專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)合觸覺(jué)傳感器和傳感器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)合觸覺(jué)傳感器和傳 感器陣列，用于分布式測(cè)量作用于傳感器或傳感器陣列表面的壓力和傳感器表面的溫度。 本發(fā)明特別適用于檢測(cè)易燃、易爆和強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下的觸覺(jué)傳感信息。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，作為一種重要的人機(jī)接口方式， 觸覺(jué)傳感技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，觸覺(jué)是用戶(hù)和設(shè)計(jì)人員與虛擬 環(huán)境中的物體交互、感知虛擬物體表面特性的最重要手段之一；在機(jī)器人領(lǐng)域，通過(guò)觸覺(jué)傳 感器感知接觸物的形狀、表面粗糙度、抖動(dòng)、抓取目標(biāo)物時(shí)的夾持力、滑移和表面溫度等信 息。觸覺(jué)主要包括力觸覺(jué)和溫度觸覺(jué)，性能優(yōu)越的觸覺(jué)傳感器是觸覺(jué)感知技術(shù)的關(guān)鍵。研究人員使用力敏感膜、單晶硅、多品硅、導(dǎo)電橡膠和光纖等材料設(shè)計(jì)出了壓阻 式、壓電式、電容式、光電式、機(jī)械式、超聲式、熱電式和磁致彈性式等多種觸覺(jué)傳感器[郭 天太，秦海霞，麻程健，林亞妮.應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)和機(jī)器人的觸覺(jué)傳感技術(shù)，機(jī)床與液壓， 2008,36(11) ,30-32.]。2002年3月25日，美國(guó)S · C ·舒爾茨等人在中國(guó)申請(qǐng)了柔性電容式觸覺(jué)傳感器 (專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2808165. X)，提供了一種柔性、電容式觸覺(jué)傳感器以及制造眾多這種觸覺(jué) 傳感器的方法，可以檢測(cè)傳感器接觸面的作用力，主要優(yōu)點(diǎn)是具備成本低、輕便和柔韌性等 特點(diǎn)。2003年12月10日，丹麥P·格拉夫森等人在中國(guó)申請(qǐng)了觸覺(jué)傳感器元件和傳感器 陣列(申請(qǐng)專(zhuān)利號(hào)=200380105850. 8)，由彈性體的兩個(gè)彈性面和電極構(gòu)成電容器，通過(guò)檢 測(cè)電容量的變化來(lái)檢測(cè)傳感器或陣列表面所受的作用力，具備靈敏度高、體積小、和成本低 等優(yōu)點(diǎn)。東南大學(xué)設(shè)計(jì)了壓阻式16X16觸覺(jué)敏感陣列，重慶大學(xué)開(kāi)展了基干導(dǎo)電橡膠的觸 覺(jué)傳感陣列的研究[王東升.基干導(dǎo)電橡膠的觸覺(jué)傳感陣列及其標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的研究，碩士學(xué) 位論文，重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，2009.]。以上觸覺(jué)傳感器都是電容式或壓阻式的傳感器， 不能穩(wěn)定的工作在易燃、易爆和強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下，并且只能檢測(cè)接觸面的作用力， 不能檢測(cè)接觸物的溫度。2006年12月13日，韓國(guó)韓東均等人在中國(guó)申請(qǐng)了涉及一種背光裝置的觸覺(jué)傳感 器(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?200610166959. 8)，由光源、導(dǎo)光板和電極等組成，通過(guò)檢測(cè)觸覺(jué)傳感器在 導(dǎo)光板上、下表面形成的電極圖形來(lái)檢測(cè)接觸物的位置、大小和形狀，不能檢測(cè)接觸物的作 用力和溫度。2005年3月3日，日本人館障等人在中國(guó)申請(qǐng)了光學(xué)式觸覺(jué)傳感器(專(zhuān)利號(hào) 200580000909. 6)，理想是涉及在比較大的區(qū)域內(nèi)求得力的施加方法所使用的觸覺(jué)傳感器， 傳感器具備觸覺(jué)部和攝影設(shè)備，在物體接觸彈性體的觸覺(jué)面時(shí)通過(guò)攝影設(shè)備對(duì)該有色標(biāo)志 的動(dòng)作進(jìn)行攝影并取得標(biāo)志圖像，使用從該標(biāo)志圖像得到的關(guān)于標(biāo)志動(dòng)作的信息來(lái)求加在 該觸覺(jué)面上的力，檢測(cè)手段復(fù)雜。2008年5月30日，日本堀本啟一等人在中國(guó)申請(qǐng)了光學(xué) 式傳感器(申請(qǐng)專(zhuān)利號(hào)=200810098389. 2)，傳感器具有光源、傳感部和反射面，反射面與光 纖端面之間的相對(duì)距離隨壓力或溫度等物理量的變化而變化，通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)度的變化來(lái)檢測(cè)壓力或溫度等物理量。以上三種光學(xué)式傳感觸覺(jué)傳感器，都可工作在易燃、易爆和強(qiáng)電磁 干擾的環(huán)境，但是都對(duì)光源有很高的要求，特別是要求光強(qiáng)穩(wěn)定，光源強(qiáng)度的波動(dòng)對(duì)力或溫 度等物理信號(hào)的檢測(cè)有很大的影響，并且不能靈活的組建大規(guī)模的分布式測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。所以，有必要設(shè)計(jì)出能長(zhǎng)期工作在惡劣環(huán)境下的新型復(fù)合觸覺(jué)傳感器和傳感器陣 列，要求能夠工作在易燃、易爆、強(qiáng)電磁干擾等領(lǐng)域，并且易構(gòu)建分布式測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)接 觸物的溫度與壓力同步傳感。光纖布拉格光柵具有體積小、重量輕、抗腐蝕、可集成、抗電磁干擾，并且通過(guò)光波 長(zhǎng)信號(hào)傳感，能工作在易燃、易爆領(lǐng)域。多個(gè)光柵可以都寫(xiě)入到一根光纖上，光纖布拉格光 柵能夠?qū)崿F(xiàn)傳感信息波長(zhǎng)編碼，可利用多路復(fù)用技術(shù)對(duì)光柵編址，使FBG傳感器具備分布 式傳感測(cè)量的能力。FBG對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)敏感，當(dāng)FBG的溫度變化(無(wú)應(yīng)變)時(shí)，F(xiàn)BG反 射的布拉格中心波長(zhǎng)與溫度的變化有良好的線(xiàn)性關(guān)系；只有應(yīng)變作用時(shí)(溫度恒定)，F(xiàn)BG 反射的布拉格中心波長(zhǎng)與應(yīng)變有良好的線(xiàn)性關(guān)系。所以，F(xiàn)BG是設(shè)計(jì)新型復(fù)合觸覺(jué)傳感器 和傳感器陣列的優(yōu)選敏感元件，這種傳感器和傳感器陣列能長(zhǎng)期工作在易燃、易爆、潮濕和 強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下，并且易構(gòu)建分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)接觸物的溫度與壓力同步 傳感。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于光纖布拉格光柵(FBG，F(xiàn)iber Bragg Grating)，設(shè)計(jì)出能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作在惡劣環(huán)境下、易構(gòu)建分布式傳感網(wǎng)絡(luò)的新型復(fù) 合觸覺(jué)傳感器和傳感器陣列。技術(shù)方案本發(fā)明的一種能同時(shí)檢測(cè)壓力與溫度的復(fù)合觸覺(jué)傳感器包括金屬結(jié)構(gòu) 的橋式彈性梁、第一光纖布拉格光柵、第二光纖布拉格光柵、第一單模光纖、第二單模光纖、 第一光纖耦合器、第二光纖耦合器和第三光纖耦合器；其中，金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性梁、第一 光纖布拉格光柵、第二光纖布拉格光柵、第一單模光纖和第二單模光纖組成復(fù)合觸覺(jué)傳感 單元，第一光纖布拉格光柵、第二光纖布拉格光柵交叉設(shè)置在橋式彈性梁的中間，第一光纖 布拉格光柵通過(guò)第一單模光纖接第一光纖耦合器，第二光纖布拉格光柵通過(guò)第二單模光纖 接第三光纖耦合器，第一光纖耦合器、第三光纖耦合器通過(guò)光纖耦合到第二光纖耦合器。所述的金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性梁的材料為彈性薄鋼片，梁面厚度小于0. 5mm，在梁的 下表面橫向?qū)ΨQ(chēng)軸處有一條深0. 15mm的橫向光滑細(xì)槽，在梁的下表面縱向?qū)ΨQ(chēng)軸處有一 條深0. 3mm的縱向光滑細(xì)槽。所述的第一光纖布拉格光柵和第二光纖布拉格光柵是全同光柵，同一外界條件 下，兩個(gè)布拉格光柵反射的光譜的中心波長(zhǎng)、光柵的周期和纖芯的有效折射率完全相同，兩 個(gè)光纖布拉格光柵的布拉格波長(zhǎng)分布在1310nm或1550nm工作窗口。所述的第一光纖布拉格光柵用環(huán)氧樹(shù)脂粘緊密貼于橫向光滑細(xì)槽中，粘貼好后環(huán) 氧樹(shù)脂內(nèi)無(wú)氣泡，第一光纖布拉格光柵處于微拉伸狀態(tài)；第二光纖布拉格光柵用環(huán)氧樹(shù)脂 粘緊密貼于縱向光滑細(xì)槽中，粘貼好后環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)無(wú)氣泡，第二光纖布拉格光柵處于微拉 伸狀態(tài)。在所述的第一光纖耦合器和第二光纖耦合器中，第一光纖耦合器第一端口與第二 光纖耦合器第一端口焊接在一起，在所述的第三光纖耦合器和第二光纖耦合器中，第三光
4纖耦合器第一端口與第二光纖耦合器第二端口焊接在一起。在所述的第一光纖耦合器和第二光纖耦合器中，第一光纖耦合器第二端口與單模 光纖焊接在一起，第三光纖耦合器第四端口與單模光纖接在一起。復(fù)合觸覺(jué)傳感單元組成能同時(shí)檢測(cè)壓力與溫度的復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，傳感單元 按照不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成二種復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，傳感單元的個(gè)數(shù)根據(jù)不同的需求進(jìn)行 擴(kuò)展；所有粘貼于彈性梁下表面橫向細(xì)槽中的光纖布拉格光柵分布在一根單模光纖上，所 有粘貼于彈性梁下表面縱向細(xì)槽中的光纖布拉格光柵分布在另一根單模光纖上，分布在同 一根光纖上的光纖布拉格光柵傳感中心波長(zhǎng)各不相同，工作過(guò)程中光纖布拉格光柵反射的 窄帶光譜互不重疊。粘貼在傳感器陣列上的光纖布拉格光柵的布拉格中心波長(zhǎng)同時(shí)分布在1310nm或 1550nm的工作窗口，并且按照光纖的走向，同一根光纖上的光柵的布拉格中心波長(zhǎng)依次遞 增或遞減，在工作過(guò)程中各光柵反射的窄帶光譜不能重疊。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明能夠?qū)囟扔|覺(jué)和力觸覺(jué)同步傳感，是一種力/溫度復(fù)合觸覺(jué)傳感器或 傳感器陣列，并且基于雙參量矩陣運(yùn)算法，能夠消除FBG對(duì)溫度和應(yīng)變交叉敏感的影響，實(shí) 現(xiàn)傳感器表面接觸壓力和溫度的同步測(cè)量。2.本發(fā)明能長(zhǎng)期工作在潮濕、易燃、易爆和強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境，并且具有測(cè)量 精度高、響應(yīng)時(shí)間短和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。3.本發(fā)明易構(gòu)建分布式復(fù)合觸覺(jué)傳感網(wǎng)絡(luò)。


圖1復(fù)合觸覺(jué)傳感器結(jié)構(gòu)圖，圖2復(fù)合觸覺(jué)傳感單元結(jié)構(gòu)圖，圖3復(fù)合觸覺(jué)傳感單元示意圖，圖4 一維復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列示意圖，圖5 4X4復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列示意圖，圖6 4X4復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列的應(yīng)用方案框圖。圖中有1_金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性梁；2-第一光纖布拉格光柵；3-第二光纖布拉格 光柵；4_第一單模光纖；5-第二單模光纖；6-第一光纖耦合器；7-第二光纖耦合器；8-第 三光纖耦合器；9-深0. 15mm的光滑細(xì)槽；10-深0. 3mm的光滑細(xì)槽；11_第一光纖耦合器第 一端口 ； 12-第一光纖耦合器第二端口 ； 13-第二光纖耦合器第一端口 ； 14-第三光纖耦合 器第一端口 ； 15-第二光纖耦合器第二端口 ； 16-第三光纖耦合器第四端口 ； 17-復(fù)合觸覺(jué) 傳感單元；18-固定孔；19-固定孔；20到23-光纖耦合器的其它端口 ；24到28-復(fù)合觸覺(jué) 傳感單元；29-4X4個(gè)復(fù)合觸覺(jué)傳感單元陣列。
具體實(shí)施例方式一種復(fù)合觸覺(jué)傳感器，傳感器包括金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性梁、2個(gè)光纖布拉格光柵、 單模光纖和3個(gè)2 X 2光纖耦合器組成，其中橋式彈性梁和2個(gè)光纖布拉格光柵組成一個(gè)復(fù) 合觸覺(jué)傳感單元。所述的FBG是全同光柵，同一外界條件下，兩個(gè)布拉格光柵反射的光譜的
5中心波長(zhǎng)、光柵的周期和纖芯的有效折射率完全相同，兩個(gè)光纖布拉格光柵的布拉格波長(zhǎng) 分布在1310nm或1550nm工作窗口 ；其中一個(gè)FBG用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于彈性梁下表面的橫向 光滑細(xì)槽中；另一個(gè)FBG用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于彈性梁下表面的縱向光滑細(xì)槽中。當(dāng)有作用力 作用在傳感器表面上，粘貼于彈性梁下表面的橫向光滑細(xì)槽中的FBG產(chǎn)生一個(gè)橫向應(yīng)變， 這個(gè)FBG對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)敏感；粘貼于彈性梁下表面的縱向光滑細(xì)槽中的FBG不產(chǎn)生應(yīng) 變，這個(gè)FBG只對(duì)溫度敏感；基于雙參量矩陣運(yùn)算法，消除FBG對(duì)溫度和應(yīng)變的交叉敏感的 影響，實(shí)現(xiàn)傳感器表面接觸壓力和溫度的同步測(cè)量。一種復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，該傳感器陣列是由上述的復(fù)合傳感單元組成的一維復(fù) 合觸覺(jué)傳感陣列，傳感單元的個(gè)數(shù)可根據(jù)不同的需要來(lái)決定；所有粘貼于彈性梁下表面橫 向細(xì)槽中的FBG分布在一根單模光纖上；所有粘貼于彈性梁下表面縱向細(xì)槽中的FBG分布 在另一根單模光纖上；粘貼在傳感器陣列上的FBG的布拉格中心波長(zhǎng)同時(shí)分布在1310nm或 1550nm的工作窗口，并且按照光纖的走向，同一根光纖上的FBG的布拉格中心波長(zhǎng)依次遞 增或遞減，在工作過(guò)程中各光柵反射的窄帶光譜不能重疊。另一種復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，該傳感器陣列是由上述的復(fù)合傳感單元組成4X4 的復(fù)合觸覺(jué)傳感陣列，但傳感單元的個(gè)數(shù)不局限于4X4，可根據(jù)不同的需要來(lái)決定，所有粘 貼于彈性梁下表面橫向細(xì)槽中的FBG分布在一根單模光纖上；所有粘貼于彈性梁下表面縱 向細(xì)槽中的FBG分布在另一根單模光纖上；粘貼在傳感器陣列上的FBG的布拉格中心波長(zhǎng) 同時(shí)分布在1310nm或1550nm的工作窗口，并且按照光纖的走向，同一根光纖上的FBG的布 拉格中心波長(zhǎng)依次遞增或遞減，在工作過(guò)程中各光柵反射的窄帶光譜不能重疊。本發(fā)明涉及的一種復(fù)合觸覺(jué)傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示，傳感器由金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈 性梁1、光纖布拉格光柵2、光纖布拉格光柵3、單模光纖4、單模光纖5、2X2光纖耦合器6、 2X2光纖耦合器7和2X2光纖耦合器8組成。金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性梁1、光纖布拉格光柵 2、光纖布拉格光柵3、單模光纖4和單模光纖5組成一個(gè)復(fù)合觸覺(jué)傳感單元，復(fù)合觸覺(jué)傳感 單元17結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，復(fù)合觸覺(jué)傳感單元示意圖如圖3所示。所述的FBG是全同光 柵，同一外界條件下，兩個(gè)FBG反射光譜的中心波長(zhǎng)、光柵的周期和纖芯的有效折射率等對(duì) 應(yīng)的參數(shù)完全相同，兩個(gè)FBG的布拉格波長(zhǎng)分布在13IOnm或1550nm工作窗口 ；其中一個(gè)光 纖布拉格光柵2用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于彈性梁下表面的橫向光滑細(xì)槽9中；另一個(gè)光纖布拉格 光柵用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于彈性梁下表面的縱向光滑細(xì)槽10中；光纖耦合器6的端口 13與光 纖耦合器7的端口 11通過(guò)光纖焊接機(jī)焊接在一起，光纖耦合器8的端口 14與光纖耦合器 7的端口 15通過(guò)光纖焊接機(jī)焊接在一起；光纖耦合器6的端口 12與單模光纖4通過(guò)光纖 焊接機(jī)焊接在一起，光纖耦合器8的端口 16與單模光纖5通過(guò)光纖焊接機(jī)焊接在一起。當(dāng) 有作用力作用在傳感器表面上，光纖布拉格光柵2產(chǎn)生一個(gè)橫向應(yīng)變，這個(gè)光纖布拉格光 柵對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)敏感；光纖布拉格光柵3不產(chǎn)生應(yīng)變，這個(gè)FBG只對(duì)溫度敏感；基于雙 參量矩陣運(yùn)算法，消除FBG對(duì)溫度和應(yīng)變交叉敏感的影響，實(shí)現(xiàn)傳感器表面接觸壓力和溫 度的同步測(cè)量。本發(fā)明涉及的一維復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列如圖4所示，該傳感器陣列是由上述的復(fù) 合觸覺(jué)傳感單元組成的一維復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，復(fù)合觸覺(jué)傳感單元的個(gè)數(shù)可根據(jù)不同的 需要來(lái)決定；所有粘貼于彈性梁下表面橫向細(xì)槽中的FBG分布在一根單模光纖上；所有粘 貼于彈性梁下表面縱向細(xì)槽中的FBG分布在另一根單模光纖上；粘貼在傳感器陣列上的FBG的布拉格中心波長(zhǎng)同時(shí)分布在1310nm或1550nm的工作窗口，并且按照光纖的走向，同 一根光纖上的FBG的布拉格中心波長(zhǎng)依次遞增或遞減，在工作過(guò)程中TOG反射的窄帶光譜 不能重疊；不同的傳感單元可以根據(jù)FBG的布拉格波長(zhǎng)進(jìn)行編碼。本發(fā)明涉及的4X4的復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列如圖5所示，該傳感器陣列是由上述的 復(fù)合觸覺(jué)傳感單元組成4X4的復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，但傳感單元的個(gè)數(shù)不局限于4X4個(gè)， 可根據(jù)不同的需要來(lái)決定，所有粘貼于彈性梁下表面橫向細(xì)槽中的FBG分布在一根單模光 纖上；所有粘貼于彈性梁下表面縱向細(xì)槽中的FBG分布在另一根單模光纖上；粘貼在傳感 器陣列上的FBG的布拉格中心波長(zhǎng)同時(shí)分布在1310nm或1550nm的工作窗口，并且按照光 纖的走向，同一根光纖上的FBG的布拉格中心波長(zhǎng)依次遞增或遞減，在工作過(guò)程中FBG反射 的窄帶光譜不能重疊；不同的傳感單元可以根據(jù)FBG的布拉格波長(zhǎng)進(jìn)行編碼。實(shí)施例1本發(fā)明涉及的復(fù)合觸覺(jué)傳感器或復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，在實(shí)際應(yīng)用中的檢測(cè)方案 可以參考4X4的復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列的檢測(cè)方案，如圖6所示。中心波長(zhǎng)為1310nm或 1550nm的寬帶光源(帶寬為50nm)連接光纖耦合器7的端口 20，寬帶光入射傳感器陣列 中的所有布拉格光柵，所有布拉格光柵的反射光從光纖耦合器6的端口 22和光纖耦合器8 的端口 23出射，多通道波長(zhǎng)解調(diào)器接收布拉格光柵的反射光，波長(zhǎng)解調(diào)器實(shí)時(shí)解調(diào)出粘貼 在復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列上的所有光纖布拉格光柵的波長(zhǎng)，基于雙參量矩陣運(yùn)算法，消除FBG 對(duì)溫度和應(yīng)變交叉敏感的影響，實(shí)現(xiàn)傳感器陣列表面接觸壓力和溫度的同步測(cè)量。
權(quán)利要求
一種復(fù)合觸覺(jué)傳感器，其特征在于該復(fù)合觸覺(jué)傳感器包括金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性梁(1)、第一光纖布拉格光柵(2)、第二光纖布拉格光柵(3)、第一單模光纖(4)、第二單模光纖(5)、第一光纖耦合器(6)、第二光纖耦合器(7)和第三光纖耦合器(8)；其中，金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性梁(1)、第一光纖布拉格光柵(2)、第二光纖布拉格光柵(3)、第一單模光纖(4)和第二單模光纖(5)組成復(fù)合觸覺(jué)傳感單元(17)，第一光纖布拉格光柵(2)、第二光纖布拉格光柵(3)交叉設(shè)置在橋式彈性梁(1)的中間，第一光纖布拉格光柵(2)通過(guò)第一單模光纖(4)接第一光纖耦合器(6)，第二光纖布拉格光柵(3)通過(guò)第二單模光纖(5)接第三光纖耦合器(8)，第一光纖耦合器(6)、第三光纖耦合器(8)通過(guò)光纖耦合到第二光纖耦合器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合觸覺(jué)傳感器，其特征在于所述的金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性 梁(1)的材料為彈性薄鋼片，梁面厚度小于0.5mm，在梁的下表面橫向?qū)ΨQ(chēng)軸處有一條深 0. 15mm的橫向光滑細(xì)槽(9)，在梁的下表面縱向?qū)ΨQ(chēng)軸處有一條深0. 3mm的縱向光滑細(xì)槽 (10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合觸覺(jué)傳感器，其特征在于所述的第一光纖布拉格光柵(2)和第二光纖布拉格光柵(3)是全同光柵，同一外界條件下，兩個(gè)布拉格光柵反射的光譜 的中心波長(zhǎng)、光柵的周期和纖芯的有效折射率完全相同，兩個(gè)光纖布拉格光柵的布拉格波 長(zhǎng)分布在1310nm或1550nm工作窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合觸覺(jué)傳感器，其特征在于所述的第一光纖布拉格光柵 (2)用環(huán)氧樹(shù)脂粘緊密貼于橫向光滑細(xì)槽(9)中，粘貼好后環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)無(wú)氣泡，第一光纖布 拉格光柵(2)處于微拉伸狀態(tài)；第二光纖布拉格光柵(3)用環(huán)氧樹(shù)脂粘緊密貼于縱向光滑 細(xì)槽(10)中，粘貼好后環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)無(wú)氣泡，第二光纖布拉格光柵(3)處于微拉伸狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合觸覺(jué)傳感器，其特征在于在所述的第一光纖耦合器(6) 和第二光纖耦合器(7)中，第一光纖耦合器第一端口(13)與第二光纖耦合器第一端口(11) 焊接在一起，在所述的第三光纖耦合器(8)和第二光纖耦合器(7)中，第三光纖耦合器第一 端口(14)與第二光纖耦合器第二端口(15)焊接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合觸覺(jué)傳感器，其特征在于在所述的第一光纖耦合器(6) 和第二光纖耦合器(7)中，第一光纖耦合器第二端口(12)與單模光纖(4)焊接在一起，第 三光纖耦合器第四端口(16)與單模光纖(5)接在一起。
7.—種如權(quán)利要求1所述的復(fù)合觸覺(jué)傳感器組成的傳感器陣列，其特征在于復(fù)合觸覺(jué) 傳感單元(17)組成能同時(shí)檢測(cè)壓力與溫度的復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，傳感單元按照不同的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成二種復(fù)合觸覺(jué)傳感器陣列，傳感單元的個(gè)數(shù)根據(jù)不同的需求進(jìn)行擴(kuò)展；所有 粘貼于彈性梁下表面橫向細(xì)槽中的光纖布拉格光柵分布在一根單模光纖上，所有粘貼于彈 性梁下表面縱向細(xì)槽中的光纖布拉格光柵分布在另一根單模光纖上，分布在同一根光纖上 的光纖布拉格光柵傳感中心波長(zhǎng)各不相同，工作過(guò)程中光纖布拉格光柵反射的窄帶光譜互 不重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合觸覺(jué)傳感器的傳感器陣列，其特征在于粘貼在傳感器陣 列上的光纖布拉格光柵的布拉格中心波長(zhǎng)同時(shí)分布在1310nm或1550nm的工作窗口，并且 按照光纖的走向，同一根光纖上的光柵的布拉格中心波長(zhǎng)依次遞增或遞減，在工作過(guò)程中 各光柵反射的窄帶光譜不能重疊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種能同時(shí)檢測(cè)壓力與溫度的復(fù)合觸覺(jué)傳感器和傳感器陣列，該復(fù)合觸覺(jué)傳感器的金屬結(jié)構(gòu)的橋式彈性梁(1)、第一光纖布拉格光柵(2)、第二光纖布拉格光柵(3)、第一單模光纖(4)和第二單模光纖(5)組成復(fù)合觸覺(jué)傳感單元(17)，第一光纖布拉格光柵(2)、第二光纖布拉格光柵(3)交叉設(shè)置在橋式彈性梁(1)的中間，第一光纖布拉格光柵(2)通過(guò)第一單模光纖(4)接第一光纖耦合器(6)，第二光纖布拉格光柵(3)通過(guò)第二單模光纖(5)接第三光纖耦合器(8)，第一光纖耦合器(6)、第三光纖耦合器(8)通過(guò)光纖耦合到第二光纖耦合器(7)。本發(fā)明分辨率高、重復(fù)性好、響應(yīng)時(shí)間短，可以工作在潮濕、易燃、易爆和強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境。
文檔編號(hào)G01L1/24GK101982744SQ20101029031
公開(kāi)日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者吳劍進(jìn), 吳劍鋒, 周連杰, 李建清, 柏俊杰, 王豐華, 陳從顏 申請(qǐng)人:東南大學(xué);重慶科技學(xué)院