本論文探究運用光時域反射儀之煙霧感測技術，採用UPC光纖端面以及APC光纖端面作為煙霧感測頭，並且利用光時域反射儀量測其光返回損失值。煙霧感測技術之感測原理是藉由煙霧在光纖端面形成漫射反射或鏡面反射，煙霧進一步改變偵煙光纖端面之光返回損失值。
實驗結果證實所提的光時域反射儀之煙霧感測技術的可行性及效能。在注入20秒煙霧到連接APC光纖連接頭實驗煙瓶後，可測得一明顯的20 dB光返回損失差值且在偵煙過程呈現劇烈的數值暫態變動。然而，以UPC光纖連接頭，可獲得一個更好的光返回損失穩定變化。為避免偵煙過程中誤報的情形發生，UPC擁有更佳的煙霧偵測性能。

In this thesis, we investigated the optical time-domain reflectometer-based smoke sensing technique, which employs the physical contact (PC) fiber end facet and the 8-degree angled physical contact (APC) fiber end facet as the smoke sensing probes and utilizes the optical time-domain reflectometer to measure their optical return losses. The sensing principle of the smoke sensing technique is to form a diffuse reflection or specular reflection on the end facet of the fiber by the smoke, which further changes the return loss value of the end facet of the smoke detector fiber.
The experimental results demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed smoke sensing technique of utilizing the optical time-domain reflectometer. After injecting 20-second smoke into the experimental bottle connected with an APC fiber connector, we obtain a significant 20-dB difference and extreme transient fluctuations in optical return loss during the smoke sensing. However, with the UPC fiber connector, we gain a better stable variation in the optical return loss. To avoid the occurrence of false alarms during the smoke sensing, UPC has better smoke sensing performance.

目錄
誌謝 I
中文摘要 II
ABSTRACT III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言與研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文架構 2
第二章 研究背景 3
2.1 偵煙探測器介紹 3
2.2 火災煙霧發生原因與探討 5
2.3 相關法規條文 8
2.4 光束撞擊到粒子時的反應 12
2.5 動態光散射 13
2.6 物質的粒子尺寸 15
第三章 實驗儀器介紹 17
3.1 光時域反射儀之介紹 17
3.1.1 原理與參數 18
3.1.2 軌跡圖的資訊 29
3.2 光纖跳接線介紹 32
第四章 光纖煙霧感測系統之設置及分析 38
4.1 工作原理 38
4.2 實驗設置與結果 39
4.2.1 第一次實驗 41
4.2.2 第二次實驗 48
4.2.3 第三次實驗 52
第五章 結論與未來展望 56
5.1 結論 56
5.2 未來展望 57
參考文獻 58

圖2.1 離子式偵煙感測器動作原理 4
圖2.2 光電式偵煙感測器動作原理 5
圖2.3 光電式偵煙感測器動作時間 5
圖2.4 當光束撞擊到粒子時的反應 12
圖2.5 動態光散色示意圖 13
圖2.6 煙霧粒子與灰塵粒子尺寸比較圖 15
圖2.7 光電式偵煙感測器可以偵測粒子的大小範圍 15
圖3.1 光時域反射儀 17
圖3.2 玻璃光纖衰減之特性圖 18
圖3.3 OTDR 內部系統架構方塊圖 19
圖3.4 OTDR脈衝寬度示意圖 21
圖3.5 不同的光脈衝寬度下空間解析度與 SNR的差異 22
圖3.6 動態範圍與量測範圍 23
圖3.7 光纖中間斷裂造成後段光纖超出 OTDR可偵測範圍 24
圖3.8 光脈衝遇到事件之圖解說明 25
圖3.9 事件死區的示意圖 26
圖3.10 事件與衰減死區示意圖 27
圖3.11 鬼影示意圖 28
圖3.12 含有反射峰值的鬼影軌跡圖	28
圖3.13 軌跡圖範例 30
圖3.14 光纖斷點處，在OTDR上所呈現的軌跡圖 31
圖3.15 光纖彎曲造成：(a)損耗，(b)光纖裂痕 31
圖3.16 光纖連接器端面結構 36
圖3.17 UPC接頭與APC接頭 37
圖4.1 UPC與APC端面反射示意圖 39
圖4.2 第一次與第二次之實驗設置圖 39
圖4.3 自製實驗煙瓶示意圖 40
圖4.4 精油線香 41
圖4.6 不同光纖端面偵測煙霧時，OTDR測得光纖端面之返回損失值 43
圖4.7 以APC端面作為偵煙頭在第20秒的軌跡圖 45
圖4.8 APC端面不同時間接觸煙霧的端面變化 46
圖4.9 UPC端面不同時間接觸煙霧的端面變化 46
圖4.10 一個入射於兩介電質(折射率n1與n2)間界面的波部分被傳導且部分被反射 47
圖4.11 實驗所使用的煙霧探測器測試噴劑 48
圖4.12 UPC和APC端面的光返回損失值 49
圖4.13 第三次實驗設置圖 52
圖4.14 第三次實驗反射片與準直器相對位置示意圖 52
圖4.15 注入10秒的水氣與煙霧探測器測試噴霧後之光返回損失變化 53

表目錄
表2.1 煙式探測器種類及動作時間表 8
表2.2 住宅內不同的位置應設置不同的火災警報器種類 9

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