[發明專利]一種基于光纖光柵的仿生觸須裝置

在審

• 申請號: 201711226609.0
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108036803A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 楊韜略;王省哲
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 高玉濱

一種基于光纖光柵的仿生觸須裝置，包括相交且在水平面內的投影互相垂直的x軸光纖與y軸光纖、設置在x軸光纖與y軸光纖的交點處的連接件、豎直設置并穿過連接件的觸須桿、設置在觸須桿底部用于支撐觸須桿的彈簧部，在x軸光纖上并位于連接件的兩側分別設置有預應力施加部，在y軸光纖上并位于連接件的兩側分別設置有預應力施加部，各預應力施加部均位于同一水平面內且與連接件的距離相同，連接件位于預應力施加部所在的水平面的上方，x軸光纖及y軸光纖上還設置有光纖光柵，光纖光柵位于預應力施加部與連接件之間。本發明的仿生觸須裝置結構簡單小巧，能夠實現在極端環境下工作，而且能夠實現陣列測量。

技術領域

本發明涉及仿生觸須裝置，具體涉及一種基于光纖光柵的仿生觸須裝置。

背景技術

觸須是海豹、海獅等海洋哺乳動物感應水中渦流的重要器官，能夠幫助它們準確的確認魚類在水中的游動產生的尾流，從而有效追蹤和判斷獵物的狀態。貓科動物、鼠類、昆蟲等陸生動物具有十分敏感的觸須、觸角或毛發結構，能夠感知空氣的流向和強度，或在黑暗中感知周圍空間環境。進化而來的這一器官給這類動物帶來了強大的生命力，在幾億年的優勝劣汰演化史中扮演著重要的角色。

如今科技迅猛發展，機器人行業正經歷著前所未有的大發展大繁榮時代，各種奇思妙想通過科研所人員的努力，正在不斷賦予機器人更多新的內容，使其更加智能強大。學習動物朋友的完美功能，是人類獲得更大能力重要途徑。諸如雷達、超聲探測、鯊魚皮、蟻穴通風系統等等，給人類帶來巨大的技術進步。機器人作為將人類從重復繁重體力勞動中解放出來的新工具，早已成為世界各國爭相搶奪的科技高地。

作為機器人，應當具備全方位準確的采集數據功能，高效、完善的處理數據功能，以及快速有效的輸出功能。外部信號的采集作為這一環節的開始，是其中最為難以控制的部分，采集系統受環境、儀器、采集手段的制約，常常與真實量有較大偏差，如何有效的完成信號采集，是整個系統完美運作的前提。所以很有必要借鑒動物在這方面的優勢，更多的研究高效的采集方式和手段。

將動物的觸須結構與機器人結合無疑將帶來機器人技術的大提升。作為環境參數的一種探測方法，觸須不僅可以感知空間尺度，亦可感知空間流體的作用。其一大特點就是既能夠有取向性的探測數據，也能夠實現某一區域的場探測。能夠實現單點測量和多點陣列測量。

光纖光柵從1978年問世以來，取得了巨大的飛躍，隨著光柵寫入技術的不斷改進和優化，其價格大大降低，周期大大縮短、性能大大提高。與傳統傳感器相比，光纖光柵的測量是無源信號測量，傳感器本身既是信號傳輸元件，也是信號感知元件，十分小巧，最大傳輸距離能夠達到幾十公里，信號損失小，電磁免疫強。可以實現準分布式寫入，即在單根光纖上寫入多個反射波長不同的光柵段，利于實現陣列測量。

在普通商用光纖的某一區域(長度約2-10mm)上周期性地改變纖芯的折射率，通過光纖內的布拉格衍射效應使特定波長的光受到強烈的反射。特定的光柵周期和有效折射率只對帶寬很窄的一部分光波具有強烈的反射作用，而對其他波段的光波反射作用很微弱。通入寬帶光波后，特定波長的光受到反射返回入射端，通過分光器導入探測器中，識別出這部分反射光的波長和相應的強度，通過識別出反射能量最大的光波對應的波長，可得到相應的測量物理量。

目前的仿觸須傳感器大多是基于應變電測法和激光測位移法實現。由于這些測量元件和彈性元件無法有效的實現小型化，分辨率難提高，結構臃腫，所以難以實現多點陣列測量。更為關鍵的是，機器人往往需要在極端環境下工作，如核反應堆、外太空、高溫管道等，強電磁場以及大的溫度波動對電測法都將帶來巨大的干擾。傳統電測法這些不能克服的缺陷將限制以電為信號載體的測量方法。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種基于光纖光柵的仿生觸須裝置，將光纖光柵與仿生觸須結合在一起；