基于光纤布拉格光栅的二维力传感器设计及实验研究

摘要：

针对目前多维力传感器难以同时兼顾电磁干扰、接线复杂、维间耦合较大及灵敏度较低的问题,设计了一种基于光纤布拉格光栅的二维力传感器.首先,基于光纤布拉格光栅传感理论和简支梁弯曲变形理论,设计了十字横梁结构的传感器弹性体,并揭示光纤光栅传感器波长漂移量与力的映射关系;其次,采用有限元分析方法研究弹性体的应变分布特性,确定光纤布拉格光栅最佳封装位置;最后,搭建了实验标定平台,对传感器的灵敏度、线性度、维间耦合误差以及重复性误差进行实验研究.实验结果表明,该传感器x、y方向的波长灵敏度分别约为7.464、7.520 pm/N,线性度分别约为3％、2％,维间耦合误差分别约为1.01％、0.218％,重复性误差分别约为4.898％、5.828％.该传感器可应用于机器人腕部二维力测量,对提高机器人关节的高精度控制反馈具有重要意义.

关键词：光纤布拉格光栅、二维力传感器、十字横梁结构、维间耦合

所属期刊栏目：41

分类号：TH823

资助基金：中国博士后科学基金面上项目;城市轨道交通系统集成与控制重庆市重点实验室开放基金;重庆市科委基础科学与前沿技术研究项目;交通工程应用机器人重庆市工程实验室开放课题

在线出版日期：2020-09-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

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