[发明专利]一种基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器

权利要求书

1.一种基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，包括扭转敏感挠曲结构、一根光纤布拉格光栅以及信号处理单元；其中：

所述扭转敏感挠曲结构包括顶板、底板、顶横梁、多个支撑柱以及四个斜梁；所述顶板与底板之间通过多个所述支撑柱连接固定，所述顶横梁与顶板相连接，且顶横梁上设有第一光纤固定部；所述四个斜梁沿顶板或底板的圆周方向间隔90°均匀布置，并分别与所述顶横梁以及底板相连接；每个所述斜梁与底板的倾斜角度为45°，每个所述支撑柱分别与顶板以及底板相垂直，所述底板上设有第二光纤固定部；

所述光纤布拉格光栅的两端分别固定于第一光纤固定部与第二光纤固定部上，且整体呈张紧状态悬置于所述扭转敏感挠曲结构的中心轴线上；

所述信号处理单元与光纤布拉格光栅相连接，用于将光波信号转化为数字信号；

当传感器受到轴向扭矩载荷时，会将作用扭矩传递给扭转敏感挠曲结构，扭转敏感挠曲结构发生旋转后，斜梁的高度发生上升或降低，从而引起整个平台的上升或下降，之后通过顶横梁将该上升或下降的位移量传递给悬空布置于扭转敏感挠曲结构中心轴线上的光纤布拉格光栅，由于光纤的布置方向与扭转敏感挠曲结构直线位移运动发生的方向相互重叠，所以能够产生较大的、均匀的且线性度高的扭矩-光纤应变，引起光纤布拉格光栅的栅距变化，从而导致光栅反射波中心波长产生漂移。

2.根据权利要求1所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述支撑柱的数量为4，内部呈空心状，且四个所述支撑柱分别与四个所述斜梁交错布置。

3.根据权利要求1或2所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述顶板为圆环形结构，所述顶横梁由垂直布设的两根横梁组成。

4.根据权利要求3所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述第一光纤固定部设置于顶横梁的中心位置处，所述顶横梁的中心位置设有可供光纤布拉格光栅穿过的通孔。

5.根据权利要求4所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述第二光纤固定部设置于底板的中心位置处，所述底板的中心位置处设有可供光纤布拉格光栅穿过的通孔。

6.根据权利要求5所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述底板为圆柱形结构。

7.根据权利要求6所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述第一光纤固定部以及第二光纤固定部分别为圆柱体或半圆柱体，圆柱体或半圆柱体的中心位置处开设有光纤安装槽，所述光纤布拉格光栅两端分别通过胶粘固定的方式设置于光纤安装槽中，且光纤尾部经由底板中心位置处的通孔引出，并与信号处理单元相连接。

8.根据权利要求1所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述顶板上均匀布设有多个环形凸起，所述环形凸起上分别设有用于与外部手术器械相连接的螺纹连接孔。

9.根据权利要求1所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述扭转敏感挠曲结构由铝合金材料制成。

10.根据权利要求7所述的基于光纤布拉格光栅的高精度微型扭矩传感器，其特征在于，所述信号处理单元包括光纤光栅解调仪以及计算机系统。