[發明專利]基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器

有效

• 申請號: 202110776786.6
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113607313B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 李天梁;陳發銀;譚躍剛;周祖德
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L5/166
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

1.一種基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器，其特征在于：該傳感器包括固定環、連接環以及受力環，其中，

固定環設置于連接環外圍，固定環與連接環間連接有第一平置C形梁、第二平置C形梁、第三平置C形梁以及第四平置C形梁；第一平置C形梁、第二平置C形梁、第三平置C形梁以及第四平置C形梁沿該傳感器的軸心周向呈中心對稱設置；

固定環與第一平置C形梁、第二平置C形梁、第三平置C形梁以及第四平置C形梁的連接處設置有第一光纖固定孔、第二光纖固定孔、第三光纖固定孔以及第四光纖固定孔；對應地，連接環設置有第五光纖固定孔、第六光纖固定孔、第七光纖固定孔以及第八光纖固定孔；

受力環位于連接環上方，連接環與受力環間連接有第一斜置C形梁、第二斜置C形梁、第三斜置C形梁以及第四斜置C形梁，第一斜置C形梁、第二斜置C形梁、第三斜置C形梁以及第四斜置C形梁沿該傳感器的軸心周向呈中心對稱設置；

受力環周向設置有第九光纖固定孔、第十光纖固定孔、第十一光纖固定孔以及第十二光纖固定孔；對應地，連接環設置有第十三光纖固定孔、第十四光纖固定孔、第十五光纖固定孔以及第十六光纖固定孔；

該傳感器還包括第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖、第五光纖、第六光纖、第七光纖以及第八光纖，第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖、第五光纖、第六光纖、第七光纖以及第八光纖依次設置有第一光纖光柵、第二光纖光柵、第三光纖光柵、第四光纖光柵、第五光纖光柵、第六光纖光柵、第七光纖光柵以及第八光纖光柵；其中第一光纖光柵、第二光纖光柵、第三光纖光柵、第四光纖光柵一端分別固定于第一光纖固定孔、第二光纖固定孔、第三光纖固定孔、第四光纖固定孔，另一端依次固定于第五光纖固定孔、第六光纖固定孔、第七光纖固定孔、第八光纖固定孔；第五光纖、第六光纖、第七光纖、第八光纖一端依次固定于第九光纖固定孔、第十光纖固定孔、第十一光纖固定孔、第十二光纖固定孔，另一端依次固定于第十三光纖固定孔、第十四光纖固定孔、第十五光纖固定孔、第十六光纖固定孔；

該傳感器中所述固定環、第一平置C形梁、第二平置C形梁、第三平置C形梁、第四平置C形梁、連接環、第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖構成平置C形梁力感知模塊，用于測量繞該傳感器的豎軸力矩及橫向、縱向力；

所述連接環、第一斜置C形梁、第二斜置C形梁、第三斜置C形梁、第四斜置C形梁、受力環、第五光纖、第六光纖、第七光纖、第八光纖構成斜置C形梁力感知模塊，用于測量軸向力及繞該傳感器的橫軸、縱軸的力矩；

所述第一光纖光柵、第二光纖光柵、第三光纖光柵、第四光纖光柵、第五光纖光柵、第六光纖光柵、第七光纖光柵、第八光纖光柵均處于緊繃懸置狀態；所述第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖與所述連接環的外圓面相切，且由切點處向順時針方向延伸至固定環；第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖沿該傳感器軸心周向分布，間隔角度為90°，呈“口”字形分布；所述第五光纖、第六光纖、第七光纖、第八光纖為縱向設置，沿該傳感器軸心周向分布，間隔角度為90°，且第五光纖、第六光纖、第七光纖、第八光纖與第一至第四光纖呈“L”形分布。

2.根據權利要求1所述的基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器，其特征在于：所述第一至第四平置C形梁為半圓柱筒結構的柔性梁，第一至第四平置C形梁的內側面與所述固定環與連接環相切，內側面開口朝向為順時針方向，設置角度間隔為90°。

3.根據權利要求1所述的基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器，其特征在于：所述第一至第四斜置C形梁為銳圓心角所對的圓弧板柔性梁，其側端面與連接端面的夾角為45°，內側面開口朝向該傳感器軸心且為順時針方向，設置角度間隔為90°。

4.根據權利要求1所述的基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器，其特征在于：所述固定環的與第一至第四平置C形梁的連接處下方設置有連接塊，用于固定該傳感器。

5.根據權利要求1所述的基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器，其特征在于：所述受力環的與第一至第四斜置C形梁連接處之間設置有軸向的連接孔，用于將該傳感器與被測對象固定。