【技術實現步驟摘要】
本申請涉及光纖傳感，具體涉及一種光纖三維力傳感器及其制備方法和應用。
技術介紹
1、機器人輔助微創手術因其手術精度高、靈活性強、切口小、術后恢復時間短而成為首選手術方法。然而，大多數機器人輔助微創手術都是在狹窄而復雜的環境中進行的，外科醫生通常僅依靠視覺提示和他們的手術經驗，缺乏對人體組織和手術器械之間相互作用力的直接感知，這可能會導致過度用力和對器官造成損傷。由于缺乏力感知，外科醫生需要付出更多努力來確保手術操作的準確性，這使得他們更容易出現手術疲勞。因此，開發集成力傳感器以提供實時力感知對于提高微創手術的安全性和效率至關重要。
2、力傳感器微型化趨勢明顯，微機電系統(mems)力傳感器因體積小、功耗低、易與集成電路集成、易于量產等優勢而受到廣泛關注，基于壓阻、電容、壓電、光學等不同工作原理的mems力傳感器已廣泛應用于手術器械的力檢測，但常規的力傳感器往往只能感知垂直方向的力(法向力)，但在復雜的人體環境中，還存在橫向力，這對現有的力傳感器的應用造成了一定限制。
技術實現思路
1、有鑒于此，本申請的目的在于提供一種光纖三維力傳感器及其制備方法，使其能夠實現對三維力(法向力和橫向力)的實時監測；
2、本申請的另外一個目的在于提供一種基于上述光纖三維力傳感器的壓力傳感設備。
3、為了解決上述技術問題/達到上述目的或者至少部分地解決上述技術問題/達到上述目的，作為本申請的第一個方面，提供了一種光纖三維力傳感器，包括柔性蓋帽、定位片和光纖傳感器；p>
4、所述柔性蓋帽的側壁底部與所述定位片對位抵接并形成腔室，所述柔性蓋帽的底部中央凸出設置有定位柱，所述定位片中部具有供所述定位柱同軸貫穿的定位孔；
5、所述定位片上具有若干沿其定位孔周向布置的裝配孔，所述裝配孔內插裝有所述光纖傳感器；
6、所述光纖傳感器包括光纖和豎直設置于光纖端面的多邊形空心反射微腔，所述多邊形空心反射微腔具有與光纖端面相平行的邊框且所述相平行的邊框內壁能夠反射光纖的光束；所述光纖傳感器貫穿所述定位片上的裝配孔并固定，且所述光纖傳感器上的空心多邊形框與所述柔性蓋帽底部相接觸。
7、可選地，所述柔性蓋帽和定位片均為圓形。
8、可選地，所述柔性蓋帽底部設置有若干凸起接觸點，所述若干凸起接觸點分別與所述光纖傳感器上的空心多邊形框相接觸。
9、可選地，所述多邊形空心反射微腔為規則的對稱多邊形框，其對稱軸與所述光纖的中心軸重合。
10、作為本申請的第二個方面，提供了所述的光纖三維力傳感器的制備方法，包括：
11、對光纖進行切割，并利用飛秒激光器光束通過顯微鏡系統聚焦到光纖端面上，使用雙光子聚合加工技術在光纖端面上制備出多邊形空心反射微腔，所述多邊形空心反射微腔具有與光纖端面相平行的邊框，獲得所述光纖傳感器；
12、采用3d打印技術制備柔性蓋帽模具，然后將柔性材料倒入模具中固化，獲得所述柔性蓋帽；
13、采用切割技術制備與所述柔性蓋帽配套可抵接的定位片，并在所述定位片上開具定位孔和裝配孔，獲得所述定位片；
14、將所述柔性蓋帽、定位片和光纖傳感器封裝后，獲得所述光線三維力傳感器。
15、可選地，所述柔性材料包括聚二甲基硅氧烷和交聯劑。
16、作為本申請的第三個方面，提供了所述的光纖三維力傳感器在制備壓力傳感設備中的應用。
17、作為本申請的第四個方面，提供了一種壓力傳感設備，包括本申請所述的光纖三維力傳感器，以及寬帶光源、環形器和光譜儀。
18、本申請所述光纖三維力傳感器中利用光纖端面和反光框作為法布里珀羅腔的兩個反射面，且多個光纖傳感器圍繞定位孔呈周向排列，當光纖三維力傳感器受到外力時，垂直方向載荷與水平方向載荷會引起不同光纖傳感器的位移變化，兩個反射面的位移變化，引起法布里珀羅干涉峰發生移動，解調后實現對單個光纖傳感器的力和位移的檢測，從而實現三維力的實時監測。本申請提出的光纖三維力傳感器可實現大量程檢測，探頭體積小，結構緊湊，制備效率高，制備成本低，易于量產，不受電磁干擾，靈敏度較高，可用于各類微小力-位移的檢測。
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1.一種光纖三維力傳感器，其特征在于，包括柔性蓋帽、定位片和光纖傳感器；
2.根據權利要求1所述的光纖三維力傳感器，其特征在于，所述柔性蓋帽和定位片均為圓形。
3.根據權利要求1所述的光纖三維力傳感器，其特征在于，所述柔性蓋帽底部設置有若干凸起接觸點，所述若干凸起接觸點分別與所述光纖傳感器上的空心多邊形框相接觸。
4.根據權利要求1所述的光纖三維力傳感器，其特征在于，所述多邊形空心反射微腔為規則的對稱多邊形，其對稱軸與所述光纖的中心軸重合。
5.權利要求1所述的光纖三維力傳感器的制備方法，其特征在于，包括：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述柔性材料包括聚二甲基硅氧烷和交聯劑。
7.權利要求1-4任意一項所述的光纖三維力傳感器在制備壓力傳感設備中的應用。
8.一種壓力傳感設備，其特征在于，包括權利要求1-4任意一項所述的光纖三維力傳感器，以及寬帶光源、環形器和光譜儀。
【技術特征摘要】
1.一種光纖三維力傳感器，其特征在于，包括柔性蓋帽、定位片和光纖傳感器；
2.根據權利要求1所述的光纖三維力傳感器，其特征在于，所述柔性蓋帽和定位片均為圓形。
3.根據權利要求1所述的光纖三維力傳感器，其特征在于，所述柔性蓋帽底部設置有若干凸起接觸點，所述若干凸起接觸點分別與所述光纖傳感器上的空心多邊形框相接觸。
4.根據權利要求1所述的光纖三維力傳感器，其特征在于，所述多邊形空心反射微腔為規則的對稱...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曲健，張祎，李軒，李金健，楊浩，孫立寧，
申請(專利權)人：蘇州大學，
類型：發明
國別省市：
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