專利名稱：基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測試裝置及方法，特別涉及一種基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置及方法。
背景技術：
隨著仿生物機器、智能機器人、虛擬手等智能機器的發(fā)展，對于該類機器的肢體關節(jié)運動的監(jiān)測是必不可少的，其中彎曲曲率和彎曲方向是非常關鍵的參數(shù)，目前的測量方法有電學法、光學法以及傳統(tǒng)的光纖法，前兩者結構原理復雜，成本高，誤差較大，且需要復雜的電路、軟件系統(tǒng)支持，實際應用推廣比較困難，而現(xiàn)有的光纖法中比較典型的是光纖光柵法，如中國專利申請?zhí)?00510024425. 7、200710043767. 2和200780039102. 2的專利均是采用該方法，雖比前兩者有很大的進步，但其缺點也不少，如成本仍比較高，需要使用價格較高的光纖光柵解調(diào)設備，特別是需要進行多點測量時成本顯著增加；同時光纖光柵是一種對溫度和應力均非常敏感的傳感元件，在使用中需增加額外的步驟來消除溫度的影響， 進一步增加了整個系統(tǒng)的成本；另外是光纖光柵比較脆弱，對封裝有較高的要求，既要保證傳感元件的敏感性，又要保證使用壽命是比較困難的，封裝一般要占到傳感元件成本的 30%至90%，這又加大了系統(tǒng)的成本，從而限制了該類裝置及方法的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置及方法。本發(fā)明不僅可以確定待測物體的彎曲曲率，還可以確定待測物體的彎曲方向。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，其特征在于包括兩端固定在待測物體上的波紋管，且所述波紋管在其端部所施加外應力的作用下能發(fā)生變形，所述波紋管包括分別布設在波紋管管壁多個凹陷處上下兩側(cè)的多組第一 A側(cè)變形齒和多組第一 B側(cè)變形齒，每一組第一 A側(cè)變形齒包括一個第一 A側(cè)變形齒或相互并排布設的多個第一 A側(cè)變形齒，每一組第一 B側(cè)變形齒包括一個第一 B側(cè)變形齒或相互并排布設的多個第一 B側(cè)變形齒，至少有一列第一 A側(cè)變形齒之間和第一 B側(cè)變形齒之間的齒距是均勻的，每一組第一 A側(cè)變形齒與第一 B側(cè)變形齒相互交錯布設且二者的頭部間形成第一曲線形通道，所述第一曲線形通道內(nèi)布設有一個或多個第一信號光纖，所述第一信號光纖連接有對第一信號光纖中的光信號功率變化量進行同步測試的測試單元，所述測試單元連接有對測試單元的測試結果進行分析處理的處理單元。上述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，包括設置在波紋管內(nèi)與第一個信號光纖并排的第二信號光纖、連續(xù)布設在波紋管管壁的凹陷中的多個第二 A側(cè)變形齒和與多個第二 A側(cè)變形齒相對應的多個第二 B側(cè)變形齒，所述多個第二 A側(cè)變形齒與多個第二 B側(cè)變形齒相互交錯布設且二者的頭部間形成第二曲線形通道，所述第二信號光纖位于第二曲線形通道內(nèi)，所述多個第二 A側(cè)變形齒和多個第二 B側(cè)變形齒沿著波紋管每360度為一個周期，每個周期的起始點位于波紋管的同一個方向，并作為零角度，每個周期內(nèi)的變形齒的間距或齒高是單調(diào)變化的，且不同周期的變形齒的間距或齒高是單調(diào)變化且變化趨勢是一致的，第二個信號光纖通過傳輸光纖連接測試單元。上述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，所述每個周期之間沒有交叉，并將每個周期劃分為相同數(shù)量的有限個區(qū)域，對應于波紋管同一個方向的每個周期上的對應區(qū)域內(nèi)的變形齒的間距或齒高是相同的。上述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，所述波紋管通過光開關與測試單元相連接?；诠饫w彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，包括如下步驟步驟一、第一信號光纖的光信號損耗變化值與波紋管彎曲曲率的比例因子的標定標定的方法是將含有第一信號光纖的波紋管的長度在初始狀態(tài)或直線狀態(tài)下鎖定，利用其已知彎曲曲率的圓弧，將含有第一信號光纖的波紋管依照圓弧彎曲，并記錄在相應彎曲曲率下第一信號光纖的損耗變化值，利用所得到的數(shù)據(jù)采用插值和線性擬合的方法得到彎曲曲率C與信號光纖損耗變化值的比例因子K，其關系可表示為C1 = K Δ α J+ ε公式一式中=C1表示標定時不同的彎曲曲率值，Δ Ci1是表示不同彎曲曲率下光信號的損耗變化值，K是得到的比例因子，ε為得到的誤差值；步驟二、第一信號光纖傳輸?shù)墓庑盘柕膿p耗變化值的采集兩端固定于待測物體上的含第一信號光纖的波紋管隨待測物體的彎曲而彎曲，第一信號光纖的損耗值也隨之變化，通過測試單元獲得第一信號光纖的損耗變化值，并將該值傳遞給處理單元，其中，兩端固定于待測物體上的波紋管在初始狀態(tài)或直線狀態(tài)時其長度與標定時的長度一致；步驟三、處理單元利用信號光纖損耗變化值及公式一給出待測物體的彎曲曲率。上述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，其特征在于，在步驟三完成后進行以下步驟步驟四、第二信號光纖的光信號損耗變化值與波紋管彎曲曲率和彎曲方向的比例因子的標定標定的方法利用已知彎曲曲率的圓弧，將含有第二信號光纖的波紋管變換不同的角度依照圓弧彎曲，并記錄相應彎曲曲率和相應角度下第二信號光纖的損耗變化值，利用所得到的數(shù)據(jù)采用插值和線性擬合的方法得到彎曲方向的角度θ與第二信號光纖損耗變化值及彎曲曲率變化值的比例因子1(0 (C)，其關系可表示為θ = K0 (C) Δ α θ+ ε θ公式二式中θ表示標定時不同的彎曲方向角度，C表示標定時彎曲曲率，Δ α θ是表示不同彎曲方向角度和不同彎曲曲率下光信號的損耗變化值，K0 (C)是得到的不同彎曲曲率下比例因子，ε e為得到的誤差值；步驟五、第二信號光纖傳輸?shù)墓庑盘柕膿p耗變化值的采集兩端固定于待測物體上的含第二信號光纖的波紋管隨著待測物體的彎曲而彎曲，第二信號光纖的損耗值也隨著待測物體的彎曲曲率和彎曲方向角度的變化而變化，通過測試單元獲得第二信號光纖的損耗變化值，并將該值傳遞給處理單元；
步驟六、處理單元利用第二信號光纖損耗變化值、第一信號光纖確定的彎曲曲率及公式二給出待測物體的彎曲方向角度。上述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，當待測物體有一個以上的待測彎曲曲率時，在相應的部位均安置有兩端固定于待測物體上的含信號光纖的波紋管，且所述波紋管中的第一信號光纖串聯(lián)在一起。上述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，當待測物體是由多個可彎曲的部分構成時，處理單元通過確定其最初和最終的各個部分的彎曲曲率和彎曲方向，可給出該待測物體的最終狀態(tài)。上述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，當待測物體有一個以上的待測彎曲曲率部位并且不能確定彎曲是分時變化時，通過光時域反射技術或相干頻率調(diào)制連續(xù)波技術測試單元分別得到多個時刻、每個部分第一信號光纖的損耗，從而可以分別測試出每個部位彎曲的曲率及曲率的變化，若在每個彎曲部分有第二信號光纖及按周期變化的變形齒時，可以確定每個部位彎曲的方向及方向的變化。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明提供一種基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置及方法，不僅可以測定待測物的彎曲曲率，并可以做到能夠同時測量彎曲的方向，使該彎曲參量測定裝置具有廣闊的使用范圍。本發(fā)明所述裝置結構簡單、 設計合理、加工制作方便且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，抗電磁干擾、成本低；又由于本裝置是基于光纖的損耗基礎上測定，而損耗測試是光纖測試中所有干涉法、頻率法等其他類測試的基礎，也是最成熟、最穩(wěn)定、成本最低的技術，使本發(fā)明的裝置在成本上具有相當大的優(yōu)勢。并可利用時分技術、光時域反射技術(OTDR)及相干頻率調(diào)制連續(xù)波技術 (FMCff)實現(xiàn)準分布式或分布式測量，為本發(fā)明的裝置的應用進一步提供了非常廣闊的應用前景。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明實施例1的結構示意圖。圖2為圖1中A處的局部剖視圖。圖3為本發(fā)明實施例2的局部結構示意圖。圖4為本發(fā)明實施例3的示意圖。圖5為本發(fā)明實施例5的示意圖。附圖標記說明1-傳輸光纖；4-管壁；5-測試單元；6-第一信號光纖7-處理單元；8-第二信號光纖；9-待測物體；10-波紋管；20-顯示單元；30-光開關；4-1-第一 A側(cè)變形齒； 4_2_第一 B側(cè)變形齒；4-3-第二 A側(cè)變形齒； 4-4-第二 B側(cè)變形齒； 40-溫度傳感器。
具體實施例方式實施例1
如圖1、圖2所示的一種基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，包括兩端固定在待測物體9上的波紋管10且所述波紋管10在端部所施加外應力的作用下能發(fā)生變形，所述波紋管10包括分別布設在波紋管10管壁4多個凹陷處上下兩側(cè)的多組第一 A側(cè)變形齒4-1和多組第一 B側(cè)變形齒4-2，每一組第一 A側(cè)變形齒4-1包括一個第一 A側(cè)變形齒4-1或相互并排布設的多個第一 A側(cè)變形齒4-1，每一組第一 B側(cè)變形齒4-2包括一個第一 B側(cè)變形齒4-2或相互并排布設的多個第一 B側(cè)變形齒4-2，至少有一列第一 A側(cè)變形齒4-1之間和第一 B側(cè)變形齒4-2之間的齒距是均勻的，每一組第一 A側(cè)變形齒4-1與第一 B側(cè)變形齒4-2相互交錯布設且二者的頭部間形成第一曲線形通道，所述第一曲線形通道內(nèi)布設有第一信號光纖6，所述第一信號光纖6通過傳輸光纖1連接有對第一信號光纖 6中的光信號功率變化量進行同步測試的測試單元5，所述測試單元5連接有對測試單元5 的測試結果進行分析處理的處理單元7。所述第一信號光纖6為外部包有多層保護層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖等；所述信號光纖6也可以是塑料光纖或光子晶體光纖。本實施例中，所述波紋管10整體呈圓柱狀并且兩端固定在待測物體9上，并且待測物體9的彎曲待測區(qū)域被包圍在波紋管10中，當待測物體9的彎曲曲率變化時，波紋管 10兩端的位置也改變，使布設在波紋管10的管壁4的凹陷處的相對兩側(cè)的多組第一 A側(cè)變形齒4-1和多組第一 B側(cè)變形齒4-2之間的距離改變，從而就可以改變在第一 A側(cè)變形齒4-1和第一 B側(cè)變形齒4-2間夾有的第一信號光纖6的彎曲半徑，也即改變第一信號光纖6的彎曲損耗系數(shù)，優(yōu)選的做法是在初始狀態(tài)或波紋管10整體是直線的狀態(tài)下，使第一信號光纖6的彎曲曲率很小，其彎曲損耗值可以忽略，這樣整體波紋管10在彎曲時，部分波紋管10的放松區(qū)域的第一信號光纖6的損耗不會變化而不用考慮，而波紋管10的壓緊區(qū)域才會由于改變第一信號光纖6的彎曲曲率而出現(xiàn)光信號的衰減，隨著待測物體9的曲率的變化，第一信號光纖6中傳輸?shù)墓庑盘柕膿p耗也變化，從而在測試單元5上探測出光信號的變化并將信號傳遞到處理單元7，處理單元7根據(jù)事先的標定，不同的衰減損耗對應不同的彎曲曲率，從而就可以得到待測物體9的彎曲曲率。基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，包括以下步驟步驟一、第一信號光纖6的光信號損耗變化值與波紋管10彎曲曲率的比例因子的標定標定的方法是將含有第一信號光纖6的波紋管10的長度在初始狀態(tài)或直線狀態(tài)下鎖定，利用其已知彎曲曲率的圓弧，將含有第一信號光纖6的波紋管10依照圓弧彎曲，并記錄在相應彎曲曲率下第一信號光纖6的損耗變化值，利用所得到的數(shù)據(jù)采用插值和線性擬合的方法得到彎曲曲率C與信號光纖損耗變化值的比例因子K，其關系可表示為C1 = K Δ α j+ ε公式一式中=C1表示標定時不同的彎曲曲率值，Δ Ci1是表示不同彎曲曲率下光信號的損耗變化值，K是得到的比例因子，ε為得到的誤差值；步驟二、第一信號光纖6傳輸?shù)墓庑盘柕膿p耗變化值的采集兩端固定于待測物體9上的含第一信號光纖6的波紋管10隨待測物體9的彎曲而彎曲，第一信號光纖6的損耗值也隨之變化，通過測試單元5獲得第一信號光纖6的損耗變化值，并將該值傳遞給處理單元7，其中，兩端固定于待測物體9上的波紋管10在初始狀態(tài)或直線狀態(tài)時其長度與標定時的長度一致；步驟三、處理單元利用信號光纖損耗變化值及公式一給出待測物體的彎曲曲率。優(yōu)選的做法是，在需要進一步提高測試精度時，需要考慮溫度的影響，在實際使用中，通過溫度傳感器40對環(huán)境溫度的測試并傳輸給處理單元7來對測試結果修正，此時步驟一的公式一中的Δ Ci1是表示不同彎曲曲率和溫度下光信號的損耗變化值，步驟三中，處理單元7利用第一信號光纖6損耗變化值、溫度參數(shù)及公式一給出待測物體9的彎曲曲率。實施例2如圖3所示，本實施例中，與實施例1不同的是在波紋管10管壁4的凹陷中連續(xù)布設有多個第二 A側(cè)變形齒4-3和與多個第二 A側(cè)變形齒4-3相對應的多個第二 B側(cè)變形齒4-4，所述多個第二 A側(cè)變形齒4-3與多個第二 B側(cè)變形齒4-4相互交錯布設且二者的頭部間形成第二曲線形通道，所述多個第二 A側(cè)變形齒4-3和多個第二 B側(cè)變形齒4-4沿著波紋管10每360度為一個周期，每個周期之間沒有交叉，每個周期劃分為相同數(shù)量的有限區(qū)域，對應于波紋管10同一方向的每個周期上的對應區(qū)域內(nèi)的變形齒的間距或齒高是相同的，第二曲線形通道內(nèi)布設有第二信號光纖8，所述第二信號光纖8通過傳輸光纖1與測試單元5相連接。所述的多個第二 A側(cè)變形齒4-3和多個第二 B側(cè)變形齒4-4沿著波紋管 10每360度為一個周期，每個周期的起始點位于波紋管10的同一個方向，并作為零角度， 每個周期內(nèi)的變形齒的間距、齒高或變形齒接觸第二信號光纖8的頂端部分的彎曲曲率是單調(diào)變化的，且不同周期的變形齒的間距、齒高或變形齒頂端的彎曲曲率是單調(diào)變化且趨勢是一致的，即單調(diào)變化要么都是單調(diào)增加或單調(diào)減少的，第二信號光纖8的延伸纖接測試單元5，測試單元5后接處理單元7。這樣在第一信號光纖6探測出待測物體9的彎曲曲率時，處理單元7根據(jù)事先的標定，即第二信號光纖8的不同的衰減損耗對應不同的彎曲方向，則通過第二信號光纖8的損耗值得出待測物體9的彎曲方向。本實施例的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法與實施例1中的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法的不同之處是在實施例1的步驟三完成后，再進行以下步驟步驟四、第二信號光纖8的光信號損耗變化值與波紋管10彎曲曲率和彎曲方向的比例因子的標定標定的方法利用已知彎曲曲率的圓弧，將含有第二信號光纖8的波紋管10變換不同的角度依照圓弧彎曲，并記錄相應彎曲曲率和相應角度下第二信號光纖8的損耗變化值，利用所得到的數(shù)據(jù)采用插值和線性擬合的方法得到彎曲方向的角度θ與第二信號光纖8損耗變化值及彎曲曲率變化值的比例因子ΚΘ (C)，其關系可表示為θ = K0 (C) Δ α θ+ ε θ公式二式中θ表示標定時不同的彎曲方向角度，C表示標定時彎曲曲率，Δ α θ是表示不同彎曲方向角度和不同彎曲曲率下光信號的損耗變化值，K0 (C)是得到的不同彎曲曲率下比例因子，ε θ為得到的誤差值；步驟五、第二信號光纖8傳輸?shù)墓庑盘柕膿p耗變化值的采集兩端固定于待測物體9上的含第二信號光纖8的波紋管10隨著待測物體9的彎曲而彎曲，第二信號光纖8的損耗值也隨著待測物體9的彎曲曲率和彎曲方向角度的變化而變化，通過測試單元5獲得第二信號光纖8的損耗變化值，并將該值傳遞給處理單元7 ；
步驟六、處理單元7利用第二信號光纖8損耗變化值、第一信號光纖6確定的彎曲曲率及公式二給出待測物體9的彎曲方向角度。通過選擇較低膨脹系數(shù)的材料來制作波紋管10及變形齒，可大幅度降低溫度對本發(fā)明裝置的測試精度的影響，優(yōu)選的做法是，在需要進一步提高測試精度時，可通過事先的標定來完成，即在不同的均勻溫度場下通過插值和線性擬合的方法確定K和K0 (C)，在實際使用中，通過溫度傳感器40對環(huán)境溫度的測試并傳輸給處理單元7來對測試結果修正，此時步驟四中公式二應為θ = K0(C，Τ) Δ α 0+ε 0，Δ α 0是表示不同彎曲方向角度和不同彎曲曲率及溫度下光信號的損耗變化值，T是標定時的溫度，K0 (C，T)是得到的不同彎曲曲率、溫度下比例因子， 步驟六中，處理單元7利用第二信號光纖8損耗變化值、第一信號光纖6確定的彎曲曲率、 溫度參數(shù)及公式θ =Ke (C, Τ) Δ α θ+ε θ給出待測物體9的彎曲方向角度。實施例3如圖4所示，本實施例中，與實施例2不同的是在待測物體9有一個以上的待測彎曲曲率時，在相應的部位均安置有兩端固定于待測物體9上的含第一信號光纖6的波紋管10，且所述波紋管10中的第一信號光纖6串聯(lián)在一起，當待測物體9的待測彎曲曲率變化是分時變化時，通過測試儀器分別得到每個部分的第一信號光纖6的損耗，從而可以分別測試出每個彎曲的曲率，該測試單元5用光源和光功率計就可以構成。若在每個彎曲部分有第二信號光纖8及按周期變化的變形齒時，可以確定每個部分彎曲的方向，處理單元 7通過確定每個波紋管10最初和最終的各個部分的彎曲曲率和彎曲方向，可給出該待測物體9的最終狀態(tài)，并通過顯示單元20輸出。實施例4本實施例中，與實施例2不同的是測試單元5采用光時域反射技術(OTDR)或相干頻率調(diào)制連續(xù)波技術(FMCW)測試儀器分別得到多個時刻、每個部分的第一信號光纖6的損耗，從而可以分別測試出每個部位彎曲的曲率及曲率的變化，若在每個彎曲部分有第二信號光纖8及按周期變化的變形齒時，可以確定每個部位彎曲的方向及方向的變化。處理單元7通過確定每個波紋管10最初和最終的各個部分的彎曲曲率和彎曲方向，可給出該待測物體9的最終狀態(tài)，并通過顯示單元20輸出。實施例5如圖5所示，本實施例中，與實施例2不同的是每個波紋管10通過光開關30與測試單元5連接，測試單元5通過光開關30的選通功能，分別得到多個時刻、每個部分的第一信號光纖6的損耗，從而可以分別測試出每個部位彎曲的曲率及曲率的變化，若在每個彎曲部分有第二信號光纖8及按周期變化的變形齒時，可以確定每個部位彎曲的方向及方向的變化。處理單元7通過確定每個波紋管10最初和最終的各個部分的彎曲曲率和彎曲方向，可給出該待測物體9的最終狀態(tài)，并通過顯示單元20輸出。實施例6本實施例中，與實施例2不同的是每個周期之間沒有交叉，并將每個周期劃分為相同數(shù)量的有限個區(qū)域，對應于波紋管10同一個方向的每個周期上的對應區(qū)域內(nèi)的變形齒的間距或齒高是相同的，第二個信號光纖8連接測試單元5。在我們只需要確定待測物體 9大致的彎曲方向時，可根據(jù)需要如只確定4個、6個或8個方向，將每個周期劃分為4、6或8個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)的變形齒的間距或齒高相同，但每個周期內(nèi)任意兩個區(qū)域的變形齒的齒距或齒高不同，處理單元7根據(jù)第一信號光纖6確定的曲率和第二信號光纖8的損耗變化值，以及事先的標定數(shù)據(jù)確定出待測物體9的彎曲方向。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變換，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，其特征在于包括兩端固定在待測物體(9)上的波紋管(10)，且所述波紋管(10)在其端部所施加外應力的作用下能發(fā)生變形，所述波紋管(10)包括分別布設在波紋管(10)管壁(4)多個凹陷處上下兩側(cè)的多組第一 A側(cè)變形齒(4-1)和多組第一 B側(cè)變形齒G-2)，每一組第一 A側(cè)變形齒(4-1)包括一個第一 A側(cè)變形齒(4-1)或相互并排布設的多個第一 A側(cè)變形齒G-1)，每一組第一 B側(cè)變形齒(4- 包括一個第一 B側(cè)變形齒(4- 或相互并排布設的多個第一 B側(cè)變形齒0-2)， 至少有一列第一 A側(cè)變形齒(4-1)之間和第一 B側(cè)變形齒(4- 之間的齒距是均勻的，每一組第一 A側(cè)變形齒G-1)與第一 B側(cè)變形齒(4- 相互交錯布設且二者的頭部間形成第一曲線形通道，所述第一曲線形通道內(nèi)布設有一個或多個第一信號光纖(6)，所述第一信號光纖(6)連接有對第一信號光纖(6)中的光信號功率變化量進行同步測試的測試單元(5)， 所述測試單元( 連接有對測試單元(5)的測試結果進行分析處理的處理單元(7)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，其特征在于包括設置在波紋管(10)內(nèi)與第一個信號光纖(6)并排的第二信號光纖(8)、連續(xù)布設在波紋管(10)管壁的凹陷中的多個第二 A側(cè)變形齒(4-3)和與多個第二 A側(cè)變形齒(4- 相對應的多個第二 B側(cè)變形齒G-4)，所述多個第二 A側(cè)變形齒(4- 與多個第二 B側(cè)變形齒(4-4)相互交錯布設且二者的頭部間形成第二曲線形通道，所述第二信號光纖(8)位于第二曲線形通道內(nèi)，所述多個第二A側(cè)變形齒(4- 和多個第二 B側(cè)變形齒G-4) 沿著波紋管(10)每360度為一個周期，每個周期的起始點位于波紋管(10)的同一個方向， 并作為零角度，每個周期內(nèi)的變形齒的間距或齒高是單調(diào)變化的，且不同周期的變形齒的間距或齒高是單調(diào)變化且變化趨勢是一致的，第二個信號光纖(8)通過傳輸光纖(1)連接測試單元(5)。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，其特征在于所述每個周期之間沒有交叉，并將每個周期劃分為相同數(shù)量的有限個區(qū)域，對應于波紋管(10)同一個方向的每個周期上的對應區(qū)域內(nèi)的變形齒的間距或齒高是相同的。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置，其特征在于所述波紋管(10)通過光開關(30)與測試單元(5)相連接。
5.基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、第一信號光纖(6)的光信號損耗變化值與波紋管(10)彎曲曲率的比例因子的標定標定的方法是將含有第一信號光纖(6)的波紋管(10)的長度在初始狀態(tài)或直線狀態(tài)下鎖定，利用其已知彎曲曲率的圓弧，將含有第一信號光纖(6)的波紋管(10)依照圓弧彎曲，并記錄在相應彎曲曲率下第一信號光纖(6)的損耗變化值，利用所得到的數(shù)據(jù)采用插值和線性擬合的方法得到彎曲曲率C與信號光纖損耗變化值的比例因子K，其關系可表示為C1 = K Δ α j+ ε公式一式中=C1表示標定時不同的彎曲曲率值，△ Ci1是表示不同彎曲曲率下光信號的損耗變化值，K是得到的比例因子，ε為得到的誤差值；步驟二、第一信號光纖(6)傳輸?shù)墓庑盘柕膿p耗變化值的采集兩端固定于待測物體(9)上的含第一信號光纖(6)的波紋管(10)隨待測物體(9)的彎曲而彎曲，第一信號光纖(6)的損耗值也隨之變化，通過測試單元( 獲得第一信號光纖(6)的損耗變化值，并將該值傳遞給處理單元(7)，其中，兩端固定于待測物體(9)上的波紋管(10)在初始狀態(tài)或直線狀態(tài)時其長度與標定時的長度一致；步驟三、處理單元利用信號光纖損耗變化值及公式一給出待測物體的彎曲曲率。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，其特征在于，在步驟三完成后進行以下步驟步驟四、第二信號光纖(8)的光信號損耗變化值與波紋管(10)彎曲曲率和彎曲方向的比例因子的標定標定的方法利用已知彎曲曲率的圓弧，將含有第二信號光纖(8)的波紋管(10)變換不同的角度依照圓弧彎曲，并記錄相應彎曲曲率和相應角度下第二信號光纖(8)的損耗變化值，利用所得到的數(shù)據(jù)采用插值和線性擬合的方法得到彎曲方向的角度θ與第二信號光纖(8)損耗變化值及彎曲曲率變化值的比例因子K0 (C)，其關系可表示為 θ =Ke(C) Δ α θ+ε θ公式二式中θ表示標定時不同的彎曲方向角度，C表示標定時彎曲曲率，△ α θ是表示不同彎曲方向角度和不同彎曲曲率下光信號的損耗變化值，K0 (C)是得到的不同彎曲曲率下比例因子，ε e為得到的誤差值；步驟五、第二信號光纖(8)傳輸?shù)墓庑盘柕膿p耗變化值的采集兩端固定于待測物體 (9)上的含第二信號光纖(8)的波紋管(10)隨著待測物體(9)的彎曲而彎曲，第二信號光纖(8)的損耗值也隨著待測物體(9)的彎曲曲率和彎曲方向角度的變化而變化，通過測試單元( 獲得第二信號光纖(8)的損耗變化值，并將該值傳遞給處理單元(7)；步驟六、處理單元(7)利用第二信號光纖(8)損耗變化值、第一信號光纖(6)確定的彎曲曲率及公式二給出待測物體(9)的彎曲方向角度。
7.根據(jù)權利要求5所述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，其特征在于當待測物體(9)有一個以上的待測彎曲曲率時，在相應的部位均安置有兩端固定于待測物體(9)上的含信號光纖的波紋管(10)，且所述波紋管(10)中的第一信號光纖(6)串聯(lián)在一起。
8.根據(jù)權利要求6所述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，其特征在于當待測物體(9)是由多個可彎曲的部分構成時，處理單元(7)通過確定其最初和最終的各個部分的彎曲曲率和彎曲方向，可給出該待測物體(9)的最終狀態(tài)。
9.根據(jù)權利要求6所述的基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定方法，其特征在于當待測物體(9)有一個以上的待測彎曲曲率部位并且不能確定彎曲是分時變化時， 通過光時域反射技術或相干頻率調(diào)制連續(xù)波技術測試單元( 分別得到多個時刻、每個部分第一信號光纖(6)的損耗，從而可以分別測試出每個部位彎曲的曲率及曲率的變化，若在每個彎曲部分有第二信號光纖(8)及按周期變化的變形齒時，可以確定每個部位彎曲的方向及方向的變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光纖彎曲損耗的波紋管型彎曲參量的測定裝置及方法，所述裝置包括波紋管，波紋管包括多組第一A側(cè)變形齒和多組第一B側(cè)變形齒，每一組第一A側(cè)變形齒與第一B側(cè)變形齒相互交錯布設且二者的頭部間形成第一曲線形通道，第一曲線形通道內(nèi)布設有第一信號光纖，第一信號光纖連接有測試單元，測試單元連接處理單元。另外本發(fā)明還涉及上述彎曲參量的測定方法，包括第一信號光纖的光信號損耗變化值與波紋管彎曲曲率的比例因子的標定；第一信號光纖傳輸?shù)墓庑盘柕膿p耗變化值的采集；處理單元利用信號光纖損耗變化值及公式一給出待測物體的彎曲曲率。本發(fā)明不僅可以確定待測物體的彎曲曲率，還可以確定待測物體的彎曲方向。
文檔編號G01B11/24GK102466470SQ201010532008
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司