基于FBG的扭转传感器装置制造方法及图纸

各实施方式涉及一种通过使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器对测量对象的扭转程度进行测量的扭转传感器装置，该传感器装置包括：FBG传感器，该FBG传感器包括形成在长形光学纤维的一个部段中的感测单元；以及固定装置，该固定装置用于固定和支承FBG传感器以使FBG传感器根据测量对象的运动而移位，其中，固定装置包括防弯曲构件，该防弯曲构件用以使感测单元能够根据测量对象的运动而具有扭转移位但不具有弯曲移位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于FBG的扭转传感器装置
本公开涉及一种扭转传感器装置，并且更具体地涉及一种用于对测量对象的轴向扭转进行测量的基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的传感器装置。[对政府资助的研究与开发的描述]这项研究是由韩国科学与技术研究院在科学和ICT(信息通信技术)部的全球前沿研究项目(由韩国国家研究基金会监督，项目序列号为1711073374)的支持下进行的。
技术介绍
在全世界范围内，3D运动捕捉系统可以用在包括运动、机器人技术、医疗应用、游戏以及图形和动画的各种领域中，并且使用3D运动捕捉系统的全球市场规模呈现逐渐增长的趋势。为了实现3D运动捕捉系统，存在对用于同时地实时测量全身(包括上半身和下半身)运动和手指运动的系统的技术开发的需要，并且正在进行各种类型的产品的研究和开发。使用利用标记的光学传感器、惯性传感器、肌电图(EMG)传感器、摄相机、位置检测编码器和可变电阻的人类的全身(包括上半身和下半身)运动或手指运动的检测已被研究并且被商业化，并且惯性传感器随着时间的推移而具有漂移累积，利用标记的光学传感器和位置检测编码器由于阴影区域而具有无法测量的一些区域，以及EMG传感器具有由于附接件和外部错误而导致的误差。近来，为了克服这些缺点，已经尝试使用FBG传感器来检测各种人类运动。例如，FBG传感器可以被用作应变传感器以测量施加至测量对象的轴向方向的拉力、可以被用作形状传感器以测量在测量对象中发生的弯曲的方向和程度、并且可以被用作倾斜仪以检测测量对象中的倾斜度。人体像臂部移动一样沿轴向方向移动、弯曲、被倾斜以及甚至被扭曲。因此，为了更精确地测量人体运动，必须测量人体的扭转。然而，用于使用FBG测量轴向扭曲运动的已开发的传感器还不多，并且当通过扭曲将剪切力施加至FBG时，因弯曲和拉伸而产生的力也会被同时传递，因此难以将这些复杂的力分离。另外，存在方法中的数值处理方法的一些情况，数值处理方法用于单独地区分通过弯曲和扭曲产生的复杂反射波长的结果，但是由于通过弯曲而引起的波长中的变化远大于通过扭曲而引起的波长中的变化，因此存在由于实时分类操作而造成误差的高风险。因此，在对于实时3D运动捕捉系统的实际应用中，在数值分类和区分大量波长变化数据以及将位置、角度或扭转信息发送回图形用户界面(GUI)或实际模型中存在局限性。[相关文献](专利文献1)韩国专利公布No.10-2006-0061564
技术实现思路
技术问题本公开的一方面涉及一种扭转传感器装置，并且具体地提出一种用于测量轴向扭转程度的基于光纤布拉格光栅(FBG)的传感器装置。技术方案根据本公开的一方面，提供了一种通过使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器对测量对象的扭转程度进行测量的扭转传感器装置，该扭转传感器装置包括FBG传感器和固定装置，该FBG传感器包括形成在长形光学纤维的一个部段中的感测单元，该固定装置用于固定和支承FBG传感器以使FBG传感器根据测量对象的运动而移位，其中，固定装置包括防弯曲构件，该防弯曲构件使感测单元能够根据测量对象的运动而具有扭转移位但不具有弯曲移位。根据实施方式，防弯曲构件可以包括两个支承件和加强件，所述两个支承件支承FBG传感器以允许感测单元的扭转移位，该加强件连接两个支承件以防止每个支承件之间的相对弯曲移动。根据实施方式，加强件可以是绕感测单元缠绕的管。根据实施方式，固定装置还可以包括与FBG传感器附接的梁，其中，该梁响应于测量对象的扭曲移动而进行扭曲运动，并且该梁可以定位成横过两个支承件且固定至支承件。根据实施方式，支承件可以是滚珠轴承，梁可以固定至滚珠轴承的内圈，并且加强件可以固定至滚珠轴承的外圈。根据实施方式，感测单元可以在支承件之间以螺旋形的方式卷绕在梁的外周缘上。根据实施方式，梁包括扭转梁和延伸梁，感测单元以螺旋形的方式卷绕在该扭转梁上，该延伸梁从扭转梁的两个端部延伸以固定FBG传感器，并且扭转梁形成为比延伸梁具有更大的直径。根据实施方式，固定装置还包括固定构件，固定构件设置在梁的两个端部处并且附接至测量对象以将扭转传感器装置固定至测量对象。根据实施方式，固定构件包括固定件和键构件，该固定件固定至测量对象，该键构件插入到形成在固定件中的槽中。根据实施方式，键构件包括本体部分和防旋转部分，梁固定至该本体部分，该防旋转部分用以防止键构件相对于固定件旋转。根据实施方式，可以形成在梁的两个端部处的固定构件包括第一固定构件和第二固定构件，第一固定构件固定至梁，第二固定构件可以不固定至梁使得梁相对于第二固定构件以可滑动的方式移动。附图说明图1a是示意性示出了根据实施方式的光纤布拉格光栅(FBG)传感器的结构的图。图1b是示出了输出到图1a的FBG传感器的光入口的反射光的波长光谱的曲线图。图2是根据实施方式的扭转传感器装置的立体图。图3是图2的扭转传感器装置的局部放大图。图4是从图3省略加强件的图。图5是示出了图2的扭转传感器装置的固定构件的图。图6是图5的固定构件的键构件的立体图。图7是图示了图2的扭转传感器装置的两个端部的固定状态的图。图8是示出了使用图2的FBG传感器装置所获取的梁的扭转角度-波长的变化的实验数据的曲线图。具体实施方式将参照附图对各实施方式进行描述。然而，本文中公开的原理可以以许多不同的形式实现，并且应当理解的是，本公开不限于本文中公开的各实施方式。在本公开的详细描述中，可以省略对众所周知的特征和技术的详细描述以避免对各实施方式的特征的不必要的歧义。在附图中，各附图标记表示各元件。为了清楚起见，附图中的形状、尺寸和区域等可以被放大。测量对象指的是各种对象，包括例如对象的全部或部分可以进行运动和/或移动的人类、动物、机器和机器人。如本文中使用的术语“弯曲”或“被弯曲”表示弯曲之后，测量对象的轴向中心轴线偏离弯曲之前的轴向中心轴线。在本说明书中，测量对象的“弯曲移动”、“弯曲动作”或“弯曲运动”是指测量对象的移动和/或运动或者导致测量对象的全部或部分发生弯曲的第三方的移动和/或运动。如本文中使用的术语“被扭曲”或“扭曲”表示扭曲之后的轴向中心轴线不偏离扭曲之前的轴向中心轴线，并且更确切地说，横截面绕着轴向中心轴线旋转。在本说明书中，测量对象的“扭曲移动”、“扭曲动作”或“扭曲运动”是指测量对象的移动和/或运动或者导致测量对象的全部或部分发生扭曲的第三方的移动和/或运动。在本说明书中，扭曲包括扭转。在本说明书中，光纤布拉格光栅(FBG)传感器的“弯曲移位”是指FBG传感器的由测量对象和/或第三方的“弯曲移动”和/或“弯曲运动”所引起的光栅间隔移位。在本说明书中，FBG传感器的“扭转移位”是指FBG传感器的由测量对象和/或第三方的“扭曲运动”和/或“扭曲移动”所引起的光栅间隔移位。在下文中，将参照附图提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扭转传感器装置，所述扭转传感器装置通过使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器对测量对象的扭转程度进行测量，所述扭转传感器装置包括：/n所述FBG传感器，所述FBG传感器包括形成在光学纤维的一个部段中的感测单元；以及/n固定装置，所述固定装置用于固定和支承所述FBG传感器以使所述FBG传感器根据所述测量对象的运动而移位，/n其中，所述固定装置包括防弯曲构件，所述防弯曲构件用以使所述感测单元能够根据所述测量对象的运动而具有扭转移位但不具有弯曲移位。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180712 KR 10-2018-00811781.一种扭转传感器装置，所述扭转传感器装置通过使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器对测量对象的扭转程度进行测量，所述扭转传感器装置包括：
所述FBG传感器，所述FBG传感器包括形成在光学纤维的一个部段中的感测单元；以及
固定装置，所述固定装置用于固定和支承所述FBG传感器以使所述FBG传感器根据所述测量对象的运动而移位，
其中，所述固定装置包括防弯曲构件，所述防弯曲构件用以使所述感测单元能够根据所述测量对象的运动而具有扭转移位但不具有弯曲移位。


2.根据权利要求1所述的扭转传感器装置，其中，所述防弯曲构件包括：
两个支承件，所述两个支承件用以支承所述FBG传感器以允许所述感测单元的扭转移位；以及
加强件，所述加强件连接所述两个支承件以防止每个支承件之间的相对弯曲移动。


3.根据权利要求2所述的扭转传感器装置，其中，所述加强件是绕所述感测单元缠绕的管。


4.根据权利要求2所述的扭转传感器装置，其中，所述固定装置还包括与所述FBG传感器附接的梁，其中，所述梁响应于所述测量对象的扭曲移动而进行扭曲运动，并且
所述梁定位成横过所述两个支承件并且固定至所述支承件。


5.根据权利要求4所述的扭转传感器装置，其中，所述支承件是滚珠轴承，
所述梁固定至所述滚珠轴承的内圈，并且
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金珍奭，梁成旭，装旻秀，金俊植，姜奎敏，刘凡材，
申请(专利权)人：韩国科学技术研究院，财团法人实感交流人体感应硏究团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR