[发明专利]基于三芯光纤扭曲补偿的三维位姿恢复方法

摘要

本发明涉及一种基于三芯光纤扭曲补偿的三维位姿恢复方法，它包括如下步骤：步骤1：得出光纤内部扭转标定测量实验下的三芯光纤光栅阵列弯曲方向角及弹光系数；步骤2：任意设定三芯光纤光栅阵列的形态，得到对应的三芯光纤光栅阵列分布式曲率和弯曲方向角；步骤3：得到不受三芯光纤光栅阵列内部扭转影响的光纤形态旋转角，并修正由三芯光纤光栅阵列内部扭曲导致的三芯光纤光栅阵列的伸长量变化；步骤4：得到光纤的位姿曲线。该方案用于解决三芯光纤光栅阵列在传感过程中由于封装产生的扭转导致的误差。

主权项

1.一种基于三芯光纤扭曲补偿的三维位姿恢复方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：通过对三芯光纤光栅阵列进行光纤内部扭转标定测量实验，得出光纤内部扭转标定测量实验下的三芯光纤光栅阵列弯曲方向角及三芯光纤光栅阵列各个光栅的弹光系数；步骤2：任意设定三芯光纤光栅阵列的形态，通过光纤光栅解调系统并结合步骤1得到的三芯光纤光栅阵列各个光栅的弹光系数得出三芯光纤光栅阵列中各个光栅所在位置处的光栅应变数据，并对三芯光纤光栅阵列中各个光栅所在位置处的光栅应变数据及三芯光纤光栅阵列中三根光纤芯的几何位置关系建立关于三芯光纤光栅阵列曲率和弯曲方向角的非线性方程组，并采用牛顿迭代算法循环迭代求解三芯光纤光栅阵列曲率和弯曲方向角直至三芯光纤光栅阵列曲率和弯曲方向角达到设定精度，得到此时对应的三芯光纤光栅阵列分布式曲率和弯曲方向角；步骤3：根据步骤1得到的三芯光纤光栅阵列弯曲方向角对步骤2中的三芯光纤光栅阵列光纤扭转角度进行补偿，修正三芯光纤光栅阵列弯曲方向角的角度误差，得到不受三芯光纤光栅阵列内部扭转影响的光纤形态旋转角，通过该光纤形态旋转角得到光纤形态的挠率，并通过表征三芯光纤光栅阵列扭转态和光纤非扭转态的光纤微元模型修正由三芯光纤光栅阵列内部扭曲导致的三芯光纤光栅阵列的伸长量变化；步骤4：对获取的的三芯光纤光栅阵列分布式曲率k、光纤形态的挠率和光纤形态旋转角进行相应的插值处理得到三芯光纤光栅阵列连续的曲率、挠率和旋转角数据，并对三芯光纤光栅阵列连续的曲率、挠率和旋转角数据采用三维还原算法得到光纤的位姿曲线。