毕业设计翻译1

1、温度传感器阵列用于光纤光栅传感器触觉使用摘要本文介绍了能检测分布式温度和分布力的触觉传感器系统，该系统 是采用光纤光栅传感器进行检测的。还介绍了最新光纤光栅技术设计的温度传感 器，并对其性能进行了评价。将这类传感器阵列和测力传感器阵列结合起来，就 能形成一种新的触觉传感器系统。这个系统能够测得温度的分布状态并能进行评 估。特别是通过利用分布式温度传感器阵列，分布式力传感器阵列可补偿温度的 影响，防止散发准确测力。介绍目前，许多研究人员正试图运用智能机器人系统的五官感觉。尤其是将许多 种触觉传感器与不同的小型力传感器结合然后运用于智能机器人，teleoperational 机器人，触觉感知接口

2、1-7. 一些的触觉传感器和小型测力传感器已经被运用于 MEMS技术。8-12. MEMS触觉传感器的研究主要集中于硅基传感器，因为这 些传感器凭借MEMS技术提供了良好的空间分辨力。然而，该系统在实际应用 中仍然存在一些问题。特别的是，刚性基板，脆弱敏感的元素和复杂的布线妨碍 了先前的功效。在作者先前的研究中，介绍了一个3x3的分布式传感器，该传感 器采用了光纤光栅技术，还运用了将光纤光栅转换成光纤的换能器。它展示了光 纤光栅分布式传感器的良好性能和简单的布线，和MEMS触觉传感器相比它有更 好的灵活性。然而这一光纤传感器的阵列采用了光纤光栅，很容易受到温度影响 而改变。虽然温度的变化可能发

3、生在任何实际情况，它假定这里的环境温度是 常数。如果这个传感器不是用于温度补偿的，就不可能对分布力进行精确的检 测，即使是通过对温度变化引起的布拉格波长移动量变化测量的这种方法。因 此，就需要一种对实际温度进行补偿的方法。在本文中，提出了一种新设计的光 纤温度传感器，就是用3x3温度传感器阵列对3x3测力传感器阵列的温度效应进 行补偿，和对温度分布进行检测。光纤光栅传感器的主体基于波分复用技术的光纤传感器适合于分布式应变监测。光纤传感器容易复 用而且拥有其他很多的优势，如线性反应和相对测量等。光纤传感器系统的基本 原则在于对波长移动量布拉格信号回程（布拉格波长移动量）的检测，作为被测量 的一个

4、功能（例如：应变、温度和力）。图1光纤光栅传感器编码操作布拉格波长和材料及光栅间距的折射率有关。比较典型的传感器系统包括从 宽带源频谱的纤维注入光的光栅，其结果是在布拉格波长中光栅反映了一种狭隘 的光谱成分，或者这部分在观测频谱时在传输过程中被丢失了。表1中简单的利 用图标例举了这个过程。一个光纤光栅是按一个周期来运行的，光纤是导致折射率产生变化的核心因 素。在某一特定波长窄带中，光栅以反射光的形式表现出来，这样的波长称为布 拉格波长。产生布拉格波长的条件是* B = A在式子中* b是光纤光栅温度传感器的Bragg波长，n e是光纤核心的实际有效指 数，还有是光栅的周期，Bragg波长的变化

5、量是由应变变化和温度变化产生的， 温度变化可以由下列的式子进行表达*B = *B & f +E f M + G_pe屁在式子中是热膨胀系数(CET)，是热光系数，还有，是光纤的应变光学系数。 =上,这个值是用于这次研究而通过实验测得的13.在式子(2)中，布拉格波长移动 量同时和机械应变的变化和热应变的变化有关。假设机械应变为0，那么式子(2)就能够写 成像式子(3)这样。在式子(3)中，布拉格波长移动量可作为温度的变化进行测量。y八超)Ill温度传感器阵列使用光纤布拉格光栅温度传感器采用光纤布拉格光栅一个温度触觉传感器元件是采用光纤布拉格光栅制造而成的，可以通过表格 （2）进行简单的了解。光

6、纤布拉格光栅被挠性接管覆盖了，阻止了由于温度的 变化造成的这种结构的任何热应变，即便是在增加了温度传感器或接入另一个结 构的情况下。这样可以防止光纤光栅的布拉格波长受到附加材料的热应变的影 响。另外，使用了能抗剪承受力的氧化硅把挠性接管固定在光纤上。其中采用了 2mm长的光纤，这和在桥式型的测力传感器使用的光纤长度是一样的13。对采用了光纤光栅的温度传感器的评价为了评价这个已制造的温度式压电传感器，已设计好的校正系统，如图36 所示，把光纤光栅温度taxel和热电偶放进水里，用热板型热水器进行加热。将 热电偶的输出信号和由于温度变化产生的布拉格波长移动量进行比较，温度变化 和布拉格波长移动量之

7、间的线性方程可以通过实验来获得。图2.使用光纤光栅温度传感器原型图3.温度校准系统示意图01CM30IO50温度变化图01CM30IO50温度变化图4.随着温度变化温度式压电传感器的布拉格波长移动量在温度式压电传感器中，存在布拉格波长移动量和温度变化的线性关系。这 种线性关系大约接近表格4中的第一项命令多项式。采用这种近似值的计算法， 可以用确切的温度变化来检测布拉格波长。原型紫杉醇的准确度为99.8 %，并 解决这一紫杉醇编造温度大约是0.1摄氏度，线性误差大约是0.2 %。温度紫杉 醇还显示了其可重复性和磁滞特性。可重复性的误差大约是1.2%，磁滞现象的误 差大约为1.3%。C.对采用光纤

8、光栅的分布式温度式压电传感器阵列的评价使用光纤光栅的温度压电式传感器，创造了一个3x3分布式光纤光栅温度传 感器阵列。这一温度传感器阵列的空间分辨率是5毫米。其中嵌入在传感器阵列 中的9个光纤光栅有他们自己的布拉格波长。不同的布拉格波长产生不同的高峰 点。因此，每个布拉格波长的移动量表现了分布式温度的变化，这可以用波分复 用 (WDM)的方法进行测量。表1.使用光纤光栅温度传感器阵列的布拉格波长序号12311562 nm1565 nm1568 nm21571 nm1574 nm1577 nm31580 nm1583 nm1586 nm表2.各个温度紫杉醇近似线性关系（y = A + Bx ,

9、y是温度变化量,x是波长移动量）项数AB1-0.001620.010012-0.000980.099SI3-0.000790.094(.00103(J.OIO3IS0.001120.010456-O.QOI330.01007-0.00 IS20.0I0LB30.000360.0999 90加。1如川心表1显示了这次研究中采用的布拉格波长。为了直接确定分布式温度因此要证实 每个温度传感器之间的关系。表2显示了对这些近似值的系数进行实验性的评价。IV.采用光纤布拉格光栅的触觉传感器光纤光栅触觉传感器的阵列是由一个3x3的测力传感器阵列13和一个3x3的温 度传感器阵列组成的，如图5所示。所有的光纤

10、光栅传感器都使用了光学纤维。 如上所述，温度的变化和机械应变的变化同时影响了光纤光栅传感器的布拉格波 长移动量。为了测量光纤光栅测力压电引起表面力的确切变化，必须除温度变化 引起的布拉格波长移动量以外进行计算。图5.能检测分布力和分布式温度的二维传感器阵列00图6.二维分布力和分布式温度的输出（a）温度补偿力我分布；（b）温度变化分布拟议的温度传感器的含有这样的结构，即不会受热应变的影响。光纤布拉格 光栅由温度的变化引起的布拉格波长移动量，可以通过温度传感器阵列进行测 量。因此，通过机械应变有可能获得布拉格波长移动量；那就是，采用外加力的 方法对布拉格波长移动量进行温度补偿，把压电式传感器的变

11、化来检测光纤减小 转移为检测温度的压电式传感器变化来代替，检测的布拉格波长移动量的总和通 过换能器转变另一种布拉格波长移动量，二另一种便是由结构性热应变变化引起 的布拉格波长移动量。据核实，已经制造好的触觉传感器能够检测分布式温度的变化和分布式应变 力的变化。该传感器的重量为200g，它的表面温度比室温高（和大约20 C的室 温相比将近有60 C）在装载了 1, 2, 4号后，还有5个压电式测力器如图5所示， 其中未安装的产生的布拉格波长移动量不是由热测试重量传导引起，而是由热测 试重量辐射引起的。表格6a显示了补偿力信号的分布，温度变化引起的布拉格波 长移动的损耗量。而图6b显示了由于温度传

12、感器阵列的布拉格波长导致温度分布 的变化。这些实验结果表明，采用拟议的温度补偿法我们可以对力的分布和温度 的分布进行精确的测量。V.结论在本文中，温度式压电传感器展示了其良好的性能，创建了采用光纤光栅的 3x3温度传感器的阵列。利用作者以前的文章中的桥式转换器把3x3温度传感器 阵列用于3x3测力传感器阵列，触觉传感器能检测分布式温度的变化，还能对分 布式应力的变化进行估计。在5X5毫米面积上这个触觉传感器有9个压电式测量 器（3x3）和9个温度式压电测量器（3x3）。从实验结果来看，对温度效应用分布 式应力变化的精确补偿和使用温度传感器阵列改变分布式温度都能确定。由于这 触觉传感器是由一种光导纤维光纤传感器组成的，对电磁场有一定的免疫力，并 具有较高的抗水和抗腐蚀