基于光频域反射仪的光纤分布式三维形状传感技术.docx

基于光频域反射仪的光纤分布式三维形状传感技术 光纤形状传感技术是一种测量光纤本身或者与之相连待测物体姿态、取向、径迹以及位置等三维空间信息的传感技术。该技术凭借质量轻、体积小、灵敏度高、易集成以及抗电磁干扰性强等优势，在精准介入医疗、变体飞行器以及连续体机器人等领域引起了广泛关注。 光纤形状传感技术的应用前景非常广泛。例如，在精准介入医疗领域，光纤形状传感技术可以实时监测医療器械的形状和位置，从而提高医生的手术精度和安全性。在变体飞行器领域，光纤形状传感技术可以实时监测飞行器的形状和姿态，从而提高飞行器的稳定性和安全性。在连续体机器人领域，光纤形状传感技术可以实时监测机器人的形状和姿态，从而提高机器人的灵活性和工作效率。 光频域反射仪是一种高空间分辨率和分布式测量技术，相较于光纤光栅的波分复用技术，在提高形状传感空间分辨率、形状重构精度以及传感长度等方面具有明显优势。光频域反射仪可以实时监测光纤的形状和姿态，从而实现高精度的三维空间信息获取。 分布式形状传感技术是基于光频域反射仪的光纤分布式三维形状传感技术的核心技术。该技术可以实时监测光纤的形状和姿态，从而实现高精度的三维空间信息获取。分布式形状传感技术可以应用于精准介入医疗、变体飞行器以及连续体机器人等领域，具有广泛的应用前景。 在光频域反射仪分布式应变传感原理的基础上，建立了弯曲形变与应变以及光纤瑞利散射光谱波长漂移之间的物理关系。同时，构建了弯曲大小、弯曲方向以及挠率与空间曲线局域标架三个正交分量的数学关系。采用切向分量的线积分实现光纤三维形状重构。 实验设计并制备了一种基于镍铬形状记忆合金丝与三根光纤束封装的形状传感器，其二维、三维形状末端的平均最大误差为传感器总长度的0.58%和3.45%。该结果表明，基于光频域反射仪的光纤分布式三维形状传感技术可以实现高精度的三维空间信息获取，具有广泛的应用前景。 基于光频域反射仪的光纤分布式三维形状传感技术是一种高精度、高灵敏度的三维空间信息获取技术，对于精准介入医疗、变体飞行器以及连续体机器人等领域具有广泛的应用前景。