[发明专利]构建穿刺针形状变化标定模型的方法

权利要求书

1.构建穿刺针形状变化标定模型的方法，其特征在于，该方法是基于粘贴在穿刺针内针上3个光纤光栅实现，所述的光纤光栅为光纤布拉格光栅；

步骤一、根据校准矩阵、由形变引起的中心波长偏移矩阵、由温度引起的中心波长偏移矩阵和曲率分量矩阵，构建穿刺针形状变化的初始模型，初始模型的表达式为：

其中，

表示校准矩阵，C₁至C₆分别为校准矩阵内的第一至第六个元素；

表示由形变引起的中心波长偏移矩阵，

Δλ1表示第一个光纤光栅的中心波长偏移量；

Δλ2表示第二个光纤光栅的中心波长偏移量；

Δλ3表示第三个光纤光栅的中心波长偏移量；

表示由温度变化引起的中心波长偏移矩阵；

λ_B1表示温度为预设的标准温度，且穿刺针处于非形变状态下时，第一个光纤光栅的中心波长；

λ_B2表示温度为预设的标准温度，且穿刺针处于非形变状态下时，第二个光纤光栅的中心波长；

λ_B3表示温度为预设的标准温度，且穿刺针处于非形变状态下时，第三个光纤光栅的中心波长；

ΔT表示温度的变化量；

ξ表示热光系数；

κ_xy表示右手坐标系下的x轴和y轴所构成的xy平面的曲率分量；

κ_xz表示右手坐标系下的x轴和z轴所构成的xz平面的曲率分量；

右手坐标系下的x轴为光纤光栅的长度方向；

步骤二、使穿刺针处于预设的标准温度下，根据N个预设的曲率分量矩阵中的具体数值，改变穿刺针形状，使穿刺针由标准长条形形状弯曲成相应的预设形状，其中，每一个预设的曲率分量矩阵对应一种预设形状，从而获得穿刺针在每种预设形状下，由形变引起的中心波长偏移矩阵的数值；

步骤三、使穿刺针处于标准长条形形状，根据M个预设测试温度，改变穿刺针的温度，使穿刺针的温度由预设的标准温度上升或下降至相应的预设测试温度，从而获得穿刺针在每个预设测试温度下，由温度引起的中心波长偏移矩阵的数值；

步骤四、将步骤二中每种预设形状下由形变引起的中心波长偏移矩阵的数值、及步骤三中每个预设温度下由温度引起的中心波长偏移矩阵的数值均带入公式一，获得N+M个变形后的公式一，并对N+M个变形后的公式一进行处理，从而获得穿刺针的校准矩阵的具体数值；

步骤五、将步骤四中获得的穿刺针的校准矩阵的具体数值带入公式一中，从而获得穿刺针形状变化标定模型，从而完成对穿刺针形状变化标定模型的构建。

2.根据权利要求1所述的构建穿刺针形状变化标定模型的方法，其特征在于，步骤四中，对N+M个变形后的公式一进行最小二乘计算，从而获得穿刺针的校准矩阵的具体数值。

3.根据权利要求1所述的构建穿刺针形状变化标定模型的方法，其特征在于，步骤一中，Δλ1、Δλ2和Δλ3的获得过程，均可通过如下公式二实现；

Δλi＝λ_Bi(1-P_e)ε (公式二)；

Δλi表示第i个光纤光栅的中心波长偏移量；i＝1,2,3；

λ_Bi表示温度为预设的标准温度，且穿刺针处于非形变状态下时，第i个光纤光栅的中心波长；

P_e表示光纤光栅应变系数；ε表示应变。

4.根据权利要求3所述的构建穿刺针形状变化标定模型的方法，其特征在于，ε＝d·κ；其中，d表示光纤光栅中轴线到穿刺针中轴线间的距离；

κ表示光纤光栅受到拉/压力后，穿刺针中轴线在三维空间内的曲率。

5.根据权利要求1所述的构建穿刺针形状变化标定模型的方法，其特征在于，穿刺针内针的内壁上沿周向设有3个槽，每个槽内粘贴有一个光纤光栅。