阶梯涂层FBG六维力传感器

高温稳定不失效

采用阶梯涂层FBG和跑道形梁结构，无需额外温度补偿即实现长期高温稳定与硬件冗余，故障时仍能实时恢复测量。

Chen, Zhao · 李天梁 · Haolei, Fan · Haotian, Zhou · Wang, Jun · Yu, Xu · Ren, Hongliang · Fei, Cheng · 谭跃刚 · Zude, Zhou

International Journal of Robotics Research 2025

参数信息

最大满量程误差

3.46 %

维间耦合误差

8.96 %

故障恢复时间

0.2 ms

故障恢复率

25.7 %

长期稳定性测量误差

5.93 %

技术优势

无需额外温度补偿光栅

阶梯涂层FBG在单根光纤上产生双波长反射谱，利用两个峰值的差分消除温度影响，减少了元件数量。

单分支硬件冗余

每个测量分支因双波长反射谱而自带冗余，即使部分信号异常，仍能通过容错策略恢复力/力矩信息。

200°C下长期稳定

八根阶梯涂层FBG交叉张紧焊接在跑道形梁上，高温下测量漂移被抑制，长期稳定性误差低于5.93%。

故障后0.2 ms恢复

硬件冗余结合最小二乘矩阵库，在故障发生时快速切换可用波长组合，恢复率25.7%，实时性满足手术监测需求。

应用场景

• 手术机器人：实时监测手术器械与组织间的力/力矩，防止过载损伤并识别操作阶段。
• 医疗机器人：为医疗机器人提供高温稳定的力觉反馈，支持骨科手术中的精细操作。
• 力觉传感：六维力测量误差低于3.46%，可用于精确的力控制和突破检测。
• 光纤传感：阶梯涂层FBG实现温度自补偿和硬件冗余，适用于高温、狭小空间场景。