[发明专利]一种用于线性工程变形场监测的感测系统和方法

权利要求书

1.一种用于线性工程变形场监测的感测系统，其特征在于,沿线性工程轴线布设，包括：柔性液体导管，以及一组或多组沿导管轴向设于导管表面的光纤传感器阵列；将光纤传感器阵列布设于柔性液体导管上，测算柔性液体导管的变形场，重构出长距离的线性工程的变形场，全方位的获取线性工程的变形情况；所述柔性液体导管中填充液体，其中，所述填充液体为：水、硅油、或乙二醇液体，以保证在不同温度环境下系统的适用性；

所述每组光纤传感器阵列中的光纤传感器数目相同，布设位置一一对应；

与所述各组光纤传感器阵列相连接的光纤采集系统采集各光纤传感器所在位置的曲率数据；根据曲率与位移之间的关系，对三维空间曲线进行初次重建，通过机器学习算法对初次重建的曲线的不同弯曲形状区域进行智能分段，采用不同的修正系数进行修正，构建出柔性液体导管在空间上的形状，通过三维重构得到线性工程的变形场。

2.如权利要求1所述的一种用于线性工程变形场监测的感测系统，其特征在于，所述感测系统一个或多个补液系统连接，所述补液系统包括补液箱和流体驱动装置，所述流体驱动装置用于连接补液箱和柔性液体导管，将补液箱中的液体填充到柔性液体导管内。

3.如权利要求1所述的一种用于线性工程变形场监测的感测系统，其特征在于，每一组光纤传感器阵列中，相邻传感器之间的间距根据测量精度需求调整。

4.如权利要求1所述的一种用于线性工程变形场监测的感测系统，其特征在于，多组光纤传感器阵列沿所述导管的周向均匀布置。

5.如权利要求1所述的一种用于线性工程变形场监测的感测系统，其特征在于，所述感测系统还包括光纤采集系统，与各组光纤传感器阵列连接，采集各传感器所在位置的曲率数据。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述感测系统的线性工程变形场感测系统的感测方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收各组光纤传感器阵列采集的曲率数据，将获得曲率数据的位置记为控制点；基于各控制点的曲率，进行空间曲线三维重建，用以衡量感测系统在三维空间上的形状，从而得到线性工程变形场。

7.如权利要求6所述的感测方法，其特征在于,基于各控制点的曲率，进行空间曲线三维重建包括：

在每个控制点处建立运动坐标系，并且将第一个控制点相应的运动坐标系记为固定坐标系，对于每个当前运动坐标系，依次其计算到下一个运动坐标系的变换矩阵；

基于各控制点的曲率以及变换矩阵，将所有控制点的坐标均转换到固定坐标系，进行空间曲线三维重建。

8.如权利要求6所述的感测方法，其特征在于,接收各组光纤传感器阵列采集的曲率数据后，还对曲率数据赋予权重；各曲率数据的权重大小基于其所处分段的形态类别确定；所述分段的形态类别包括位移不变段、位移递增段和位移递减段。

9.如权利要求8所述的感测方法，其特征在于,对空间曲线进行分段的方法为：基于各控制点的曲率，计算相邻两控制点之间的应变增量，基于曲率、该控制点相对于第一个控制点的位置和应变增量，进行聚类分析，将空间曲线划分为不同形态类别的分段。