一种位移式多分量微小力传感器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种位移式多分量微小力传感器，通过将光源发射的光经过光纤耦合器分成多束光，将3根光纤的反射段长度与弹性体的形变耦合，以构成多个腔长不同的FP干涉传感器；通过采集到的叠加在一起的多个FP腔光谱干涉信号，对叠加的干涉信号进行傅里叶变换，得到FP腔的长度，再进一步解算获得力多分量的值。能实现纳米量级的高精度测量。该传感器结构简单、分辨率高、抗电磁干扰强、灵敏度高，滞后、蠕变和进回程差小，动态响应速度快。动态响应速度快。动态响应速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种位移式多分量微小力传感器


[0001]本专利技术属于测量、力传感器等
，具体涉及一种位移式多分量微小力传感器。

技术介绍

[0002]在生物医学领域，由于人体细胞、组织或器官在发生病变后，会表现出不同的力学特性，因此，将微小力传感器集成到触诊器械中，将有助于医生根据器械反馈的力值信号对人体的健康状态进行初步的诊断；另外，在外科手术期间，手术工具与人体组织或器官的接触力需要精准的控制，例如，在心导管介入手术中，过大的接触力会导致心脏穿孔等情况的发生。使用传统的多分量力传感器将电阻应变片和光纤布拉格光栅(FBG)等敏感元件粘附在弹性体上，通过测量电阻信号和波长信号的变化，从而实现对力多分量的测量。然而，上述测量方式存在较大的迟滞特性，因为由外载荷引起的形变需经过弹性体—胶结层—敏感元件多层传递，特别是在力值测量需要反复加卸时，容易累加迟滞形变，从而导致测量结果出现较大的示值偏差和进回程差。另外，电阻应变片式的多分量力传感器容易受电磁干扰的影响，长距离的信号传输降低其信噪比，且应变片尺寸较大，难以集成到精密、微型的器械中，而FBG式的力多分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种位移式多分量微小力传感器，其特征在于，通过将光源发射的光经过光纤耦合器分成多束光，将3根光纤的反射段长度与弹性体的形变耦合，以构成多个腔长不同的FP干涉传感器；通过采集到的叠加在一起的多个FP腔光谱干涉信号，对叠加的干涉信号进行傅里叶变换，得到FP腔的长度，再进一步解算获得力多分量的值。2.根据权利要求1所述的一种位移式多分量微小力传感器，其特征在于：所述光源采用宽带光源(1)，经过光纤耦合器(2)分成多束光，每束光在每条光纤端面出射并在与弹性体形变部位耦合的反射面发生反射，每条光纤的光纤端面到反射面的距离不同，由此构成多个腔长不同的FP干涉传感器，并在弹性体形变的作用下腔长发生改变；所述反射面与未形变的弹性体垂直；光纤还分别连接至光谱仪(3)，用于采集干涉信号。3.根据权利要求2所述的一种位移式多分量微小力传感器，其特征在于：在通过干涉信号得到FP腔的长度后，解算获得力多分量的值的方法具体为：设第i根光纤中心在XY平面的坐标为(x
i
,y
i
)，L0为弹性体的等效弯曲长度，A0为弹性体的等效横截面积，E0为弹性体的等效弹性模量，I为弹性体的横截面对中性轴的等效惯性矩；在外力作用下，光纤端面到反射面的距离发生变化，记距离变化量，即腔长变化量为ΔL
i
(i＝1,2,3)，当弹性的端截面转角足够小时，多维力引起的腔长变化量视为各分量力引起的腔长变化量的线性叠加，即：由此，各分量力与各腔长的变化量ΔL
i
(i＝1,2,3)存在如下耦合矩阵的关系：采用有限元分析验证耦合矩阵的准确性之后，再通过标定实...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁伟，黎兴强，张秋坤，钟舜聪，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：