光纤Bragg光栅新型触觉传感器的研究

发布时间：2021-04-28 15:16

　　触觉感知是生物体感应外界信息变化的重要功能。同样的,机器人也需要触觉传感功能去精准地检测识别到接触目标的尺寸、应力、温度、材质、形状等信息。随着智能机器人的飞速发展,所需的触觉传感器种类和数量逐渐增多,会带来电磁干扰、集成复杂、信号噪声等一系列的问题。光纤Bragg光栅触觉传感器凭借其具有的体积小、灵敏度高、成本低、生物兼容性好、不受静电和电磁噪音影响等优点,被广泛运用于触觉传感领域。本文基于光纤Bragg光栅（FBG）的新型触觉传感器展开研究。首先,针对医生在微创手术中缺乏手术器械与人体组织之间接触力觉信息的问题,提出了一种FBG新型触觉传感器的结构,该新型结构上的第一个创新是在穿刺针柱靠近针尖的部位固定了一个轮辐式十字梁结构,并对传统弹性梁两端作了双圆弧切削处理;第二个结构上的创新是在穿刺针柱表面上挖有凹槽结构;通过受力模拟对比分析,改进后的新型结构在受力强度上有所提高。将扭矩力传感元件FBG1粘贴在新型弹性梁的上表面用来校准扭矩力的应变,轴向力传感元件FBG3粘贴在凹槽内用来校准轴向力应变。其次,针对力触觉传感实验中温度会对FBG的反射中心波长造成影响的问题,提出了采用参考光纤法... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 触觉传感器的研究背景
    1.2 触觉传感器的分类
        1.2.1 压阻式触觉传感器
        1.2.2 压电式触觉传感器
        1.2.3 电容式触觉传感器
        1.2.4 光学机器人触觉传感器
    1.3 FBG触觉传感器的国内外研究现状
        1.3.1 FBG触觉传感器国外的研究现状
        1.3.2 FBG触觉传感器国内的研究现状
    1.4 FBG触觉传感器的运用
    1.5 FBG触觉传感器的研究意义
    1.6 主要研究内容
第2章 FBG触觉传感器的传感原理
    2.1 光纤光栅的定义及分类
    2.2 FBG传感原理
    2.3 FBG的传感特性
    2.4 FBG的交叉敏感特性
    2.5 本章小结
第3章 FBG新型触觉传感器结构设计
    3.1 FBG新型触觉传感器设计思路
        3.1.1 触觉传感元件的选取
        3.1.2 FBG新型触觉传感器的运用背景
        3.1.3 FBG新型触觉传感器设计思路总结
    3.2 FBG新型触觉传感器整体构型设计
    3.3 FBG新型触觉传感器的传感原理
    3.4 FBG新型触觉传感器构型分析
    3.5 FBG新型触觉传感器的受力模拟分析
    3.6 FBG的粘贴
    3.7 本章小结
第4章 FBG新型触觉传感器传感实验系统
    4.1 FBG传感实验测量系统介绍
    4.2 FBG新型触觉传感器的扭矩力传感实验系统
    4.3 FBG新型触觉传感器的轴向力传感实验系统
    4.4 FBG的温度传感实验系统
    4.5 本章小结
第5章 FBG新型触觉传感器的传感性能研究
    5.1 传感器的性能指标分析
        5.1.1 线性度
        5.1.2 灵敏度
        5.1.3 迟滞性
        5.1.4 重复性
        5.1.5 分辨率
    5.2 FBG新型触觉传感器扭矩力传感性能的分析
        5.2.1 扭矩力传感的灵敏度
        5.2.2 扭矩力传感的重复性
        5.2.3 扭矩力传感的迟滞性
        5.2.4 扭矩力传感的分辨率
    5.3 FBG新型触觉传感器轴向力传感性能的分析
        5.3.1 轴向力传感的灵敏度
        5.3.2 轴向力传感的重复性
        5.3.3 轴向力传感的迟滞性
        5.3.4 轴向力传感的分辨率
    5.4 FBG新型触觉传感器性能与国外研究的对比
    5.5 本章小结
第6章 温度补偿实验和反射光谱图分析
    6.1 温度补偿实验分析
    6.2 反射光谱图分析
    6.3 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基片式光纤光栅传感器应变传递分析与试验[J]. 陈昊,郭阳宽,闫光,祝连庆.  传感器与微系统. 2016(06)
[2]基于光学的触觉传感器电路设计[J]. 张贵相,郭峰,张春.  传感器与微系统. 2016(04)
[3]光纤耦合器的理论、设计及进展[J]. 林锦海,张伟刚.  物理学进展. 2010(01)
[4]电容式触觉阵列传感器的原理与设计[J]. 沈国伟.  传感器世界. 2007(03)
[5]压阻传感器原理及应用[J]. 白旭.  仪器仪表用户. 2004(05)
[6]光纤传感器的今日与发展[J]. 廖延彪,黎敏.  传感器世界. 2004(02)
[7]光纤智能结构的传感研究[J]. 李川,张以漠,丁永奎.  飞通光电子技术. 2001(04)

博士论文
[1]布拉格光纤光栅传感器理论与实验研究[D]. 恽斌峰.东南大学 2006

硕士论文
[1]多包层聚合物长周期光纤光栅电光调制器研究[D]. 慈龙祥.北京交通大学 2016
[2]基于FBG的动态测试及其在人工皮肤中的初步应用[D]. 王艳.山东大学 2015
[3]基于光纤光栅的电力电缆温度在线监测系统的研究[D]. 燕雯.燕山大学 2013
[4]光纤触觉传感器的研究[D]. 郝华丽.大连理工大学 2012
[5]光纤Bragg光栅的制作及温度补偿方法的研究[D]. 郭子学.大连理工大学 2006



本文编号：3165705