CN115900575A - 一种用于形状感知的光纤光栅传感网络及形状感知*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于形状感知的光纤光栅传感网络，所述光纤光栅传感网络包括：柔性基底，在所述柔性基底上沿第一方向阵列多根第一光纤，沿第二方向阵列多根第二光纤，其中，所述第一光纤上等间距刻制第一光栅，所述第二光纤上等间距刻制第二光栅；所述第一方向与所述第二方向垂直。本发明为了实现对物体形状的感知，光纤布拉格光栅配合飞秒激光的方法制备光纤光栅传感网络，传感器大小形状可控、器件结构简单、稳定性可靠，可实现温度补偿的效果，成本较低、重复性高，易于实现器件的批量加工。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种用于形状感知的光纤光栅传感网络及形状感知***。
背景技术
随着现代测量技术的发展，形状感知传感器越来越受到人们的重视，被广泛用于载具、建筑、仪器等物体的形状感知上。与传统的传感器相比，光纤形状感知传感器具有诸多优良特性，如不受电磁干扰、适用范围广、稳定性好、可靠性好、分辨率高、精度高、体积小、重量轻等显著优点。目前的形变监测传感器还存在算法精度、温度补偿、实时性较差等问题。
利用飞秒刻写形成的光纤变形监测传感器，当飞秒激光聚焦到光纤纤芯上时，会使材料性质发生改变，使其折射率发生改变，而光纤的表面不会受到任何影响。
光纤光栅一般可以根据周期的长短分为两类：布拉格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LFPG)。其中FBG又叫做反射式光栅，周期通常小于1um，一般为几百个纳米。特点是模式的耦合发生在纤芯中正向传播和反向传播的两个芯模之间，可对特定波长的入射进行反射，属于反射型带通滤波器，如图1所示布拉格光纤光栅的导光机制示意图。
发明内容
为了解决现有技术中形状感知传感器算法精度、温度补偿、实时性较差的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种用于形状感知的光纤光栅传感网络，所述光纤光栅传感网络包括：柔性基底，
在所述柔性基底上沿第一方向阵列多根第一光纤，沿第二方向阵列多根第二光纤，其中，所述第一光纤上等间距刻制第一光栅，所第二光纤上等间距刻制第二光栅；
所述第一方向与所述第二方向垂直。
在一个优选的实施例中，所述第一光纤上刻制的第一光栅的栅区长度相同。
在一个优选的实施例中，所述第二光纤上刻制的第二光栅的栅区长度相同。
在一个优选的实施例中，所述第一光纤上刻制的第一光栅的栅区长度，与所述第二光纤上刻制的第二光栅的栅区长度相同。
在一个优选的实施例中，所述第一光栅和所述第二光栅采用飞秒激光刻写的方式，在所述第一光纤和所述第二光纤的纤芯上刻写。
本发明的另一个方面在于提供一种光纤光栅传感网络的形状感知***，其特征在于，所述形状感知***包括光纤光栅传感网络，以及，扇入扇出模块、波长采集设备和形状监测***，
其中，所述扇入扇出模块连接所述光纤光栅传感网络，所述波长采集设备连接所述扇入扇出模块，所述形状监测***连接所述波长采集设备。
本发明提供的一种用于形状感知的光纤光栅传感网络及形状感知***，为了实现对物体形状的感知，光纤布拉格光栅配合飞秒激光的方法制备光纤光栅传感网络，传感器大小形状可控、器件结构简单、稳定性可靠，可实现温度补偿的效果，成本较低、重复性高，易于实现器件的批量加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出了图布拉格光纤光栅的导光机制示意图。
图2示出了本发明一个实施例中一种用于形状感知的光纤光栅传感网络的结构示意图。
图3示出了本发明一个实施例中一种光纤光栅传感网络的形状感知***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
如图2所示本发明一个实施例中一种用于形状感知的光纤光栅传感网络的结构示意图，根据本发明的实施例，一种用于形状感知的光纤光栅传感网络100包括：柔性基底101。
在柔性基底101上沿第一方向(X方向)阵列多根第一光纤103，沿第二方向(Y方向)阵列多根第二光纤102。第一光纤103上等间距刻制第一光栅(图中未示出)，第二光纤102上等间距刻制第二光栅(图中未示出)，第一方向与第二方向垂直。
根据本发明的一些优选的实施例，第一光纤103上刻制的第一光栅的栅区长度相同，第二光纤102上刻制的第二光栅的栅区长度相同。第一光纤103上刻制的第一光栅的栅区长度，与第二光纤102上刻制的第二光栅的栅区长度相同。
根据本发明的实施例，第一光栅和第二光栅采用飞秒激光刻写的方式，在第一光纤103和第二光纤102的纤芯上刻写。
具体地，先将光纤拉锥，将飞秒激光聚焦纤芯上，垂直于光纤轴向等间距刻出栅区。本发明采用飞秒激光刻写的方式刻写栅区，针对不同的感知对象，栅区长度和栅区间隔都可以调整，制备工艺简单快捷。
在一些实施例中，本发明提供的一种用于形状感知的光纤光栅传感网络，根据感知对象的不同，通过调整第一光纤和第二光纤的间距、布置方向，可制备不同形状、不同密度、不同组合方式的传感网络。
如图2所示本发明一个实施例中一种光纤光栅传感网络的形状感知***的结构示意图，根据本发明的实施例，一种光纤光栅传感网络的形状感知***包括光纤光栅传感网络100，以及扇入扇出模块300、波长采集设备400和形状监测***500。扇入扇出模块300连接光纤光栅传感网络100，波长采集设备400连接扇入扇出模块300，所形状监测***500连接波长采集设备400。
需要对感知对象200进行形状监测时，将光纤光栅传感网络100的柔性基底101粘贴在感知对象200上，当感知对象200发生形状变形时，光纤光栅传感网络100从X方向和Y方向进行形状变形监测。
具体地，通过光纤光栅传感网络100的第一光纤103和第二光纤102在X方向和Y方向的中心波长漂移测量感知对象200的X方向和Y方向变形。
在一些实施例中，中心波长采集使用了Labview软件，采集反射光谱的中心波长；使用Matlab通过算法将中心波长漂移数据计算为三维坐标数据，并将形状可视化。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种用于形状感知的光纤光栅传感网络，其特征在于，所述光纤光栅传感网络包括：柔性基底，
在所述柔性基底上沿第一方向阵列多根第一光纤，沿第二方向阵列多根第二光纤，其中，所述第一光纤上等间距刻制第一光栅，所述第二光纤上等间距刻制第二光栅；
所述第一方向与所述第二方向垂直。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感网络，其特征在于，所述第一光纤上刻制的第一光栅的栅区长度相同。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅传感网络，其特征在于，所述第二光纤上刻制的第二光栅的栅区长度相同。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅传感网络，其特征在于，所述第一光纤上刻制的第一光栅的栅区长度，与所述第二光纤上刻制的第二光栅的栅区长度相同。
5.根据权利要求1所述的光纤光栅传感网络，其特征在于，所述第一光栅和所述第二光栅采用飞秒激光刻写的方式，在所述第一光纤和所述第二光纤的纤芯上刻写。
6.一种光纤光栅传感网络的形状感知***，其特征在于，所述形状感知***包括权利要求1至5中任一权利要求所述的光纤光栅传感网络，以及，扇入扇出模块、波长采集设备和形状监测***，
其中，所述扇入扇出模块连接所述光纤光栅传感网络，所述波长采集设备连接所述扇入扇出模块，所述形状监测***连接所述波长采集设备。
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