一種基于FP和FBG光纖傳感的手感知傳感器及其制備方法技術

技術編號：44511799 閱讀：2 留言：0更新日期：2025-03-07 13:08

本發(fā)明專利技術提供了一種基于FP和FBG光纖傳感的手感知傳感器，包括法布里?珀羅腔(FP)、單模光纖和布拉格光柵(FBG)，所述法布里?珀羅腔位于所述單模光纖的一端，所述布拉格光柵至少包括一個，并內(nèi)嵌在所述單模光纖內(nèi)。本發(fā)明專利技術采用的FP和FBG光纖傳感器，可以通過測量輸入光，通過光纖的反射波長的變化來檢測微小的應變變化，在感知軟體機器人形狀方面具有靈敏度高、彈性大、分辨率高、不受電磁干擾等優(yōu)點。本發(fā)明專利技術的傳感系統(tǒng)被集成到軟體手指中，用于檢測軟手指關節(jié)的彎曲和變形行為，對手指末端觸覺進行壓力監(jiān)測，工作性能穩(wěn)定，一體性強，在軟體機械手的力位實時監(jiān)測的應用潛力巨大。

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【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及光纖傳感，尤其涉及一種基于法布里-珀羅腔(fp)和布拉格光柵(fbg)光纖傳感的內(nèi)嵌型軟體手感知傳感器的設計及制備方法。

技術介紹

1、隨著機器人的發(fā)展，軟體機器人成為機器人技術發(fā)展的一大熱潮。軟體機器人在結構和材料上的特殊性使其具有一定的柔順性，能夠實現(xiàn)彎曲、扭轉、伸展等動作，在操作上具有連續(xù)性和良好的交互性，從而顯著提高了機器人在實際操作中的適應性和安全性。然而，由于軟體機器人具有連續(xù)性和較大的延展性，傳統(tǒng)傳感器如編碼器和應變計無法應用。

2、目前，面向軟體機器人的軟傳感器主要有電阻式、電容式等薄膜和陣列傳感器，雖然它們具有一定的柔性，但前兩者易受電磁干擾，后者空間分辨率較低。此外，軟體機器人非線性和大變形的特性使傳感器的監(jiān)測與標定變得非常困難。

技術實現(xiàn)思路

1、本專利技術的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。

2、本專利技術提出了一種基于法布里-珀羅腔(fp)和布拉格光柵(fbg)光纖傳感的內(nèi)嵌型軟體手感知傳感器。

3、具體的，本專利技術提供了一種基于fp和fbg光纖傳感的手感知傳感器，包括法布里-珀羅腔(fp)、單模光纖和布拉格光柵(fbg)，所述法布里-珀羅腔位于所述單模光纖的一端，所述布拉格光柵至少包括一個，并內(nèi)嵌在所述單模光纖內(nèi)。

4、進一步地，所述布拉格光柵包括三個，間隔距離為25mm和30mm，布拉格光柵與法布里-珀羅腔的距離為20mm，布拉格光柵長度為5mm。

5、進一步地，所述法布里-珀羅腔

6、s11、調整光纖熔接機參數(shù)，將單模光纖與空心光纖進行對軸熔接；將熔接后的光纖放置在精密可調二維微位移平臺上，調節(jié)平臺x、y軸使單模光纖和空心光纖位于顯微鏡視場內(nèi)，利用光纖切割平臺對空心光纖切割，保留空心光纖長度為200μm；

7、s12、利用光纖熔接機對制備好的空心光纖末端進行封口，將光纖整體向空心光纖方向平移，確保電極位于距離空心光纖和單模光纖的熔接點180μm位置處，然后將電弧放電電流調大至65ma對空心光纖進行拉錐封口，保證微腔中氣體不流出，高電流產(chǎn)生的高溫導致一部分空心光纖塌陷并在單模光纖末端形成一個氣泡，開始的氣泡形狀不規(guī)則且內(nèi)徑大約60μm；

8、s13、根據(jù)氣泡的形狀不斷調整電極的位置，降低放電電流至40ma，多次放電使氣泡的體積逐漸變大，側壁越來越薄，最終的球形氣泡位于整個光纖結構的末端且內(nèi)徑為130μm。

9、進一步地，所述單模光纖的纖芯直徑為9μm，包層直徑為125μm；空心光纖的空氣芯直徑為80μm，包層直徑為125μm。

10、進一步地，所述布拉格光柵(fbg)的制備工藝包括下列步驟：

11、s21、利用紫外光源，通過相位掩模照射到單模光纖上，在光纖內(nèi)產(chǎn)生周期性的折射率變化；在微孔加工過程中，采用電荷耦合相機(ccd)獲取光纖圖像并監(jiān)控光纖的刻蝕情況；

12、s22、重復制備三個fbg，間隔距離為25mm和30mm，fbg與fp的距離為20mm，fbg長度為5mm。

13、進一步地，所述紫外光源為準分子激光器，其功率、中心波長、頻率和重復率分別為20mj、248nm、100hz和50hz。

14、進一步地，所述單模光纖為四芯光纖。

15、進一步地，所述四芯光纖包括中心纖芯和等邊三角形三芯光纖。

16、進一步地，所述四芯光纖的制備過程，包括：

17、(a)在包層預制棒中打孔四個，并將纖芯預制棒插入對應位置，形成多芯光纖預制棒；

18、(b)將多芯光纖預制棒放入夾持旋轉機構中，經(jīng)過加熱爐、激光測徑儀、在線涂敷裝置、涂覆層固化燈、絞盤，最后進行成品卷繞。

19、本專利技術的優(yōu)點在于：本專利技術采用的fp和fbg光纖傳感器，可以通過測量輸入光，通過光纖的反射波長的變化來檢測微小的應變變化，在感知軟體機器人形狀方面具有靈敏度高、彈性大、分辨率高、不受電磁干擾等優(yōu)點。

本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

1.一種基于FP和FBG光纖傳感的手感知傳感器，其特征在于，

2.根據(jù)權利要求1所述的手感知傳感器，其特征在于，

3.根據(jù)權利要求1所述的手感知傳感器，其特征在于，

4.根據(jù)權利要求3所述的手感知傳感器，其特征在于，

5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的手感知傳感器，其特征在于，

6.根據(jù)權利要求5所述的手感知傳感器，其特征在于，

7.根據(jù)權利要求1所述的手感知傳感器，其特征在于，

8.根據(jù)權利要求7所述的手感知傳感器，其特征在于，

9.根據(jù)權利要求7或8所述的手感知傳感器，其特征在于，

【技術特征摘要】

1.一種基于fp和fbg光纖傳感的手感知傳感器，其特征在于，

2.根據(jù)權利要求1所述的手感知傳感器，其特征在于，

3.根據(jù)權利要求1所述的手感知傳感器，其特征在于，

4.根據(jù)權利要求3所述的手感知傳感器，其特征在于，

5.根據(jù)權利要求1-4任一項...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：曲健，李金健，李軒，張祎，楊浩，孫立寧，
申請(專利權)人：蘇州大學，
類型：發(fā)明
國別省市：

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