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摘要：本发明公开了一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器及系统。柔性多轴力传感器中，衬底作为基底，弹性体薄膜布置在衬底上；锥形光纤的U形微纳光纤区域作为光学敏感部并被封装在弹性体薄膜中；弹性体薄膜上设置有凸台，凸台顶点的正投影点位于锥形光纤的对称轴上；凸台作为受力触点，将外界对其施加的力传递给弹性体薄膜和锥形光纤，使锥形光纤的光学敏感部产生形变和时间分辨的光学透过率变化。本发明提出的柔性多轴力传感器能实现对包括法向力和横向剪切力在内的多轴力的感知和测量，具有灵敏度高、响应速度快、重复性好、过载容忍度高等优点，在智能机器人、可穿戴设备以及人机交互等领域具有应用前景。

主权项：1.一种多轴力检测方法，其特征在于，所述检测方法采用基于锥形光纤的柔性多轴力传感系统，所述柔性多轴力传感系统包括基于锥形光纤的柔性多轴力传感器、激光光源（5）和光学检测组件，激光光源（5）与锥形光纤（3）的光纤输入端相连，锥形光纤（3）的光纤输出端与光学检测组件相连，光学检测组件用于读取柔性多轴力传感器在时序上的透过率变化；所述基于锥形光纤的柔性多轴力传感器包括衬底（1）、弹性体薄膜（2）和锥形光纤（3），弹性体薄膜（2）布置在衬底（1）上，每条锥形光纤（3）中部的微纳光纤为U形，U形的微纳光纤作为光学敏感部并且光学敏感部被封装于弹性体薄膜（2）内，U形的微纳光纤为轴对称结构，弹性体薄膜（2）上设置有凸台（4），凸台（4）顶点的正投影点位于U形的微纳光纤的对称轴上；所述检测方法包括以下步骤：当多轴力传感器的凸台（4）的正投影面与U形微纳光纤区域重叠时，向多轴力传感器的光纤输入端通入激光，所述多轴力传感器的凸台（4）作为多轴力的作用点；若法向力作用于凸台（4）时，光学检测组件监测到多轴力传感器的时序透过率下降，光学检测组件记录时序透过率的变化量，并通过对比标定的法向力-透过率响应曲线，得到法向力Fn的大小；在对多轴力传感器施加恒定法向力的基础上，沿U形微纳光纤的对称轴方向施加一个横向剪切力，光学检测组件监测到多轴力传感器的时序透过率的变化量，并与标定的横向剪切力-透过率曲线对比，计算获得横向剪切力Fs的大小，多轴力传感器受到的合力Ft的大小满足Ft=Fn2+Fs212，合力的方向与U形微纳光纤对称轴的夹角θ满足θ=arctanFnFs；若在施加横向剪切力时检测到的时序透过率下降，则多轴力传感器受到横向剪切力方向为U形微纳光纤对称轴朝向U形微纳光纤开口的反方向，若在施加横向剪切力时检测到的时序透过率上升，则多轴力传感器受到横向剪切力方向为U形微纳光纤对称轴朝向U形微纳光纤开口的方向，从而确定多轴力传感器受到的合力Ft；当凸台（4）远离U形微纳光纤区域，且其正投影面与U形微纳光纤区域不重叠，则在对多轴力传感器施加恒定法向力的基础上，施加横向剪切力时，若光学检测组件检测到多轴力传感器的时序透过率下降，则多轴力传感器受到横向剪切力方向为U形微纳光纤对称轴朝向U形微纳光纤开口的方向，若在施加横向剪切力时检测到的时序透过率上升，则多轴力传感器受到横向剪切力方向为U形微纳光纤对称轴朝向U形微纳光纤开口的反方向，再结合合力Ft的大小以及合力的方向与U形微纳光纤对称轴的夹角θ，确定多轴力传感器受到的合力Ft。

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百度查询： 之江实验室 一种基于锥形光纤的柔性多轴力传感器及系统