一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统技术方案

本发明专利技术提供了一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统包括：多芯光纤，所述多芯光纤连接扇入扇出模块，所述扇入扇出模块连接分别连接宽带光源和解调仪，所述解调仪连接上位机；其中，所述多芯光纤包括中心纤芯和三根旁轴纤芯，通过采集三根所述旁轴纤芯的波长漂移和所述中心纤芯的波长漂移进行温度自解耦。本发明专利技术提供利用多芯光纤的中心纤芯的传感单元对弯曲和扭转应变不敏感的特性，测量得到环境中的温度和拉压应变信息，并以此作为基准，校正旁轴纤芯上的温度应变信息，从而实现温度和应变的解耦。应变的解耦。应变的解耦。

【技术实现步骤摘要】
一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，特别是涉及一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统。

技术介绍

[0002]心血管病是城乡居民死亡的首要因素。目前，传统图像指导的介入治疗中，操作人员会受到辐射照射伤害，血管内机器人系统允许操作者在辐射屏蔽的工作空间或手术室外进行介入手术。近年来，具有柔性好、本质安全、成像速度快以及电磁兼容的光纤形状传感方法逐渐成为介入手术导航定位的研究热点。
[0003]光纤形状传感是近年来新兴的一种传感技术，具有体积小、重量轻、灵敏度高以及响应时间短等特点，并且对磁场不敏感，具有优异的抗电磁干扰性能。其通过多路光纤在同一形变下的不同应变响应，来测量和确定光纤本身或者与之紧密接触的物体的位置和形状。
[0004]近年来，光纤形状传感技术在医疗领域中都得到了广泛关注和研究，如探针、软体操作器、内窥镜等。同时，光纤形状传感可应用于防火工程、电力、核能、铸造工业、航空航天等领域的变温环境监测，实现对高超声速外部表面参数的原位、实时测量，提供实时可靠的实测数据。需要解决温度和应变解耦的问题。
[0005]FBG多芯光纤传感器同时对应变和温度敏感。通常情况下，此类光纤传感器应用于单一变化环境(只有温度变化或应变变化)中进行形状传感。然而，在微创介入手术导航环境中，手术室温度通常在22℃～24℃，人体温度在36.5℃～37.5℃；手术过程中，约有50％～70％的患者会出现低体温症状，体温降低约0.1℃～2℃。这种环境同时存在温度和应变的变化，所以，将FBG多芯光纤传感器应用于微创介入手术形状传感中，需要解决温度和应变解耦的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中手术环境中温度自解耦的技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统，所述多芯光纤传感系统包括：多芯光纤，
[0007]所述多芯光纤连接扇入扇出模块，所述扇入扇出模块连接分别连接宽带光源和解调仪，所述解调仪连接上位机；
[0008]其中，所述多芯光纤包括中心纤芯和三根旁轴纤芯，通过采集三根所述旁轴纤芯的波长漂移和所述中心纤芯的波长漂移进行温度自解耦。
[0009]本专利技术的另一个方面在于提供一种多芯光纤传感系统的手术环境温度自解耦方法，所述方法包括：
[0010]采集多芯光纤的旁轴纤芯的波长漂移量，以及多芯光纤的中心纤芯的波长漂移量，
[0011]利用多芯光纤的旁轴纤芯的波长漂移量，与多芯光纤的中心纤芯的波长漂移量做差，对手术环境温度自解耦。
[0012]优选地，多芯光纤的旁轴纤芯的波长漂移量表述为：
[0013]Δλ＝(1
‑
P
ε
)ε+(α
T
+ζ)ΔT，其中，Δλ为旁轴纤芯的波长漂移量，P
ε
为应力光学系数，ε为应变，α
T
为热膨胀系数，ζ为热光系数，ΔT为温度变化；
[0014]多芯光纤的中心纤芯的波长漂移量表述为：
[0015]Δλ
’
＝(α
T
+ζ)ΔT，其中，α
T
为热膨胀系数，ζ为热光系数，ΔT为温度变化。
[0016]本专利技术提供的一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统，利用多芯光纤的中心纤芯的传感单元对弯曲和扭转应变不敏感的特性，测量得到环境中的温度和拉压应变信息，并以此作为基准，校正旁轴纤芯上的温度应变信息，从而实现温度和应变的解耦。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1示意性示出了本专利技术一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统的示意图。
[0019]图2示出了本专利技术多芯光纤的截面示意图。
[0020]图3示出了本专利技术一个实施例中多芯光纤的旁轴纤芯和中心纤芯的灵敏度示意图。
[0021]图4示出了本专利技术一个实施例中多芯光纤形状重构的示意图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本专利技术。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
[0023]如图1所示本专利技术一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统的示意图，图2所示本专利技术多芯光纤的截面示意图，根据本专利技术的实施例，提供手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统，包括：多芯光纤100。多芯光纤100包括中心纤芯101和三根旁轴纤芯，即旁轴纤芯a、旁轴纤芯b和旁轴纤芯c。
[0024]多芯光纤100的中心纤芯101和三根旁轴纤芯分别蚀刻布拉格光栅(Fiber with Bragg Grating,FBG)。
[0025]多芯光纤100连接扇入扇出模块300，扇入扇出模块300连接分别连接宽带光源400和解调仪500，解调仪500连接上位机600。
[0026]通过采集三根旁轴纤芯(旁轴纤芯a、旁轴纤芯b和旁轴纤芯c)的波长漂移和中心纤101芯的波长漂移进行手术环境的温度自解耦。
[0027]根据本专利技术的实施例，提供一种多芯光纤传感系统的手术环境温度自解耦方法，包括：
[0028]采集多芯光纤100的旁轴纤芯的波长漂移量，以及多芯光纤100的中心纤芯101的波长漂移量。
[0029]多芯光纤100的旁轴纤芯(旁轴纤芯a、旁轴纤芯b和旁轴纤芯c)的波长漂移受温度和应变的影响。多芯光纤100在弯曲扭转或温度变化的作用下，旁轴纤芯(旁轴纤芯a、旁轴纤芯b和旁轴纤芯c)的中心波长会产生漂移。多芯光纤100的旁轴纤芯(旁轴纤芯a、旁轴纤芯b和旁轴纤芯c)的波长漂移量表述为：
[0030]Δλ＝(1
‑
P
ε
)ε+(α
T
+ζ)ΔT，其中，Δλ为旁轴纤芯的波长漂移量，P
ε
为应力光学系数，ε为应变，α
T
为热膨胀系数，ζ为热光系数，ΔT为温度变化；
[0031]多芯光纤100的中心纤芯101对于应变不敏感，多芯光纤100的中心纤芯101的波长漂移量表述为：
[0032]Δλ
’
＝(α
T
+ζ)ΔT，其中，α
T
为热膨胀系数，ζ为热光系数，ΔT为温度变化。
[0033]利用多芯光纤100的旁轴纤芯的波长漂移量，与多芯光纤100的中心纤芯101的波长漂移量做差，对手术环境温度自解耦。
[0034]将旁轴纤芯(旁轴纤芯a、旁轴纤芯b和旁轴纤芯c)的波长漂移量Δλ分别与中心纤芯101的波长漂移量Δλ
’
做差，实现温度自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手术环境温度自解耦的多芯光纤传感系统，其特征在于，所述多芯光纤传感系统包括：多芯光纤，所述多芯光纤连接扇入扇出模块，所述扇入扇出模块连接分别连接宽带光源和...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙广开，张兴硕，祝连庆，何彦霖，周康鹏，祝航威，
申请(专利权)人：广州市南沙区北科光子感知技术研究院，
类型：发明
国别省市：