一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法技术

本发明专利技术公开了一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法，所述光纤铺设方法包括以下步骤：通过二维应变传感装置进行连续二次测量，对两次本地距离域一维信息进行互相关运算，通过得到的互相关信息获取两次测量对应的一维信息应变变化量；利用阿基米德螺线公式，推导本地距离域一维信息对应待测量平板内的二维角度信息、及曲率半径信息；利用曲率半径信息与二维角度信息，推导二维平面对应位置坐标；将一维信息应变变化量，对应至二维平面对应位置坐标上，即得到二维应变信息。即本发明专利技术通过采用一根光纤测量二维应变，即实现了对横、纵方向及其合成方向应变的测量，解决了现有多方向传感不敏感的问题，满足了实际应用中的多种需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式光纤传感仪器
，尤其涉及一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法。
技术介绍
高精度、高空间分辨率的分布式应变传感广泛应用于民生、国防安全等多个领域中，如飞行器、航天器、船舶、国防装备、工业设备、桥梁涵洞等重点部位的结构健康监控，光频域反射中利用平行铺设等光纤铺设方法可实现二维空间内的分布式应变传感。但在实际应用中，二维空间内各个方向都可能产生应变，一般光纤铺设方法只能较明显的反映单方向的应变。因此，需要采用新的方法全方位的反映二维应变。
技术实现思路
本专利技术提供了一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法，本专利技术克服了现有多方向传感不敏感的问题，采用阿基米德螺旋线形，实现了对二维应变多方向传感的需求，详见下文描述：一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法，所述光纤铺设方法包括以下步骤：通过二维应变传感装置进行连续二次测量，对两次本地距离域一维信息进行互相关运算，通过得到的互相关信息获取两次测量对应的一维信息应变变化量；利用阿基米德螺线公式，推导本地距离域一维信息对应待测量平板内的二维角度信息、及曲率半径信息；利用曲率半径信息与二维角度信息，推导二维平面对应位置坐标；将一维信息应变变化量，对应至二维平面对应位置坐标上，即得到二维应变信息。所述本地距离域一维信息的获取步骤具体为：在二维应变传感装置中由光纤背向瑞利散射形成拍频干涉信号，并对这拍频干涉信号分别进行快速傅里叶变换；将光频域信息转换到对应各个位置的距离域信息，对距离域信息通过一定宽度的移动窗依次选取各个位置形成本地距离域一维信息。所述光纤铺设方法采用阿基米德螺旋线的线型，利用一根光纤测量二维空间的应变。所述光纤末端无需任何装置。所述将一维信息应变变化量，对应至二维平面对应位置坐标上，即得到二维应变信息具体为： x = a * c o s ( 2 L a ) ]]> y = a * sin ( 2 L a ) ]]>其中，a为＞0的参数；L为曲线长度。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术基于光频域反射中光纤瑞利背向散射频率移动进行分布式应变测量，采用阿基米德螺旋线线型于待测量平板上排布光纤，测量二维应变，实现了对二维应变多方向传感的需求；即本专利技术通过采用一根光纤测量二维应变，即实现了对横、纵方向及其合成方向应变的测量，解决了现有多方向传感不敏感的问题，满足了实际应用中的多种需要。附图说明图1是一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法的流程图；图2是根据一维应变距离信息，通过阿基米德螺旋线表达式求解二维应变信息的流程图；图3为本方法中应用的二维应变传感装置的示意图；图4为二维应变传感装置的光纤铺设方法的示意图；图5为实验效果图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1：可调谐激光器； 4：1:99光分束器；11：计算机； 21：调谐信号控制模块；24：基于辅助干涉仪的时钟触发系统； 25：主干涉仪；2：探测器； 5：第一50:50耦合器；6：时钟整形电路模块； 7：延迟光纤；8：第一法拉第转镜； 9：第二法拉第转镜；10：隔离器； 3：50:50分束器；12：偏振控制器； 13：环形器；14：第二50:50耦合器； 15：二维应变传感光纤；16：第一偏振分束器； 17：第二偏振分束器；18：第一平衡探测器； 19：第二平衡探测器；20：采集装置； 21：GPIB(通用接口总线)控制模块；22：参考臂； 23：测试臂；151：光纤； 152：待测量平板。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1本专利技术实施例提供了一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法，参见图1，该光纤铺设方法包括以下步骤：101：通过二维应变传感装置进行连续二次测量，对两次本地距离域一维信息进行互相关运算，通过得到的互相关信息获取两次测量对应的一维信息应变变化量；102：利用阿基米德螺线公式，推导本地距离域一维信息对应待测量平板内的二维角度信息、及曲率半径信息；103：利用曲率半径信息与二维角度信息，推导二维平面对应位置坐标；104：将一维信息应变变化量，对应至二维平面对应位置坐标上，即得到二维应变信息。其中，步骤101中的本地距离域一维信息的获取步骤具体为：在二维应变传感装置中由光纤背向瑞利散射形成拍频干涉信号，并对这拍频干涉信号分别进行快速傅里叶变换；将光频域信息转换到对应各个位置的距离域信息，对距离域信息通过一定宽度的移动窗依次选取各个位置形成本地距离域一维信息。其中，该光纤铺设方法采用阿基米德螺旋线的线型，利用一根光纤测量二维空间的应变。进一步地，该光纤末端无需任何装置，简化了操作过程。综上所述，本专利技术实施例基于光频域反射中光纤瑞利背向散射频率移动进行分布式应变测量，采用阿基米德螺旋线线型于待测量平板上排布光纤，测量二维应变，实现了对二维应变多方向传感的需求。实施例2下面结合图1、图2，以及具体的计算公式对实施例1中的方案进行进一步地介绍，该光纤铺设方法中涉及的参数测量、以及计算均通过二维应变传感装置实现，详见下文描述：201：在二维应变传感装置中由光纤背向瑞利散射形成拍频干涉信号，并对这拍频干涉信号分别进行快速傅里叶变换，将光频域信息转换到对应各个位置的距离域信息，对距离域信息通过一定宽度的移动窗依次选取各个位置形成本地距离域一维信息；202：通过二维应变传感装置进行连续二次测量，对两次本地距离域一维信息进行互相关运算，通过得到的互相关信息获取两次测量对应的一维信息应变变化量；其中，该步骤为本领域技术人员所公知，本专利技术实施例对具体的操作过程不做赘述。203：利用阿基米德螺线公式，推导本地距离域一维信息对应待测量平板内的二维角度信息、及曲率半径信息；204：利用曲率半径信息与二维角度信息，推导二维平面对应位置坐标；205：将一维信息应变变化量，对应至二维平面对应位置坐标上，即得到二维应变信息。下面结合具体的计算公式对步骤203至步骤205中的计算原理进行详细的描述：1)获取阿基米德螺旋线的极坐标参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法，其特征在于，所述光纤铺设方法包括以下步骤：通过二维应变传感装置进行连续二次测量，对两次本地距离域一维信息进行互相关运算，通过得到的互相关信息获取两次测量对应的一维信息应变变化量；利用阿基米德螺线公式，推导本地距离域一维信息对应待测量平板内的二维角度信息、及曲率半径信息；利用曲率半径信息与二维角度信息，推导二维平面对应位置坐标；将一维信息应变变化量，对应至二维平面对应位置坐标上，即得到二维应变信息。

【技术特征摘要】
1.一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法，其特征在于，所述光纤铺设方法包括以下步骤：通过二维应变传感装置进行连续二次测量，对两次本地距离域一维信息进行互相关运算，通过得到的互相关信息获取两次测量对应的一维信息应变变化量；利用阿基米德螺线公式，推导本地距离域一维信息对应待测量平板内的二维角度信息、及曲率半径信息；利用曲率半径信息与二维角度信息，推导二维平面对应位置坐标；将一维信息应变变化量，对应至二维平面对应位置坐标上，即得到二维应变信息。2.根据权利要求1所述的一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法，其特征在于，所述本地距离域一维信息的获取步骤具体为：在二维应变传感装置中由光纤背向瑞利散射形成拍频干涉信号，并对这拍频干涉信号分别进行快速傅里叶变换；将光频域信息转换到对应各个位置的距离域信息，对距离域信息通过一定宽度的移动窗依次选取各个位置形成本地距离域一维信息。3.根据权利要求1或2所述的一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法，其特征在于，所述光纤铺设方法采用阿基米德螺旋线的线型，利用一根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁根，丁振扬，杨迪，刘琨，江俊峰，徐哲茜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12