[发明专利]一种基于多芯光纤的三维形状感知监测方法和系统

权利要求书

1.一种基于多芯光纤的三维形状感知监测方法，其特征在于，包括：

获取多芯光纤的每个测量截面上所有光纤光栅测量的应变；

根据获取的每个测量截面上所有光纤光栅测量的应变，反演得到各测量截面的曲率和弯曲方向；

根据测量截面间隔，对各测量截面的曲率进行插值和加密处理，得到各测量截面的曲率函数；

将各测量截面的曲率函数带入Frenet方程组，得到各测量截面的向量表达式；

根据各测量截面的向量表达式，进行迭代运算，得到各测量截面的中心坐标；

根据各测量截面的中心坐标，进行三维形状重构，确定待测结构的三维形状。

2.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的三维形状感知监测方法，其特征在于，多芯光纤，包括；沿光纤轴向分布的多个纤芯；其中，每一个纤芯上连续刻写多个光纤光栅，在一个光纤横截面上的光纤光栅构成了一个测量截面。

3.根据权利要求2所述的基于多芯光纤的三维形状感知监测方法，其特征在于，根据获取的每个测量截面上所有光纤光栅测量的应变，反演得到各测量截面的曲率和弯曲方向，包括：

根据获取的每个测量截面上所有光纤光栅测量的应变，确定多芯光纤不同纤芯之间的应变差值；

根据多芯光纤不同纤芯之间的应变差值，反演得到各测量截面的曲率和弯曲方向。

4.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的三维形状感知监测方法，其特征在于，根据测量截面间隔，对各测量截面的曲率进行插值和加密处理，得到各测量截面的曲率函数，包括：

根据测量截面间隔，对各测量截面的曲率进行插值和加密，得到测量截面之间的曲率分布；

根据插值和加密处理后得到的测量截面之间的曲率分布，确定各测量截面沿光纤长度方向的曲率函数。

5.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的三维形状感知监测方法，其特征在于，将各测量截面的曲率函数带入Frenet方程组，得到各测量截面的向量表达式，包括：

将各测量截面的曲率函数带入Frenet方程组，利用Frenet方程组，获得各测量截面的切向向量、法向向量和轴向向量；

根据获得的各测量截面的切向向量、法向向量和轴向向量，构建得到各测量截面的向量表达式。

6.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的三维形状感知监测方法，其特征在于，根据各测量截面的向量表达式，进行迭代运算，得到各测量截面的中心坐标，包括：

根据各测量截面的向量表达式，以光纤端口为初始点，通过迭代各测量截面的方向向量，获得各测量截面的中心坐标。

7.一种基于多芯光纤的三维形状感知监测系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取多芯光纤的每个测量截面上所有光纤光栅测量的应变；

反演模块，用于根据获取的每个测量截面上所有光纤光栅测量的应变，反演得到各测量截面的曲率和弯曲方向；

插值加密处理模块，用于根据测量截面间隔，对各测量截面的曲率进行插值和加密处理，得到各测量截面的曲率函数；

向量表达式构建模块，用于将各测量截面的曲率函数带入Frenet方程组，得到各测量截面的向量表达式；

迭代模块，用于根据各测量截面的向量表达式，进行迭代运算，得到各测量截面的中心坐标；

重构模块，用于根据各测量截面的中心坐标，进行三维形状重构，确定待测结构的三维形状。

8.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的三维形状感知监测系统，其特征在于，多芯光纤，包括；沿光纤轴向分布的多个纤芯；其中，每一个纤芯上连续刻写多个光纤光栅，在一个光纤横截面上的光纤光栅构成了一个测量截面。