基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置，属于光电传感技术领域，包括光源、耦合器、FBG传感阵列、FBG传感探测器、上位机和车辆，光源照射耦合器，FBG传感阵列由耦合器控制，基于FBG应力传感器关键技术传感网络，利用基于离散点空间曲率信息的形状重建算法，结合柔性硅胶作为感知基底，设计了一种可以感知物体表面形状的传感方法，进行了光纤仿生胡须形状实时感知系统的研制，通过增加新型的形状感知附件及辅助系统，为驾驶员在行驶过程中是否触碰障碍提供有效的辅助信息。

FBG shape sensor based on bionic cat whisker flexible contact vehicle touch early warning device

The invention discloses a bionic cat whisker flexible contact vehicle touch early warning device based on FBG shape sensing, which belongs to the field of photoelectric sensing technology, including light source, coupler, FBG sensor array, FBG sensor detector, upper computer and vehicle, light source irradiation coupler, FBG sensor array controlled by coupler, based on FBG stress sensor key technology sensing network, using discrete based The shape reconstruction algorithm of point space curvature information, combined with flexible silica gel as the sensing base, designed a sensing method that can perceive the shape of the object surface, and developed a real-time sensing system of fiber bionic beard shape. By adding a new shape sensing accessory and auxiliary system, it can provide effective auxiliary information for the driver to touch obstacles during driving.

【技术实现步骤摘要】
基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置
本专利技术涉及光电传感
，更具体地说，涉及基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置。
技术介绍
当今社会，交通需求大幅度增加，在现代交通体系中，机动车发展迅猛，极大的方便了人们的生活，然而其引发交通事故的问题日益突出，因驾驶人经验不足或粗心驾驶，在倒车过程中轧人、刮擦、碰撞等交通事故时有发生，对行人以及周围车辆行成了严重的安全隐患，针对这一问题，市场上出现了多种倒车辅助设备，其种类多样，例如倒车后视摄像头，激光雷达系统，红外识别等，但是这些设备存在识别盲区、反应不灵敏，且有计算量大、成本高昂等缺点，而且存在难以确保倒车安全的问题，以倒车后视摄像头和倒车雷达为例，由于影像镜头一般采取广角设计,画面会发生扭曲，对于缺乏距离感的人来说，使用倒车后视摄像头安全倒车依然有困难；市面上的倒车雷达一般只能探测正后方一定高度范围内的障碍物，两侧盲区很大，辅助倒车时依然存在较大安全隐患，因此，专利技术一套高效预警系统帮助驾驶员了解周围车况信息，进行安全倒车是十分必要的。随着光纤光栅制造技术的发展和解调成本的不断下降，光纤光栅作为传感元件在国外得到了大量的研究应用，国内相关的高校、科研院所以及相关的公司进行了大量的研究工作，光纤光栅制造、解调以及传感应用研究已经广泛开展，FBG是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件，传感机理是单模光纤纤芯折射率周期改变区域的窄带宽反射，反射信号的布喇格波长与折射率周期改变区间长度和其平均折射率存在确定的函数关系，其中心波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，被测介质作用于光纤光栅，通过应变和温度对布喇格波长进行调制，然后通过对光纤光栅中心波长解调即可实现相应的物理量的有效测量，FBG具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤等优点，FBG具有良好的组网能力，可以测量温度、应力、振动的变化，信号传输特性良好，在相同的环境下，中心波长具有高度的一致性，FBG组建的系统响应时间快、灵敏度高和测量精度高的特性，FBG在结构变形检测有一定的应用，例如在建筑工程中的桥梁健康监测、生物医学工程中的内窥镜形状追踪、地质探测工程中拖拽阵列的形状估计等，但将光纤光栅用于曲率变形的车辆触障形状感知的研究方向上，少有相关报道。由于猫咪的胡须具有判断距离、感知物体和侦测猎物运动情况等功能，是猫咪特殊的感知器官，在其日常生活以及狩猎中发挥着重要作用，依据仿生学原理，本专利技术结合倒车安全的实际需求，从猫咪利用胡须实现避障、导航辅助的现象中受到启发，利用光纤光栅(FiberBraggGrating，简称FBG)形状传感原理，设计了一款柔性接触型车辆触障预警装置和方法，该系统能够基于实际需要克服已有产品研究中存在的问题，有效地帮助驾驶员迅速、安全的倒车，从而有效减少交通事故。
技术实现思路
1.要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置，本专利技术基于FBG应力传感器关键技术传感网络，利用基于离散点空间曲率信息的形状重建算法，结合柔性硅胶作为感知基底，设计了一种可以感知物体表面形状的传感方法，进行了光纤仿生胡须形状实时感知系统的研制，通过增加新型的形状感知附件及辅助系统，为驾驶员在行驶过程中是否触碰障碍提供有效的辅助信息。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案：基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置，包括光源、耦合器、FBG传感阵列、FBG传感探测器、上位机和车辆，所述光源照射耦合器，所述FBG传感阵列由耦合器控制，所述FBG传感阵列由FBG-A、FBG-B、FBG-C、FBG-D、FBG-E、FBG-F、FBG-G、FBG-H、FBG-I、FBG-G、FBG-H、FBG-I、FBG-J、FBG-K、FBG-L、FBG-M、FBG-N、FBG-O、FBG-P、FBG-Q、FBG-R、FBG-S、FBG-T、FBG-U、FBG-V、FBG-W、FBG-X、FBG-Y、FBG-Z、FBG-1、FBG-2、FBG-3、FBG-4、FBG-5和FBG-6共计26根仿生传感胡须组成，且每根仿生传感胡须上分别布有四个光纤光栅，所述仿生传感胡须延伸至车辆外侧，所述FBG传感阵列够构成灵敏的猫胡须，所述FBG传感探测器电性连接于耦合器，FBG传感探测器电性连接于上位机，所述光源、耦合器、FBG传感阵列、FBG传感探测器和上位机均设置在车辆上。作为本专利技术的优选方案，所述光源的中心波长为1550nm，调谐范围为3GHz。作为本专利技术的优选方案，所述耦合器为2×2耦合器。作为本专利技术的优选方案，所述FBG-6、FBG-A、FBG-B、FBG-C和FBG-D位于车辆的前侧，所述FBG-E、FBG-F和FBG-G位于车辆的右前侧，所述FBG-H、FBG-I、FBG-J和FBG-K位于车辆的右侧，所述FBG-L位于车辆的右后侧，所述FBG-M、FBG-N、FBG-O、FBG-P、FBG-Q、FBG-R、FBG-S、FBG-T、FBG-U、FBG-V和FBG-W位于车辆的后侧，所述FBG-X位于车辆的左后侧，所述FBG-Y、FBG-Z、FBG-1和FBG-2位于车辆的左侧，所述FBG-3、FBG-4和FBG-5位于车辆的左前侧。作为本专利技术的优选方案，所述仿生传感胡须的具体规格为：(1)圆柱形，长为440mm，半径为5mm；(2)材质为甲基乙烯基硅橡胶，这种材料具有良好的弹性，可以被拉伸很多次后恢复到初始状态，同时硅胶可以在一定程度上隔绝周围温度对FBG的影响；(3)每根光纤上均匀分布4个FBG，在仿生传感胡须内均匀植入1根光纤，植入深度为4.5mm，为了减小误差测量，使用柔性传感器植入4.5mm的一侧贴近被测物体。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的优点在于：本方案基于FBG应力传感器关键技术传感网络，利用基于离散点空间曲率信息的形状重建算法，结合柔性硅胶作为感知基底，设计了一种可以感知物体表面形状的传感方法，进行了光纤仿生胡须形状实时感知系统的研制，通过增加新型的形状感知附件及辅助系统，为驾驶员在行驶过程中是否触碰障碍提供有效的辅助信息。附图说明图1为本专利技术的系统框图；图2为本专利技术的FBG传感原理图；图3为本专利技术弯曲时的结构微元变形时示意图；图4为柔性传感器和光纤弯曲第一情况图；图5为柔性传感器和光纤弯曲第二情况图；图6为本专利技术的俯视图；图7为本专利技术实施例中FBG传感器制作图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置，包括光源、耦合器、FBG传感阵列、FBG传感探测器、上位机和车辆，其特征在于：所述光源照射耦合器，所述FBG传感阵列由耦合器控制，所述FBG传感阵列由FBG-A、FBG-B、FBG-C、FBG-D、FBG-E、FBG-F、FBG-G、FBG-H、FBG-I、FBG-G、FBG-H、FBG-I、FBG-J、FBG-K、FBG-L、FBG-M、FBG-N、FBG-O、FBG-P、FBG-Q、FBG-R、FBG-S、FBG-T、FBG-U、FBG-V、FBG-W、FBG-X、FBG-Y、FBG-Z、FBG-1、FBG-2、FBG-3、FBG-4、FBG-5和FBG-6共计26根仿生传感胡须组成，且每根仿生传感胡须上分别布有四个光纤光栅，所述仿生传感胡须延伸至车辆外侧，所述FBG传感阵列够构成灵敏的猫胡须，所述FBG传感探测器电性连接于耦合器，FBG传感探测器电性连接于上位机，所述光源、耦合器、FBG传感阵列、FBG传感探测器和上位机均设置在车辆上。/n

【技术特征摘要】
1.基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置，包括光源、耦合器、FBG传感阵列、FBG传感探测器、上位机和车辆，其特征在于：所述光源照射耦合器，所述FBG传感阵列由耦合器控制，所述FBG传感阵列由FBG-A、FBG-B、FBG-C、FBG-D、FBG-E、FBG-F、FBG-G、FBG-H、FBG-I、FBG-G、FBG-H、FBG-I、FBG-J、FBG-K、FBG-L、FBG-M、FBG-N、FBG-O、FBG-P、FBG-Q、FBG-R、FBG-S、FBG-T、FBG-U、FBG-V、FBG-W、FBG-X、FBG-Y、FBG-Z、FBG-1、FBG-2、FBG-3、FBG-4、FBG-5和FBG-6共计26根仿生传感胡须组成，且每根仿生传感胡须上分别布有四个光纤光栅，所述仿生传感胡须延伸至车辆外侧，所述FBG传感阵列够构成灵敏的猫胡须，所述FBG传感探测器电性连接于耦合器，FBG传感探测器电性连接于上位机，所述光源、耦合器、FBG传感阵列、FBG传感探测器和上位机均设置在车辆上。


2.根据权利要求1所述的基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置，其特征在于：所述光源的中心波长为1550nm，调谐范围为3GHz。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：童海滨，杨濠琨，尤贺，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41