[发明专利]一种用于实时监测水下表面变形的方法

权利要求书

1.一种用于实时监测水下表面变形的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，发射光信号，作为监测水下表面变形的探测信号；

步骤2，将光信号转化为电信号，作为分析水下表面变形的数据源；

步骤3，通过处理分析电信号建立水下表面变形的三维模型；

步骤2中，将光信号转化为电信号，作为分析水下表面变形的数据源的方法为：

A1，光信号通过光纤分束器后进入光纤曲率传感器阵列，所述光纤曲率传感器阵列为由2n个光纤曲率传感器弯曲后呈双层等间隔排列组成的阵列，其中n为大于等于1的自然数；

A2，光纤曲率传感器阵列产生不同强度的衰减的光信号；

A3，不同强度的衰减的光信号由光探测器阵列接收后经过滤波和放大转化为电信号，输入处理器，所述光探测器阵列为由2n个光探测器呈双层等间隔排列方式组成的阵列，所述电信号为电压信号；

步骤3中，通过处理分析电信号建立水下表面变形的三维模型的方法为：

B1，通过电信号获得地形离散点的弯曲曲率和扭转角度；

B2，通过地形离散点的弯曲曲率和扭转角度获得弯曲曲率函数和扭转角度函数；

B3，通过地形离散点的弯曲曲率和地形离散点所在的曲线切线获得地形离散点在空间运动坐标系中的坐标；

B4，获得固定坐标系转换为空间运动坐标系的齐次变换矩阵的递推公式；

B5，通过地形离散点在空间运动坐标系中的坐标和固定坐标系转换为空间运动坐标系的齐次变换矩阵的递推公式，完成空间曲线的三维重构；

B6，通过曲线到曲面的插值和拟合算法建立水下表面变形的三维模型；

所述地形离散点为地形表面安置有光纤曲率传感器的离散点。

2.根据权利要求1所述的一种用于实时监测水下表面变形的方法，其特征在于，所述方法还包括，步骤4，通过三维模型实时监测水下表面变形的情况。

3.根据权利要求1所述的一种用于实时监测水下表面变形的方法，其特征在于，步骤1中，发射光信号，作为监测水下表面变形的探测信号的方法为启动函数发生器，从而驱动光发射器发射光信号。

4.根据权利要求1所述的一种用于实时监测水下表面变形的方法，其特征在于，

B1中，通过电信号获得地形离散点的弯曲曲率和扭转角度的方法为：

将2n个光纤曲率传感器弯曲后呈双层等间隔排列方式布置于柔性基底的两个对称表面，基底两个对称表面的光纤曲率传感器个数分别为n个，且基底两个对称表面的光纤曲率传感器的位置相互对应，可得

k_i＝(b_i2V_i1-b_i1V_i2)/(a_i1b_i2-a_i2b_i1)

θ_i＝(a_i2V_i1-a_i1V_i2)/(a_i2b_i1-a_i1b_i2) (1)

其中，k_i为柔性基底上的i位置的弯曲曲率，θ_i为柔性基底上的i位置的扭转角，所述柔性基底上的i位置为柔性基底上布置有第i个光纤曲率传感器和第n+i个光纤曲率传感器的位置，i为大于等于1且小于等于n的自然数，当第i个光纤曲率传感器向着柔性基底的正面弯曲时，k_i和θ_i大于等于0，当第i个光纤曲率传感器向着柔性基底的反面弯曲时，k_i和θ_i小于0；V_i1为向着柔性基底的正面弯曲的第i个光纤曲率传感器的电压信号，V_i2为向着柔性基底的反面弯曲的第n+i个光纤曲率传感器的电压信号，a_i1、b_i1分别为向着柔性基底的正面弯曲的第i个光纤曲率传感器的弯曲系数和扭转系数，a_i2、b_i2分别为向着柔性基底的反面弯曲的第n+i个光纤曲率传感器的弯曲系数和扭转系数。