第四章 光纖光柵壓力感測器製作與標定
4.2 光纖壓力感測器標定程式與結果
4.2.3 溫度對於壓力感測器之影響
當溫度發生變化時，光纖光柵受到溫度應變及折射率變化結果，將會 造成光纖光柵反射波長改變。雖然感測器在設計時，已將溫度影響考慮在 內，可以藉由解調或是其他裝置來消除溫度對感測器的影響，但實際應用 上卻不一定如此理想。
為了瞭解溫度對壓力感測器的影響，本節將分別對討論兩種壓力感測 器在不同溫度下壓力與光柵波長變動量的關係。實驗配置圖如圖 4-23 所 示，實驗步驟與實驗儀器皆和4.2.2 節的相同，有差異的部分為感測器是放 置在烘箱內施作。
(A) 漸變式光纖光柵壓力感測器
圖 4-24 為使用 4.2.2 節標定的感測器做溫度標定的實驗結果，當中三
組數據分別代表感測器在不同溫度下壓力與光柵波長變動量的關係，從圖 中可以發現，隨著溫度的增加，感測器的斜率有逐漸變緩的趨勢，表示感 測器的解析度變差，當溫度為 50oC，感測器的解析度為 0.175kPa，相關係 數 R2 = 0.9984。
圖4-25 為感測器在不同溫度下量測值與實際值的誤差關係，若以 4.2.2 節所得到的回歸線為實際正確值，實驗值與實際正確值的差異為誤差，則 感測器在 25 oC、40 oC 和 50 oC 下的誤差平均值分別為 1.518 kPa、1.471 kPa 和 4.546 kPa。由圖 4-26 可以看出，在 50oC 時，感測器上受壓部分的光纖 光柵，呈現非線性的變形，一般光柵受到壓縮時，會發生較不線性的應變 然而，在4.1.1 中有敘述到在黏貼光柵時，先施與一定的預拉量使光柵在受 壓時有較大的反應空間，因此，此一情況應為光纖光柵與感測元件表面間 黏著劑在厚度不均造成熱變形不同或是無法即時傳遞應變變化所造成。
(B) 拉伸式光纖光柵壓力感測器
利用 4.2.2 節標定的感測器進行溫度關係的標定，圖 4-27 與圖 4-28 分 別為三組實驗數據扣除呆光柵感測的溫度變化量之波長變化圖與波長飄移 和壓力的關係圖，由圖中可以看出感測器的解析度沒有很大的變化，最大 與最小解析度差異為1.49×10-3 kPa，與 4.2.2 節標定的感測器解析度差不 多，圖中三條線段斜率雖然有所差異，但在壓力與反射波長飄移的關係上，
仍有良好的線性關係。
圖4-29 為感測器在不同溫度下量測值與實際值的誤差關係，若以 4.2.2 節所得到的回歸線為實際正確值，則感測器在 25 oC、40 oC 和 50 oC 下的誤 差平均值分別為 1.617 kPa、1.673 kPa 和 2.095 kPa。此值與常溫下感測器 的誤差值差不多，所以在不同溫度下，對於拉伸式感測器的解析度與線性 程度並沒有很大的影響。
圖4-1 預拉裝置上與黏著光纖槽溝
圖4-2 漸變式光纖光柵感測器的外殼
圖4-3 漸變式光纖光柵感測器完成品
圖4-4 拉伸式光纖光柵感測器的置於預拉裝置上
圖4-5 拉伸式光纖光柵感測器的固定端上膠
圖4-6 拉伸式光纖光柵感測器的固定端上膠後置於烤盤上加熱
圖4-7 拉伸式光纖光柵感測器的感測端預拉組件
圖4-8 拉伸式光纖光柵感測器的完成圖
圖4-9 壓力與應變之線性關係實驗配置圖
圖4-10 單 FBG 漸變式壓力感測器壓力與波長關係圖
圖4-11 圓形薄板應變與位置關係圖
圖4-12 雙 FBG 黏貼位置圖
圖4-13 雙 FBG 漸變式壓力感測器壓力與波長關係圖
圖4-14 單 FBG 與雙 FBG 漸變式感測器壓力與波長關係比較圖
圖4-15 單光柵漸變式感測器受壓時光柵頻譜改變圖
圖 4-16 雙光柵漸變式感測器受壓時光柵頻譜改變圖(拉伸部分) Δλ1
Δλ2
圖4-17 使用量測波長寬度差的標定結果
圖4-18 使用量測波長飄移的標定結果
圖4-19 漸變式壓力感測器壓力與波長關係圖
圖4-20 漸變式壓力感測器實驗值與理論值比較圖
圖4-21 拉伸式壓力感測器壓力與波長關係圖
圖4-22 拉伸式壓力感測器實驗值與理論值比較圖
圖4-23 溫度對感測器影響實驗配置圖
圖4-24 漸變式壓力感測器溫度標定圖
圖 4-25 漸變式壓力感測器溫度標定誤差圖
圖4-26 漸變式壓力感測器於 50oC 時波長變化圖
圖4-27 拉伸式壓力感測器受溫度影響下波長變化圖
圖4-28 拉伸式壓力感測器溫度標定圖
圖 4-29 漸變式壓力感測器溫度標定誤差圖