基于光频域反射参数优化的分布式三维形状传感解调方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光频域反射参数优化的分布式三维形状传感解调方法，包括以下步骤：利用分布式三维形状传感系统进行两次测量，第一次将待测光纤部分摆放成自然直线状态，此次测量瑞利散射光频域数据为参考数据；第二次将待测多芯光纤摆放成任意形状，并且在多芯光纤尾部布置成一个已知半径的小圆，此时测量的瑞利散射光频域数据记为测量数据；对参考数据和测量数据两组数据分别进行快速傅里叶变换；对两组数据的局部距离域信号进行逆傅里叶变换；根据重构出的曲率半径大小与实际曲率半径的比值来确定该状态下整个测量系统的瑞利散射光谱频移量与应变的标定系数；对待测形状最大曲率半径部分瑞利散射光谱频移量进行处理得到应变大小，进行形状重构，并检验误差。

Demodulation method of distributed 3D shape sensor based on Optimization of reflection parameters in optical frequency domain

【技术实现步骤摘要】
基于光频域反射参数优化的分布式三维形状传感解调方法
本专利技术涉及光纤形状传感
，尤其涉及一种分布式三维形状传感系统和方法。
技术介绍
光纤形状传感是利用光纤同时测量到的应变数据，经过特殊的算法将监测物体的形状还原出来的一种传感技术。由于其最小干扰性和几乎没有重量的独特特征在二维或三维定位，如微创手术导管或柔性针跟踪，以及结构健康监测、航空航天中得到广泛应用。纵观国内外在光纤形状传感器方面的研究，可以看出研究者主要集中在基于FBG的类型上，但在长距离传感上存在短板；另一种基于分布式布里渊光时域分析技术的光纤传感技术在空间分辨率方面仅能达到厘米量级，不能满足某些应用的高灵敏度要求。光频域反射技术，OpticalFrequencyDomainReflectometry,OFDR，作为分布式光纤传感的一种，OFDR技术在空间分辨率以及传感精度上有明显的优势，可用于分布式应力、形状传感。在OFDR形状传感中，将多芯光纤摆放成不同的形状，因为不同的位置产生不同的应变分布，利用曲率半径与应变之间的关系，将三个芯的应变值代入重构算法[1,2]，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光频域反射参数优化的分布式三维形状传感解调方法，包括以下步骤：/n第一步，利用分布式三维形状传感系统进行两次测量，第一次将待测光纤部分摆放成自然直线状态，此次测量瑞利散射光频域数据为参考数据；第二次将待测多芯光纤摆放成任意形状，并且在多芯光纤尾部布置成一个已知半径的小圆，此时测量的瑞利散射光频域数据记为测量数据。/n第二步，对参考数据和测量数据两组数据分别进行快速傅里叶变换，得到多芯光纤中各个位置的距离域信息；/n第三步，设移动窗的宽度为Δx，通过移动窗将距离域信息划分为局部距离域信号，设Δz为每个数据点的空间分辨率，有Δx＝NΔz，其中N为移动窗中数据点数；/n第四步，对两组数据...

【技术特征摘要】
1.一种基于光频域反射参数优化的分布式三维形状传感解调方法，包括以下步骤：
第一步，利用分布式三维形状传感系统进行两次测量，第一次将待测光纤部分摆放成自然直线状态，此次测量瑞利散射光频域数据为参考数据；第二次将待测多芯光纤摆放成任意形状，并且在多芯光纤尾部布置成一个已知半径的小圆，此时测量的瑞利散射光频域数据记为测量数据。
第二步，对参考数据和测量数据两组数据分别进行快速傅里叶变换，得到多芯光纤中各个位置的距离域信息；
第三步，设移动窗的宽度为Δx，通过移动窗将距离域信息划分为局部距离域信号，设Δz为每个数据点的空间分辨率，有Δx＝NΔz，其中N为移动窗中数据点数；
第四步，对两组数据的局部距离域信号进行逆傅里叶变换，将其变换到局部光频域信号，将两组数据的局部光频域信号进行互相关测量，互相关最大值移动表明瑞利散射光谱频移量，根据一定标定系数对应多芯光纤的应变值；
第五步，利用已知半径小圆部分的瑞利散射光谱频移量代入Frenet-Serret框架重构算法，根据重构出的曲率半径大小与实际曲率半径的比值来确定该状态下整个测量系统的瑞利散射光谱频移量与应变的标定系数；
第六步，对待测形状最大曲率半径部分瑞利散射光谱频移量进行处理得到应变大小，应变值代入Frenet-Serret框架重构算法进行形状重构，检验待测形状最大曲率半径与重构曲率半径的差距，即重构误差；
第七步，如果重构误差超过某一阈值，返回第四步对局部距离域信号进行频谱细化操作，即在逆傅里叶变换前进行信号补零，补零的数量即为频谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁根，丁振扬，郭雅美，刘琨，江俊峰，王晨欢，陈泽恩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12