[发明专利]基于低反射率三芯光纤光栅阵列空间形状测量装置及方法

说明书

基于低反射率三芯光纤光栅阵列空间形状测量装置及方法属于精密仪器制造及测量技术；所述装置结构是：三芯光纤扇出器与低反射率三芯光纤布拉格光栅阵列传感器光缆连接，所述低反射率三芯光纤布拉格光栅阵列传感器光缆由纤芯均布配置的三芯光纤和配置在三芯光纤外部的保护套构成，三芯光纤上刻写了低反射率光纤布拉格光栅阵列；所述测量方法是：在多路光开关作用下，光学频域反射计OFDR通过测量光谱获得低反射率光纤布拉格光栅阵列和隔绝外应力封装的参考光纤布拉格光栅阵列光缆的应力、温度分布，进而解耦温度的影响，重建空间形状信息。本装置具有信噪比高、精度高、对环境不敏感、可以依附在被测构件表面实时测量以及使用寿命长的特点。

技术领域

本发明属于精密仪器制造及测量技术，特别涉及一种基于低反射率三芯光纤光栅阵列空间形状测量装置及方法。

背景技术

随着航空航天工业、汽车工业、电子工业以及尖端工业等的不断发展，对于空间形状测量(复杂曲面的三维面形测量、智能材料的复杂形变等)的需求急剧增长。由于受到测量时间、采样点密度的限制，空间形状测量变得十分困难，尤其是多变、恶劣的测量环境使得传统的空间形状测量方法无法满足需求。以往的空间形状测量中，使用较多的方法有样板测量法、结构光三维视觉测量法和iGPS测量法等。

样板测量法是一种最为经典的曲面形状检验方法，它是利用设计时的截面参数制造数个截面的一维样板，通过在相应的截面位置观察其截面样板与被测截面之间的透光量判断其形状差。该方法简单、直观，是现今工业生产中的最常用的接触式检验手段。由于其检验时需要借助人眼判断透光量，无法精确给出其型面数据。不同的截面形状需要不同的截面样板，样板的需求量很大，成本很高。

结构光三维视觉测量法中，测量系统主要由结构光投射装置、图像传感器、图像采集及处理系统组成。测量原理是向被测物体投射一定结构的光模型如点光源、线光源、十字光条、正弦光栅和编码光，结构光受被测物体表面信息的调制而发生形变，利用图像传感器记录变形的结构光条纹图像，并结合系统的结构参数来获取物体的三维信息。这种方法以较低廉的光学、电子和数字硬件设备为基础，以较高的速度和精度获取和处理大量的三维数据。但是，这种方法容易受外接环境光线和气流的影响并且容易产生遮挡，不适合用于多变、恶劣的测量环境，如飞机在高速飞行中的机翼、机舱形状的实时测量。

iGPS测量法是一种坐标测量技术。该方法中，处于测量点位置的多个靶标可以接收多个室内发射器(基站)的信号，每个靶标可以独立的计算它们当前的位置并确立测量点在测量坐标系中的坐标。该方法具有很高的测量精度。但是，该方法只能手动逐点地测量，测量效率低，不具有实时测量的能力。

发明内容

本发明是针对上述空间形状测量方法存在的问题提出的，其目的是提供一种可以在多变、恶劣的测量环境中实现复杂空间形状实时测量的基于低反射率三芯光纤光栅阵列空间形状测量装置及方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于低反射率三芯光纤光栅阵列空间形状测量装置包括宽频光源、控制计算机、EOM脉冲调制器、光环形器、光学频域反射计OFDR、多路光开关，所述宽频光源与EOM脉冲调制器、EOM脉冲调制器与光环形器、光环形器与多路光开关、多路光开关与三芯光纤扇出器通过单模光纤连接形成通路；所述光环形器与光学频域反射计OFDR通过单模光纤连接形成通路；所述三芯光纤扇出器与低反射率三芯光纤光栅阵列传感器光缆连接，所述低反射率三芯光纤光栅阵列传感器光缆由纤芯均布配置的三芯光纤和配置在三芯光纤外部的保护套构成，在三芯光纤上刻写了低反射率光纤光栅阵列；所述多路光开关与隔绝外应力封装的参考光纤光栅阵列光缆连接形成通路；控制计算机通过电缆分别与EOM脉冲调制器、光学频域反射计OFDR、多路光开关连通。