一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器及系统。柔性多轴力传感器中，衬底作为基底，弹性体薄膜布置在衬底上；锥形光纤的U形微纳光纤区域作为光学敏感部并被封装在弹性体薄膜中；弹性体薄膜上设置有凸台，凸台顶点的正投影点位于锥形光纤的对称轴上；凸台作为受力触点，将外界对其施加的力传递给弹性体薄膜和锥形光纤，使锥形光纤的光学敏感部产生形变和时间分辨的光学透过率变化。本发明专利技术提出的柔性多轴力传感器能实现对包括法向力和横向剪切力在内的多轴力的感知和测量，具有灵敏度高、响应速度快、重复性好、过载容忍度高等优点，在智能机器人、可穿戴设备以及人机交互等领域具有应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤传感的一种多轴力传感器及系统，尤其是涉及了一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器及系统。

技术介绍

1、在包括机器人技术、医疗设备、触觉传感、智能制造以及智能装备等诸多行业和研究领域，具有多轴力感知能力的传感器是不可或缺的组成部分。多轴力传感器能够精确地感知和测量作用在多个方向上的力，对于实现物体的精确识别与操控至关重要，为复杂应用提供了必要的反馈和控制基础。传统的多轴力传感器通常基于应变片、压电材料或者电容等电学原理，尽管这些多轴力传感器在灵敏度和成本效益上表现出色，但它们也存在诸如易受环境因素干扰、柔顺适应性较差、体积庞大、难以集成等缺点，且在曲面应用场景和微型化应用方面存在阻碍。

2、随着柔性电子和柔性光波导技术的快速发展，柔性多轴力传感器成为研究热点。这类传感器由于具备良好的机械柔韧性和适应性，能够更加容易地集成到软体机器人、可穿戴设备以及人体工程学等应用中。常见的技术路径包括基于柔性电子学原理的平面传感阵列、立体交错式结构以及多种互锁结构（如：金字塔结构、半球形结构、交叉层压结构）等。这些结构将力矢量正交分解，以及利用力本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器，其特征在于，包括衬底（1）、弹性体薄膜（2）和锥形光纤（3），弹性体薄膜（2）布置在衬底（1）上，每条锥形光纤（3）中部的微纳光纤为U形，U形的微纳光纤作为光学敏感部并且光学敏感部被封装于弹性体薄膜（2）内，U形的微纳光纤为轴对称结构，弹性体薄膜（2）上设置有凸台（4），凸台（4）顶点的正投影点位于U形的微纳光纤的对称轴上。

2.根据权利要求1所述的一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器，其特征在于，所述锥形光纤（3）为一条时，凸台（4）的正投影面与U形的微纳光纤不重叠、部分重叠或者凸台（4）的正投影面完全覆盖U形的微纳光纤。

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【技术特征摘要】

1.一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器，其特征在于，包括衬底（1）、弹性体薄膜（2）和锥形光纤（3），弹性体薄膜（2）布置在衬底（1）上，每条锥形光纤（3）中部的微纳光纤为u形，u形的微纳光纤作为光学敏感部并且光学敏感部被封装于弹性体薄膜（2）内，u形的微纳光纤为轴对称结构，弹性体薄膜（2）上设置有凸台（4），凸台（4）顶点的正投影点位于u形的微纳光纤的对称轴上。

2.根据权利要求1所述的一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器，其特征在于，所述锥形光纤（3）为一条时，凸台（4）的正投影面与u形的微纳光纤不重叠、部分重叠或者凸台（4）的正投影面完全覆盖u形的微纳光纤。

3.根据权利要求1所述的一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器，其特征在于，所述锥形光纤（3）为多条时，多条锥形光纤（3）沿圆周间隔布置，多条锥形光纤（3）对应u形的微纳光纤的对称轴相交于一个点并记为参考点，凸台顶点的正投影点与参考点重合。

4.根据权利要求1所述的一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器，其特征在于，所述弹性体薄膜（2）的折射率低于所述锥形光纤（3）的折射率；所述衬底（1）的杨氏模量高于所述弹性体薄膜（2）的杨氏模量。

5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宇，潘婧，蔡大卫，方胡彪，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：