[发明专利]光纤触觉传感阵列及方法、信号解调光路及方法

说明书

本发明公开了光纤触觉传感阵列及方法、信号解调光路及方法。光纤触觉传感阵列，包括串行布置在光纤上的若干个光纤熔融耦合区；每个所述光纤熔融耦合区均连接有触觉光传感探头；所述触觉光传感探头包括弹性外壳、微型遮光板、透镜和微型弹簧；所述微型遮光板的上端与弹性外壳粘连，下端与微型弹簧连接；所述透镜设置在微型遮光板的一侧；所述微型遮光板面向透镜的一侧蒸镀有反射膜；所述透镜与熔融耦合区的光端口连接；每个触觉光传感探头的微型遮光板上的反射膜的反射波长各不相同。本发明可以实现对触觉的阵列传感，并通过将光纤触觉传感阵列预埋入蒙皮，实现智能皮肤。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别涉及光纤触觉传感阵列及方法、信号解调光路及方法。

背景技术

机器人触觉和机器皮肤是机器人智能化不可或缺的感知器官，其多模态感知性能对机器人的工作能力具有重大的影响，具有十分重要的研究价值。

目前机器人触觉方面的研究按传感原理可以大致分为电子式和光学式两类。电子式触觉传感器主要集中于研究各类电子式或MEMS微型触觉传感器。目前的研究多集中在采用不同的材料和结构构建传感器，其基本原理多为压阻式、电容式或压电式，即通过检测传感器的电阻值或电容值的变化感知外部应力的变化。目前多数该类传感器还处于实验室阶段，并存在灵敏度低，不够柔性，需要供电和信号多路传输等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光纤触觉传感阵列及方法、信号解调光路及方法，以解决现有技术中存在的灵敏度低的问题。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种光纤触觉传感阵列，包括串行布置在光纤上的若干个光纤熔融耦合区；每个所述光纤熔融耦合区均连接有触觉光传感探头；所述触觉光传感探头包括弹性外壳、微型遮光板、透镜和微型弹簧；所述微型遮光板的上端与弹性外壳粘连，下端与微型弹簧连接；所述透镜设置在微型遮光板的一侧；所述微型遮光板面向透镜的一侧蒸镀有反射膜；所述透镜与熔融耦合区的光端口连接；每个触觉光传感探头的微型遮光板上的反射膜的反射波长各不相同。

一种触觉传感方法，所述方法通过光纤触觉传感阵列实现；光纤触觉传感阵列包括串行布置在光纤上的若干个光纤熔融耦合区；每个所述光纤熔融耦合区均连接有触觉光传感探头；所述触觉光传感探头包括弹性外壳、微型遮光板、透镜和微型弹簧；所述微型遮光板的上端与弹性外壳粘连，下端与微型弹簧连接；所述透镜设置在微型遮光板的一侧；所述微型遮光板面向透镜的一侧蒸镀有反射膜；所述透镜与熔融耦合区的光端口连接；每个触觉光传感探头的微型遮光板上的反射膜的反射波长各不相同；

所述方法包括以下步骤：

将光波从光纤输入，由光纤熔融耦合区将进入光纤的光波一分为二，分别从光纤熔融耦合区输出至触觉光传感探头和下一个光纤熔融耦合区；

通过透镜对进入触觉光传感探头的光波进行准直，射向微型遮光板；

由微型遮光板将光波反射，形成反射光波；

检测外界应力作用于弹性外壳时反射光波的强度变化，实现触觉感知。

进一步的，所述反射光波的强度计算公式为：

，

其中，为反射光波的强度，𝞪是光纤器件损耗，P₀是入射光波功率，函数K是反射板的能量反射效率，L为微型遮光板的位移长度，λ为入射光波的波长。