CN102466470A - 基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置及方法，所述装置包括波纹管，波纹管包括多组第一A侧变形齿和多组第一B侧变形齿，每一组第一A侧变形齿与第一B侧变形齿相互交错布设且二者的头部间形成第一曲线形通道，第一曲线形通道内布设有第一信号光纤，第一信号光纤连接有测试单元，测试单元连接处理单元。另外本发明还涉及上述弯曲参量的测定方法，包括第一信号光纤的光信号损耗变化值与波纹管弯曲曲率的比例因子的标定；第一信号光纤传输的光信号的损耗变化值的采集；处理单元利用信号光纤损耗变化值及公式一给出待测物体的弯曲曲率。本发明不仅可以确定待测物体的弯曲曲率，还可以确定待测物体的弯曲方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置及方法，特别涉及一种基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置及方法。
背景技术
随着仿生物机器、智能机器人、虚拟手等智能机器的发展，对于该类机器的肢体关节运动的监测是必不可少的，其中弯曲曲率和弯曲方向是非常关键的参数，目前的测量方法有电学法、光学法以及传统的光纤法，前两者结构原理复杂，成本高，误差较大，且需要复杂的电路、软件系统支持，实际应用推广比较困难，而现有的光纤法中比较典型的是光纤光栅法，如中国专利申请号200510024425.7、200710043767.2和200780039102.2的专利均是采用该方法，虽比前两者有很大的进步，但其缺点也不少，如成本仍比较高，需要使用价格较高的光纤光栅解调设备，特别是需要进行多点测量时成本显著增加；同时光纤光栅是一种对温度和应力均非常敏感的传感元件，在使用中需增加额外的步骤来消除温度的影响，进一步增加了整个系统的成本；另外是光纤光栅比较脆弱，对封装有较高的要求，既要保证传感元件的敏感性，又要保证使用寿命是比较困难的，封装一般要占到传感元件成本的30％至90％，这又加大了系统的成本，从而限制了该类装置及方法的使用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置及方法。本发明不仅可以确定待测物体的弯曲曲率，还可以确定待测物体的弯曲方向。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，其特征在于：包括两端固定在待测物体上的波纹管，且所述波纹管在其端部所施加外应力的作用下能发生变形，所述波纹管包括分别布设在波纹管管壁多个凹陷处上下两侧的多组第一A侧变形齿和多组第一B侧变形齿，每一组第一A侧变形齿包括一个第一A侧变形齿或相互并排布设的多个第一A侧变形齿，每一组第一B侧变形齿包括一个第一B侧变形齿或相互并排布设的多个第一B侧变形齿，至少有一列第一A侧变形齿之间和第一B侧变形齿之间的齿距是均匀的，每一组第一A侧变形齿与第一B侧变形齿相互交错布设且二者的头部间形成第一曲线形通道，所述第一曲线形通道内布设有一个或多个第一信号光纤，所述第一信号光纤连接有对第一信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试的测试单元，所述测试单元连接有对测试单元的测试结果进行分析处理的处理单元。
上述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，包括设置在波纹管内与第一个信号光纤并排的第二信号光纤、连续布设在波纹管管壁的凹陷中的多个第二A侧变形齿和与多个第二A侧变形齿相对应的多个第二B侧变形齿，所述多个第二A侧变形齿与多个第二B侧变形齿相互交错布设且二者的头部间形成第二曲线形通道，所述第二信号光纤位于第二曲线形通道内，所述多个第二A侧变形齿和多个第二B侧变形齿沿着波纹管每360度为一个周期，每个周期的起始点位于波纹管的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距或齿高是单调变化且变化趋势是一致的，第二个信号光纤通过传输光纤连接测试单元。
上述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，所述每个周期之间没有交叉，并将每个周期划分为相同数量的有限个区域，对应于波纹管同一个方向的每个周期上的对应区域内的变形齿的间距或齿高是相同的。
上述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，所述波纹管通过光开关与测试单元相连接。
基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，包括如下步骤：
步骤一、第一信号光纤的光信号损耗变化值与波纹管弯曲曲率的比例因子的标定：
标定的方法是：将含有第一信号光纤的波纹管的长度在初始状态或直线状态下锁定，利用其已知弯曲曲率的圆弧，将含有第一信号光纤的波纹管依照圆弧弯曲，并记录在相应弯曲曲率下第一信号光纤的损耗变化值，利用所得到的数据采用插值和线性拟合的方法得到弯曲曲率C与信号光纤损耗变化值的比例因子K，其关系可表示为：
CI＝KΔαI+ε 公式一
式中：CI表示标定时不同的弯曲曲率值，ΔαI是表示不同弯曲曲率下光信号的损耗变化值，K是得到的比例因子，ε为得到的误差值；
步骤二、第一信号光纤传输的光信号的损耗变化值的采集：两端固定于待测物体上的含第一信号光纤的波纹管随待测物体的弯曲而弯曲，第一信号光纤的损耗值也随之变化，通过测试单元获得第一信号光纤的损耗变化值，并将该值传递给处理单元，其中，两端固定于待测物体上的波纹管在初始状态或直线状态时其长度与标定时的长度一致；
步骤三、处理单元利用信号光纤损耗变化值及公式一给出待测物体的弯曲曲率。
上述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，其特征在于，在步骤三完成后进行以下步骤：
步骤四、第二信号光纤的光信号损耗变化值与波纹管弯曲曲率和弯曲方向的比例因子的标定：
标定的方法：利用已知弯曲曲率的圆弧，将含有第二信号光纤的波纹管变换不同的角度依照圆弧弯曲，并记录相应弯曲曲率和相应角度下第二信号光纤的损耗变化值，利用所得到的数据采用插值和线性拟合的方法得到弯曲方向的角度θ与第二信号光纤损耗变化值及弯曲曲率变化值的比例因子Kθ(C)，其关系可表示为：
θ＝Kθ(C)Δαθ+εθ 公式二
式中：θ表示标定时不同的弯曲方向角度，C表示标定时弯曲曲率，Δαθ是表示不同弯曲方向角度和不同弯曲曲率下光信号的损耗变化值，Kθ(C)是得到的不同弯曲曲率下比例因子，εθ为得到的误差值；
步骤五、第二信号光纤传输的光信号的损耗变化值的采集：两端固定于待测物体上的含第二信号光纤的波纹管随着待测物体的弯曲而弯曲，第二信号光纤的损耗值也随着待测物体的弯曲曲率和弯曲方向角度的变化而变化，通过测试单元获得第二信号光纤的损耗变化值，并将该值传递给处理单元；
步骤六、处理单元利用第二信号光纤损耗变化值、第一信号光纤确定的弯曲曲率及公式二给出待测物体的弯曲方向角度。
上述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，当待测物体有一个以上的待测弯曲曲率时，在相应的部位均安置有两端固定于待测物体上的含信号光纤的波纹管，且所述波纹管中的第一信号光纤串联在一起。
上述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，当待测物体是由多个可弯曲的部分构成时，处理单元通过确定其最初和最终的各个部分的弯曲曲率和弯曲方向，可给出该待测物体的最终状态。
上述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，当待测物体有一个以上的待测弯曲曲率部位并且不能确定弯曲是分时变化时，通过光时域反射技术或相干频率调制连续波技术测试单元分别得到多个时刻、每个部分第一信号光纤的损耗，从而可以分别测试出每个部位弯曲的曲率及曲率的变化，若在每个弯曲部分有第二信号光纤及按周期变化的变形齿时，可以确定每个部位弯曲的方向及方向的变化。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明提供一种基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置及方法，不仅可以测定待测物的弯曲曲率，并可以做到能够同时测量弯曲的方向，使该弯曲参量测定装置具有广阔的使用范围。本发明所述装置结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，抗电磁干扰、成本低；又由于本装置是基于光纤的损耗基础上测定，而损耗测试是光纤测试中所有干涉法、频率法等其他类测试的基础，也是最成熟、最稳定、成本最低的技术，使本发明的装置在成本上具有相当大的优势。并可利用时分技术、光时域反射技术(OTDR)及相干频率调制连续波技术(FMCW)实现准分布式或分布式测量，为本发明的装置的应用进一步提供了非常广阔的应用前景。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为图1中A处的局部剖视图。
图3为本发明实施例2的局部结构示意图。
图4为本发明实施例3的示意图。
图5为本发明实施例5的示意图。
附图标记说明：
1-传输光纤； 4-管壁； 5-测试单元；
6-第一信号光纤 7-处理单元； 8-第二信号光纤；
9-待测物体； 10-波纹管； 20-显示单元；
30-光开关； 4-1-第一A侧变形齿； 4-2-第一B侧变形齿；
4-3-第二A侧变形齿； 4-4-第二B侧变形齿； 40-温度传感器。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示的一种基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，包括两端固定在待测物体9上的波纹管10且所述波纹管10在端部所施加外应力的作用下能发生变形，所述波纹管10包括分别布设在波纹管10管壁4多个凹陷处上下两侧的多组第一A侧变形齿4-1和多组第一B侧变形齿4-2，每一组第一A侧变形齿4-1包括一个第一A侧变形齿4-1或相互并排布设的多个第一A侧变形齿4-1，每一组第一B侧变形齿4-2包括一个第一B侧变形齿4-2或相互并排布设的多个第一B侧变形齿4-2，至少有一列第一A侧变形齿4-1之间和第一B侧变形齿4-2之间的齿距是均匀的，每一组第一A侧变形齿4-1与第一B侧变形齿4-2相互交错布设且二者的头部间形成第一曲线形通道，所述第一曲线形通道内布设有第一信号光纤6，所述第一信号光纤6通过传输光纤1连接有对第一信号光纤6中的光信号功率变化量进行同步测试的测试单元5，所述测试单元5连接有对测试单元5的测试结果进行分析处理的处理单元7。所述第一信号光纤6为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤6也可以是塑料光纤或光子晶体光纤。
本实施例中，所述波纹管10整体呈圆柱状并且两端固定在待测物体9上，并且待测物体9的弯曲待测区域被包围在波纹管10中，当待测物体9的弯曲曲率变化时，波纹管10两端的位置也改变，使布设在波纹管10的管壁4的凹陷处的相对两侧的多组第一A侧变形齿4-1和多组第一B侧变形齿4-2之间的距离改变，从而就可以改变在第一A侧变形齿4-1和第一B侧变形齿4-2间夹有的第一信号光纤6的弯曲半径，也即改变第一信号光纤6的弯曲损耗系数，优选的做法是在初始状态或波纹管10整体是直线的状态下，使第一信号光纤6的弯曲曲率很小，其弯曲损耗值可以忽略，这样整体波纹管10在弯曲时，部分波纹管10的放松区域的第一信号光纤6的损耗不会变化而不用考虑，而波纹管10的压紧区域才会由于改变第一信号光纤6的弯曲曲率而出现光信号的衰减，随着待测物体9的曲率的变化，第一信号光纤6中传输的光信号的损耗也变化，从而在测试单元5上探测出光信号的变化并将信号传递到处理单元7，处理单元7根据事先的标定，不同的衰减损耗对应不同的弯曲曲率，从而就可以得到待测物体9的弯曲曲率。
基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，包括以下步骤：
步骤一、第一信号光纤6的光信号损耗变化值与波纹管10弯曲曲率的比例因子的标定：
标定的方法是：将含有第一信号光纤6的波纹管10的长度在初始状态或直线状态下锁定，利用其已知弯曲曲率的圆弧，将含有第一信号光纤6的波纹管10依照圆弧弯曲，并记录在相应弯曲曲率下第一信号光纤6的损耗变化值，利用所得到的数据采用插值和线性拟合的方法得到弯曲曲率C与信号光纤损耗变化值的比例因子K，其关系可表示为：
CI＝KΔαI+ε 公式一
式中：CI表示标定时不同的弯曲曲率值，ΔαI是表示不同弯曲曲率下光信号的损耗变化值，K是得到的比例因子，ε为得到的误差值；
步骤二、第一信号光纤6传输的光信号的损耗变化值的采集：两端固定于待测物体9上的含第一信号光纤6的波纹管10随待测物体9的弯曲而弯曲，第一信号光纤6的损耗值也随之变化，通过测试单元5获得第一信号光纤6的损耗变化值，并将该值传递给处理单元7，其中，两端固定于待测物体9上的波纹管10在初始状态或直线状态时其长度与标定时的长度一致；
步骤三、处理单元利用信号光纤损耗变化值及公式一给出待测物体的弯曲曲率。
优选的做法是，在需要进一步提高测试精度时，需要考虑温度的影响，在实际使用中，通过温度传感器40对环境温度的测试并传输给处理单元7来对测试结果修正，此时步骤一的公式一中的ΔαI是表示不同弯曲曲率和温度下光信号的损耗变化值，步骤三中，处理单元7利用第一信号光纤6损耗变化值、温度参数及公式一给出待测物体9的弯曲曲率。
实施例2
如图3所示，本实施例中，与实施例1不同的是：在波纹管10管壁4的凹陷中连续布设有多个第二A侧变形齿4-3和与多个第二A侧变形齿4-3相对应的多个第二B侧变形齿4-4，所述多个第二A侧变形齿4-3与多个第二B侧变形齿4-4相互交错布设且二者的头部间形成第二曲线形通道，所述多个第二A侧变形齿4-3和多个第二B侧变形齿4-4沿着波纹管10每360度为一个周期，每个周期之间没有交叉，每个周期划分为相同数量的有限区域，对应于波纹管10同一方向的每个周期上的对应区域内的变形齿的间距或齿高是相同的，第二曲线形通道内布设有第二信号光纤8，所述第二信号光纤8通过传输光纤1与测试单元5相连接。所述的多个第二A侧变形齿4-3和多个第二B侧变形齿4-4沿着波纹管10每360度为一个周期，每个周期的起始点位于波纹管10的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、齿高或变形齿接触第二信号光纤8的顶端部分的弯曲曲率是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿高或变形齿顶端的弯曲曲率是单调变化且趋势是一致的，即单调变化要么都是单调增加或单调减少的，第二信号光纤8的延伸纤接测试单元5，测试单元5后接处理单元7。这样在第一信号光纤6探测出待测物体9的弯曲曲率时，处理单元7根据事先的标定，即第二信号光纤8的不同的衰减损耗对应不同的弯曲方向，则通过第二信号光纤8的损耗值得出待测物体9的弯曲方向。
本实施例的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法与实施例1中的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法的不同之处是：在实施例1的步骤三完成后，再进行以下步骤：
步骤四、第二信号光纤8的光信号损耗变化值与波纹管10弯曲曲率和弯曲方向的比例因子的标定：
标定的方法：利用已知弯曲曲率的圆弧，将含有第二信号光纤8的波纹管10变换不同的角度依照圆弧弯曲，并记录相应弯曲曲率和相应角度下第二信号光纤8的损耗变化值，利用所得到的数据采用插值和线性拟合的方法得到弯曲方向的角度θ与第二信号光纤8损耗变化值及弯曲曲率变化值的比例因子Kθ(C)，其关系可表示为：
θ＝Kθ(C)Δαθ+εθ 公式二
式中：θ表示标定时不同的弯曲方向角度，C表示标定时弯曲曲率，Δαθ是表示不同弯曲方向角度和不同弯曲曲率下光信号的损耗变化值，
Kθ(C)是得到的不同弯曲曲率下比例因子，εθ为得到的误差值；
步骤五、第二信号光纤8传输的光信号的损耗变化值的采集：两端固定于待测物体9上的含第二信号光纤8的波纹管10随着待测物体9的弯曲而弯曲，第二信号光纤8的损耗值也随着待测物体9的弯曲曲率和弯曲方向角度的变化而变化，通过测试单元5获得第二信号光纤8的损耗变化值，并将该值传递给处理单元7；
步骤六、处理单元7利用第二信号光纤8损耗变化值、第一信号光纤6确定的弯曲曲率及公式二给出待测物体9的弯曲方向角度。
通过选择较低膨胀系数的材料来制作波纹管10及变形齿，可大幅度降低温度对本发明装置的测试精度的影响，
优选的做法是，在需要进一步提高测试精度时，可通过事先的标定来完成，即在不同的均匀温度场下通过插值和线性拟合的方法确定K和Kθ(C)，在实际使用中，通过温度传感器40对环境温度的测试并传输给处理单元7来对测试结果修正，此时步骤四中公式二应为θ＝Kθ(C，T)Δαθ+εθ，Δαθ是表示不同弯曲方向角度和不同弯曲曲率及温度下光信号的损耗变化值，T是标定时的温度，Kθ(C，T)是得到的不同弯曲曲率、温度下比例因子，步骤六中，处理单元7利用第二信号光纤8损耗变化值、第一信号光纤6确定的弯曲曲率、温度参数及公式θ＝Kθ(C，T)Δαθ+εθ给出待测物体9的弯曲方向角度。
实施例3
如图4所示，本实施例中，与实施例2不同的是：在待测物体9有一个以上的待测弯曲曲率时，在相应的部位均安置有两端固定于待测物体9上的含第一信号光纤6的波纹管10，且所述波纹管10中的第一信号光纤6串联在一起，当待测物体9的待测弯曲曲率变化是分时变化时，通过测试仪器分别得到每个部分的第一信号光纤6的损耗，从而可以分别测试出每个弯曲的曲率，该测试单元5用光源和光功率计就可以构成。若在每个弯曲部分有第二信号光纤8及按周期变化的变形齿时，可以确定每个部分弯曲的方向，处理单元7通过确定每个波纹管10最初和最终的各个部分的弯曲曲率和弯曲方向，可给出该待测物体9的最终状态，并通过显示单元20输出。
实施例4
本实施例中，与实施例2不同的是：测试单元5采用光时域反射技术(OTDR)或相干频率调制连续波技术(FMCW)测试仪器分别得到多个时刻、每个部分的第一信号光纤6的损耗，从而可以分别测试出每个部位弯曲的曲率及曲率的变化，若在每个弯曲部分有第二信号光纤8及按周期变化的变形齿时，可以确定每个部位弯曲的方向及方向的变化。处理单元7通过确定每个波纹管10最初和最终的各个部分的弯曲曲率和弯曲方向，可给出该待测物体9的最终状态，并通过显示单元20输出。
实施例5
如图5所示，本实施例中，与实施例2不同的是：每个波纹管10通过光开关30与测试单元5连接，测试单元5通过光开关30的选通功能，分别得到多个时刻、每个部分的第一信号光纤6的损耗，从而可以分别测试出每个部位弯曲的曲率及曲率的变化，若在每个弯曲部分有第二信号光纤8及按周期变化的变形齿时，可以确定每个部位弯曲的方向及方向的变化。处理单元7通过确定每个波纹管10最初和最终的各个部分的弯曲曲率和弯曲方向，可给出该待测物体9的最终状态，并通过显示单元20输出。
实施例6
本实施例中，与实施例2不同的是：每个周期之间没有交叉，并将每个周期划分为相同数量的有限个区域，对应于波纹管10同一个方向的每个周期上的对应区域内的变形齿的间距或齿高是相同的，第二个信号光纤8连接测试单元5。在我们只需要确定待测物体9大致的弯曲方向时，可根据需要如只确定4个、6个或8个方向，将每个周期划分为4、6或8个区域，每个区域内的变形齿的间距或齿高相同，但每个周期内任意两个区域的变形齿的齿距或齿高不同，处理单元7根据第一信号光纤6确定的曲率和第二信号光纤8的损耗变化值，以及事先的标定数据确定出待测物体9的弯曲方向。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，其特征在于：包括两端固定在待测物体(9)上的波纹管(10)，且所述波纹管(10)在其端部所施加外应力的作用下能发生变形，所述波纹管(10)包括分别布设在波纹管(10)管壁(4)多个凹陷处上下两侧的多组第一A侧变形齿(4-1)和多组第一B侧变形齿(4-2)，每一组第一A侧变形齿(4-1)包括一个第一A侧变形齿(4-1)或相互并排布设的多个第一A侧变形齿(4-1)，每一组第一B侧变形齿(4-2)包括一个第一B侧变形齿(4-2)或相互并排布设的多个第一B侧变形齿(4-2)，至少有一列第一A侧变形齿(4-1)之间和第一B侧变形齿(4-2)之间的齿距是均匀的，每一组第一A侧变形齿(4-1)与第一B侧变形齿(4-2)相互交错布设且二者的头部间形成第一曲线形通道，所述第一曲线形通道内布设有一个或多个第一信号光纤(6)，所述第一信号光纤(6)连接有对第一信号光纤(6)中的光信号功率变化量进行同步测试的测试单元(5)，所述测试单元(5)连接有对测试单元(5)的测试结果进行分析处理的处理单元(7)。
2.根据权利要求1所述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，其特征在于：包括设置在波纹管(10)内与第一个信号光纤(6)并排的第二信号光纤(8)、连续布设在波纹管(10)管壁(4)的凹陷中的多个第二A侧变形齿(4-3)和与多个第二A侧变形齿(4-3)相对应的多个第二B侧变形齿(4-4)，所述多个第二A侧变形齿(4-3)与多个第二B侧变形齿(4-4)相互交错布设且二者的头部间形成第二曲线形通道，所述第二信号光纤(8)位于第二曲线形通道内，所述多个第二A侧变形齿(4-3)和多个第二B侧变形齿(4-4)沿着波纹管(10)每360度为一个周期，每个周期的起始点位于波纹管(10)的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距或齿高是单调变化且变化趋势是一致的，第二个信号光纤(8)通过传输光纤(1)连接测试单元(5)。
3.根据权利要求2所述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，其特征在于：所述每个周期之间没有交叉，并将每个周期划分为相同数量的有限个区域，对应于波纹管(10)同一个方向的每个周期上的对应区域内的变形齿的间距或齿高是相同的。
4.根据权利要求1所述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置，其特征在于：所述波纹管(10)通过光开关(30)与测试单元(5)相连接。
5.基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、第一信号光纤(6)的光信号损耗变化值与波纹管(10)弯曲曲率的比例因子的标定：
标定的方法是：将含有第一信号光纤(6)的波纹管(10)的长度在初始状态或直线状态下锁定，利用其已知弯曲曲率的圆弧，将含有第一信号光纤(6)的波纹管(10)依照圆弧弯曲，并记录在相应弯曲曲率下第一信号光纤(6)的损耗变化值，利用所得到的数据采用插值和线性拟合的方法得到弯曲曲率C与信号光纤损耗变化值的比例因子K，其关系可表示为：
CI＝KΔαI+ε 公式一
式中：CI表示标定时不同的弯曲曲率值，ΔαI是表示不同弯曲曲率下光信号的损耗变化值，K是得到的比例因子，ε为得到的误差值；
步骤二、第一信号光纤(6)传输的光信号的损耗变化值的采集：两端固定于待测物体(9)上的含第一信号光纤(6)的波纹管(10)随待测物体(9)的弯曲而弯曲，第一信号光纤(6)的损耗值也随之变化，通过测试单元(5)获得第一信号光纤(6)的损耗变化值，并将该值传递给处理单元(7)，其中，两端固定于待测物体(9)上的波纹管(10)在初始状态或直线状态时其长度与标定时的长度一致；
步骤三、处理单元利用信号光纤损耗变化值及公式一给出待测物体的弯曲曲率。
6.根据权利要求5所述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，其特征在于，在步骤三完成后进行以下步骤：
步骤四、第二信号光纤(8)的光信号损耗变化值与波纹管(10)弯曲曲率和弯曲方向的比例因子的标定：
标定的方法：利用已知弯曲曲率的圆弧，将含有第二信号光纤(8)的波纹管(10)变换不同的角度依照圆弧弯曲，并记录相应弯曲曲率和相应角度下第二信号光纤(8)的损耗变化值，利用所得到的数据采用插值和线性拟合的方法得到弯曲方向的角度θ与第二信号光纤(8)损耗变化值及弯曲曲率变化值的比例因子Kθ(C)，其关系可表示为：
θ＝Kθ(C)Δαθ+εθ 公式二
式中：θ表示标定时不同的弯曲方向角度，C表示标定时弯曲曲率，Δαθ是表示不同弯曲方向角度和不同弯曲曲率下光信号的损耗变化值，Kθ(C)是得到的不同弯曲曲率下比例因子，εθ为得到的误差值；
步骤五、第二信号光纤(8)传输的光信号的损耗变化值的采集：两端固定于待测物体(9)上的含第二信号光纤(8)的波纹管(10)随着待测物体(9)的弯曲而弯曲，第二信号光纤(8)的损耗值也随着待测物体(9)的弯曲曲率和弯曲方向角度的变化而变化，通过测试单元(5)获得第二信号光纤(8)的损耗变化值，并将该值传递给处理单元(7)；
步骤六、处理单元(7)利用第二信号光纤(8)损耗变化值、第一信号光纤(6)确定的弯曲曲率及公式二给出待测物体(9)的弯曲方向角度。
7.根据权利要求5所述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，其特征在于：当待测物体(9)有一个以上的待测弯曲曲率时，在相应的部位均安置有两端固定于待测物体(9)上的含信号光纤的波纹管(10)，且所述波纹管(10)中的第一信号光纤(6)串联在一起。
8.根据权利要求6所述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，其特征在于：当待测物体(9)是由多个可弯曲的部分构成时，处理单元(7)通过确定其最初和最终的各个部分的弯曲曲率和弯曲方向，可给出该待测物体(9)的最终状态。
9.根据权利要求6所述的基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定方法，其特征在于：当待测物体(9)有一个以上的待测弯曲曲率部位并且不能确定弯曲是分时变化时，通过光时域反射技术或相干频率调制连续波技术测试单元(5)分别得到多个时刻、每个部分第一信号光纤(6)的损耗，从而可以分别测试出每个部位弯曲的曲率及曲率的变化，若在每个弯曲部分有第二信号光纤(8)及按周期变化的变形齿时，可以确定每个部位弯曲的方向及方向的变化。
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| CN2010105320084A CN102466470A (zh) | 2010-11-04 | 2010-11-04 | 基于光纤弯曲损耗的波纹管型弯曲参量的测定装置及方法 |
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Cited By (2)
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| CN111426272A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-07-17 | 湘潭大学 | 一种测定边坡模型内部位移变化的方法 |
| CN115266044A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-11-01 | 国网湖北省电力有限公司 | 一种光电测试治具及其预警方法 |
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2010
- 2010-11-04 CN CN2010105320084A patent/CN102466470A/zh active Pending
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| CN111426272B (zh) * | 2020-04-21 | 2021-12-03 | 湘潭大学 | 一种测定边坡模型内部位移变化的方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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