一种高灵敏度高精度的光纤形状传感测量方法及系统技术方案

本发明专利技术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。

Method and system for measuring optical fiber shape sensor with high sensitivity and high accuracy

The invention provides a high sensitivity and high precision optical fiber shape sensing measuring method and system. In the method, the shape of the sensor is divided into several sections, each section of the Brillouin frequency shift change variable average, calculate the corresponding curvature as the curvature of the segment, so that each section of the curvature can seek out, so we get the arc segments such as arc in arc before stitching first, the initial coordinates of the selected segment endpoints and the tangent direction, then the bending direction of the arc are determined, and then at the end of the series arc section and a first end connected to the connecting points of keeping the same tangent direction, thus reducing the overall shape of the finished. The system includes a laser, a 50:50 coupler, a polarization controller, arbitrary function generator, a modulator, erbium-doped fiber amplifier, a circulator, filter, sensor, photoelectric detector, data acquisition card, isolator, electro-optic modulator, two microwave source and a polarization controller two.

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度高精度的光纤形状传感测量方法及系统
本专利技术涉及一种高灵敏度高精度的光纤形状传感测量方法及系统，属于光纤形状传感测量方法及系统

技术介绍
随着20世纪60年代在光纤损耗方面出现巨大突破，光纤作为一个有效可靠的光传输介质，广泛应用于通信和传感领域。普通光纤主要成分为SiO2，其原材料丰富，制造成本低；由于其相对于常用金属传感器和电缆，密度小，因此在同等距离下，具有更小的体积，更轻的质量，有利于敷设和集成。而且光纤还具有抗电磁干扰、电绝缘性良好、稳定性好等等诸多优点，在传感领域具有电学传感器无法比拟的优势，在国防军事、航空航天、深海探测、工业控制、土木建筑等诸多领域具有广泛应用。分布式光纤传感技术是利用光纤沿线光波分布的参量，同时获得在传感区域内被测量随时间和空间变化的分布信息，是一种可以长距离、大范围使用的连续传感技术。光纤某处的布里渊散射频移量取决于该位置处所受到的温度和应变。温度和应变的改变会使布里渊频移发生变化，通过多次测量光纤各处的频移值，就能得到光纤沿线的温度和应变分布情况。经过几十年的发展，在传感距离和传感精度上都已经达到了很高的水平，并且技术已经十本文档来自技高网...

【技术保护点】
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d

【技术特征摘要】
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：ΔνB＝CT·ΔT+Cε·Δε(0-5)式中ΔνB为布里渊频移改变量，CT为布里渊频移温度系数，ΔT为温度改变量，Cε为布里渊频移应变系数，Δε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：ΔνB＝Cε·Δε(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：ΔνB＝Cε·ε(0-7)式(1-4)为光纤应变和弯曲半径之间的关系，式(1-7)为光纤布里渊频移改变量与应变之间的关系，两者联立有：ΔνB＝Cε·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(1-8)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：董永康，傅程，陈曦，张聃旸，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23