行政院国家科学委员会补助专题研究计画

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1、行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告內埋式光纖感測器研究(3/3)研究成果報告(完整版)計畫類別：個別型計畫編號：NSC96-2221-E-002-202-執行期間：96年08月01日至97年07月31日執行單位：國立臺灣大學機械工程學系暨研究所計畫主持人：單秋成計畫參與人員：碩士班研究生-兼任助理人員：何彥儒碩士班研究生-兼任助理人員：黃寬明碩士班研究生-兼任助理人員：楊仕偉博士班研究生-兼任助理人員：陳柏廉處理方式：本計畫可公開查詢中華民國97年10月30日行政院國家科學委員會補助專題研究

2、計畫內埋式光纖感測器研究(3/3)計畫類別：■個別型計畫□整合型計畫計畫編號：NSC96-2221-E-002-202執行期間：96年8月1日至97年7月31日計畫主持人：單秋成計畫參與人員：陳柏廉，何彥儒，黃寬明，楊仕偉成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告■完整報告本成果報告包括以下應繳交之附件：□赴國外出差或研習心得報告一份□赴大陸地區出差或研習心得報告一份□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份□國際合作研究計畫國外研究報告書一份處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及

3、人才培育研究計畫、列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢執行單位：國立台灣大學機械研究所中華民國97年10月15日摘要複合材料具有質輕，比強度高，耐酸鹼腐蝕，耐疲勞負載等優點，使用過程中複材內部產生微損傷不容易早期發現﹔將導致損傷擴展，並可能造成突發且災難性的破壞。另一方面，光纖感應器較不受電磁雜訊及磁場干擾，抗腐蝕，耐高溫，疲勞壽命長，長期穩定性佳，適於對長期監測材料並可用作長距離通訊多點量測，光纖徑細質輕，且與高分子材料之相容性很好，適宜埋入

4、高分子基複合材料中以進行材料內部結構完整性及溫度等之監測與分析，不會造成脫層，內埋於複合材料之光纖感測器可自成化階段監控各種製程參數，可監控在整個構件壽命所實際經受之施力，遇到過大之負載，可馬上發出警訊，適時安排預防性檢查及維修，避免意外破壞之發生﹔內埋式光纖感測器如布放得當，可以靠近內部缺陷，就近監控其出現與發展，從而對殘餘壽命作較之評估及結構完整性的保障有所提升。眾多光纖感測器中，本計劃採用光纖布拉格光柵，光纖光柵因為利用波長作為調變的參數，比起利用光強度調變來得穩定，測量也比利用相位調變來得

5、容易與便宜，光纖光柵所形成的波長的變化，是導因於光柵所在的區域應變及溫度的變化，複合材料內部如產生破壞，會形成破壞區域附近應變變化，從而使光柵波長頻譜發生變形與漂移，然波長頻譜變形與漂移與破壞機制與破壞程度之間的關系，卻因此方面研究的缺乏，目前仍不清楚，本計劃利用內埋光纖布拉格光柵之碳纖維/環氧樹脂積層板試片，模擬結構受到疲勞，扭轉，衝擊，及衝擊後扭轉四種破壞狀況，探討光柵頻譜變形與漂移所代表的內部破壞的發展狀況，以期深入掌握利用內埋式光纖光柵監測複合材料內部破壞的優點與侷限，並嘗試歸納出相關監測

6、的技術要領。關鍵詞﹕內埋式光纖感測器，布拉格光柵，複合材料內部破壞監測，疲勞破壞監測，扭轉破壞監測，衝擊破壞監測。2AbstractPolymericcompositematerialshavebetterspecificstiffness/strength,corrosionresistance,andmostimportantly,theirdirectionalpropertiesmaybetailormade.Theyarehoweverpronetodevelopinternaldama

7、gecausedbytooldrop,bird-strike,hailstormandsoon.Cyclicloadingduringservicemayinducesubsurfacedefects.Theseinsidiousdefectsmaygrowduringserviceandeventuallyleadtocatastrophicfailures.Ifonlinemonitoringoftheemergenceanddevelopmentofthesedefectsispossibl

8、e,thesafetyandreliabilityofcompositestructuremaybemuchimproved.Althoughthedetectionandexaminationofinternaldefectshasbeenunderinvestigationformanyyears,theavailabletechniquessuchasX-rayradiography,ultrasonicscan,modulusdegradationetcstillhavem