[发明专利]一种高灵敏度高精度的光纤形状传感测量方法及系统

摘要

本发明提供了一种高灵敏度高精度的光纤形状传感测量方法及系统。方法中，将形状传感器分成若干段，每一段的布里渊频移改变量做平均，求出其对应曲率作为该段的弯曲曲率，这样每一段的曲率都能够求出来，这样我们就得到了一段一段等弧长的圆弧在圆弧进行拼接前，先选定起始段端点的坐标及其切线方向，然后需要对圆弧的弯曲方向进行判定，然后将这一系列圆弧上一段的尾端和下一段的首端连接起来，连接点处保持切线方向相同，这样就完成了整体形状的还原。系统包括：激光器、50:50耦合器、偏振控制器一、任意函数发生器、电光调制器一、掺饵光纤放大器、环形器、滤波器、传感器、光电探测器、数据采集卡、隔离器、电光调制器二、微波源和偏振控制器二。

主权项

1.一种高灵敏度高精度的光纤形状传感测量方法，其特征在于，当具有一定厚度的物体产生弯曲时，一侧被拉伸，另一侧被压缩，假定其上光纤纤芯离中性轴的距离分别为d₁、d2，弯曲后应变分别为ε₁、ε₂，未弯曲前长度为L，弯曲半径为R，则：L₁＝(1+ε₁)L  (0‑1)L₂＝(1+ε₂)L  (0‑2)几何关系为：联立上面三个等式得到应变和弯曲半径的关系：式中κ为曲率，是弯曲半径的倒数；又有布里渊频移改变量与温度、应变改变量的关系式为：△v_B＝C_T·△T+C_ε·△ε  (0‑5)式中△v_B为布里渊频移改变量，C_T为布里渊频移温度系数，△T为温度改变量，C_ε为布里渊频移应变系数，△ε为应变改变量，从式中看出，布里渊频移改变量与应变改变量呈线性关系，当温度不变时，得到：△v_B＝C_ε·△ε  (0‑6)即有布里渊频移改变量与应变改变量成正比，若初始应变为0，则有：△v_B＝C_ε·ε  (0‑7)式(0‑4)为光纤应变和弯曲半径之间的关系，式(0‑7)为光纤布里渊频移改变量与应变之间的关系，两者联立有：△v_B＝C_ε·d·κ＝A·κ  (0‑8)就能够将布里渊频移与曲率对应起来；先测量出无弯曲时光纤的布里渊频移作为基底，然后将传感器摆成任意的形状，再对光纤的布里渊频移进行测量，通过减去基底求出弯曲形状各处的布里渊频移改变量；然后利用式(0‑8)推出弯曲各处的曲率半径，进而恢复出相应的弯曲形状；在进行形状恢复时，使用的算法是圆弧拼接法，该方法采用分段均值的办法，将形状传感器分成若干段，每一段的布里渊频移改变量做平均，求出其对应曲率作为该段的弯曲曲率，这样每一段的曲率都能够求出来，这样我们就得到了一段一段等弧长的圆弧在圆弧进行拼接前，先选定起始段端点的坐标及其切线方向，然后需要对圆弧的弯曲方向进行判定，然后将这一系列圆弧上一段的尾端和下一段的首端连接起来，连接点处保持切线方向相同，这样就完成了整体形状的还原。