[发明专利]一种可视化导丝及基于可视化导丝的光纤成像方法

权利要求书

1.一种可视化导丝，其特征在于，包括：多芯光纤传感器、内管以及导丝包裹层，所述多芯光纤传感器设置于所述内管内，所述多芯光纤传感器与所述内管固定连接，所述导丝包裹层包覆于所述内管的外壁，所述导丝包裹层的表面涂覆有亲水溶液涂层，所述多芯光纤传感器用于对导丝的三维形状进行感测，以实现导丝可视化。

2.根据权利要求1所述的可视化导丝，其特征在于，所述多芯光纤传感器包括传感器壳体以及内置于所述传感器壳体的多根纤芯，每根所述纤芯上刻写有布拉格光栅，形成用于感测导丝三维形状的光栅阵列。

3.根据权利要求2所述的可视化导丝，其特征在于，所述多根纤芯沿所述传感器壳体的中心轴线等间距分布_，所述传感器壳体的中心设有一根用于对多根所述纤芯进行温度补偿的纤芯。

4.根据权利要求1所述的可视化导丝，其特征在于，所述内管包括近端海波管、远端海波管以及尖端管，所述尖端管具有弹性，所述远端海波管的一端与所述近端海波管连接，所述远端海波管的另一端与所述尖端管连接，所述多芯光纤传感器的外壁分别与所述近端海波管、所述远端海波管以及所述尖端管的内壁固定连接。

5.一种基于可视化导丝的光纤成像方法，其特征在于，所述方法包括：

基于可视化导丝对其布拉格光栅进行解调；所述可视化导丝包括具有至少三根纤芯的多芯光纤传感器，每根纤芯上刻写有布拉格光栅，形成光栅阵列；

获取布拉格光栅的波长差Δλ；

依据所述波长差Δλ，计算曲率κ；

通过插值法对曲率κ进行拟合，得到光栅栅距；

依据三维曲率，并求解Frenet-Serret方程，以对可视化导丝的三维图像进行光纤成像显示。

6.根据权利要求5所述的基于可视化导丝的光纤成像方法，其特征在于，布拉格光栅的波长差Δλ采用如下公式进行计算：

λ_B＝2n_eΛ；

Δλ＝λ_B((1-p_e)ε+(α_Λ+α_n)ΔT；

其中，λ_B为布拉格光栅(FBG)的波长，n_e为光栅的有效折射系数，Λ为光栅周期，ε为应变，ΔT为温度变量，p_e为光弹效应系数，α_Λ为热膨胀系数，α_n为热弹效应系数。

7.根据权利要求6所述的基于可视化导丝的光纤成像方法，其特征在于，当不考虑温度变化或对温度进行补偿时，布拉格光栅的波长差Δλ采用如下公式进行计算：

Δλ＝λ_B(1-p_e)ε。

8.根据权利要求5所述的基于可视化导丝的光纤成像方法，其特征在于，所述多芯光纤传感器内置有四根纤芯，其中三根纤芯围绕中心一根纤芯等间距分布，曲率κ采用如下公式进行计算：

其中，ε_x为应变，r_x为纤芯半径，γ_x为纤芯角度。

9.根据权利要求5所述的基于可视化导丝的光纤成像方法，其特征在于，Frenet-Serret方程采用如下公式进行计算：

dT/dt＝κN；dN/dt＝-κN+τB；dB/dT＝-τN；

其中，κ为曲率，τ为扭转，T为切向量，N为曲线的法向量，B为曲线在长度t位置的副法向量。

10.根据权利要求5所述的基于可视化导丝的光纤成像方法，其特征在于，所述多芯光纤传感器的实际光纤的曲率κ_real采用如下公式计算：

κ_real＝c*κ；

其中，c为修正系数，κ为曲率。