[发明专利]基于FBG的扭转传感器装置

说明书

各实施方式涉及一种通过使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器对测量对象的扭转程度进行测量的扭转传感器装置，该传感器装置包括：FBG传感器，该FBG传感器包括形成在长形光学纤维的一个部段中的感测单元；以及固定装置，该固定装置用于固定和支承FBG传感器以使FBG传感器根据测量对象的运动而移位，其中，固定装置包括防弯曲构件，该防弯曲构件用以使感测单元能够根据测量对象的运动而具有扭转移位但不具有弯曲移位。

技术领域

本公开涉及一种扭转传感器装置，并且更具体地涉及一种用于对测量对象的轴向扭转进行测量的基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的传感器装置。

[对政府资助的研究与开发的描述]

这项研究是由韩国科学与技术研究院在科学和ICT(信息通信技术)部的全球前沿研究项目(由韩国国家研究基金会监督，项目序列号为1711073374)的支持下进行的。

背景技术

在全世界范围内，3D运动捕捉系统可以用在包括运动、机器人技术、医疗应用、游戏以及图形和动画的各种领域中，并且使用3D运动捕捉系统的全球市场规模呈现逐渐增长的趋势。

为了实现3D运动捕捉系统，存在对用于同时地实时测量全身(包括上半身和下半身)运动和手指运动的系统的技术开发的需要，并且正在进行各种类型的产品的研究和开发。

使用利用标记的光学传感器、惯性传感器、肌电图(EMG)传感器、摄相机、位置检测编码器和可变电阻的人类的全身(包括上半身和下半身)运动或手指运动的检测已被研究并且被商业化，并且惯性传感器随着时间的推移而具有漂移累积，利用标记的光学传感器和位置检测编码器由于阴影区域而具有无法测量的一些区域，以及EMG传感器具有由于附接件和外部错误而导致的误差。

近来，为了克服这些缺点，已经尝试使用FBG传感器来检测各种人类运动。例如，FBG传感器可以被用作应变传感器以测量施加至测量对象的轴向方向的拉力、可以被用作形状传感器以测量在测量对象中发生的弯曲的方向和程度、并且可以被用作倾斜仪以检测测量对象中的倾斜度。

人体像臂部移动一样沿轴向方向移动、弯曲、被倾斜以及甚至被扭曲。因此，为了更精确地测量人体运动，必须测量人体的扭转。

然而，用于使用FBG测量轴向扭曲运动的已开发的传感器还不多，并且当通过扭曲将剪切力施加至FBG时，因弯曲和拉伸而产生的力也会被同时传递，因此难以将这些复杂的力分离。

另外，存在方法中的数值处理方法的一些情况，数值处理方法用于单独地区分通过弯曲和扭曲产生的复杂反射波长的结果，但是由于通过弯曲而引起的波长中的变化远大于通过扭曲而引起的波长中的变化，因此存在由于实时分类操作而造成误差的高风险。因此，在对于实时3D运动捕捉系统的实际应用中，在数值分类和区分大量波长变化数据以及将位置、角度或扭转信息发送回图形用户界面(GUI)或实际模型中存在局限性。

[相关文献]

(专利文献1)韩国专利公布No.10-2006-0061564

发明内容

技术问题

本公开的一方面涉及一种扭转传感器装置，并且具体地提出一种用于测量轴向扭转程度的基于光纤布拉格光栅(FBG)的传感器装置。

技术方案

根据本公开的一方面，提供了一种通过使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器对测量对象的扭转程度进行测量的扭转传感器装置，该扭转传感器装置包括FBG传感器和固定装置，该FBG传感器包括形成在长形光学纤维的一个部段中的感测单元，该固定装置用于固定和支承FBG传感器以使FBG传感器根据测量对象的运动而移位，其中，固定装置包括防弯曲构件，该防弯曲构件使感测单元能够根据测量对象的运动而具有扭转移位但不具有弯曲移位。