一种基于微型光纤布拉格光栅的接触力传感器，具有平行四边形空槽和缩径结构，用于微创手术

为解决微创手术 (MIS) 中触觉感知的丧失，以及现有一维光纤力传感器在实现小型化、高灵敏度和横向力抗性方面的挑战，本文提出了一种微型接触力传感器。该传感器基于光纤布拉格光栅 (FBG)，集成了新颖的错位平行四边形空槽结构。该传感器具有超紧凑设计，外径仅为 1.3 毫米，长度为 10 毫米，与大多数现有传感器相比，显示出显著的小型化。空槽结构不仅增强了轴向应变集中效应，从而将轴向灵敏度提升至 415.9 pm/N，还使传感器具备良好的横向力抗性。与此同时，缩径结构有效提高了整体结构的刚度。通过双 FBG 配置建立了力-温度解耦机制，有效消除环境温度波动对测量精度的影响。有限元模拟和全面的实验验证，包括静态校准、动态响应评估、温度校准、横向力抗性比较及模拟触诊实验，表明所提传感器具有高灵敏度、优良线性和实时响应能力，从而满足了微创手术中对精确低幅力传感的要求。