【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及形状传感，特别是涉及一种螺旋布置形状传感器的曲率求解方法。
技术介绍
1、光纤形状传感技术在生物医学、航空航天和大型土木水利工程等众多领域有着广泛的应用。光纤形状传感技术可以对被测物体的形状进行很好的测量与实时显示，在工程中有着较为良好的应用前景。其中，光纤形状传感技术在对海底电缆的形状感知上可以起到作用。海底电缆保障着电力和信息传递的有效进行，在经济发展和海洋工程建设方面起着重要的作用。海底电缆在海底会受到多因素扰动，海缆本身产生弯曲或者变形，海缆在海底的变形监测是一个亟待解决的问题。目前对于海底电缆的形状监测，还没有较为实用的一种方法。因此可以采取一种将用于形状传感的光缆螺旋布设在电缆周围，利用具有形状感知的光缆来对海底电缆进行形状重构，可以较为容易的感知到海缆在海底的形状改变。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种螺旋布置形状传感器的曲率求解方法。所述方法将光纤光栅形状传感单元以圆柱螺旋线的形式布置在被测圆柱物体表面，对圆柱状物体的曲率和形状进行测量，利用本专利技术所述方法可以将螺旋布置的光纤光栅传感器测量出的曲率转换为被测圆柱体中心轴线曲率，使得光纤光栅形状传感器可以对圆柱体结构进行准确的曲率测量，以便于对被测圆柱体进行形状重构。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提出一种螺旋布置形状传感器的曲率求解方法，所述方法包括以下步骤：
3、步骤一：在光纤光栅形状传感器使用中，将传感单元结构以圆
4、步骤二：在被测圆柱体中心轴线可以达到的曲率范围[0,kmax]内选取曲率ki，其中kmax表示被测圆柱体结构中心轴线可以达到的最大曲率值；
5、步骤三：已知被测圆柱体底面圆的中心点过基准坐标系的原点，将被测物体视中心轴线上各坐标点视为等曲率模型，通过圆柱体轴线的曲率ki求出被测圆柱体轴线上点的位置坐标[xi,yi,zi]；
6、步骤四：已知圆柱体底面圆的半径r和螺旋线的螺距h，通过坐标变换算法将圆柱体中心轴线所在的三维位置坐标[xi,yi,zi]转换为其所在圆柱体截面上圆柱体螺旋线上相对应点的位置坐标[xi,yi,zi]；
7、步骤五：已知圆柱螺旋线上点的位置坐标，通过已知三维位置坐标，运用曲率计算公式计算圆柱螺旋线上对应不同螺旋角度上的各个点的曲率值[k1,k2,k3…kn]；
8、步骤六：已知测点在圆柱体螺旋线上的螺旋角度α，解出步骤五中对应螺旋角度α的圆柱体螺旋线在测点处的曲率值ki；
9、步骤七：将圆柱体螺旋线在测点处的曲率值ki和传感器测量值k1相比较，判断差值是否达到条件，如果未达到，则返回步骤二，重新选取不同的圆柱体轴线曲率ki，如果达到输出条件，则输出其所对应的中心轴线曲率ki。
10、进一步地，所述坐标变换算法为：
11、进一步地，采用遗传算法或退火算法重新选取不同的曲率ki。
12、本专利技术提出一种螺旋布置形状传感器的曲率求解系统，所述系统包括：
13、布置模块：用于在光纤光栅形状传感器使用中，将传感单元结构以圆柱体螺旋线的形式布置在待测圆柱体结构的表面，利用光纤光栅传感器波长漂移量与应变的关系，得到测点处传感器布置点的应变数据为(ε1,ε2,ε3)，通过布置点应变数据求出测点的曲率数据k1；
14、选取模块：用于在被测圆柱体中心轴线可以达到的曲率范围[0,kmax]内选取曲率ki，其中kmax表示被测圆柱体结构中心轴线可以达到的最大曲率值；
15、坐标求解模块：用于已知被测圆柱体底面圆的中心点过基准坐标系的原点，将被测物体视中心轴线上各坐标点视为等曲率模型，通过圆柱体轴线的曲率ki求出被测圆柱体轴线上点的位置坐标[xi,yi,zi]；
16、转换模块：用于已知圆柱体底面圆的半径r和螺旋线的螺距h，通过坐标变换算法将圆柱体中心轴线所在的三维位置坐标[xi,yi,zi]转换为其所在圆柱体截面上圆柱体螺旋线上相对应点的位置坐标[xi,yi,zi]；
17、计算模块：用于已知圆柱螺旋线上点的位置坐标，通过已知三维位置坐标，运用曲率计算公式计算圆柱螺旋线上对应不同螺旋角度上的各个点的曲率值[k1,k2,k3…kn]；
18、曲率值计算模块：用于已知测点在圆柱体螺旋线上的螺旋角度α，解出计算模块中对应螺旋角度α的圆柱体螺旋线在测点处的曲率值ki；
19、比较模块：用于将圆柱体螺旋线在测点处的曲率值ki和传感器测量值k1相比较，判断差值是否达到条件，如果未达到，则返回选取模块，重新选取不同的圆柱体轴线曲率ki，如果达到输出条件，则输出其所对应的中心轴线曲率ki。
20、进一步地，所述坐标变换算法为：
21、进一步地，采用遗传算法或退火算法重新选取不同的曲率ki。
22、本专利技术提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种螺旋布置形状传感器的曲率求解方法的步骤。
23、本专利技术提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种螺旋布置形状传感器的曲率求解方法的步骤。
24、本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
25、本专利技术提出一种螺旋布置形状传感器的曲率求解方法，利用本专利技术所述方法可以将螺旋布置的光纤光栅传感器测量出的曲率转换为被测圆柱体中心轴线曲率，使得光纤光栅形状传感器可以对圆柱体结构进行准确的曲率测量，以便于对被测圆柱体进行形状重构。
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1.一种螺旋布置形状传感器的曲率求解方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坐标变换算法为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用遗传算法或退火算法重新选取不同的曲率ki。
4.一种螺旋布置形状传感器的曲率求解系统，其特征在于，所述系统包括：
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述坐标变换算法为：
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，采用遗传算法或退火算法重新选取不同的曲率ki。
7.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-3任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述方法的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种螺旋布置形状传感器的曲率求解方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坐标变换算法为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用遗传算法或退火算法重新选取不同的曲率ki。
4.一种螺旋布置形状传感器的曲率求解系统，其特征在于，所述系统包括：
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述坐标变换算法为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建中，苏萌，谭滔，李云龙，徐新宇，田野，柴全，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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