不同厚度比软质聚酰亚胺薄膜中光纤传感器性能评估

摘要： 为满足软体生物医学机器人和飞机柔性变形机翼的曲率测量应用需求，本研究实现了适用于软体机器人及柔性变形机翼的光纤布拉格光栅（FBG）形状传感器。该光纤光栅嵌入聚酰亚胺薄膜后固定于软体机器人机体与变形机翼内部。然而，针对FBG传感器在聚酰亚胺薄膜中的嵌入深度及其灵敏度缺乏分析的问题，极大限制了其应用潜力。本文探究了FBG传感器在聚酰亚胺薄膜中嵌入深度与其灵敏度、稳定性的关系：阐述了嵌入式FBG传感器的传感原理与结构设计，研究了其在聚酰亚胺薄膜中的弯曲曲率与波长偏移特性，并通过实验验证了传感器灵敏度、稳定性与嵌入深度的关联规律。结果表明波长偏移量与曲率呈线性关系——当传感器曲率范围为0 m?1至30 m?1时，最大灵敏度达50.65 pm/m?1，最小灵敏度为1.96 pm/m?1。设计的聚酰亚胺薄膜嵌入式FBG传感器在软体执行器与变形机翼测量的重复实验中表现出良好一致性，该FBG传感方法因此在软体机器人和飞机柔性变形机翼形状监测领域具有实际应用潜力。