基于光纤光栅的摩擦因数测量

发布时间：2021-12-30 12:37

　　为测量硅橡胶与接触物间的摩擦因数（COF）,以光纤光栅为传感元件,结合硅橡胶及有机玻璃支架,构建滑块型COF检测传感器。理论分析了光栅应变测量值与COF的关系,滑块滑动时,以光栅的应变均值及应变标准差识别COF。实验结果表明:当COF为0.34～0.435时,应变均值随COF递减且最大灵敏度为-443.7481με/unit;应变标准差随COF呈指数型递增,最大测量灵敏度为284.5672με/unit。此方案可应用于机械手触觉感知领域,应用前景广阔。 

【文章来源】：中国激光. 2019,46(12)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

滑块型COF传感器。(a)三维结构图;(b)受力分析

图1 滑块型COF传感器。(a)三维结构图;(b)受力分析滑块匀速运动时,受力如图1(b) 所示。所受支持力N等于滑块重力mg与滑块上表面法向压力FN之和;水平方向所受拉力F等于摩擦力μ(mg+FN),其中,m为滑块质量,g为重力加速度, μ为摩擦因数。封装后FBG所受轴向应变为

图3中应变测量值均经Savitzky-Golay平滑算法[12]处理。滑块静止时(0～5 s),应变相对稳定;滑行时需克服摩擦力,由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力,滑行初始时刻应变瞬时值高于正常滑行的应变值,对应图3(a)～(e)中5 s附近的脉冲。滑块匀速滑动时(5～23 s),应变出现波动的主要原因是板材表面形貌不平整,在光滑表面滑动时,摩擦力主要为黏着效应引起的阻力,应变波动较小。5种板材的表面粗糙度依次增大(表面形貌不平整度变大),由梨沟效应产生的阻力随之增强,且变化显著,致使应变波动现象愈加明显。23 s时,滑块停止滑动,测量值趋于稳定。选取滑块稳定滑动时的应变测量值(8～23 s)识别COF,相应平均绝对误差(MAE,EMA)和平均相对误差(MMRE,EMMR)[13]如图4所示。可见,MAE和MMRE均随载荷增大而降低,即测量可信度增强。当载荷为0和12 g时,EMA≥4.43 με,EMMR≥10.17%,可信度较差,这是由滑块与板材未紧密接触造成的。当载荷大于等于24 g时,EMA≤3.07 με, EMMR≤4.37%,测量可信度高。图4 滑块滑动时,应变测量值的MAE和MMRE

【参考文献】：
期刊论文
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[2]基于匹配滤波解调的多芯Bragg光栅曲率传感器[J]. 郑狄,潘炜,Sales Salvador.  光学学报. 2018(03)
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本文编号：3558211