[发明专利]基于光波导多模成像的触觉传感器、系统及干扰检测方法

说明书

本发明公开一种基于光波导多模成像的触觉传感器，该触觉传感器包括衬底，以及布置在衬底上的输入光波导和多模干涉层；多模干涉层的折射率大于衬底的折射率；输入光波导的出射端与多模干涉层的入射端相连，多模干涉层作为触觉传感层，其入射端局部被刻蚀掉，形成多个镂空孔，构成散射扩束器结构。本发明的触觉传感器结构简单、成本低、尺寸小，灵敏度和空间分辨率高。并且通过分析输出图样的变化，可以实现触觉传感器上任意位置的分布式传感。

技术领域

本发明涉及集成光学、光波导传感、图像处理领域，具体涉及一种基于光波导多模成像的触觉传感器、系统及干扰检测方法。

背景技术

触觉感知是通过传感器和被评估介质之间的物理接触来测量机械变量。为了提供外部刺激的大小和空间分布信息，可以将多个感知元素以触觉阵列的形式排列，在智能机器人的开发、用于微创手术的机械手和人机交互界面等领域应用广泛。基于光波导的触觉传感器具有体积小、抗电磁干扰、重量轻、响应速度快、易于集成等优点，在实际应用中有巨大的潜力。

目前，触觉传感器主要形式有压电式、电阻式、电容式、磁场传导式、光学传感器等多种类型。这些传感器存在很多问题例如基于电阻率的传感方法可能易于小规模生产，但其低精度限制了其实用性。基于压电式的传感器不适用于静态测量。基于电容式的传感器因为静电放电会引入噪音，甚至可能会损坏其他电子部件。

另一方面，基于光纤的触觉传感器的例子包括微弯、光纤布拉格光栅和异芯光纤传感器，虽然在抗电磁干扰和多点测量等方面具有优势。然而，为了达到灵敏度和空间分辨率的要求，目前的技术要求使用大量的光纤或复杂的多路复用方案，这会降低传感器的可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于光波导多模成像的触觉传感器、系统及干扰检测方法，利用多模干涉的原理，基于光波导结构实现触觉传感，该触觉传感器体积小、抗电磁干扰、重量轻、响应速度快，可以集成在智能机器人、人机交互等应用中。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种基于光波导多模成像的触觉传感器，所述的触觉传感器包括衬底，以及布置在所述的衬底上的输入光波导和多模干涉层；

所述的多模干涉层的折射率大于所述的衬底的折射率，所述的输入光波导的折射率与所述的多模干涉层的折射率相等；

所述的输入光波导的出射端与所述的多模干涉层的入射端相连，所述的多模干涉层作为触觉传感层，其入射端局部被刻蚀掉，形成多个镂空孔，构成散射扩束器结构；

所述的镂空孔的形状需满足使镂空边界产生折射率突变，且镂空孔的边长不大于入射光的波长。

进一步地，所述的多模干涉层的入射端的镂空孔呈阵列分布。

进一步地，所述的多模干涉层的折射率为2.0，所述的衬底的折射率为1.45。

一种基于触觉传感器的触觉传感系统，该系统还包括布置在所述的触觉传感器输入端的光源、布置在所述的触觉传感器出射端的成像系统和二维图像捕获系统。

一种基于触觉传感器的触觉传感系统，该系统还包括布置在所述的触觉传感器输入端的光源、布置在所述的触觉传感器出射端的一维像素探测器阵列。

一种基于触觉传感系统的外部干扰检测方法，该方法具体包括如下步骤：