[发明专利]一种基于光纤光栅的力/力矩传感器标定方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅的力/力矩传感器标定方法，该标定方法包括：(1)在眼科显微手术器械末端沿轴向等间距布置三根光纤光栅，每根光纤光栅分布2个光栅，其中相邻光纤光栅在眼科显微手术器械末端截面上的夹角成120度；(2)建立X轴和Y轴，获取眼科显微手术器械末端受压过程中的力与波长的变化；(3)获取眼科显微手术器械末端轴向受扭过程中的扭矩与波长的变化；(4)建立眼科显微手术器械末端力、力矩与差分后的波长变化的关系；(5)标定传感器的精度。根据本发明实施例提供的一种基于光纤光栅的微力/力矩传感器标定方法，可同时对眼科显微手术器械末端力和力矩进行标定。

技术领域

本发明涉及传感技术领域，特别涉及一种基于光纤光栅的力/力矩传感器标定方法。

背景技术

眼科显微手术大多数是在狭小的眼内空间中进行精细的手术操作，如果在手术过程中产生过大的操作力可能造成眼组织撕裂、出血，从而造成不可逆的组织破坏。在这种苛刻环境下，以光纤光栅为原理制作的力/力矩传感器具有很大的优势。

将光纤光栅传感网络分布式植入眼科显微手术器械末端，通过将眼科显微手术器械末端形变产生的传感信息进行处理，进而基于相关算法实现对眼科显微手术器械末端力/力矩的感知。但是，目前只建立了波长变化与眼科显微手术器械末端力的关系，但是在手术过程中眼科显微手术器械末端力矩与波长的变化还没有建立。因此，有必要设计一种标定方法来同时建立波长变化与眼科显微手术器械末端力和力矩的关系。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅的力/力矩传感器标定方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在眼科显微手术器械末端外表面沿轴向等间距布置三根光纤光栅，每根光纤光栅分布2个光栅，其中相邻光纤光栅在眼科显微手术器械末端截面上的夹角成120度。

(2)将眼科显微手术器械末端固定在三自由度平台上，设定其中一根光纤光栅朝上为X轴，与其垂直的方向为Y轴。控制三自由度平台的移动使得眼科显微手术器械末端与高精密天平接触，通过高精密天平得到眼科显微手术器械末端X轴和Y轴方向上的力，通过解调仪得到眼科显微手术器械末端发生形变时光栅波长的变化。

(3)在眼科显微手术器械末端垂直轴向方向固定一根悬臂梁，控制三自由度平台的旋转使得悬臂梁末端与高精密天平接触，通过悬臂梁末端与眼科显微手术器械末端之间的距离得到眼科显微手术器械末端力矩，通过解调仪得到眼科显微手术器械末端发生扭转时光栅波长的变化。

(4)建立眼科显微手术器械末端径向力F和轴向力矩M_z与差分后的波长变化ΔS_i的关系，i＝1,2,3,4,5,6，求出各个K值：

其中，ΔS_i为各段光栅波长的变化量Δλ_i与其变化和的平均值之差，i＝1,2,3,4,5,6。

(5)通过对其不同方向进行测量，标定光纤光栅力/力矩传感器的精度。

优选地，每根光纤光栅均匀分布。

优选地，眼科显微手术器械末端是由0.5mm-0.7mm的镍钛合金管材料制成。

优选地，眼科显微手术器械末端长度为35mm-60mm。

本发明的有益效果在于：

所述的标定方法，差分后的ΔS_i去除了温度对光栅波长变化的影响，从而在计算公式中只考虑形变对波长产生变化。

所述的标定方法，不仅建立了末端径向力与波长之间的关系，也建立了末端扭矩与波长的关系。从而可同时得到在手术操作过程中力/力矩的变化。

附图说明