[发明专利]二维光波导压力感测器阵列

说明书

本公开揭露了一种二维光波导压力感测器阵列，包括两个或多个行光波导；两个或多个列光波导，其中行光波导和列光波导可变形并排列成平面阵列，以在交叉点定义感测器，其中每个交叉点包括行波导中的一个在其交叉点与列波导中的一个接触；其中每个交叉点进一步包括光耦合结构，配置为当压力施加到交叉点时加强波导的弯曲；其中，光耦合结构包括与行或列光波导中的至少一个接触设置的机械光散射材料层；其中，光波导压力感测器阵列被配置为通过向行光波导提供光和测量在每个交叉点耦合到其列光波导的光来感应压力，或反之亦然，并且其中耦合到列光波导的光依赖于施加到作为感测器的交叉点的压力。

技术领域

本发明总体上涉及一种光波导压力感测器阵列，更特别的是涉及一种在光波导压力感测器阵列配置中使用聚合物光纖的二维压力感测系統。

背景技术

压力感测系统是提供二维位置信息例如从US 4,733,068和US2019/0302879等公知。从这些公开文件中可以知道，使用光纤感测器阵列来测量二维结构中施加的压力的空间分布。这样的二维压力感测器系统特别适用于测量和监测物体和/或人的具体位置和运动。

一种压力感测系统，其中感测器阵列由光纤配置，而这些光纤是聚合物光纤(POFs)，其优点是便宜、坚固、有柔性的和对电磁干扰(EMI)不灵敏。在这样的压力感测系统中，可以提供一个光纤网格，其中在一个方向上提供的光纤连接到光源(特别是发光二极管(LEDs))，而在横向上提供的光纤连接到高灵敏度的光接收器。在交叉点上，一些来自一个光纤的光可能会耦合到交叉点上的光纤。因为这种光功率耦合取决于施加在交叉点上的压力，所以网格的每个交叉点都可以作为一个局部压力感测器。这样一个压力感测系统需要修改阵列中的感测器，以提供足够灵敏的压力依赖性光耦合。为了实现这种足够的压力依赖性光耦合，从而改善感测器系统的传输特性，感测器可以有额外的机械结构，这些结构被配置为加强波导弯曲，从而改善传输特性。这样的机械结构是环形的，但这些结构需要与光纤的交叉点精确对齐，这增加了系统的复杂性。

因此，实现使用POF作为光波导的压力感测系统是有利的，其复杂程度较低，精确度高。

发明内容

在本公开的第一方面，提供了一种二维光波导压力感测器阵列，包括：两个或多个行光波导；

两个或多个列光波导，其中行光波导和列光波导是可变形的，并且排列在平面阵列中，以定义交叉点中的感测器，其中每个交叉点包括与列波导中的一个在其交点处接触的行波导中的一个；

其中每个交叉点进一步包括光耦合结构，其被配置为当压力施加到交叉点时增强波导的弯曲；

其中光耦合结构包括与行或列光波导中的至少一个接触设置的机械光散射材料层；

其中光波导压力感测器阵列被配置为通过向行光波导提供光和测量在每个交叉点耦合到其列光波导的光来感测压力，或反之亦然，并且其中耦合到列光波导的光依赖于施加到作为感测器的交叉点的压力。

所提供的是一种二维光波导压力感测器阵列。有了这样一个压力感测器阵列，就可以测量物体和/或人在某一结构上的压力的二维空间分布。为此，所述系统提供了光波导，优选是聚合物或塑料光纤(POF)。

光波导，进一步被称为POFs，被提供在一个由N x M光纤组成的二维网格中，定义Nx M感测器，包括至少两行和至少两列。技术人员会认识到，在一个优选的实施方案中，行和列的数量远远大于2×2网格，例如，8×8网格、16×16网格、32×32网格、64×64网格或具有不同数量的行和列，如8×16网格或16×32网格。