Single optical microfiber enabled tactile sensor for simultaneous temperature and pressure measurement

超细纤维 材料科学 灵敏度(控制系统) 光纤 压力传感器 温度测量 光学 波长 声学 光电子学 电子工程 物理 量子力学 热力学 工程类 复合材料
作者
Ni Yao,Xiaoyu Wang,Shuqi Ma,Xingda Song,Shan Wang,Zhangxing Shi,Jing Pan,Shipeng Wang,Jianliang Xiao,Haitao Liu,Longteng Yu,Yao Tang,Zhang Zhang,Xiong Li,Wei Fang,Lei Zhang,Limin Tong
出处
期刊:Photonics Research [Optica Publishing Group]
卷期号:10 (9): 2040-2040 被引量:91
标识
DOI:10.1364/prj.461182
摘要

The ability to sense heat and touch is essential for healthcare, robotics, and human–machine interfaces. By taking advantage of the engineerable waveguiding properties, we design and fabricate a flexible optical microfiber sensor for simultaneous temperature and pressure measurement based on theoretical calculation. The sensor exhibits a high temperature sensitivity of 1.2 nm/°C by measuring the shift of a high-order mode cutoff wavelength in the short-wavelength range. In the case of pressure sensing, the sensor shows a sensitivity of 4.5% per kilopascal with a fast temporal frequency response of 1000 Hz owing to the strong evanescent wave guided outside the microfiber. The cross talk is negligible because the temperature and pressure signals are measured at different wavelengths based on different mechanisms. The properties of fast temporal response, high temperature, and pressure sensitivity enable the sensor for real-time skin temperature and wrist pulse measurements, which is critical to the accurate analysis of pulse waveforms. We believe the sensor will have great potential in wearable optical devices ranging from healthcare to humanoid robots.
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