仪器仪表学报

作者：孙世政1

单位：孙世政1,2，廖超1，李洁2，蒙志强1，向洋1,（1?重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074； 2?重庆邮电大学移通学院智能工程学院重庆401520）,

关键词：关键词：光纤布拉格光栅;二维力传感器;十字横梁结构;维间耦合

基金：*基金项目：中国博士后科学基金面上项目（2018M633626XB）、城市轨道交通系统集成与控制重庆市重点实验室开放基金（CKLURTSIC?RFKT?201806）、重庆市科委基础科学与前沿技术研究项目（cstc2017jcyjAX0053）、交通工程应用机器人重庆市工程实验室开放课题（CELTEAR?KFKT?201805）资助

摘要：针对目前多维力传感器难以同时兼顾电磁干扰、接线复杂、维间耦合较大及灵敏度较低的问题，设计了一种基于光纤布拉格光栅的二维力传感器。首先，基于光纤布拉格光栅传感理论和简支梁弯曲变形理论，设计了十字横梁结构的传感器弹性体，并揭示光纤光栅传感器波长漂移量与力的映射关系；其次，采用有限元分析方法研究弹性体的应变分布特性，确定光纤布拉格光栅最佳封装位置；最后，搭建了实验标定平台，对传感器的灵敏度、线性度、维间耦合误差以及重复性误差进行实验研究。实验结果表明，该传感器x、y方向的波长灵敏度分别约为7?464、7?520pm/N，线性度分别约为3%、2%，维间耦合误差分别约为1?01%、0?218%，重复性误差分别约为4?898%、5?828%。该传感器可应用于机器人腕部二维力测量，对提高机器人关节的高精度控制反馈具有重要意义。

来源：2020年第2期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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