隨著微型感測器的需求漸增,光纖感測器(Optical fiber sensor) 也因應而生。
光纖感測系統具有多工量測的能力以及多項優點,例如:體積小、質量輕、靈敏 度高、反應速度快,有優異的彈性設計與適應性,可以在惡劣的環境中作長期的
監測。同時具有高可靠度,可以作動態即時量測以及遠端監控量測;量測系統架 設簡單容易,並且可以做多參數極多點監測。更由於光纖及光電元件生產技術的 日趨成熟,價格也日益低廉,造就現今許多領域如:物理、化學、半導體製程及 生物醫學等都有光纖式感測器的出現。此外光纖感測器也有結合微機電技術的潛 力,製造出更精密、普及的感測器,這將是未來國防科技產業的關鍵技術。本計 畫預計研發之高靈敏與高穩定度光纖感測訊號調變技術,即針對感測訊號進行研 究分析與實驗驗證發展適合應用在國防科技光纖先進智慧引信系統,將上述之優 點引進,並使用新型合成信號調變技術,以求達到高靈敏、高穩定及高解析之慣 性精密感測。
光學干涉儀一直為精密量測的研究工具,具有極高的靈敏度。隨著光纖及相 關元件的發展,許多傳統光學干涉儀方法已經有各式光纖干涉感測器的應用。目 前 , 光 纖 感 測 器 較 常 採 用 下 列 四 種 不 同 的 干 涉 結 構 , 如 ( 圖 一 ) 所 示 分 別 是:Michelson interferometer、Mach-Zehnder、Sagnac 和 Fabry-Perot 等干涉儀架構。
上述干涉儀原理都是利用同一光源經過分光程序將光分成兩道,由於這兩道光由 於光程路徑不同,最後耦合在一起形成干涉現象,藉由訊號處理過程得到感測結 果。
圖一、全光纖式干涉儀架構
光纖量測訊號有許多都是低頻及微弱的訊號,因此,需要對這些訊號做某些 形式的調變工作,才能將量測訊號帶離雜訊區,使正確的量測訊號被解析出來。
一般常 用調 變方 法有 調幅調 變 (Frequency Modulation)、調 幅調 變 (Amplitude Modulation)及相位調變(Phase Modulation)三種方式,其中光纖量測最常使用相位 調變技術。欲達成相位調變的目的可以使用許多不同形式的相位調變器。其中包 含被動式(Passive)訊號解調變技術[1-3],與主動式(Active)訊號解調變技術[4-6]
均有相當多的研究。本實驗室在這方面之研究成果亦相當豐碩[2, 5, 6],也累積多 年之經驗。
本子計畫(一)運用整合本實驗室多年發展之光纖感測系統與光學量測技術技 術先進之光機電高科技,將配合新式的信號解調技術,可協助研發出具有體積 小、速度快、靈敏度高、可靠度高、性能佳、環境適應性強等優點之光纖式微型 慣性感測元件。