一种光学软传感器的制备方法技术

一种光学软传感器的制备方法，包括：制作柔性管，柔性管为中空管体结构，柔性管内形成空气导光腔。安装发光二极管和光接收管，在柔性管两端中的任意一端安装发光二极管，在柔性管两端中的另一端安装光接收管。发光二极管用于向空气导光腔内发射光波，空气导光腔用于将发光二极管发出的光波全反射传递至光接收管，光接收管用于接收并读取光波的信息。设计的光学软传感器，光波通过中空结构状柔性管内形成的空气导光腔实现全反射传递，不用在柔性管的内部再制作对应的纤芯，在保障高灵敏度、高抗干扰、自适应的同时，有效简化光学软传感器的结构，降低光学软传感器的制备工艺难度和制备成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种光学软传感器的制备方法


[0001]本申请涉及软体机器人
，具体涉及一种光学软传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]软体机器人中通常设置有软传感器，如采用电阻式、电容式、磁和光等形式的软传感器，这些类型的软传感器开辟了捕捉连续和大应变变形的可能性，并在生物医学、触觉感知、机器人勘测、人机交互等领域有着广泛的应用前景。但一些应用场景所需要的运动(如机器人运动、人体关节运动)形变拉伸达到30％以上，这对机器人或人体所使用的可穿戴设备中的柔性应变传感器的拉伸性能和灵敏度提出了更高的要求。相对于应用电容式、电阻式、电磁式这类原理的传感器，利用光学特性的传感器具备更高灵敏度、强抗干扰性的特点。
[0003]目前传统的光纤，如石英光纤或笨重的激光光源等昂贵的检测设备存在难扩展变形特点，现有的柔性应变传感器能够更好的满足这类运动引起的拉伸形变，同时具有高灵敏性和抗干扰能力。但柔性光纤兼具存在含有多个制备工序、制作工艺复杂，材料成本高的困难。例如专利CN109540015A一种柔性、可拉伸的光纤应变传感器探头及其制备方法，该光纤应变传感器的传感光纤采用柔性、可拉伸且生物兼容的有机高分子材料(纳米金
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聚二甲基硅氧烷复合材料)制成的纤芯，外侧包覆一层折射率低于纤芯的包层。其光纤纤芯的制备方法含有多个工序，成本高且复杂。再例如专利CN114895404A一种柔性光波导及其制备方法和应用，其制备方法包括将石墨微粒在有机硅预弹性体中分散均匀，将所得混合物在负压环境中静置消除气泡后，注入管状模具中，封闭管状模具的两端，加热固化，进行脱模处理。该专利技术选择掺入石墨微粒来影响光功率的损耗，以求达到稳定的光损耗。但这种方法的加工批次由于难以准确保证石墨微粒的均匀分布，感知上会存在一定误差，一致性和重复性不高，难以做到准确量化。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种光学软传感器的制备方法，其主要目的在于简化光学软传感器的结构，降低制备工艺难度。
[0005]本申请一种实施例中提供一种光学软传感器的制备方法，包括：
[0006]制作柔性管，所述柔性管为中空管体结构，所述柔性管内形成空气导光腔；
[0007]安装发光二极管和光接收管，在所述柔性管两端中的任意一端安装所述发光二极管，在所述柔性管两端中的另一端安装所述光接收管；
[0008]其中，所述发光二极管用于向所述空气导光腔内发射光波，所述空气导光腔用于将所述发光二极管发出的光波全反射传递至所述光接收管，所述光接收管用于接收并读取所述光波的信息。
[0009]一种实施例中，所述柔性管的折射率低于所述空气导光腔的折射率。
[0010]一种实施例中，所述发光二极管和所述光接收管均整体安装于所述柔性管内。
[0011]一种实施例中，所述柔性管通过3D打印或开模浇筑来制备：所述柔性管的材质为热塑性聚氨酯弹性体、聚乙烯、水凝胶以及软硅胶中的任意一种。
[0012]一种实施例中，还包括制作反射层，在所述柔性管的内壁上固定一层所述反射层，所述反射层的折射率低于所述空气导光腔的折射率。
[0013]一种实施例中，所述反射层采用银漆制备。
[0014]一种实施例中，在制备所述反射层的步骤中，通过注射器将液态的银漆均匀涂抹在所述柔性管的内壁上，液态的银漆固化后形成所述反射层。
[0015]一种实施例中，所述发光二极管和所述光接收管均整体安装于所述反射层内。
[0016]一种实施例中，还包括光学软传感器的灵敏度、强度的检测，对制备好的所述光学软传感器的灵敏度、强度进行检测，若合格，则完成所述光学软传感器的生产，若不合格，则重新安装所述发光二极管和所述光接收管的位置，直到所述光学软传感器的灵敏度、强度检测合格为止。
[0017]一种实施例中，在对所述光学软传感器的灵敏度、强度进行检测的过程中，搭配力感知传感器进行参数标定，所述力感知传感器用于对光学软传感器进行受力感知和形变感知。
[0018]依据上述实施例中的光学软传感器的制备方法，在围绕光学特性的基础上，通过利用软材料制作的柔性管，柔性管内空间形成的空气导光腔，并结合柔性管两端分别设置的发光二极管和光接收管，实心光波信号的有效传递。光波通过中空结构状柔性管内形成的空气导光腔实现全反射传递，不用在柔性管的内部再制作对应的纤芯，更不用考虑纤芯和柔性管之间由于光学软传感器发生形变产生的剥离现象所带来的不良影响，因此能有效简化光学软传感器的结构，并且可重复度高、光学软传感器的感知结果相对更准确些。设计的光学软传感器在保障高灵敏度、高抗干扰、自适应的同时，有效简化光学软传感器的结构，降低光学软传感器的制备工艺难度和制备成本，易于实现光学软传感器的批量化生产，使得光学传感能够得到更广泛的发展。
附图说明
[0019]图1为本申请一种实施例中光学软传感器制备方法示意图；
[0020]图2为本申请一种实施例中光学软传感器光波传递原理示意图；
[0021]图3为本申请一种实施例中光学软传感器光波全反射原理示意图；
[0022]图4为本申请一种实施例中光学软传感器结构示意图；
[0023]图5为本申请一种实施例中光学软传感器制备流程顺序框图。
[0024]附图标记说明：10.柔性管、20.空气导光腔、30.发光二极管、40.光接收管、50.反射层、60.注射器。
具体实施方式
[0025]下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申
[0036][0037]其中，θ1为入射角，n1为入射角所在介质对应的折射率(例如本申请的空气导光腔20)，θ2为折射角，n2为折射角所在介质对应的折射率(例如本申请和空气导光腔20相邻且接触的柔性管10)，θc为临界角。
[0038]具体的，发光二极管30和光接收管40均整体安装于柔性管10内，例如采用硅橡胶进行粘接固定。当发光二极管30整体设置于柔性管10内时，发光二极管30产生的光波能够全部进入空气导光腔20形成的光通道，提高光波的利用率。当光接收管40整体设置于柔性管10内时，便于光接收管40尽可能多的接收传递过来的光波，便于后续精准分析光波的信号。在其他实施例中，根据安装固定情况，发光二极管30也可以部分设置于柔性管10的内部，只要能向空气导光腔20内发送光波且光波能传递至光接收管40即可，同理，光接收管40也可以部分设置于柔性管10的内部，只要光接收管40能接收到对应的光波就行。
[0039]在本申请实施例中，柔性管10通过3D打印或开模浇筑来制备，实现低成本批量化生产。柔性管10的材质为热塑性聚氨酯弹性体、聚乙烯、水凝胶以及软硅胶中的任意一种。例如柔性管10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学软传感器的制备方法，其特征在于，包括：制作柔性管，所述柔性管为中空管体结构，所述柔性管内形成空气导光腔；安装发光二极管和光接收管，在所述柔性管两端中的任意一端安装所述发光二极管，在所述柔性管两端中的另一端安装所述光接收管；其中，所述发光二极管用于向所述空气导光腔内发射光波，所述空气导光腔用于将所述发光二极管发出的光波全反射传递至所述光接收管，所述光接收管用于接收并读取所述光波的信息。2.如权利要求1所述的一种光学软传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性管的折射率低于所述空气导光腔的折射率。3.如权利要求1所述的一种光学软传感器的制备方法，其特征在于，所述发光二极管和所述光接收管均整体安装于所述柔性管内。4.如权利要求1所述的一种光学软传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性管通过3D打印或开模浇筑来制备；所述柔性管的材质为热塑性聚氨酯弹性体、聚乙烯、水凝胶以及软硅胶中的任意一种。5.如权利要求1所述的一种光学软传感器的制备方法，其特征在于，还包括制作反射层，在所述柔性管的内壁上固定一层所述反射层，所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：易娟，许嘉豪，王峥，刘思聪，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：