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申请/专利权人：燕山大学

摘要：本发明提供了一种基于DUS‑FBG的大面积柔性智能皮肤的温度及压力传感器，涉及柔性电子技术领域及可穿戴设备技术领域，包括：温敏柔性材料以及由所述温敏柔性材料封装的传感阵列；所述传感阵列为两根中心波长不同的DUS‑FBG交错U型排布阵列；可调谐激光器模块，用于为所述传感阵列提供入射光源；温度和压力检测模块，用于基于两根DUS‑FBG的中心波长漂移量进行温度及压力信号检测和定位。本发明改善了现有方法灵敏度低，材料成型面积小的缺点，实现高灵敏度，大面积可穿戴的柔性智能皮肤的温度及压力传感器。

主权项：1.一种基于DUS-FBG的大面积柔性智能皮肤的温度及压力传感器，其特征在于，包括：DUS-FBG阵列和温敏柔性材料，将DUS-FBG阵列排布完成后，用温敏柔性材料封装，将封装后的两层光纤柔性皮肤上下平行叠放，形成双层光纤柔性皮肤结构；所述DUS-FBG阵列为两根中心波长不同的DUS-FBG交错U型排布阵列；采用中心波长不同全同弱反射光纤光栅来提高空间分辨率；密集光栅的栅长及间距均为0.5cm；第一DUS-FBG的中心波长为1546nm，长度为30cm，刻有光栅30000个，每间隔1cm排布一段54cm长的DUS-FBG，以横向盘绕的方法布置在平面；第一DUS-FBG用于测量温度参量；第二DUS-FBG的中心波长为1554nm，长度为30cm，每间隔1cm排布一段54cm长的DUS-FBG，刻有光栅30000个，以纵向盘绕的方法布置在平面；第二DUS-FBG用于测量压力参量；构成的传感阵列边长为54cm，两条DUS-FBG全同弱反射光纤光栅U型交错排布构成的正方形的传感单元的每段全同弱反射光纤光栅的间隔为1cm，实现2916cm2的压力检测；可调谐激光器模块，用于为所述双层光纤柔性皮肤结构中的DUS-FBG阵列提供入射光源；其中，可调谐激光器模块的输出光通过1×3光分路器后被分为3束光信号，第一束光不进入柔性皮肤多参量传感器而是直接通过环形器入射到参考干涉臂中；第二束光分别进入所述双层光纤柔性皮肤结构中；第三束光首先经脉冲调制器调制成脉冲光，再经EDFA进行光放大后进入所述双层光纤柔性皮肤结构中；其中，环形器还用于将大面积柔性智能皮肤温度传感器及压力传感器连接到光电探测器；反射光脉冲经过环形器后进入光电探测器进行光电转换，再经过数据采集模块、数据处理模块实现信号处理和数据计算分析；温度和压力检测模块，用于基于双层光纤柔性皮肤结构中的两根DUS-FBG的中心波长漂移量进行温度及压力信号检测和定位；其中，基于两根DUS-FBG的中心波长漂移量进行温度及压力信号检测和定位包括：采用OFDR实现温度及压力信号检测和定位；所述采用OFDR实现温度及压力信号检测和定位，包括：光反射信号与参考光信号发生干涉，形成拍频信号；通过傅里叶变换将拍频信号从时域转换到频域，然后利用频率和位置的关系完成光栅空间位置信息解调；通过对参考臂信号和传感臂信号做三次样条插值的加窗FFT算法得到频移变化，通过复用技术实现光纤柔性皮肤的面积扩展；利用频谱偏移量变化值与传感参量变化值得到的函数关系完成温度及压力传感参量的测量，包括：两光栅同时受到温度和应力的作用，且光栅的中心波长漂移量随温度和应力的变化是线性关系，则传感器的两个检测波长随温度和应力的变化表示为： 其中，Δλ1和Δλ2分别为两个检测波长的变化量，ΔT和ΔF分别表示为温度和压力的变化量，KT和KF分别为温度灵敏度和应力灵敏度，根据上式得： 由此通过解调实验对温度及压力的大小进行测量及定位；可调谐激光器为外腔可调谐激光器。

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