Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-3-346-352
УДК 681.2.08
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ И ИЗГИБОВ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ В ПРОСТРАНСТВЕ
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Егорова Д.А., Куликов А.В., Мухтубаев А.Б., Плотников М.Ю. Волоконно-оптическая измерительная система для определения положения и изгибов протяженных объектов в пространстве // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 3. С. 346–352. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-3-346-352
Аннотация
Предмет исследования. Волоконно-оптические измерительные системы в настоящее время нашли широкое применение в различных отраслях. Большинство из таких систем представляют собой оптоволоконные устрой- ства для детектирования физических величин. Актуальными на данный момент являются разработка и создание измерительной системы для определения положения и изгибов протяженных объектов в пространстве. В работе предложен способ реализации чувствительной части волоконно-оптической измерительной системы на основе семи одномодовых волокон с массивом волоконных брэгговских решеток, скрепленных между собой. Метод. Метод определения положения и изгибов протяженных объектов в пространстве основан на нахождении осевой деформации (сжатие, растяжение) волоконных брэгговских решеток при изгибе, что позволяет рассчитать его направление и кривизну. Дальнейшее восстановление кривой в пространстве реализуется посредством решения системы дифференциальных уравнений, содержащих формулы Френе–Серре с заданными начальными условиями. Основные результаты. В работе представлены результаты эксперимента по записи массивов волоконных брэгговских решеток в одномодовые оптические волокна с учетом особенностей оптической схемы и спектра источника излучения. Разработана конструкция и создан макет волоконно-оптической измерительной системы. Получены результаты по восстановлению формы на основе экспериментальных данных. Практическая значимость. Особенностью данной системы является сформированные в оптическом волокне массивы решеток Брэгга, где каждая из волоконных брэгговских решеток характеризуется своей длиной отражения, обеспечивающей возможность измерять кривизну кабеля длиной до 1 м. Конструкция этого кабеля, основу которого представляет семь волоконно-оптических бронированных микрокабелей, уложенных с заданным шагом скрутки в процессе изготовления, позволяет регистрировать величину и направление скручивания кабеля.
Ключевые слова: оптическое волокно, массив волоконных брэгговских решеток, волоконно-оптическая измерительная система
Благодарности. Выражаются персональные благодарности заведующему лабораторией записи волоконных брэгговских решеток Университета ИТМО С.В. Варжелю и его научной группе за помощь в подготовке образцов для макета.
Список литературы
Благодарности. Выражаются персональные благодарности заведующему лабораторией записи волоконных брэгговских решеток Университета ИТМО С.В. Варжелю и его научной группе за помощь в подготовке образцов для макета.
Список литературы
- Korotaev V.V., Pantiushin A.V., Serikova M.G., Anisimov A.G. Deflection measuring system for floating dry docks // Ocean Engineering. 2016. V. 117. P. 39–44. doi: 10.1016/j.oceaneng.2016.03.012
- Phillips T., Guenther N., McAree P.R. When the Dust Settles: the four behaviors of LiDAR in the Presence of Fine Airborne Particulates // Journal of Field Robotics. 2017. V. 34. N 5. P. 985–1009. doi: 10.1002/rob.21701
- Phillips T., Hahn M., McAree R. An evaluation of ranging sensor performance for mining automation applications // Proc. IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics: Mechatronics for Human Wellbeing (AIM 2013). 2013. P. 1284–1289. doi: 10.1109/AIM.2013.6584271
- Dementyev A., Kao H.L.C., Paradiso J.A. SensorTape: modular and programmable 3D-aware dense sensor network on a tape // Proc. 28th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology. Charlotte, NC, USA. 2015. P. 649–658. doi: 10.1145/2807442.2807507
- Danisch L., Chrzanowski A., Bond J., Bazanowski M. Fusion of geodetic and MEMS sensors for integrated monitoring and analysis of deformations // Proc. 13th FIG International Symposium on Deformation Measurements and Analysis. Lisbon, Portugal. 2008. P. 12–15.
- Митрофанова Т.А., Вуйко В.В., Здражевский Р.А., Потахин С.Н. Аппаратно-программный комплекс для задания пространственного положения инструментов при малоинвазивных хирургических операциях // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. Т. 4. № 2(50). С. 112–115.
- Plamondon A., Delisle A., Larue C., Brouillette D., McFadden D., Desjardins P., Larivière C. Evaluation of a hybrid system for three-dimensional measurement of trunk posture in motion // Applied Ergonomics. 2007. V. 38. N 6. P. 697–712. doi: 10.1016/j.apergo.2006.12.006
- Parent F., Mandal K.K., Loranger S., Fernandes E.H.W., Kashyap R., Kadoury S. 3D shape tracking of minimally invasive medical instruments using optical frequency domain reflectometry // Proceedings of SPIE. 2016. V. 9786. P. 97862J. doi: 10.1117/12.2214998
- Ledermann Ch., Hergenhan J., Weede O., Woern H. Combining shape sensor and haptic sensors for highly flexible single port system using Fiber Bragg sensor technology // Proc. 8th IEEE/ASME International Conference on Mechatronic and Embedded Systems and Applications (MESA 2012). 2012. P. 196–201. doi: 10.1109/MESA.2012.6275561
- Pak C.-G. Wing shape sensing from measured strain // AIAA Journal. 2016. V. 54. N 3. P. 1064–1073. doi: 10.2514/1.J053986
- Lally E., Reaves M., Horrell E., Klute S., Froggatt M.E. Fiber optic shape sensing for monitoring of flexible structures // Proceedings of SPIE. 2012. V. 8345. P. 83452Y. doi: 10.1117/12.917490
- Бутов О.В., Базакуца А.П., Чаморовский Ю.К., Федоров А.Н., Шевцов И.А. Полностью волоконный высокочувствительный датчик изгиба для атомной промышленности // Фотон-Экспресс. 2019. № 6(158). С. 26–27. doi: 10.24411/2308-6920-2019-16008
- Park Y.-L., Elayaperumal S., Daniel B., Ryu S.C., Shin M., Savall J., Black R.J., Moslehi B., Cutkosky M.R. Real-time estimation of 3-D needle shape and deflection for MRI-guided interventions // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2010. V. 15. N 6. P. 906–915. doi: 10.1109/TMECH.2010.2080360
- Moore J., Rogge M. Shape sensing using multi-core fiber optic cable and parametric curve solutions // Optics Express. 2012. V. 20. N 3. P. 2967–2973. doi: 10.1364/OE.20.002967
- Egorova D.A., Kulikov A.V., Nikitenko A.N., Gribaev A.I., Varzhel S.V. Investigation of bending effects in chirped FBGs array in multicore fiber // Optical and Quantum Electronics. 2020. V. 52. N 2. P. 130. doi: 10.1007/s11082-020-2251-8
- Nishio M., Mizutani T., Taked N. Shape identification of variously-deformed composite laminates using Brillouin type distributed strain sensing system with embedded optical fibers // Proceedings of SPIE. 2008. V. 6932. P. 69322P. doi: 10.1117/12.775671
- Duncan R.G., Froggatt M.E., Kreger S.T., Seeley R.J., Gifford D.K., Sang A.K., Wolfe M.S. High-accuracy fiber-optic shape sensing // Proceedings of SPIE. 2007. V. 6530. P. 65301S. doi: 10.1117/12.720914
- Gribaev A.I., Pavlishin I.V., Stam A.M., Idrisov R.F., Varzhel S.V., Konnov K.A. Laboratory setup for fiber Bragg gratings inscription based on Talbot interferometer // Optical and Quantum Electronics. 2016. V. 48. N 12. P. 540. doi: 10.1007/s11082-016-0816-3
- Kashyap R. Fiber Bragg Gratings. 2nd ed. Elsevier, 2010. 632 p. doi: 10.1016/C2009-0-16830-7
- Othonos A. Fiber Bragg gratings // Review of Scientific Instruments. 1997. V. 68. N 12. P. 4309–4341. doi: 10.1063/1.1148392
- Roesthuis R.J., Janssen S., Misra S. On using an array of fiber Bragg grating sensors for closed-loop control of flexible minimally invasive surgical instruments // Proc. 26th IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems: New Horizon (IROS 2013). 2013. P. 2545–2551. doi: 10.1109/IROS.2013.6696715
- Moore J.P. Shape sensing using multi-core fiber // Proc. 2015 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC). 2015. P. 7121578. doi: 10.1364/OFC.2015.Th1C.2