柔性光纤光栅弯曲传感器设计开题报告

全文总字数：5183字

1. 研究目的与意义（文献综述）

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，是实现自动检测和自动控制的首要环节[1]。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业向先进制造业的转型升级，更成为21世纪一个新的经济增长点。传感技术的成熟与否一定程度上反映了一个国家的工业和自动化实力。

随着传感技术的发展，先进传感技术逐渐被应用到可穿戴设备中，实现数据收集、信息传输与人机互动。近年来，以传感器为核心的智能可穿戴设备如雨后春笋般蓬勃发展，自2016年以来，全球可穿戴设备出货量与营收规模约以13%的年增长率保持平稳增长，预计到2023年，中国可穿戴设备市场出货量将达到1.2亿台，在全球智能可穿戴设备市场的占有率将上升至40%。未来，随着可穿戴设备朝着多功能集成方向发展，传感器在高集成、低功耗、柔性可穿戴传感器方向将产生更大的发展机遇。

在医疗康复领域，随着社会生活节奏的加快和人们作息的不规则，使大量人群处于亚健康状态，导致人们免疫下降而使患病概率有所增加。对人体的运动监测可实时获得人活动时的关节弯曲角、肌肉拉伸量，呼吸率等多项生理参数，为疾病预防和制定合理的运动计划及其方式提供原始数据，也可以为医生对患者的治疗和后续康复训练计划的制定提供数据技术支撑。在机器人技术领域，为了准确监测和控制机器人运动，需要在机器人结构中集成合适的传感技术，在满足安全人机交互，符合人体工程学和舒适度的前提下，开发一种柔性材质的新型传感器以满足其配置和控制需求是该领域所面临的一个重要课题。

2. 研究的基本内容与方案

结合科研项目，主要开展柔性光纤光栅弯曲传感器设计。

2.1.设计的基本内容

进行柔性光纤光栅弯曲传感器的传感原理、结构参数、制备模具和实验系统设计，制备出所设计的柔性光纤光栅弯曲传感器并进行标定和应用实验。主要设计内容有：（1）掌握光纤光栅反射谱理论计算方法，掌握光纤宏观弯曲光强损耗原理。

3. 研究计划与安排

1. 第1-3周：完成文献查阅和英文文献翻译，熟练掌握MATLAB、SolidWorks、AUTOCAD等设计所需软件，完成开题报告； 2. 第4-6周：完成传感原理和方法分析，以及传感器设计与制备； 3. 第6-8周：给出传感器实验系统三维图； 4. 第9-12周：完成设计资料整理和设计说明书（论文）撰写； 5. 第13-16周：毕业设计论文修订，评阅，准备毕业设计答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 严普强, 黄长艺. 机械工程测试技术基础. 机械工业出版社, 1985.

[2] 狄海廷,付宜利. "利用光纤曲率传感器重建三维曲面结构." 光学 精密工程 18.5 (2010):1092.

[3] 陈慧芳, 严惠民,单国峰. "基于选择填充光子晶体光纤的二维弯曲矢量传感器设计." 中 国 激 光 43.1 (2016).

[4]s. yun, s. park, b. park, s. ryu, s. m. jeong, and k.-u. kyung, "a softand transparent visuo-haptic interface pursuing wearable devices," ieeetransactions on industrial electronics, 2019.