High End Measurement

Solution

TARCO

高端測量

解決方案

感傳萬物，智護安全 SENSE FOR THINGS INTELLIGENCE FOR SAFETY

概況

行業(yè)背景及需求

隨著我國科技創(chuàng)新不斷發(fā)展，一些前沿科學領(lǐng)域?qū)τ跍y量技術(shù)提出了更高的要求。尤其是在航空航天、軍工、

生物醫(yī)療等領(lǐng)域，對于微振動溯源、微形變實時監(jiān)測、生物體內(nèi)三維精確定位等有著非常高的要求，但受限于空

間結(jié)構(gòu)、信號傳輸、環(huán)境干擾等多方面因素，傳統(tǒng)測量手段往往不能獲得理想的效果，迫切需要采用新技術(shù)。

OVERVIEW

技術(shù)方案

總體架構(gòu)

（一）液體火箭發(fā)動機地面試車測量

參與火箭發(fā)動機研發(fā)全過程，準確測量出發(fā)動機管路上每處振動模態(tài)的變化過程，促進發(fā)動機的研發(fā)

進程；可定位火箭發(fā)動機的強振起源部件；掌握發(fā)動機管路的振動傳遞與放大規(guī)律，基本準確預判發(fā)動機

某部件故障問題。通過在發(fā)動機地面試車成功應用，攻克了“受限空間、寬溫度范圍情景下的高時空分辨、

多參數(shù)精密測量與健康診斷”技術(shù)，掌握了系列航天發(fā)動機的振動時空傳遞及演化規(guī)律，為強振溯源與故

障分析提供了有效支撐和判據(jù)。

TECHNICAL PROPOSAL

（二）水聽器微形變測量

分布式光纖形狀傳感技術(shù)是一種通過測量光纖上彎曲曲率、彎曲方向、扭轉(zhuǎn)角度等關(guān)鍵參數(shù)來獲得沿光纖路

徑上多維度空間形狀的一種技術(shù)，具有高空間分辨率、高精度、尺寸小和抗電磁干擾等特點，尤其在海洋光纖水

聽器陣列姿態(tài)估計、變體飛行器的姿態(tài)反饋控制、微創(chuàng)手術(shù)器械的形狀跟蹤導航、連續(xù)體機器人形狀姿態(tài)等方面

發(fā)揮著重要的作用。

與中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司旗下湖南長城海盾光纖科技有限公司合作，建立光纖水聽器探頭結(jié)構(gòu)形變

的測量方法，實驗測量不同保護方式下的

光纖水聽器探頭在靜水壓力下的結(jié)構(gòu)形

變。實驗結(jié)果表明，隨著靜水壓力增強，

水聽器探頭直徑逐漸縮小，并沿軸向出現(xiàn)

周期性凹陷，這與基于 ANSYS 的耐壓性

仿真結(jié)果相符。當靜壓力達到 6 MPa 時，

三個周期性凹陷深度達到 124 m。該研

究結(jié)果為研制和優(yōu)化光纖水聽器探頭的材

料和結(jié)構(gòu)提供了第一手的數(shù)據(jù)，有助于降

低探頭的研發(fā)成本和研制周期。

（三）介入醫(yī)療三維定位

光纖形狀傳感器可以以空間連續(xù)的方式進行傳感，提供有關(guān)儀器整個長度的位置和 3D 形狀的實時視圖信息，

而無需使用 X 射線或超聲波，顯著減少手術(shù)時間和復雜性，并消除輻射。使用光纖傳感的手術(shù)機器人，可實現(xiàn)高

級閉環(huán)反饋控制，具備允許運動補償和保持特定形狀的能力，并可在整個手術(shù)過程中提供分布式 6DOF 信息。

光纖水聽器探頭在靜水壓力下的形狀監(jiān)測

用 于 電生理學 和 血管學

的光纖形狀傳感

用于介入肺病學

用于胃腸道的光纖 用 于 骨 科 的光纖形狀傳

感

用 于 腸道醫(yī)療 的光纖形

狀傳感

●顯著減少 X 射線和透視的使用

●通過更有效、更直觀的可視化

和導航縮短流程時間

●光纖形狀傳感可用于心臟起搏

器和其他植入物的患者提供設備

整個長度的無限制、可旋轉(zhuǎn)的

3D 視圖

●導航到外周結(jié)節(jié)

●支氣管鏡造影

●在插入過程中提供整個設備的

形狀和位置

●允許將攝像機指示的遠端運動

與設備手柄上的近端輸入相關(guān)聯(lián)

●防止打結(jié)和穿孔

●為髖杯更換等過程提供工具對

準和指導

●允許跟蹤和定位植入物中的孔

以進行鉆孔程序

●配備 3D 光纖形狀傳感技術(shù)的

結(jié)腸鏡提供了改進的導航能力

● 3D 光纖形狀傳感可以通過讓

更多高?；颊哌M行結(jié)腸鏡檢查篩

查

監(jiān)測主機

tShapeS 是一種基于光纖瑞利背向散射和光頻域反

射儀的高空間分辨率、高精度的全分布式光纖傳感系統(tǒng)。

tShapeS 能夠測量光纖本身或者與之相連待測物體姿態(tài)、取

向、徑跡以及位置等三維空間信息。此外，該系統(tǒng)還兼具鏈

路監(jiān)測和溫度 / 應變測量功能，提供達 10 微米的超高空間

分辨率，能夠在最大 2km 測量范圍內(nèi)診斷光纖彎曲、熔接、

連接以及斷裂等各類光網(wǎng)絡故障。tShapeS 可以為國防軍事、

生命健康、智能制造、巖土工程等領(lǐng)域的精密結(jié)構(gòu)的在線健

康監(jiān)測、智能預警和反饋控制提供技術(shù)支撐。

產(chǎn)品及選型

PRODUCT AND SELECTION

tShapes 分布式光纖形狀監(jiān)測分析儀

公司已獲得該系統(tǒng)相關(guān)的主要授權(quán)發(fā)明專利：

●溫度不敏感的光纖形狀重構(gòu)系統(tǒng) ZL 201811481763.7

●兼容性好的光頻域反射儀傳感系統(tǒng) ZL202120719111.3

●單模高溫光波導傳感頭及其分布式光纖傳感系統(tǒng) ZL 202021528627.1

●分布式光纖三維形狀快速重構(gòu)裝置 CN112433306A

●基于分布式形狀傳感的螺紋結(jié)構(gòu)松動測量裝置 CN202210623856.9

●光纖分布式形狀傳感軟件 2020SR0938988

技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)品型號

外形尺寸（mm）

整機重量

典型功耗

安裝機柜

傳感距離

光纖空間分辨率

最高傳感分辨率

溫感精度

應變精度

形狀精度

光纖接口

標準工作電壓

平均無故障工作時間（MTBF）

使用壽命

tShapeS 系列

482（寬）×500（深）×8.9（高）

≤ 18kg

≤ 240W

19 英寸機柜 /2U

70m~140 m

10μm

1mm

±0.5 ° C

1με

1%

FC/APC

AC220/50Hz

≥ 30000 小時

≥ 10 年

技術(shù)優(yōu)勢

●超高測量精度和空間分辨率，零死區(qū)測量；

●高精度三維形狀測量；

●可定制引纖長度，如 1km 引纖，便于遠距離測量；

●高動態(tài)范圍。

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