Responsive image
博碩士論文 etd-0717100-152327 詳細資訊
Title page for etd-0717100-152327
論文名稱
Title
光纖洩漏偵測器之研究
A Study of the Fiber Optic Leak Detector
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
100
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2000-07-05
繳交日期
Date of Submission
2000-07-17
關鍵字
Keywords
桑克干涉儀、3x3耦合器、洩漏偵測、光纖感測器
Sagnac interferometer, 3x3 coupler, leak detector, optical fiber sensor
統計
Statistics
本論文已被瀏覽 5692 次,被下載 1795
The thesis/dissertation has been browsed 5692 times, has been downloaded 1795 times.
中文摘要
在一些長距離的舖設管線中,如:水管、油管、氣管等,因環境或人為的因素,造成管線發生破裂,而造成管內物質流出管外,即所謂的洩漏現象,又管線的洩漏會對環境、人員、資源等造成重大影響,所以,如何找出洩漏點來進行修護就變得很重要了。
基於上述的理由,要找出洩漏點的位置是本論文研究的重點。在論文中,提出以3x3耦合器為主體之麥克遜、桑克混合式干涉儀,設計一光纖洩漏偵測器。因為,光纖有:佈放容易、低傳輸損耗、不腐蝕等幾個優點,利用它來當作感測光纖,再利用洩漏所產生之聲音物理場,且為一寬頻白色雜訊的特性,來進行洩漏點位置之偵測,最後,藉由輸出之訊號頻譜的分析,來找出洩漏點之位置。
本論文利用桑克效應及洩漏點所產生物理場,與洩漏產生之位置的關聯性,完成了以光纖為感測元件之光纖洩漏偵測器,來解決尋找洩漏點位置的困擾。

Abstract
non
目次 Table of Contents
目 錄
摘要 i
誌謝 ii
目錄 iii
表目錄 vii
圖目錄 viii
符號表 xi
第一章 前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 1
第二章 光纖洩漏偵測器之設計 4
2.1 感測原理 4
2.1.1 洩漏機制 4
2.1.2 洩漏點偵測之原理 5
2.1.3 干涉原理 8
2.1.4 相位調制 9
2.2 可行性分析 10
2.3 系統架構與組成 12
2.3.1 光源單元 13
2.3.2 感測單元 14
2.3.2.1 干涉儀 14
2.3.2.2 3x3 耦合器 15
2.3.2.3 感測光纖 16
2.3.2.4 法拉第旋轉鏡 17
2.3.3 訊號處理單元 18
2.3.3.1 檢光器 19
2.3.3.2 頻譜分析儀 19
2.3.3.3 PZT 相位調制器 20
2.4 偵測器之數學模型          22
2.4.1 元件之數學模型 22
2.4.2 偵測器之轉移函數 22
第三章 實驗 28
3.1 實驗之元件設備 28
3.2 組裝 28
3.2.1 量測洩漏之聲源部分 28
3.3.2 光源單元之組裝 30
3.2.3 感測單元之組裝 31
3.2.4 信號處理單元之組裝 32
3.2.5 光纖洩漏偵測器之組裝 33
3.3 實驗進行之步驟 33
3.3.1 洩漏點聲源之特性量測 33
3.3.2 光纖洩漏偵測器所使用元件特性量測 35
3.3.2.1 PZT 相位調制器之特性量測 35
3.3.2.2 3x3 耦合器特性量測 37
3.3.3 洩漏點位置之量測 38
第四章 結果與討論 40
4.1 洩漏聲源量測之結果討論 40
4.2 洩漏點位置量測結果討論 41
4.2.1 光源部分 42
4.2.2 模擬聲源部分 42
4.2.3 感測單元部分 44
第五章 結論及未來展望 46
5.1 結論 46
5.2 未來展望 46
參考文獻 85
附錄 A 3x3耦合器轉移函數及相位關係 89
附錄 B 光纖馬克-詹德干涉儀之轉移函數 92
附錄 C 麥克遜干涉儀之轉移函數 94
附錄 D 麥克風之規格特性 96
中英文對照表 97
作者簡歷 100

參考文獻 References
參考文獻
1、 J. P. Kurmer, S. A. Kingsley, J. S. Laudo, and S.J. Krak, “Distributed fiber optic acoustic sensor for leak detection,” Distributed and Multiplexed Fiber Optic Sensors., SPIE, Vol.1586, pp.117-128 (1991).
2、 J. Blake, P. Tantaswadi, and R. T. de Carvalho, “In-Line Sagnac
interferometer current sensor,” IEEE Trans. on Power Delivery,
Vol.11,No.1,pp. 116-121(1996).
3、 J. Breguet and N. Gisin, “Interferometer using a 3×3 coupler and Faraday mirrors,” Opt. Lett., Vol.20, No.12, pp.1447-1449(1995).
4、 Y. N. Ning, Z. P. Wang, A. W. Palmer, and K. T. V. Grattan,” Recent progress in optical current sensing techniques,” Rev. Sci. Instrum., Vol. 66, No.5,pp.3097-3111( 1995).
5、 Eric Udd, Fiber Optical Sensors, pp.233-240, John Wiley and Sons Inc., New York(1991).
6、 W. A. Wassef, M. N. Bassim, M. Houssuy-Emam, and K. Tangri, “Acoustic emission spectra due to leaks from circular holes and rectangular slits,” J. Acoust. Soc. Am.,Vol. 77, No. 3,pp. 916-923 (1985).
7、 林武文,”水下管線光纖偵漏系統之可行性分析,”第二屆水下技術研討會及國科會成果發表會論文集, pp.85-90,台南市(1999).
8、 John Dakin, Brian Culshaw, Optical Fiber Sensors, Principles and Components, Vol.I,pp.230-232, Artech House, Boston(1988).
9、 John Dakin, Brian Culshaw, Optical Fiber Sensors, Principles and Components, Vol.I, pp.87, Artech House, Boston(1988).
10、David K. Cheng原著,李永勳編譯,電磁學(Field and Wave Electromagnetics,pp.386-390,艾迪生維斯理出版有限公司,偉明圖書有限公司合作出版,台北市(1996).
11、Wuu-Wen Lin, Sung-Tsun Shih, Mao-Hsiung Chen, and Shih-Chu Huang,“The transfer functions of PZT phase modulators in optical fiber sensors,” Proc. Natl. Sci. Counc., ROC(A)., Vol.18, No.6, pp.570-575(1994).
12、Eric Udd, Fiber Optical Sensors, pp.134-135, John Wiley and Sons Inc., New York(1991).
13、A. D. Kersey, M. J. Marrone, and M. A. Davis, “Polarisation- insensitive fiber optic Michelson interferometer,” Electronics Letters, Vol.27, No.6, pp.518-520 (1991).
14、A. Yu and A. S. Siddiqui, “Systematic method for the analysis of optical fiber circuits,” IEE Proc.-Optoelectron., Vol.142, No.4, pp.165-175(1995).
15、蕭乃仁,分波分時多工光纖感測系統之研究,pp.34-35,國立中山大學電機工程學系碩士論文,高雄市(1998).
16、J. P. Kurmer, S. A. Kingsley, J. S. Laudo, and S.J. Krak, “Applicability of a novel distributed fiber optic acoustic sensor for leak detection,” Distributed and Multiplexed Fiber Optic Sensors II., SPIE, Vol.1797, pp.63-71(1992).
17、Richard G. Priest, “Analysis of Fiber Interferometer Utilizing 3x3 Fiber Coupler,” IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-18, No. 10, pp.1601-1603(1982).
18、王小宁, 王光明, “Sagnac 效應在光纖水聽器中的應用,”應用聲學, 15卷, 5期, pp.20-35(1995).
19、林武文,陳茂雄,黃建道,”干涉式光纖水中聽音器之轉移函數,”第二屆水下技術研討會及國科會成果發表會論文集,pp.152-159,台南市(1999).
20、Eric Udd, “Sagnac distributed sensor concepts,” Distributed and Multiplexed Fiber Optic Sensors., SPIE, Vol.1586, pp.46-52 (1991).
21、Amnon Yariv, Pochi Yeh, Optical Wave in Crystals,” pp.121-154, JohnWiley &Sons, New York(1983).
22、G Martini, ”Analysis of a single-mode optical fiber piezoceramic phase modulator,” Optical and Quantum Electronics, Vol. 19, pp.179-190(1987).
23、Horst Kuchling, 盧喜瑞譯,最新物理手冊,徐氏基金會出版, pp.575,台北市(1989)
24、孫榮住,被動式偏振無感受感測技術之研究,pp.24-26,國立中山大學電機工程學系碩士論文,高雄市(1999).
25、周日峰,桑克干涉式水中聽音器之設計,pp.5-17,國立中山大學電機工程學系碩士論文,高雄市(1999).
26、Eric Udd, Huntington Beach, Calif, ”Distributed Sagnac Sensor System,” United States Patent, patent number:5402231, date of patent:Mar. 28, 1995.
27、Victor Vali, Laguna Hills, David B. Chang, Tustin, Patrick C. Brownrigg, Long Beach, “Fiber Optic Liquid Leak Detector,” United States Patent, patent number:5058420, date of patent:Oct. 22, 1991.
28、Eric Udd, Fiber Optical Sensors, pp.310-315, John Wiley and Sons Inc., New York(1991).
29、A. Dandridge and A. D. Kersey,”Overview of Mach-Zehnder Sensor Technology and Applications,”SPIE Vol.1985,Fiber Optic and Laser Sensors VI, pp.34-52,1998.
30、Eric Udd, Fiber Optical Sensors, pp.413-419, John Wiley and Sons Inc., New York(1991).
31、J. A. Bucaro and T. R. Hickman, “Measurement of Sensitivity of Optic Fibers for Acoustic Detection,” Appl. Opt., Vol. 18, pp.938-940(1979).
32、E. Udd, “Fiber-Optic Acoustic Sensor Based on the Sagnac Interferometer ,” Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng., Vol.425, pp.90-95(1980).

電子全文 Fulltext
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。
論文使用權限 Thesis access permission:校內校外完全公開 unrestricted
開放時間 Available:
校內 Campus: 已公開 available
校外 Off-campus: 已公開 available


紙本論文 Printed copies
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊,請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。
開放時間 available 已公開 available

QR Code