高灵敏度光纤力觉传感器地研究.pdfVIP

6 机械工艺师2000．10 高灵敏度光纤力觉传感器的研究 口马童刘晓东 擅要介绍一种案成在截型机械手中的高曼般度二堆光纤力觉传赢嚣。它蝇同时测量捧皋力和沿机嗣c手轴向的董蠢 力。妾鞋证明，集成在机械手中的抓取力和轴由幕配力传意嚣之阐迓宥横由干扰。 美誓词：光纤传t■力觉传毫船力t机撼手r徽装_己7 L V1’～ 根光纤的运动造成了两光纤的相对错位，改变了光在 一、引言 发射光纤和接收光纤之问的耦合率，即射入接收光纤 目前，安装在机械手中的力觉传感器一般采用市 的光强度改变了。通过测量照射在光敏元件上的光强 场上可以买到的测力传感器，如应变片式或独立的力 度就可获得被测力的大小。 传感器。对于小型和微型的机械手来说，因受结构和 由于平行弹簧具有良好的力选择特性，即平行弹 尺寸的限制很难采用。另一方面，因为教小型机械手 簧的变形只与垂直于弹簧片的力或分力成正比，将平 的应用对象为精密微小零件，所以对力觉传感器的灵 行弹簧做相应的组合就可以获得二维的力敏结构。图 敏度的要求很高。市场上的力传感器一般无法同时满 2所示是二维力敏结构的示意图。在该结构中。两个 足结构尺寸小和灵敏度高这两方面的要求。 平行弹簧蜀、岛相串联，它们的力敏方向相互垂直， 二、力觉传感器的结构 且在一个平面内。力n使平行弹簧置。产生变形，力 B使平行弹簧疋产生变形。如果像图1所示的那样 本文介绍的力觉传感器的测量原理是：在力作用 将两对光纤分别安装在平行弹簧蜀、岛上．就构成了 下弹性元件将发生弹性变形，弹性变形会使两个耦合 能同时响应^、R的二维力传感器。 光纤之间发生位移变化，造成光耦台率的变化，这样就 可以用光耦合率来表征被测力的大小。本文采用平行 弹簧作为弹性元件。 图1所示是一种一维光纤力传感器的结构示意 图。它由单一平行弹簧构成。平行弹簧的一端固定， 被涮力作用在平行弹簧的自由端。在平行弹簧的弹簧 片之间装有两根在同一轴线上、端面相互平行、相距很 近的光纤。其中一根与光源相连，称为发射光纤；另一 擞 根与光敏元件连接，称为接收光纤。由光源发出的光 经发射光纤传输后耦合到接收光纤。当被测力方向垂 直于平行弹簧片时，弹簧的自由端会产生与被测力方 图1一维光奸力传感器 圈2二维力被结构 向一致的平动偏移，并带动与之相连的光纾运动。这 既可以检测信号的大小，又可以检测信号的有无。例 参考文■ 题l中，对信号的检测，并没有用到常规的放大器、模 l王东生，曹磊．_；昆沌、分形厦其应用．台肥：中国科学技术出 版社，1995 数转换等电路，而是直接由e(n)的状态计算得到。因 2章勘业，严麓舟0，孔军尊．“_i昆池”理论在湖量中的应用．电子 此，这种基于混沌的检测系统将和常规的检测方法具 科学学刊，19孵，(21)l 有完全不同的原理，且具有根高的抗干扰能力。由图 3章舫业，严筏Wj，撬鸣奇．混地测重的一种改进方素．仅嚣仪 1、图2、图3可见，对于信噪比达∞曲的信号．混沌系 表学报，2啪，(2I)I