1. OFDR-basiertes 2D-Shape-Sensing-Prinzip

 

Das Prinzip der OFDR-Form messung besteht darin, eine optische Faser an dem zu messenden Objekt anzubringen. Wenn sich die Form ändert, wird die OFDR-Technologie verwendet, um Dehnung daten innerhalb der optischen Faser zu sammeln. Diese Daten werden dann unter Verwendung spezifischer Algorithmen verarbeitet, um die Form der optischen Faser (d. H. Die Form des zu testenden Objekts) zu rekonstruieren.

 

Die Rekonstruktion der Faser form nähert sich der Rekonstruktion einer räumlichen Kurve an. Wenn man Temperature ffekte verna ch lässigt und reine Biegung berücksicht igt, können die durch OFDR erhaltenen Dehnung daten des Erfassungs punkts in Krümmung daten für diesen Punkt umgewandelt werden, nämlich:

Wo ε die durch Biegung induzierte Dehnung ist, ist d der Abstand zwischen dem Dehnung messpunkt und der neutralen Achse (d. H. Die Dicke des zu testenden Objekts), R ist der Bieger adius und k ist die Krümmung an diesem Punkt.

Verwendung der räumlichen Auflösung der Dehnung erfassung als grundlegende Einheits länge für die Form rekonstruktion, d.h. | OA | = L_SprIn Abbildung 1. Nach dem Biegen dreht sich Punkt A zu Punkt A '. Die Koordinaten von Punkt A 'sind dann:

Für die Koordinaten der nächsten Grundeinheit, Punkt B, kann eine ähnliche Formel verwendet werden, um sie im x₁y²-Koordinaten system darzustellen. Durch Drehen der erhaltenen Koordinaten durch θ ₂ kann das Koordinaten inkrement des in das xy-Koordinaten system transform ierten Punktes B erhalten werden. Analog ergibt das Drehen der Koordinaten aller nachfolgenden Punkte um ihre jeweiligen Winkel alle Punkte auf der optischen Faser im ursprünglichen Koordinaten system. Das Verbinden dieser Punkte mit einer glatten Kurve ergibt die Form der optischen Faser.

 

2. OFDR-Form-Erfassungs genauigkeit

 

Während der Rekonstruktion der optischen Faser form des OFDR hängt die Position eines nachfolgenden Punktes von der Position und den Koordinaten inkrementen des vorher gehenden Punktes ab. Berechnungs fehler, die durch Faktoren wie Änderungen der optischen Eigenschaften der Faser und die Genauigkeit der Dehnung messung verursacht werden, sammeln sich entlang der gesamten Kurve an. Je länger die Mess länge ist, desto größer ist daher der Fehler am Ende der optischen Faser.

Um die Genauigkeit der Form messung zu gewährleisten, empfehlen wir im Allgemeinen eine Erfassungs länge von 2-3 Metern. Die erforderliche spezifische Länge sollte auf der Grundlage einer praktischen Analyse bestimmt werden. Typischer weise beträgt der Positions fehler für die OFDR-Form erfassung entlang der Faserlänge richtung ungefähr 0,3%. Zum Beispiel ist der Fehler bei 1 Meter 1 m * 0,3% = 0,003 m.