非正交FBG柔杆空间形状重构误差分析及标定.pdf

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1、第３８卷第２期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ２２０１７年２月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＦｅｂ．２０１７非正交ＦＢＧ柔杆空间形状重构误差分析及标定１１１，２１娄小平，陈仲卿，庄炜，祝连庆（１．北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心光电测试技术北京市重点实验室北京１０００１６；２．合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥２３０００９）摘要：为了提高ＦＢＧ柔杆空间形状感知系统的重构精度，提出了一种利用３根ＦＢＧ阵列、具有温度补偿特性的非正交ＦＢＧ柔杆检测方

2、法。在分析传感系统的误差组成、产生原因的基础上，建立仿真模型得到了各组成误差分别对系统空间形状重构精度的影响，得出减小安装角度误差是提升精度的关键。利用待标定参数与标定方向与实际检测方向夹角大小相关的原理，给出了一种修正安装角度误差的标定方法。经过实验证明，该方法使得系统形状重构最大相对误差降为０．２５％，为高精度的三维形状感知系统提供了可靠的检测方法。关键词：光纤光栅；非正交曲率；形状重构；标定误差；标定方法中图分类号：ＴＰ２１２ＴＨ７３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０２０Ｅｒｒｏｒａｎ

3、ａｌｙｓｉｓａｎｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒＦＢＧｓｈａｐｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅｓ１１１，２１ＬｏｕＸｉａｏｐｉｎｇ，ＣｈｅｎＺｈｏｎｇｑｉｎｇ，ＺｈｕａｎｇＷｅｉ，ＺｈｕＬｉａｎｑｉｎｇ（１．ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＩ

4、ｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆＦＢＧｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｈａｐｅｓｅｎｓｉｎｇｒ

5、ｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅ，ｕｔｉｌｉｚｅｄｔｈｒｅｅＦＢＧａｒｒａｙｓｔｏｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｅｒｒｏｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｃａｕｓｅｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｅｒｒｏｒｏｎｔｈｅ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒ

6、ｕｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｗｉｔｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｋｅｙｉｓｓｕｅｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｇｌｅｅｒｒｏｒｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ．Ａｎｅｗｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｄｕｅｔｏｔｈａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｂ

7、ｒｉｎｇｓｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｒｒｏｒｒａｔｉｏｏｆ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｔｏ０．１６％，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｌｉａｂｌｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ３Ｄｓｈａｐｅｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉ

8、ｎｇ；ｎｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅ；ｓｈａｐｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ飞行器柔性结构形态主动监控具有重要意义。其中，研１引言究飞行器姿态以及柔性结构的实时监测技术尤为关［１３］键。近些年来智能结构研究在航天飞行器关键结构主动目前国内常用的结构监测手段主要包括压电传感［４］监测和健康评价领域获得了广泛关注和积极探索。针对器、光纤传感器及