CN106404242B - 一种基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器。目的是提供的传感器应不受电磁波的影响，采用电压、电流以外的物理量作为中间变量，从而保证所采集的数据的精度。技术方案是：一种基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器，其特征在于：该传感器包括上下叠合且连接为一体的盖片、上片以及与上片厚度相同的下片，还包括分别嵌入上片和下片中的若干光纤；所述的上片和下片均包括位于中央部位的内层、位于内层的四周且通过通槽与内层分隔的外层以及将内层的四角与外层连为一体的四个C形弹性结构，每个C形弹性结构的两个端点均朝向同一方向并且分别连接外层和内层。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，具体是一种用于检测物体间是否产生相对滑动的传感器。
技术背景
机械手抓取未知物料时，需要一种传感器来判断物料是否与机械手有相对滑动，并以此为依据对机械手的抓取进行控制。常规的电子式滑觉传感器易受电磁波干扰，导致测试精度受到影响。因此，提供一种不受电磁干扰的滑觉传感器，已经成为迫切的现实需要。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种可在复杂电磁环境下依然能正常稳定工作的滑觉传感器。该传感器应不受电磁波的影响，采用电压、电流以外的物理量作为中间变量，从而保证所采集的数据的精度。
本发明提供的技术方案是：
一种基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器，其特征在于：该传感器包括上下叠合且连接为一体的盖片、上片以及与上片厚度相同的下片，还包括分别嵌入上片和下片中的若干光纤；所述的上片和下片均包括位于中央部位的内层、位于内层的四周且通过通槽与内层分隔的外层以及将内层的四角与外层连为一体的四个C形弹性结构，每个C形弹性结构的两个端点均朝向同一方向并且分别连接外层和内层；
所述上片的上半部分中，左上角的C形弹性结构和右上角的C形弹性结构对称于竖直中轴线布置，左上角的C形弹性结构的两个端点均往左朝向外层而右上角的C形弹性结构的两个端点均往右朝向外层；前款所涉两个C形弹性结构与外层之间还从左至右开设有一条横向贯通上片的长槽用于嵌入所述的光纤；所述上片的下半部分与上半部分对称于横向中轴线布置；
所述下片的左半部分中，左上角的C形弹性结构和左下角的C形弹性结构对称于横向中轴线布置，左上角的C形弹性结构的两个端点均往上朝向外层而左下角的C形弹性结构的两个端点均往下朝向外层；前款所涉的两个C形弹性结构与外层之间还从上至下开设有一条竖向贯通下片的长槽用于嵌入所述的光纤；所述下片的右半部分与左半部分对称于竖直中轴线布置；
所述盖片的四个角通过四个螺钉与上片固接，所述上片的内层通过铆接与下片的内层固接，所述下片的四角用于与安装机架连接。
所述的长槽具有一定的弯曲度以使所嵌入的光纤无法随意轴向滑动。
所述上片或下片中，长槽的中央部位贯通上片或下片的上下两个平面，其余部位的槽深小于上片或下片的厚度以使四周的外层与内层连为一体。
所述中央部位的下侧为内层的施压端，中央部位的上侧制成往上凹进的退让壁。
所述光纤包括嵌入上片中的两根光纤和嵌入下片中的两根光纤。
本发明的原理：通过对光纤施加垂直于光纤轴向的力，使得光纤产生形变，导致光纤内光信号的信号强度发生变化(光纤微弯曲效应)，由此建立光信号强度与传感器表面受力的映射关系。通过对传感器表面受力的数据分析，最终得出目标物体是否与传感器表面产生相对运动，从而实现对滑觉的感知。
本发明的有益效果是：由于利用了光纤微弯曲效应，因而本发明可精确检测被测对象是否产生相对滑动以及滑动方向及大小，而且使用时完全不受电磁环境的影响，测试精度得以显著提高，可应用于各类复杂电磁环境的滑动性能测试。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的爆炸结构示意图。
图3是本发明中上片的主视结构示意图。
图4是本发明中上片的后视结构示意图。
图5是本发明中下片的主视结构示意图。
图6是本发明中下片的后视结构示意图。
图7是本发明中盖片的仰视结构示意图。
图8是本发明中上片的附视结构示意图。
图9是本发明的爆炸结构示意图之二(除去光纤状态)。
具体实施方式
光纤微弯曲效应是指：光纤受外力弯曲后，由于光信号在光纤内射向光纤外壁的入射角发生变化，使得部分光信号无法满足全反射要求，而产生部分折射导致信号强度损失的效应。
本发明利用上述原理制成。
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
附图所示的传感器由四个部分组成，依次是盖片1，上片2(即力--形变片上片)，与上片厚度相同的下片3(力--形变片下片)，分别嵌入上片和下片中的若干光纤4(优选塑料光纤)。图3、图5中可知：上片、下片均为正方形。
所述盖片通过其四角的螺钉与上片固接，其作用是将外界对传感器的力传递到上片的外层；下片的四角则通过连接螺钉用于与安装机架连接；被测物体与盖片接触，对盖片施加摩擦力。
所述的上片(参见图3)包括位于中央部位的内层2-2、位于内层的四周且通过通槽2-5(贯通上片的上下两个表面和下片的上下两个表面的槽)与内层分隔的外层2-1以及将内层的四角与外层连为一体的四个C形弹性结构2-3；所述上片的上半部分中，左上角的C形弹性结构和右上角的C形弹性结构对称于竖直中轴线布置，左上角的C形弹性结构的两个端点均往左朝向外层而右上角的C形弹性结构的两个端点均往右朝向外层；前款涉及的两个C形弹性结构与外层之间还从左至右开设有一条横向贯通上片的长槽2-4用于嵌入所述的光纤；所述上片的下半部分与上半部分对称于横向中轴线布置。
此外，所述长槽轴线还形成一定的弯曲度以使所嵌入的光纤无法随意轴向滑动，以保证采集的数据精确。所述长槽的中央部位2-41(该部位的推荐长度为长槽的五分之二至五分之三)贯通上片的上下两个平面，其余部位的槽深小于上片的厚度以使四周的外层与内层连为一体。该中央部位的下侧为内层的施压端2-21，中央部位的上侧制成往上凹进的退让壁2-42，以使光纤受力时有往上运动的余地。
所述上片的作用是将力转换为位移。盖片将外界对传感器的力传递到上片的外层，竖直方向上的力使外层产生位移并通过C形弹性结构的变形转换为对内层的顶压力，从而使得上片长槽中的光纤发生弯曲变化，从而输出滑动信号；横向方向上的力由外层直接传递给内层。
所述的下片结构(参见图5)与上片相同，只是转动了90度与上片正交布置；因此，所述下片的左半部分中，左上角的C形弹性结构和左下角的C形弹性结构对称于横向中轴线布置，左上角的C形弹性结构的两个端点均往上朝向外层而左下角的C形弹性结构的两个端点均往下朝向外层；前款涉及的两个C形弹性结构与外层之间还从上至下开设有一条竖向贯通上片的长槽(该长槽的结构布局与上片中的长槽完全相同)及用于嵌入所述的光纤；所述上片的右半部分与左半部分对称于竖直中轴线布置。
下片的作用是承受并将上片内层传递过来的纵向顶压力传递到机架，并将下片内层获得的由上片内层传递过来的横向受力，通过下片的C形弹性结构的变形转换为下片内层的横向位移，从而使得下片长槽中的光纤发生弯曲变化，从而输出滑动信号。为此，上片的内层与下片的内层通过三个小孔铆接。上片的下表面与下片上的表面磨平，使之相对光滑。
由图可见：螺钉将盖片与上片固接后，以及铆接将上下片的内层固接后，正好将光纤顶压在长槽中(图中显示有4根光纤)；长槽中央部位2-41的一侧是外层，另一侧是内层。当外层和内层发生相对位移时，受到挤压的光纤曲率半径即产生变化，导致光纤中传输的光通量产生变化，光通量的变化表达并传递给上位机后，即可通过预先设定的程序计算出滑动方向及滑动量大小。
Claims (5)
1.一种基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器，其特征在于：该传感器包括上下叠合且连接为一体的盖片（1）、上片（2）以及与上片厚度相同的下片（3），还包括分别嵌入上片和下片中的若干光纤（4）；所述的上片和下片均包括位于中央部位的内层、位于内层的四周且通过通槽与内层分隔的外层以及将内层的四角与外层连为一体的四个C形弹性结构，每个C形弹性结构的两个端点均朝向同一方向并且分别连接外层和内层；
所述上片的上半部分中，左上角的C形弹性结构和右上角的C形弹性结构对称于竖直中轴线布置，左上角的C形弹性结构的两个端点均往左朝向外层而右上角的C形弹性结构的两个端点均往右朝向外层；前款所涉两个C形弹性结构与外层之间还从左至右开设有一条横向贯通上片的长槽（2-4）用于嵌入所述的光纤；所述上片的下半部分与上半部分对称于横向中轴线布置；
所述下片的左半部分中，左上角的C形弹性结构和左下角的C形弹性结构对称于横向中轴线布置，左上角的C形弹性结构的两个端点均往上朝向外层而左下角的C形弹性结构的两个端点均往下朝向外层；前款所涉的两个C形弹性结构与外层之间还从上至下开设有一条竖向贯通下片的长槽用于嵌入所述的光纤；所述下片的右半部分与左半部分对称于竖直中轴线布置；
所述盖片的四个角通过四个螺钉与上片固接，所述上片的内层通过铆接与下片的内层固接，所述下片的四角用于与安装机架连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器，其特征在于：所述的长槽具有一定的弯曲度以使所嵌入的光纤无法随意轴向滑动。
3.根据权利要求2所述的基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器，其特征在于：所述上片或下片中，长槽的中央部位（2-41）贯通上片或下片的上下两个平面，其余部位的槽深小于上片或下片的厚度以使四周的外层与内层连为一体。
4.根据权利要求3所述的基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器，其特征在于：所述中央部位的下侧为内层的施压端（2-21），中央部位的上侧制成往上凹进的退让壁（2-42）。
5.根据权利要求4所述的基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器，其特征在于：所述光纤包括嵌入上片中的两根光纤和嵌入下片中的两根光纤。
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