[發明專利]對柔性結構的實時表面形狀感測

在審

• 申請號: 201910552110.1
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110633486A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 郭嘉威;倫天樂;何迪朗;王奎;李杰衡;黃建業
• 申請（專利權）人: 香港大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N20/00
• 代理公司: 11105 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 鄒宗亮

1.一種表面形狀傳感器，包括：

柔性彈性體基板，其在不同方向上是可拉伸的；

嵌入所述基板中的至少一個單芯光纖，所述光纖沿著所述光纖的長度具有一系列至少兩個位于預先確定位置處的光纖布拉格光柵(FBG)；

其中所述光纖適配于在所述光纖的一個端部處從光源接收入射光譜，由此所述光纖的每個光柵具有反射不滿足布拉格條件的光譜的特定波長的折射率調制，而其余的光譜會通過所述光纖，并且所述FBG的折射率由于所述基板的偏轉隨基板上的應變而改變；以及

其中所述基板的表面形狀能夠通過以下來重建：分析反射的光譜以提取由在所述光纖中的FBG傳感器的唯一變形圖案所生成的數據，以及由非線性回歸方法分析所述數據。

2.根據權利要求1所述的表面形狀傳感器，其中通過也就是有限元建模(FEM)的數值分析，在制造之前能夠為每個表面定制諸如基板厚度和傳感器布局的設計參數。

3.根據權利要求1所述的表面形狀傳感器，所述光纖在所述基板中兩次盤繞成圓形形狀，一次在上表面，一次在下表面，以及所述光纖從所述中間平面偏移并且所述基板具有適當的厚度以便于辨別變形圖案。

4.根據權利要求1所述的表面形狀傳感器，其中所述光纖是基于二氧化硅的光纖。

5.根據權利要求1所述的表面形狀傳感器，其中所述光纖是基于聚合物的光纖。

6.根據權利要求1所述的表面形狀傳感器，其中所述基板由硅酮橡膠制成并具有平坦形狀。

7.根據權利要求1所述的表面形狀傳感器，其中FBG的系列包含與用于感測所述基板變形的其他FBG間隔開的溫度補償的FBG。

8.一種表面形狀確定系統，包括：

如權利要求1所述的表面形狀傳感器；

光源，在所述光纖的一個端部處生成入射光譜；

詢問器，捕獲所述光的反射波長并從其擷取信號信息；以及

處理器，接收所述詢問器的輸出并對所述信息進行非線性回歸分析以實時地重建表面形態。

9.根據權利要求8的表面形狀確定系統，所述系統還包含環形器，其中將來自所述光源的光被施加到所述環形器并由所述環形器遞送到所述光纖，來自所述光纖的反射的光被施加到所述環形器并遞送到所述詢問器。

10.根據權利要求8的表面形狀確定系統，其中所述傳感器基板結合到物體的表面，使得確定所述物體的表面。

11.根據權利要求8的表面形狀確定系統，其中所述物體是軟機器人的部分。

12.根據權利要求1所述的傳感器，其中所述結構包括：i)頂部薄硅酮保護層，ii)第一FBG層、iii)硅酮板，iv)第二FBG層，以及v)底部薄硅酮保護層。

13.根據權利要求8的系統，其中所述光源生成具有從1500到1595nm的波長的寬頻帶可見光。

14.根據權利要求1所述的表面形狀傳感器，其中較大感測面積能夠通過在所述光纖中增加FBG的數目和/或通過在相同基板中包含附加的單芯光纖來獲得。

15.根據權利要求13的表面形狀確定系統，其中所述非線性回歸方法是神經網絡。