[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

本發明公開了一種基于C形梁的層積式光纖光柵六維力?力矩傳感器，該傳感器包括連接的固定環、連接環、受力環、斜置C形梁、平置C形梁以及設置在裝置內的第一至第八光纖，第一至第八光纖設置有第一至第八光纖光柵；當該裝置接觸被測對象時，該裝置受力使斜置C形梁以及平置C形梁發生形變，同時第一至第八光纖發生形變，進而使第一至第八光纖光柵的中心波長發生漂移，從而得到六維力參數。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器。

背景技術

近年來，六維力傳感器廣泛應用在國防及民用工業的各個領域，其中包括醫療設備、機械制造及其自動化、航空航天及土木工程等方面。六維力傳感器的核心部分是其用于感知力變化的彈性體，彈性體的結構是影響傳感器維間耦合、靈敏度以及傳感器動態性能等關鍵參數的重要因素。目前，六維力傳感器普遍采用基于直梁的彈性體結構，其中包括平面十字交叉梁結構、正交彈性體結構、基于馬提斯十字梁型的長桿結構、輪輻結構、非徑向三梁結構、E型膜結構、雙十字梁組合式結構、雙孔平行梁結構、Stewart結構等，而上述結構存在不同程度的各向同性差、維間耦合大等缺點。

早期，六維力傳感器的敏感元件多采用電阻應變片，這類傳感器抗電磁干擾能力較弱，且存在線性度差、輸出信號弱的缺點。基于光纖光柵設計的傳感器相比于傳統的電阻應變片具有突出優勢，如不受電磁干擾、引線較少等，更加適用于各類多場復雜環境。目前，基于光纖光柵設計的六維力傳感器多采用粘貼式布置，應變傳遞率低，難以滿足高靈敏、高精度力感知的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器，以實現對六維力的精準測量。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種技術方案：一種基于C形梁的層積式光纖光柵六維力-力矩傳感器，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；