[发明专利]一种基于聚合物光纤结形传感器的压力检测装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于聚合物光纤结形传感器的压力检测装置和方法。包括布置在所需压力检测处的聚合物光纤，聚合物光纤打结，打结处形成光纤交叠部为光纤结，对光纤交叠部施加压力进行检测，光纤结位于聚合物光纤的中部，聚合物光纤的两端分别连接光源和探测器；聚合物光纤结受到外界压力时，光纤弯曲角度增大，输出光强减小，通过建立光强与压力之间的一一对应关系实现压力传感。本发明具有制备简易、灵敏度高、可分辨压力方向的特点，并且压力检测精度、范围均可调。

技术领域

本发明涉及柔性光纤传感器领域的一种压力传感检测装置，具体是一种基于聚合物光纤结形传感器的压力检测装置和方法。

背景技术

随着互联网、物联网、人工智能技术的发展，社会对高性能传感器的需求日益提升。光纤传感器作为一种20世纪70年代末兴起的一项全新技术，以其优越的性能备受青睐，与传统的机械或电子传感器不同，光纤具有体积小，重量轻，柔软，灵敏度高，抗电磁干扰，电气安全等多项优点，在柔性传感系统的设计制造中占据优势。

光纤传感器将光纤作为敏感元件，利用光纤本身的特性将被测量物理量转换为光信号的强度、相位、波长等参量。光纤传感器一般使用二氧化硅光纤(石英光纤)或聚合物光纤(塑料光纤)作为载体。关于石英光纤传感器的研究十分广泛，然而相比于聚合物光纤，石英光纤更容易断裂，机械性能较差，因此在柔性触觉传感器、智能织物传感器、可穿戴传感器等应用场景中，石英光纤有一定局限性。

聚合物光纤是由高透明聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，聚苯乙烯PS，聚碳酸酯PC作为芯层材料，含氟聚合物或较低折射率的PMMA作为包层材料的一类光纤。与最常见的玻璃光纤不同，聚合物光纤直径粗，折射率高，数值孔径大，与外围光学系统的安装连接简易，且具有较高的应变极限、断裂韧性和抗冲击性。以上特点使聚合物光纤传感器在智能织物，柔性穿戴传感器，侵入式生物传感等新应用中具有突出优势。

因此，现有技术缺少了一种制备工艺简单，灵敏度高，结构紧凑的聚合物光纤传感器。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种聚合物光纤结形传感器的制备方法，它是基于聚合物光纤的新型光纤传感器，对于促进柔性传感器的发展具有实际意义。

本发明的技术方案是：

本发明包括布置在所需压力检测处的聚合物光纤，所述聚合物光纤打结，打结处形成光纤交叠部为光纤结，对光纤交叠部施加压力进行检测。

所述聚合物光纤打结成半结。所述的半结即为单结。

所述的聚合物光纤打结处的位置位于聚合物光纤的中部。

还包括光源和探测器，所述的聚合物光纤的两端分别连接光源和探测器。

所述的聚合物光纤至于埋设于柔性聚合物中，柔性聚合物受压带动聚合物光纤的光纤交叠部处受压变形，进而实现检测压力。

所述的聚合物光纤具有纤芯和包层。

所述压力检测装置应用于机器人触觉检测。所述压力检测装置置于机器人触觉设备内。

将聚合物光纤一段上绕成圈，聚合物光纤一端端部从圈中穿过，使聚合物光纤打成半结。调整半结的位置，使半结位于聚合物光纤中部。

光纤结包埋在柔性材料内部。

所述的压力检测装置按照以下方式制备而成：将聚合物光纤打结之后，将光纤结放置在固化后的柔性材料的表面，调整光纤结的角度和朝向，接着在放置光纤结的柔性材料上再浇注一层未固化的柔性材料，使光纤结被包埋在柔性材料内部，之后对柔性材料加热固化，形成结形光纤触觉传感器。

本发明的结形光纤传感器对压力的响应具有角度选择性，可以通过调节光纤结包埋在柔性材料中的初始角度，以及将多个结形光纤传感器联用，检测三维空间中的压力大小及方向。