[發明專利]一種基于光衰減的柔性觸覺傳感器、陣列及其制備方法

在審

• 申請號: 202011161530.6
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112229553A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 袁燁;樊耕麟;沈逸;鄧禮楠;唐秀川
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種基于光衰減的柔性觸覺傳感器，其特征在于，包括：激光光源(1)、第一光纖(2)、柔性穹頂(3)、第二光纖(4)、光電傳感器(5)和柔性光纖耦合器(6)；

所述柔性穹頂(3)設置在所述柔性光纖耦合器(6)上，所述柔性光纖耦合器(6)粘附在軟體物表面，所述柔性光纖耦合器(6)中設置有與所述柔性穹頂(3)的頂部對準的通孔(61)；所述第一光纖(2)的一端連接所述激光光源(1)，所述第二光纖(4)的一端連接所述光電傳感器(5)，所述第一光纖(2)和第二光纖(4)的另一端平行穿過所述通孔(61)；

所述激光光源(1)產生的激光經所述第一光纖(2)傳輸后到達所述柔性穹頂(3)，并經所述柔性穹頂(3)反射后進入所述第二光纖(4)，再經所述第二光纖(4)傳輸至所述光電傳感器(5)，所述光電傳感器(5)用于計算接收到的激光的光強度，所述光強度由所述軟體物表面上所承受的力確定。

2.如權利要求1所述的基于光衰減的柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述第一光纖(2)和第二光纖(4)均包括穿過軟體物內部并到達所述通孔(61)的部分以及設置在軟體物外部的部分。

3.如權利要求2所述的基于光衰減的柔性觸覺傳感器，其特征在于，還包括：

彈性體橡膠管(7)，設置在所述軟體物內部，且套設在所述第一光纖(2)和第二光纖(4)的外側。

4.如權利要求2所述的基于光衰減的柔性觸覺傳感器，其特征在于，還包括：

彈性體護套(8)，數量為兩個，分別套設在所述第一光纖(2)和第二光纖(4)中位于軟體物外部的部分的外側。

5.如權利要求1所述的基于光衰減的柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述第一光纖(2)和第二光纖(4)的材料為PMMA塑料光纖。

6.如權利要求1所述的基于光衰減的柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述柔性穹頂(3)的材料為硅膠彈性體。

7.如權利要求1-6任一項所述的基于光衰減的柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述光強度為光電流強度，所述光電流強度為：

其中，I為所述光電流強度，M為所述第一光纖(2)的輻射通量，P₀為所述第一光纖(2)的有效輸出功率，T為激光經過所述第二光纖(4)的截面的穿透率，λ為所述激光的波長，α為所述柔性穹頂(3)對所述激光的反射率，d為所述柔性穹頂(3)與所述第一光纖(2)另一端截面之間的距離，θ為所述第一光纖(2)的散射角，A為所述第二光纖(4)的橫截面積，R(λ)為所述光電傳感器(5)對波長為λ的激光的響應度。

8.一種基于光衰減的柔性觸覺傳感器陣列，其特征在于，包括N*M個如權利要求1-7任一項所述的基于光衰減的柔性觸覺傳感器，N和M為正整數，且N*M＞1。

9.一種如權利要求1-7任一項所述的基于光衰減的柔性觸覺傳感器的制備方法，其特征在于，包括：

S1，利用分層澆鑄工藝分別制備柔性穹頂(3)和柔性光纖耦合器(6)，并將所述柔性穹頂(3)連接在所述柔性光纖耦合器(6)上；

S2，將第一光纖(2)和第二光纖(4)放入所述柔性光纖耦合器(6)的通孔(61)中，并在穿過軟體物內部之后引出；

S3，將所述柔性光纖耦合器(6)粘附在軟體物表面；

S4，將所述第一光纖(2)的引出端連接至激光光源(1)，并將所述第二光纖(4)的引出端連接至光電傳感器(5)。

10.如權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述操作S1中利用硬度為邵氏D00-20的有機硅制備所述柔性穹頂(3)，利用硬度為邵氏D00-50的有機硅制備所述柔性光纖耦合器(6)。