氣體管線發生洩漏時，會產生聲音訊號，此聲音壓力波會造成光纖軸向某種程度上的應變，進而光纖中的導光會產生些微的相位差。在此我們使用馬赫—詹德及桑克混合式干涉儀來做為感測的架構，利用不同路徑、相同長度的兩道光，因經過洩漏點需不同的時間，使得造成不同的相位差，再經由電路解調解出因聲音訊號所造成的相位差，進而可推得洩漏位置。本偵漏架構優點為易於實際的佈放、整套系統花費低、並且為全光路設計，對洩漏位置的量測準確度可達99.9%，並且系統的動態範圍可高達75dB以上，最小可測訊號可達3.345x10^-4(rad/Hz)
。

This system is designed to detect the leakage position of gas pipelines. By Sagnac
interferometric theory, we develop the hybrid configuration of Mach-Zehnder and Sagnac Interferometer. It contains the properties of Sagnac Interferometer and it is easy to spread the fiber on the pipelines. When the leakage happened, it will generate the sound signal. This kind of sound pressure will make the total fiber length changed, and hence it will make phase difference. By getting the phase difference, we will get the information of leakage position. After a series of experiments, we prove our theory is correct and we can get an accurate position.
The Dynamic range of the system is more than 75 dB. The smallest signal that can be detected is about 3.345x10^-4(rad/Hz).

中文摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄　 vi　
圖目錄　 vii
符號表　 ix
第一章 簡介
1.1研究背景 1
1.2研究動機 2
1.3論文架構 3
第二章 理論分析
2.1桑克效應感測原理 4
2.1.1光纖感測原理 4
2.1.2干涉現象 4
2.1.3桑克干涉儀 5
2.1.4傳統桑克干涉儀的偵測原理 5
2.1.5傳統桑克干涉儀的缺點及改善方式 7
2.2馬赫—詹德及桑克混合式干涉儀數學分析 8
2.2.1干涉光數學分析 8
2.2.2解調電路的數學分析 12
2.2.3 相位載波訊號解調電路架構 14
2.3 系統元件介紹 15
2.3.1 法拉第旋轉鏡(FRM) 15
2.3.2 壓電材料(PZT)光纖相位調制器 16
2.4 光強度分析 17
2.4.1 系統光強度分析 18
2.4.2 相位調制器的位置探討 19
第三章 洩漏偵測分析
3.1 光纖感應理論分析 21
3.1.1 感測光纖的選擇條件 21
3.1.2 光纖感應度數學分析 22
3.2 光纖感應度量測理論分析 25
3.3 氣體管線構型分析 27
3.4 同時具有多個洩漏點理論分析 28
3.4.1 兩個洩漏點同時發生時干涉光強度的數學分析 28
3.4.2 兩個洩漏點的洩漏位置分析 32
3.4.3 同時出現兩個以上的洩漏點 33
第四章 實驗與結果討論
4.1光纖感應度測量(Michelson架構實驗) 35
4.1.1 實驗架構及步驟 35
4.1.2 實驗結果 36
4.1.3 實驗結果討論 36
4.2 PZT模擬聲源
4.2.1 實驗架構及步驟 38
4.2.2 實驗結果討論 38
4.3 混合式架構實際管線模擬
4.3.1實驗架構及步驟 39
4.3.2 實驗結果 40
4.3.3 實驗結果討論 41
五.結論與未來展望
5.1 結論 44
5.2 實際工程化的考量(多工架構、實際佈放) 46
5.2.1 光纖佈放方式 46
5.2.2 系統效能改善 47
參考文獻 48
附表 50
圖 53
附錄A 80
附錄B 84
中英對照表 86

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