[发明专利]一种基于FBG的柔性材料空间形状的检测方法

摘要

本发明提供了一种基于FBG的柔性材料空间形状的检测方法，所述方法包括如下步骤：a、在柔性检测杆上布置三根光纤光栅，其中所述光纤光栅等间距阵列于柔性检测杆表面，使相邻光纤光栅在柔性检测杆纵截面的夹角成120度，每根光纤光栅的光栅≤20个；b、确定柔性检测杆的曲率与每根光纤光栅的光栅点波长之间的比例系数；c、获取待测物表面检测点的应变信号；d、将所述应变信号解调为波长信号；e、将所述波长信号转换为三根光纤光栅检测点的曲率，从而得到柔性检测杆的曲率；f、根据所述柔性检测杆的曲率绘制三维空间曲线。本发明能够有效降低检测点信号光谱解调混叠、完美重构三维空间曲线。

主权项

1.一种基于FBG的柔性材料空间形状的检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：a、在柔性检测杆上布置三根光纤光栅，其中所述光纤光栅等间距阵列于柔性检测杆表面，使相邻光纤光栅在柔性检测杆纵截面的夹角成120度，每根光纤光栅的光栅≤20个；b、确定柔性检测杆的曲率与每根光纤光栅的光栅点波长之间的比例系数；c、将布置有所述三根光纤光栅的柔性检测杆置于待测物表面，获取待测物表面检测点的应变信号；d、将步骤c中获取的所述应变信号通过光开关送至光纤光栅解调仪解调为波长信号；e、将所述波长信号转换为三根光纤光栅检测点的曲率，并由所述三根光纤光栅检测点的曲率计算得到所述柔性检测杆的曲率；f、根据所述柔性检测杆的曲率建立递推数学模型绘制三维空间曲线还原待测物的形状，所述三维空间曲线的绘制方法通过如下步骤实现：f1、将柔性检测杆每一个检测点建立自坐标系，确定每个监测点的弧角：选取柔性检测杆相邻的两个检测点，将其中一个检测点用i表示，则与其相邻的检测点为i+1。对检测点i建立自坐标系，检测点i位于坐标系原点，检测点i的曲率为ρ_i，与x轴的夹角为a_i，由相邻检测点之间的曲线段弧线s，得到检测点i的弧角检测点i+1的坐标为(d_ia,d_ib,d_ic)，检测点i+1的曲率为ρ_i+1，与x轴的夹角为a_i+1，由相邻检测点之间的曲线段弧线s，得到检测点i的弧角依次确定每个检测点的弧角；f2、构建相邻两个检测点的递推矩阵，将后一个检测点的自坐标递推至前一个监测点的自坐标：构建相邻两个检测点的递推矩阵：上述递推矩阵满足：ti＝P×R1×R2×R3，且Ti+1＝Ti×ti，其中T为方向向量，检测点i+1相对于检测点i点坐标为F＝Ti+1×Mi+1，其中Mi+1＝[dia,dib,dic,1]T；f3、重复步骤f2将所有的检测点的自坐标递推至基坐标，完成曲线绘制。