【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光纤传感，具体涉及一种光纤三维力传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
1、机器人辅助微创手术因其手术精度高、灵活性强、切口小、术后恢复时间短而成为首选手术方法。然而，大多数机器人辅助微创手术都是在狭窄而复杂的环境中进行的，外科医生通常仅依靠视觉提示和他们的手术经验，缺乏对人体组织和手术器械之间相互作用力的直接感知，这可能会导致过度用力和对器官造成损伤。由于缺乏力感知，外科医生需要付出更多努力来确保手术操作的准确性，这使得他们更容易出现手术疲劳。因此，开发集成力传感器以提供实时力感知对于提高微创手术的安全性和效率至关重要。
2、力传感器微型化趋势明显，微机电系统(mems)力传感器因体积小、功耗低、易与集成电路集成、易于量产等优势而受到广泛关注，基于压阻、电容、压电、光学等不同工作原理的mems力传感器已广泛应用于手术器械的力检测，但常规的力传感器往往只能感知垂直方向的力(法向力)，但在复杂的人体环境中，还存在横向力，这对现有的力传感器的应用造成了一定限制。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种光纤三维力传感器及其制备方法，使其能够实现对三维力(法向力和横向力)的实时监测；
2、本申请的另外一个目的在于提供一种基于上述光纤三维力传感器的压力传感设备。
3、为了解决上述技术问题/达到上述目的或者至少部分地解决上述技术问题/达到上述目的，作为本申请的第一个方面，提供了一种光纤三维力传感器，包括柔性盖帽、定位片和光纤传感器；p>
4、所述柔性盖帽的侧壁底部与所述定位片对位抵接并形成腔室，所述柔性盖帽的底部中央凸出设置有定位柱，所述定位片中部具有供所述定位柱同轴贯穿的定位孔；
5、所述定位片上具有若干沿其定位孔周向布置的装配孔，所述装配孔内插装有所述光纤传感器；
6、所述光纤传感器包括光纤和竖直设置于光纤端面的多边形空心反射微腔，所述多边形空心反射微腔具有与光纤端面相平行的边框且所述相平行的边框内壁能够反射光纤的光束；所述光纤传感器贯穿所述定位片上的装配孔并固定，且所述光纤传感器上的空心多边形框与所述柔性盖帽底部相接触。
7、可选地，所述柔性盖帽和定位片均为圆形。
8、可选地，所述柔性盖帽底部设置有若干凸起接触点，所述若干凸起接触点分别与所述光纤传感器上的空心多边形框相接触。
9、可选地，所述多边形空心反射微腔为规则的对称多边形框，其对称轴与所述光纤的中心轴重合。
10、作为本申请的第二个方面，提供了所述的光纤三维力传感器的制备方法，包括：
11、对光纤进行切割，并利用飞秒激光器光束通过显微镜系统聚焦到光纤端面上，使用双光子聚合加工技术在光纤端面上制备出多边形空心反射微腔，所述多边形空心反射微腔具有与光纤端面相平行的边框，获得所述光纤传感器；
12、采用3d打印技术制备柔性盖帽模具，然后将柔性材料倒入模具中固化，获得所述柔性盖帽；
13、采用切割技术制备与所述柔性盖帽配套可抵接的定位片，并在所述定位片上开具定位孔和装配孔，获得所述定位片；
14、将所述柔性盖帽、定位片和光纤传感器封装后，获得所述光线三维力传感器。
15、可选地，所述柔性材料包括聚二甲基硅氧烷和交联剂。
16、作为本申请的第三个方面，提供了所述的光纤三维力传感器在制备压力传感设备中的应用。
17、作为本申请的第四个方面，提供了一种压力传感设备，包括本申请所述的光纤三维力传感器，以及宽带光源、环形器和光谱仪。
18、本申请所述光纤三维力传感器中利用光纤端面和反光框作为法布里珀罗腔的两个反射面，且多个光纤传感器围绕定位孔呈周向排列，当光纤三维力传感器受到外力时，垂直方向载荷与水平方向载荷会引起不同光纤传感器的位移变化，两个反射面的位移变化，引起法布里珀罗干涉峰发生移动，解调后实现对单个光纤传感器的力和位移的检测，从而实现三维力的实时监测。本申请提出的光纤三维力传感器可实现大量程检测，探头体积小，结构紧凑，制备效率高，制备成本低，易于量产，不受电磁干扰，灵敏度较高，可用于各类微小力-位移的检测。
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1.一种光纤三维力传感器，其特征在于，包括柔性盖帽、定位片和光纤传感器；
2.根据权利要求1所述的光纤三维力传感器，其特征在于，所述柔性盖帽和定位片均为圆形。
3.根据权利要求1所述的光纤三维力传感器，其特征在于，所述柔性盖帽底部设置有若干凸起接触点，所述若干凸起接触点分别与所述光纤传感器上的空心多边形框相接触。
4.根据权利要求1所述的光纤三维力传感器，其特征在于，所述多边形空心反射微腔为规则的对称多边形，其对称轴与所述光纤的中心轴重合。
5.权利要求1所述的光纤三维力传感器的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述柔性材料包括聚二甲基硅氧烷和交联剂。
7.权利要求1-4任意一项所述的光纤三维力传感器在制备压力传感设备中的应用。
8.一种压力传感设备，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的光纤三维力传感器，以及宽带光源、环形器和光谱仪。
【技术特征摘要】
1.一种光纤三维力传感器，其特征在于，包括柔性盖帽、定位片和光纤传感器；
2.根据权利要求1所述的光纤三维力传感器，其特征在于，所述柔性盖帽和定位片均为圆形。
3.根据权利要求1所述的光纤三维力传感器，其特征在于，所述柔性盖帽底部设置有若干凸起接触点，所述若干凸起接触点分别与所述光纤传感器上的空心多边形框相接触。
4.根据权利要求1所述的光纤三维力传感器，其特征在于，所述多边形空心反射微腔为规则的对称...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲健，张祎，李轩，李金健，杨浩，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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