公开(公告)号：US08400620B2

公开(公告)日：2013-03-19

申请号：US13149206

申请日：2011-05-31

申请人： Mark E. Froggatt ,  Justin W. Klein ,  Dawn K. Gifford ,  Matthew Reaves ,  Joseph J. Bos ,  Alexander K. Sang

发明人： Mark E. Froggatt ,  Justin W. Klein ,  Dawn K. Gifford ,  Matthew Reaves ,  Joseph J. Bos ,  Alexander K. Sang

IPC分类号： G01L1/24 ,  G01B11/16 ,  G01B9/02

CPC分类号： G01B11/161 ,  G01D5/35316 ,  G01D5/35361 ,  G01L1/242

摘要： An interferometric measurement system measures a parameter using at least one optical waveguide. A memory stores reference interferometric pattern data associated with a segment of the optical waveguide. Interferometric detection circuitry detects and stores measurement interferometric pattern data associated with the segment of the optical waveguide during a measurement operation. A spectral range of the reference interferometric pattern of the optical waveguide is greater than a spectral range of the measurement interferometric pattern of the optical waveguide. A processor shifts one or both of the measurement interferometric pattern data and the reference interferometric pattern data relative to the other to obtain a match and to use the match to measure the parameter. An example parameter is strain.

摘要翻译： 干涉测量系统使用至少一个光波导测量参数。 存储器存储与光波导的段相关联的参考干涉图案数据。 干涉测量电路在测量操作期间检测和存储与光波导段相关联的测量干涉图案数据。 光波导的参考干涉图案的光谱范围大于光波导的测量干涉图案的光谱范围。 处理器相对于另一个处理器移动测量干涉图案数据和参考干涉图案数据中的一个或两个以获得匹配并且使用该匹配来测量该参数。 示例参数是应变。

公开(公告)号：US08531655B2

公开(公告)日：2013-09-10

申请号：US13233577

申请日：2011-09-15

申请人： Justin W. Klein ,  Mark E. Froggatt ,  Stephen T. Kreger ,  Dawn K. Gifford ,  Sandra M. Klute

发明人： Justin W. Klein ,  Mark E. Froggatt ,  Stephen T. Kreger ,  Dawn K. Gifford ,  Sandra M. Klute

IPC分类号： G01N21/00 ,  G01B9/02

CPC分类号： G01B11/161 ,  G01B9/02023 ,  G01B11/18 ,  G01B21/042 ,  G01B21/045 ,  G02B6/02042

摘要： An interferometric measurement system includes a spun optical fiber including multiple optical waveguides configured in the fiber. Interferometric detection circuitry detects measurement interferometric pattern data associated with each of the multiple optical waveguides when the optical fiber is placed into a bend. Data processing circuitry determines compensation parameters that compensate for variations between an optimal configuration of the multiple optical waveguides in the fiber and an actual configuration of multiple optical waveguides in the fiber. The compensation parameters are stored in memory for compensating subsequently-obtained measurement interferometric pattern data for the fiber. The compensation parameters are applied to the subsequently-obtained measurement interferometric pattern data in order to distinguish between axial strain, bend strain, and twist strain on the fiber and to accurately determine one or more strain values for the fiber corresponding to one or more of the axial strain, bend strain, or twist strain on the fiber.

摘要翻译： 干涉测量系统包括在光纤中配置的包括多个光波导的纺丝光纤。 当光纤放入弯曲部时，干涉测量电路检测与多个光波导中的每一个相关联的测量干涉图案数据。 数据处理电路确定补偿参数，其补偿光纤中多个光波导的最佳配置与光纤中多个光波导的实际配置之间的变化。 补偿参数存储在存储器中，用于补偿随后获得的用于光纤的测量干涉图案数据。 将补偿参数应用于随后获得的测量干涉图案数据，以便区分光纤上的轴向应变，弯曲应变和扭曲应变，并且准确地确定对应于一个或多个的纤维的纤维的一个或多个应变值 轴向应变，弯曲应变或纤维上的扭曲应变。

公开(公告)号：US08773650B2

公开(公告)日：2014-07-08

申请号：US12874901

申请日：2010-09-02

申请人： Mark E. Froggatt ,  Justin W. Klein ,  Dawn K. Gifford ,  Stephen Tod Kreger

发明人： Mark E. Froggatt ,  Justin W. Klein ,  Dawn K. Gifford ,  Stephen Tod Kreger

IPC分类号： G01N21/00 ,  G01L1/24 ,  G01B11/16 ,  G01B11/24 ,  G02B6/02

CPC分类号： G01B11/24 ,  G01B11/16 ,  G01B11/168 ,  G01B11/18 ,  G01L1/242 ,  G01L1/246 ,  G02B6/02042

摘要： An accurate measurement method and apparatus are disclosed for shape sensing with a multi-core fiber. A change in optical length is detected in ones of the cores in the multi-core fiber up to a point on the multi-core fiber. A location and/or a pointing direction are/is determined at the point on the multi-core fiber based on the detected changes in optical length. The accuracy of the determination is better than 0.5% of the optical length of the multi-core fiber up to the point on the multi-core fiber. In a preferred example embodiment, the determining includes determining a shape of at least a portion of the multi-core fiber based on the detected changes in optical length.

摘要翻译： 公开了一种使用多芯光纤进行形状检测的精确测量方法和装置。 在多芯光纤中的核心中的多芯光纤上的点之间检测到光学长度的变化。 基于检测到的光学长度的变化，在多芯光纤上的点处确定位置和/或指向方向。 该测定的精确度优于多核纤维的光学长度的0.5％直到多芯纤维上的点。 在优选示例实施例中，确定包括基于检测到的光学长度的变化来确定多芯光纤的至少一部分的形状。

公开(公告)号：US20110247427A1

公开(公告)日：2011-10-13

申请号：US13081056

申请日：2011-04-06

申请人： Mark E. FROGGATT ,  Dawn K. Gifford

发明人： Mark E. FROGGATT ,  Dawn K. Gifford

IPC分类号： G01L1/24

CPC分类号： G01L1/246 ,  G01D5/35306 ,  G01K11/3206

摘要： One or more mechanical parameters of a structure subjected to a force or condition are measured using distributed, optical fiber sensing technology. At least a curved portion an optical fiber having is attached to an object. A distributed, optically-based, strain sensing technique is used to determine strain information associated with multiple points along the curved portion of the fiber. The determined strain information is processed to generate one or more representations of one or more of the following: an expansion of the object, a thermal gradient associated with the object, or a stress-induced strain at multiple locations on the object corresponding to ones of the multiple points. An output is generated corresponding to the representation.

摘要翻译： 使用分布式光纤传感技术测量受到力或条件的结构的一个或多个机械参数。 至少具有附接到物体的光纤的弯曲部分。 使用分布式，基于光学的应变感测技术来确定与沿着光纤的弯曲部分的多个点相关联的应变信息。 所确定的应变信息被处理以产生以下中的一个或多个的一个或多个表示：对象的扩展，与对象相关联的热梯度，或对象上的多个位置处的应力诱发应变 多点。 生成对应于表示的输出。

公开(公告)号：US08714026B2

公开(公告)日：2014-05-06

申请号：US13081056

申请日：2011-04-06

申请人： Mark E. Froggatt ,  Dawn K. Gifford

发明人： Mark E. Froggatt ,  Dawn K. Gifford

IPC分类号： G01L1/24

CPC分类号： G01L1/246 ,  G01D5/35306 ,  G01K11/3206

摘要： One or more mechanical parameters of a structure subjected to a force or condition are measured using distributed, optical fiber sensing technology. At least a curved portion an optical fiber having is attached to an object. A distributed, optically-based, strain sensing technique is used to determine strain information associated with multiple points along the curved portion of the fiber. The determined strain information is processed to generate one or more representations of one or more of the following: an expansion of the object, a thermal gradient associated with the object, or a stress-induced strain at multiple locations on the object corresponding to ones of the multiple points. An output is generated corresponding to the representation.

摘要翻译： 使用分布式光纤传感技术测量受到力或条件的结构的一个或多个机械参数。 至少具有附接到物体的光纤的弯曲部分。 使用分布式，基于光学的应变感测技术来确定与沿着光纤的弯曲部分的多个点相关联的应变信息。 所确定的应变信息被处理以产生以下中的一个或多个的一个或多个表示：对象的扩展，与对象相关联的热梯度，或对象上的多个位置处的应力诱发应变 多点。 生成对应于表示的输出。

公开(公告)号：US07781724B2

公开(公告)日：2010-08-24

申请号：US11535438

申请日：2006-09-26

申请人： Brooks A. Childers ,  Dawn K. Gifford ,  Roger G. Duncan ,  Matthew T. Raum ,  Michael E. Vercellino ,  Mark E. Froggatt

发明人： Brooks A. Childers ,  Dawn K. Gifford ,  Roger G. Duncan ,  Matthew T. Raum ,  Michael E. Vercellino ,  Mark E. Froggatt

IPC分类号： G01J1/04

CPC分类号： G01D5/35303 ,  A61B1/00165 ,  A61B2034/2061 ,  G02B6/02042 ,  G02B6/022 ,  G02B6/34

摘要： The present invention is directed toward a fiber optic position and shape sensing device and the method of use. The device comprises an optical fiber means. The optical fiber means comprises either at least two single core optical fibers or a multicore optical fiber having at least two fiber cores. In either case, the fiber cores are spaced apart such that mode coupling between the fiber cores is minimized. An array of fiber Bragg gratings are disposed within each fiber core and a frequency domain reflectometer is positioned in an operable relationship to the optical fiber means. In use, the device is affixed to an object. Strain on the optical fiber is measured and the strain measurements correlated to local bend measurements. Local bend measurements are integrated to determine position and/or shape of the object.

摘要翻译： 本发明涉及一种光纤位置和形状感测装置及其使用方法。 该装置包括光纤装置。 光纤装置包括至少两个单芯光纤或具有至少两个光纤芯的多芯光纤。 在任一情况下，纤维芯间隔开，使得纤维芯之间的模式耦合最小化。 光纤布拉格光栅阵列设置在每个光纤芯内，并且频域反射计位于与光纤装置可操作的关系中。 在使用中，设备被固定在一个对象上。 测量光纤上的应变，应变测量与局部弯曲测量相关。 整合局部弯曲测量以确定物体的位置和/或形状。

公开(公告)号：US07515276B2

公开(公告)日：2009-04-07

申请号：US11779527

申请日：2007-07-18

申请人： Mark Froggatt ,  Ryan J. Seeley ,  Dawn K. Gifford

发明人： Mark Froggatt ,  Ryan J. Seeley ,  Dawn K. Gifford

IPC分类号： G01B9/02

CPC分类号： G01M11/3172

摘要： The technology described here enables the use of an inexpensive laser to measure an interferometric response of an optical device under test (DUT) at reflection lengths significantly greater than the coherence length of the laser. This is particularly beneficial in practical interferometric applications where cost is a concern. In other words, inexpensive lasers having shorter coherence lengths may be used to achieve very high interferometric measurements at longer DUT reflection lengths. The technology also enables the use of such inexpensive lasers to measure Rayleigh scatter in commercial-grade, single-mode optical fiber.

摘要翻译： 这里描述的技术使得能够使用廉价的激光器以显着大于激光器的相干长度的反射长度来测量被测光学器件（DUT）的干涉测量响应。 这在成本是关注的实际干涉测量应用中特别有益。 换句话说，具有较短相干长度的便宜的激光器可以用于在更长的DUT反射长度上实现非常高的干涉测量。 该技术还能够使用这种便宜的激光器来测量商用级单模光纤中的瑞利散射。

公开(公告)号：US20100321702A1

公开(公告)日：2010-12-23

申请号：US12805879

申请日：2010-08-23

申请人： Mark Froggatt ,  Dawn K. Gifford

发明人： Mark Froggatt ,  Dawn K. Gifford

IPC分类号： G01B9/02

CPC分类号： G01M11/3172 ,  G01M11/083

摘要： An optical device under test (DUT) is interferometrically measured. The DUT can include one or more of an optical fiber, an optical component, or an optical system. First interference pattern data for the DUT is obtained for a first path to the DUT, and second interference pattern data for the DUT is obtained for a second somewhat longer path to the DUT. Because of that longer length, the second interference pattern data is delayed in time from the first interference pattern data. A time varying component of the DUT interference pattern data is then identified from the first and second interference pattern data. The identified time varying component is used to modify the first or the second interference pattern data to compensate for the time-varying phase caused by vibrations, etc. One or more optical characteristics of the DUT may then be determined based on the modified interference pattern data.

摘要翻译： 对被测光学器件（DUT）进行干涉测量。 DUT可以包括光纤，光学部件或光学系统中的一个或多个。 对于DUT的第一路径获得DUT的第一干涉图案数据，并且获得用于DUT的第二干涉图案数据用于到DUT的第二更长的路径。 由于该长度较长，所以第二干涉图案数据在时间上与第一干涉图案数据相比延迟。 然后从第一和第二干涉图案数据识别DUT干涉图案数据的时变分量。 所识别的时变分量用于修改第一或第二干涉图案数据以补偿由振动等引起的时变相位。然后可以基于经修改的干涉图案数据来确定DUT的一个或多个光学特性 。

公开(公告)号：US20090103100A1

公开(公告)日：2009-04-23

申请号：US11792082

申请日：2005-12-13

申请人： Mark Froggatt ,  Dawn K. Gifford

发明人： Mark Froggatt ,  Dawn K. Gifford

IPC分类号： G01B9/02

CPC分类号： G01M11/3172 ,  G01M11/083

摘要： An optical device under test (DUT) is interferometrically measured. The DUT can include one or more of an optical fiber, an optical component, or an optical system. First interference pattern data for the DUT is obtained for a first path to the DUT, and second interference pattern data for the DUT is obtained for a second somewhat longer path to the DUT. Because of that longer length, the second interference pattern data is delayed in time from the first interference pattern data. A time varying component of the DUT interference pattern data is then identified from the first and second interference pattern data. The identified time varying component is used to modify the first or the second interference pattern data to compensate for the time-varying phase caused by vibrations, etc. One or more optical characteristics of the DUT may then be determined based on the modified interference pattern data.

摘要翻译： 对被测光学器件（DUT）进行干涉测量。 DUT可以包括光纤，光学部件或光学系统中的一个或多个。 对于DUT的第一路径获得DUT的第一干涉图案数据，并且获得用于DUT的第二干涉图案数据用于到DUT的第二更长的路径。 由于该长度较长，所以第二干涉图案数据在时间上与第一干涉图案数据相比延迟。 然后从第一和第二干涉图案数据识别DUT干涉图案数据的时变分量。 所识别的时变分量用于修改第一或第二干涉图案数据以补偿由振动等引起的时变相位。然后可以基于经修改的干涉图案数据来确定DUT的一个或多个光学特性 。

公开(公告)号：US08004686B2

公开(公告)日：2011-08-23

申请号：US11792082

申请日：2005-12-13

申请人： Mark Froggatt ,  Dawn K. Gifford

发明人： Mark Froggatt ,  Dawn K. Gifford

IPC分类号： G01B9/02

CPC分类号： G01M11/3172 ,  G01M11/083

摘要： An optical device under test (DUT) is interferometrically measured. The DUT can include one or more of an optical fiber, an optical component, or an optical system. First interference pattern data for the DUT is obtained for a first path to the DUT, and second interference pattern data for the DUT is obtained for a second somewhat longer path to the DUT. Because of that longer length, the second interference pattern data is delayed in time from the first interference pattern data. A time varying component of the DUT interference pattern data is then identified from the first and second interference pattern data. The identified time varying component is used to modify the first or the second interference pattern data to compensate for the time-varying phase caused by vibrations, etc. One or more optical characteristics of the DUT may then be determined based on the modified interference pattern data.