【技术实现步骤摘要】
本申请属于光纤，具体的涉及一种用于肺活量检测的光纤封装模具、测试装置及其检测方法。
技术介绍
1、光纤布拉格光栅(fiberbragg grating,fbg)因其对物理延伸/压缩和环境折射率的高度敏感性而引起了相当大的研究兴趣。光纤布拉格光栅是一种会反射特定波长而允许其他波长通过的光栅段；作为一种传感器，它在环境安全、生化、生命健康等领域有众多潜在的应用。其中一个重要应用是使用fbg传感器监测人体呼吸，但是通常光纤上fbg段的直径在微米级别，非常纤细，稍有操作不当就很容易导致光纤的断裂或者损伤，从而影响其使用；因此，目前需要开发一种能够有效防止光纤损伤、同时可以提高其对气流量灵敏度的成型及检测结构。
技术实现思路
1、本申请针对现有技术的上述不足，提供一种能够有效避免光纤损伤或者断裂的用于肺活量检测的光纤封装模具。
2、为了解决上述技术问题，本申请采用的技术方案为：一种用于肺活量检测的光纤封装模具，该模具的结构包括相互配合的第一模具和第二模具，所述的第一模具具有环形内凹槽，所述的环形内凹槽中设置有相对设置的第一凸起和第二凸起，所述的第一凸起和第二凸起之间具有间距；所述的第二模具为中空的筒状，所述的第二模具套设于所述的第一模具内，且第二模具中空的内壁与第一凸起和第二凸起的外壁相适配；所述的第二模具沿轴向设置有缺口，所述的缺口的宽度与第一凸起和第二凸起之间的间距相等、且第一模具和第二模具套合后所述的缺口宽度方向与第一凸起和第二凸起之间的间距相对正；所述的第一模具径向对称设
3、采用上述结构，本申请通过这种特定的第一模具和第二模具的设置，在两个模具相互组合之后，通过第一模具的第一凸起和第二凸起与第二模具的缺口的配合，形成一个成型型腔，将光纤布拉格光栅置于该型腔内，其上的光纤径向延展并与径向对称设置的弧形凹槽搭接，然后通过固化材料的浇注，从而在光纤布拉格光栅位于成型型腔的位置形成一块保护材料(pdms薄膜)、从而将光纤布拉格光栅封装在pdms薄膜内，从而防止光纤布拉格光栅在使用过程中的损毁，保证使用的安全性和稳定性；同时，因这种方式形成的pdms薄膜可以与气流方向垂直，检测装置内腔的气流会引起pdms薄膜的形变，封装在薄膜内部的布拉格光栅对应的反射波长也就可以实时对应于薄膜的形变量(气流量)，因此本申请的这种模具获得的传感结构可极大的提高布拉格光栅对气流量的检测灵敏度；此外，本申请的这种成型模具能够对光纤进行封装处理,以提高后续整体结构使用率和降低光纤损坏率。
4、进一步的，所述的第一模具的环形凹槽内壁上设置有沿径向对称设置的定位凹槽，对应的所述的第二模具的外壁径向对称设置有定位凸块，所述的定位凸块用于与所述的定位凹槽配合；采用该结构，可以通过定位凹槽和定位凸块相互组装配合，使得第一模具和第二模具准确组装，形成浇注光纤保护块(pdms薄膜)的成型型腔。
5、进一步的，所述的定位凹槽与所述的弧形凹槽沿着第一模具周向呈九十度交替设置；采用该结构，可以方便光纤的设置，避免对光纤进行干扰。
6、进一步的，所述的第一模具与所述的第二模具组装后，所述的第一模具的上端面低于所述的第二模具的上端面；采用该结构，可以确保更加方便的实现第一模具和第二模具彼此的组装和分离(第二模具凸出的部分方便施力)，而且也避免浇注过程固化材料的溢出。
7、进一步的，所述的第一模具的内径为16mm,外径为20mm；所述的第一凸起和第二凸起的的外侧曲面的直径为10mm，第一凸起和第二凸起之间的间距为6mm。
8、进一步的，所述的第二模具的外径为15mm，内径为10mm，高为6mm；所述的缺口的宽为6mm,深度为2.8mm；专门用于安置fbg传感器。
9、本申请还提供一种测试装置，该测试装置的结构包括前端结构和后端结构，所述的前端结构包括顺次连接的第一筒体和第二筒体，所述的第一筒体的直径大于第二筒体的直径，且第一筒体和第二筒体之间设置有过渡部；所述的后端结构具有与第二筒体等径的筒状本体，所述的筒状本体的一端为连接端、该连接端设置有容置第二模具和fbg的容置腔，所述的第二模具设置于所述的容置腔内后、第二模具的端面与容置腔的端面齐平；所述的第二筒体的端面与所述的连接端相互连接以固定第二模具和fbg。
10、采用上述结构，将通过用于肺活量检测的光纤封装模具形成的具有保护块的光纤以及第二模具整体的固定在该测试装置上，从而实现对光纤的有效固定，然后通过该测试装置对呼出的气体进行检测；由于将前端结构和后端结构设置的是一种从宽到窄的筒体设计，这样可以使其中呼出的气体流速增加，这种加速可以提高对肺活量检测的灵敏度；此外,筒体的逐渐收窄可以帮助稳定气流的方向，减少气流在传输过程中的湍流和涡旋，提高气流的层流化，这有助于提高测量的稳定性和准确性。
11、进一步的，所述的连接端与第二筒体的端面上设置有相对匹配的连接块，所述的连接块上设置有连接螺栓；通过上述结构将前端结构和后端结构彼此相互连接，从而将fbg和第二模具有效的固定在前端结构和后端结构之间，方便后续的检测。
12、进一步的，所述的第二筒体的端面上设置有弧形凸起，对应的所述的连接端的端面上设置有弯折凹槽；所述的弧形凸起用于延伸至所述的弯折凹槽内；采用上述结构，当固定第二模具和fbg的时候，弧形凸起可以与光纤接触支撑，在呼出气体过程可以使得光纤更加的平稳。
13、进一步的，所述的后端结构的外径为20mm,内径为10mm；所述的容置腔的直径为16mm,深度为6mm；外侧的弧形凹槽设计用于允许光纤布拉格光栅(fbg)顺畅通过,确保封装有传感器的pdms薄膜与肺活量检测系统的无缝连接。
14、进一步的，所述的第一模具、第二模具和检测装置均采用光敏树脂通过3d打印获得；采用该结构，可以有效的降低模具的制作成本，而且3d打印获得的模具其表面更加平整光滑，为后续呼出气体的检测提供更加平滑的接触面，提高检测的准确性和气密性。
15、本申请还提供一种利用上述测试装置来检测呼出气体的检测方法，步骤包括：
16、(1)首先基于第一模具和第二模具的结构，采用3d打印技术获得第一模具和第二模具结构；然后将fbg放置于组装后的第一模具和第二模具之间，使用pdms溶液对光纤进行封装处理、获得pdms保护薄膜，以提高后续整体结构使用率、降低光纤损坏率、提高灵敏度；
17、(2)采用3d打印技术打印出整体的测试装置的结构后，将步骤(1)获得的封装后的fbg与第二模具整体的固定在测试装置中；然后通过对前端结构的端口安装的一次性吹嘴吹气进行肺活量检测，检测过程采用gc-97001c光纤光栅解调仪采集由于吹气幅度、时长导致的fbg波长变化数据，然后利用matlab将采集到的肺活量数据进行预处理，最后对预处理数据进行神经网络拟合。
18、进一步的，所述的使用pdms溶液对光纤进行封装处理，具体的pdms溶液本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于肺活量检测的光纤封装模具，其特征在于：该模具的结构包括相互配合的第一模具和第二模具，所述的第一模具具有环形内凹槽，所述的环形内凹槽中设置有相对设置的第一凸起和第二凸起，所述的第一凸起和第二凸起之间具有间距；所述的第二模具为中空的筒状，所述的第二模具套设于所述的第一模具内，且第二模具中空的内壁与第一凸起和第二凸起的外壁相适配；所述的第二模具沿轴向设置有缺口，所述的缺口的宽度与第一凸起和第二凸起之间的间距相等、且第一模具和第二模具套合后所述的缺口宽度方向与第一凸起和第二凸起之间的间距相对正；所述的第一模具径向对称设置有弧形凹槽，所述的弧形凹槽与第二模具的缺口径向相对应。
2.根据权利要求1所述的用于肺活量检测的光纤封装模具，其特征在于：所述的第一模具的环形凹槽内壁上设置有沿径向对称设置的定位凹槽，对应的所述的第二模具的外壁径向对称设置有定位凸块，所述的定位凸块用于与所述的定位凹槽配合。
3.根据权利要求2所述的用于肺活量检测的光纤封装模具，其特征在于：所述的定位凹槽与所述的弧形凹槽沿着第一模具周向呈九十度交替设置；所述的第一模具与所述的第二模具组装
4.根据权利要求2所述的用于肺活量检测的光纤封装模具，其特征在于：所述的第一模具的内径为16mm,外径为20mm；所述的第一凸起和第二凸起的的外侧曲面的直径为10mm，第一凸起和第二凸起之间的间距为6mm；所述的第二模具的外径为15mm，内径为10mm，高为6mm；所述的缺口的宽为6mm,深度为2.8mm；专门用于安置FBG传感器。
5.一种测试装置，其特征在于：该测试装置的结构包括前端结构和后端结构，所述的前端结构包括顺次连接的第一筒体和第二筒体，所述的第一筒体的直径大于第二筒体的直径，且第一筒体和第二筒体之间设置有过渡部；所述的后端结构具有与第二筒体等径的筒状本体，所述的筒状本体的一端为连接端、该连接端设置有容置第二模具和FBG的容置腔，所述的第二模具设置于所述的容置腔内后、第二模具的端面与容置腔的端面齐平；所述的第二筒体的端面与所述的连接端相互连接以固定第二模具和FBG以及PDMS保护薄膜。
6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于：所述的连接端与第二筒体的端面上设置有相对匹配的连接块，所述的连接块上设置有连接螺栓；所述的第二筒体的端面上设置有弧形凸起，对应的所述的连接端的端面上设置有弯折凹槽；所述的弧形凸起用于延伸至所述的弯折凹槽内；所述的后端结构的外径为20mm,内径为10mm；所述的容置腔的直径为16mm,深度为6mm。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：所述的第一模具、第二模具和检测装置均采用光敏树脂通过3D打印获得。
8.一种利用权利要求1-7任一权利要求所述的测试装置来检测呼出气体的检测方法，其特征在于：步骤包括：
9.根据权利要求8所述的测试装置来检测呼出气体的检测方法，其特征在于：所述的使用PDMS溶液对光纤进行封装处理，具体的PDMS溶液在常温/室温24小时以上自行固化或放入烘箱中30min-120min、75-85℃下加热固化后冷却至室温使用；所述的PDMS溶液包括聚二甲基硅氧烷和固化剂，两者按照重量比10:1的比例进行均匀混合后形成PDMS溶液；
10.根据权利要求8所述的测试装置来检测呼出气体的检测方法，其特征在于：所述的采集肺活量数据，其具体的流程如下：(1)志愿者先在participant-information-sheet和participant-consent-form确认并签字；(2)志愿者将被引导者分发号码，当被叫到号码后开始进行数据采集：(3)志愿者使用高精度数显电子肺活量测试仪测试得出第一组肺活量数据；志愿者在吹气过程中需要保持吹嘴水平状态且应尽量快速且均匀呼气完成测试/数据采集；(4)结束采集后，志愿者需静坐1分钟或以上；(5)志愿者再重复进行上述第(3)、(4)的步骤5次，以完成实验数据收集；(6)志愿者使用上述的肺活量测试装置进行第二轮肺活量测试，在引导者的示意后开始呼气且尽量快速且均匀呼气以完成数据采集；(7)结束采集后，志愿者需静坐1分钟或以上；(8)志愿者重复进行第(6)、(7)步骤7次，以完成实验数据收集。
...【技术特征摘要】
1.一种用于肺活量检测的光纤封装模具，其特征在于：该模具的结构包括相互配合的第一模具和第二模具，所述的第一模具具有环形内凹槽，所述的环形内凹槽中设置有相对设置的第一凸起和第二凸起，所述的第一凸起和第二凸起之间具有间距；所述的第二模具为中空的筒状，所述的第二模具套设于所述的第一模具内，且第二模具中空的内壁与第一凸起和第二凸起的外壁相适配；所述的第二模具沿轴向设置有缺口，所述的缺口的宽度与第一凸起和第二凸起之间的间距相等、且第一模具和第二模具套合后所述的缺口宽度方向与第一凸起和第二凸起之间的间距相对正；所述的第一模具径向对称设置有弧形凹槽，所述的弧形凹槽与第二模具的缺口径向相对应。
2.根据权利要求1所述的用于肺活量检测的光纤封装模具，其特征在于：所述的第一模具的环形凹槽内壁上设置有沿径向对称设置的定位凹槽，对应的所述的第二模具的外壁径向对称设置有定位凸块，所述的定位凸块用于与所述的定位凹槽配合。
3.根据权利要求2所述的用于肺活量检测的光纤封装模具，其特征在于：所述的定位凹槽与所述的弧形凹槽沿着第一模具周向呈九十度交替设置；所述的第一模具与所述的第二模具组装后，所述的第一模具的上端面低于所述的第二模具的上端面。
4.根据权利要求2所述的用于肺活量检测的光纤封装模具，其特征在于：所述的第一模具的内径为16mm,外径为20mm；所述的第一凸起和第二凸起的的外侧曲面的直径为10mm，第一凸起和第二凸起之间的间距为6mm；所述的第二模具的外径为15mm，内径为10mm，高为6mm；所述的缺口的宽为6mm,深度为2.8mm；专门用于安置fbg传感器。
5.一种测试装置，其特征在于：该测试装置的结构包括前端结构和后端结构，所述的前端结构包括顺次连接的第一筒体和第二筒体，所述的第一筒体的直径大于第二筒体的直径，且第一筒体和第二筒体之间设置有过渡部；所述的后端结构具有与第二筒体等径的筒状本体，所述的筒状本体的一端为连接端、该连接端设置有容置第二模具和fbg的容置腔，所述的第二模具设置于所述的容置腔内后、第二模具的端面与容置腔的端面齐平；所述的第二筒体的端面与所述的连接端...
【专利技术属性】
技术研发人员：王静，任勇，张融，
申请(专利权)人：诺丁汉大学卓越灯塔计划宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。