研究目的
开发并评估一种基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的手套，用于精确测量手指关节角度（特别是近端指间关节PIP），应用于康复和仿生领域。
研究成果
基于光纤光栅的手套在测量PIP关节角度时展现出高精度和重复性，性能优于现有传感器。该技术在康复和仿生领域具有应用潜力，计划扩展至所有关节并开发针对中风患者的康复系统。
研究不足
该研究仅限于三根手指（食指、中指、无名指）的PIP关节，未涵盖所有手指关节。如受试者1所示，手套贴合度可能影响准确性。未来工作需扩展至所有关节并在康复环境中进行测试。
1：实验设计与方法选择：
本研究设计了一款集成光纤布拉格光栅（FBG）传感器的手套用于测量近指间关节（PIP）角度，采用基于可调谐二极管激光光谱技术的解调系统处理FBG信号，并以惯性测量单元（IMU）传感器作为参考进行结果比对。
2：样本选择与数据来源：
选取四名受试者，采集其食指、中指和无名指的PIP关节数据。
3：实验设备与材料清单：
设备包括特定波长和反射率的FBG传感器、分布式反馈激光器（Toptica Photonics，LD-1550-0040-DFB-1）、激光控制器（ThorLabs TED 200C和LDC 220C）、光电探测器（ThorLabs PDA10D-EC）、光开关（Lightwave Link 1-2-L-9-L-3和2-2-L-9-L-3）、数据采集系统（美国Measurement Corp公司USB-1608G）、IMU传感器（InvenSense MPU6050）及Arduino Mega 2560开发板。材料包含刚度系数100 Nm?1、线径0.2 mm、外径1.9 mm、长度10 mm的弹簧，以及丙烯酸酯SMF-28光纤。
4：1）、激光控制器（ThorLabs TED 200C和LDC 220C）、光电探测器（ThorLabs PDA10D-EC）、光开关（Lightwave Link 1-2-L-9-L-3和2-2-L-9-L-3）、数据采集系统（美国Measurement Corp公司USB-1608G）、IMU传感器（InvenSense MPU6050）及Arduino Mega 2560开发板。材料包含刚度系数100 Nm?1、线径2 mm、外径9 mm、长度10 mm的弹簧，以及丙烯酸酯SMF-28光纤。 实验流程与操作规范：
4. 实验流程与操作规范：受试者佩戴手套缓慢屈曲手指，通过LabVIEW应用程序以2°为间隔同步记录FBG与IMU数据。校准过程采用线性模型拟合IMU读数与波长偏移量，每位受试者进行五次重复测试以检验重复性。
5：数据分析方法：
运用统计指标（决定系数R2、平均误差、标准差）分析数据并与现有传感器对比，波长偏移量通过马赫-曾德尔干涉仪（MZI）峰值及乙炔气体吸收线参考计算得出。
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DFB laser
LD-1550-0040-DFB-1
Toptica Photonics
Used as the light source in the interrogation system to emit light for FBG sensing.
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Laser temperature controller
TED 200C
ThorLabs
Used to tune the emission wavelength of the laser.
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Current controller
LDC 220C
ThorLabs
Used to control the current of the laser for wavelength tuning.
暂无现货
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Photo-detector
PDA10D-EC
ThorLabs
Used to detect light from FBGs, MZI, and gas-cell in the interrogation system.
暂无现货
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-
Optical switch
1-2-L-9-L-3
Lightwave Link
Used in the interrogation system to route optical signals.
暂无现货
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Optical switch
2-2-L-9-L-3
Lightwave Link
Used in the interrogation system to route optical signals.
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Data acquisition system
USB-1608G
Measurement Corp USA
Used to digitize photo-detector signals for data analysis.
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IMU sensor
MPU6050
InvenSense
Used as a reference to measure joint angles and compare with FBG sensor readings.
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Arduino
Mega 2560
Arduino
Used to interface with IMU sensors for data collection.
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FBG sensor
Used as the primary sensor to measure strain and calculate joint angles based on Bragg wavelength shift.
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Spring
Attached to FBG to construct the sensor unit, elongates with finger flexion to induce strain.
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Optical fiber
SMF-28
Used as the base for FBG sensors, made of acrylate material.
暂无现货
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