光纖光柵的振動信號借由光 纖信號解調儀量得頻率響應而得到輸入交流電壓值。

圖 3-2-1：光纖光柵交流電壓感測系統

19

3. 光纖光柵電壓傳感器的構造

圖 3-3-1：光纖光柵傳感器四個主體

光纖光柵傳感器構造，如圖（3-3-1），下層墊片組裝完成，如下 圖（3-3-2）所示。在設計時下層墊片預留了四個螺絲孔，主要是能將 感測器任意的固定在需要量測的物體上，並且達到隨時可拆裝之功用。

而兩組相對之菱形結構是經過 SAP2000 模擬，設計出量測物之頻率所需 範圖，並能夠將振動源準確的傳達至光纖光柵上及保護光纖光柵不易受 到損壞。

圖 3-3-2：光纖光柵傳感器完成圖

20

4. Labview 軟體簡介

LabView提供很多外觀件與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的 控制項，讓使用者能更方便地創建介面。使用者介面在 LabVIEW中被稱 為前面板。使用圖示和連線，在此面板中，主要是讓使用者來設定輸入 端的數值，另一方面也提供輸出及輸入物件的選擇，猶如像真實儀表ㄧ 樣之控制面板，包含了控制端及顯示端；中為程式方塊流程圖的架構，

也就是程式主要部份，而這些圖形化程式再藉由圖像連接器的功能，將 每個圖形程式用線段相連接來達到資料傳輸的目的。LabVIEW集成了與 滿足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 協定的硬體及資料獲取卡通訊的全 部功能。

21

5. 實驗儀器

圖 3-5-1：光纖光柵解調儀 圖 3-5-2：壓電控制器

圖 3-5-3：三軸精密平台 圖 3-5-4：壓電式軸向控制器

圖 3-5-5：交流電變壓器 圖 3-5-6：自製直流電感測平台

22

圖 3-5-7：自製交流電感測平台 圖 3-5-8：1554nm 光纖光柵

圖 3-5-9：光纖光柵固定座 圖 3-5-10：光纖光柵承載座

圖 3-5-11：交流電磁閥開關

23

光纖的波松比(Possion’s ratio) ：υ 所受的應變：ε

光纖的熱光係數(thermal optical cofficient)：ξ＝dn

² eff

eff

^ε

外在溫度改變作用的敏感係數：K

T

由式(11)我們得知當改變布拉格光纖光柵受到外在應力作用及外在 溫度改變時會使布拉格光纖光柵的中心反射波長會有飄移量，所以我們 可以利用此飄移量的大小測量外在所受應力作用量或外在溫度改變量。