[發明專利]光纖觸覺傳感陣列及方法、信號解調光路及方法

有效

• 申請號: 202011070090.3
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112179552B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 韋樸;魏峘;許恒飛
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G01L5/22
• 分類號: G01L5/22;G01L1/24;G01D5/353
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種光纖觸覺傳感陣列，其特征在于，包括串行布置在光纖上的若干個光纖熔融耦合區；每個所述光纖熔融耦合區均連接有觸覺光傳感探頭；所述觸覺光傳感探頭包括彈性外殼、微型遮光板、透鏡和微型彈簧；所述微型遮光板的上端與彈性外殼粘連，下端與微型彈簧連接；所述透鏡設置在微型遮光板的一側；所述微型遮光板面向透鏡的一側蒸鍍有反射膜；所述透鏡與光纖熔融耦合區的光端口連接；每個觸覺光傳感探頭的微型遮光板上的反射膜的反射波長各不相同。

2.一種觸覺傳感方法，其特征在于，所述方法通過光纖觸覺傳感陣列實現；所述光纖觸覺傳感陣列包括串行布置在光纖上的若干個光纖熔融耦合區；每個所述光纖熔融耦合區均連接有觸覺光傳感探頭；所述觸覺光傳感探頭包括彈性外殼、微型遮光板、透鏡和微型彈簧；所述微型遮光板的上端與彈性外殼粘連，下端與微型彈簧連接；所述透鏡設置在微型遮光板的一側；所述微型遮光板面向透鏡的一側蒸鍍有反射膜；所述透鏡與光纖熔融耦合區的光端口連接；每個觸覺光傳感探頭的微型遮光板上的反射膜的反射波長各不相同；

所述方法包括以下步驟：

將光波從光纖輸入，由光纖熔融耦合區將進入光纖的光波一分為二，分別從光纖熔融耦合區輸出至觸覺光傳感探頭和下一個光纖熔融耦合區；

通過透鏡對進入觸覺光傳感探頭的光波進行準直，射向微型遮光板；

由微型遮光板將光波反射，形成反射光波；

檢測外界應力作用于彈性外殼時反射光波的強度變化，實現觸覺感知。

3.根據權利要求2所述的一種觸覺傳感方法，其特征在于，所述反射光波的強度計算公式為：

，

其中，為反射光波的強度，??是光纖器件損耗，P₀是入射光波功率，函數K是反射膜的能量反射效率，L為微型遮光板的位移長度，λ為入射光波的波長。

4.一種光纖觸覺傳感陣列的信號解調光路，其特征在于，包括處理器、光源、光電探測器、環形器和光纖觸覺傳感陣列；所述光源和光電探測器的電接口分別與處理器連接；所述光源、光電探測器和光纖觸覺傳感陣列的光接口均與環形器連接；所述光纖觸覺傳感陣列包括串行布置在光纖上的若干個光纖熔融耦合區；每個所述光纖熔融耦合區均連接有觸覺光傳感探頭；所述觸覺光傳感探頭包括彈性外殼、微型遮光板、透鏡和微型彈簧；所述微型遮光板的上端與彈性外殼粘連，下端與微型彈簧連接；所述透鏡設置在微型遮光板的一側；所述微型遮光板面向透鏡的一側蒸鍍有反射膜；所述透鏡與光纖熔融耦合區的光端口連接；每個觸覺光傳感探頭的微型遮光板上的反射膜的反射波長各不相同。

5.根據權利要求4所述的一種光纖觸覺傳感陣列的信號解調光路，其特征在于，所述光源包括寬帶光源。

6.根據權利要求5所述的一種光纖觸覺傳感陣列的信號解調光路，其特征在于，還包括濾波器；所述光電探測器設置有多個；多個所述光電探測器均與濾波器連接；所述濾波器與環形器連接。

7.根據權利要求6所述的一種光纖觸覺傳感陣列的信號解調光路，其特征在于，所述濾波器的輸出通道的波長與觸覺光傳感探頭的反射光波波長對應。

8.根據權利要求6所述的一種光纖觸覺傳感陣列的信號解調光路，其特征在于，所述光電探測器的數量與觸覺光傳感探頭的數量相同。

9.根據權利要求4所述的一種光纖觸覺傳感陣列的信號解調光路，其特征在于，所述光源還包括掃頻激光器。

10.一種光纖觸覺傳感陣列的信號解調方法，其特征在于：所述方法通過信號解調光路實現；所述信號解調光路包括處理器、光源、光電探測器、環形器和光纖觸覺傳感陣列；所述光源和光電探測器的電接口分別與處理器連接；所述光源、光電探測器和光纖觸覺傳感陣列的光接口均與環形器連接；所述光纖觸覺傳感陣列包括串行布置在光纖上的若干個光纖熔融耦合區；每個所述光纖熔融耦合區均連接有觸覺光傳感探頭；所述觸覺光傳感探頭包括彈性外殼、微型遮光板、透鏡和微型彈簧；所述微型遮光板的上端與彈性外殼粘連，下端與微型彈簧連接；所述透鏡設置在微型遮光板的一側；所述微型遮光板面向透鏡的一側蒸鍍有反射膜；所述透鏡與光纖熔融耦合區的光端口連接；每個觸覺光傳感探頭的微型遮光板上的反射膜的反射波長各不相同；

所述方法包括如下步驟：

由光源發射光波；

光波經過環形器傳入光纖觸覺傳感陣列；

傳入光纖觸覺傳感陣列中的光波經過光纖熔融耦合區進入觸覺光傳感探頭中；

由反射膜對進入觸覺光傳感探頭中的光波進行反射，形成反射光波；

通過光探測器獲取外界應力作用下反射光波的能量信號；

根據反射光波的能量信號計算外界應力大小，實現對觸覺光傳感探頭的解調。