[发明专利]基于C形梁的层积式光纤光栅六维力-力矩传感器

权利要求书

1.一种基于C形梁的层积式光纤光栅六维力-力矩传感器，其特征在于：该传感器包括固定环、连接环以及受力环，其中，

固定环设置于连接环外围，固定环与连接环间连接有第一平置C形梁、第二平置C形梁、第三平置C形梁以及第四平置C形梁；第一平置C形梁、第二平置C形梁、第三平置C形梁以及第四平置C形梁沿该传感器的轴心周向呈中心对称设置；

固定环与第一平置C形梁、第二平置C形梁、第三平置C形梁以及第四平置C形梁的连接处设置有第一光纤固定孔、第二光纤固定孔、第三光纤固定孔以及第四光纤固定孔；对应地，连接环设置有第五光纤固定孔、第六光纤固定孔、第七光纤固定孔以及第八光纤固定孔；

受力环位于连接环上方，连接环与受力环间连接有第一斜置C形梁、第二斜置C形梁、第三斜置C形梁以及第四斜置C形梁，第一斜置C形梁、第二斜置C形梁、第三斜置C形梁以及第四斜置C形梁沿该传感器的轴心周向呈中心对称设置；

受力环周向设置有第九光纤固定孔、第十光纤固定孔、第十一光纤固定孔以及第十二光纤固定孔；对应地，连接环设置有第十三光纤固定孔、第十四光纤固定孔、第十五光纤固定孔以及第十六光纤固定孔；

该传感器还包括第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤、第七光纤以及第八光纤，第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤、第七光纤以及第八光纤依次设置有第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅、第五光纤光栅、第六光纤光栅、第七光纤光栅以及第八光纤光栅；其中第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅一端分别固定于第一光纤固定孔、第二光纤固定孔、第三光纤固定孔、第四光纤固定孔，另一端依次固定于第五光纤固定孔、第六光纤固定孔、第七光纤固定孔、第八光纤固定孔；第五光纤、第六光纤、第七光纤、第八光纤一端依次固定于第九光纤固定孔、第十光纤固定孔、第十一光纤固定孔、第十二光纤固定孔，另一端依次固定于第十三光纤固定孔、第十四光纤固定孔、第十五光纤固定孔、第十六光纤固定孔；

该传感器中所述固定环、第一平置C形梁、第二平置C形梁、第三平置C形梁、第四平置C形梁、连接环、第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤构成平置C形梁力感知模块，用于测量绕该传感器的竖轴力矩及横向、纵向力；

所述连接环、第一斜置C形梁、第二斜置C形梁、第三斜置C形梁、第四斜置C形梁、受力环、第五光纤、第六光纤、第七光纤、第八光纤构成斜置C形梁力感知模块，用于测量轴向力及绕该传感器的横轴、纵轴的力矩；

所述第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅、第五光纤光栅、第六光纤光栅、第七光纤光栅、第八光纤光栅均处于紧绷悬置状态；所述第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤与所述连接环的外圆面相切，且由切点处向顺时针方向延伸至固定环；第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤沿该传感器轴心周向分布，间隔角度为90°，呈“口”字形分布；所述第五光纤、第六光纤、第七光纤、第八光纤为纵向设置，沿该传感器轴心周向分布，间隔角度为90°，且第五光纤、第六光纤、第七光纤、第八光纤与第一至第四光纤呈“L”形分布。

2.根据权利要求1所述的基于C形梁的层积式光纤光栅六维力-力矩传感器，其特征在于：所述第一至第四平置C形梁为半圆柱筒结构的柔性梁，第一至第四平置C形梁的内侧面与所述固定环与连接环相切，内侧面开口朝向为顺时针方向，设置角度间隔为90°。

3.根据权利要求1所述的基于C形梁的层积式光纤光栅六维力-力矩传感器，其特征在于：所述第一至第四斜置C形梁为锐圆心角所对的圆弧板柔性梁，其侧端面与连接端面的夹角为45°，内侧面开口朝向该传感器轴心且为顺时针方向，设置角度间隔为90°。

4.根据权利要求1所述的基于C形梁的层积式光纤光栅六维力-力矩传感器，其特征在于：所述固定环的与第一至第四平置C形梁的连接处下方设置有连接块，用于固定该传感器。

5.根据权利要求1所述的基于C形梁的层积式光纤光栅六维力-力矩传感器，其特征在于：所述受力环的与第一至第四斜置C形梁连接处之间设置有轴向的连接孔，用于将该传感器与被测对象固定。