专利名称：用于胆汁返流检测的光纤传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医用检测光纤传感器，特别涉及一种用于胆汁返流检测的光纤传感器，属于传感器领域。
背景技术：
胆汁返流是一种正常的生理现象，常发生于清晨和正餐后。但是过量的胆汁返流可致消化道粘膜损伤，并会引发残胃癌、胃溃疡、返流性食管炎、食道癌等疾病，临床上需要一种直观和可靠的量化检测方法。经文献检索发现，作者P.Bechi，R.Falciai，F.Baldini，et al，在《Proceedings of Fiber Optic Medical andFluorescent Sensors and Applications(光纤医用传感器和荧光传感器及其应用的会议文集)》Vol.1648，1992，pp130-135，撰文“A new fiber optic sensor forambulatory entero-gastric reflux detection(一种用于检测胃肠返流的便携式光纤传感器)”，该文介绍了一种传感器用于肠胃返流检测，其理论依据是被检测的物质对单一波长的光的吸光度值与其浓度有线性关系(Lambert-Beer定律)，该传感器根据肠胃返流物中胆汁含有的胆红素的吸光度值来检测返流情况的，发出绿光的发光二极管(中心波长565nm)和蓝色的发光二极管(中心波长470nm)分别产生参考光和信号光，信号光对应胆红素吸收峰值波长范围，而参考光处胆红素吸收可以忽略不计。这两种二极管共轴放置，由同一个电路共同驱动，参考光透过蓝色发光二极管与信号光一起耦合到光纤束中(在技术上是可以的，因为蓝色二极管前端是透明的)。最后光信号通过一个普通的光电二极管直接转化成电信号，再由后续电路实现信号处理。但是这种传感器有一定的局限性(1)首先这两个发光二极管是共轴放置，耦合进光纤的参考光和信号光的波长也不是单一波长，也无法采用滤波的方法达到单一波长的要求，而Lambert-Beer定律是在单一波长条件下吸光度值和被检测物质浓度存在线性关系；(2)采用普通的发光二极管和光电二极管，传感器的线性度和灵敏度也是有限；(3)为了保证一定信号强度，伸入到病人消化道的光纤束相对来说比较粗，增加病人的痛苦。
实用新型内容本实用新型针对背景技术的不足和缺陷，提供一种改进的低成本的用于胆汁返流检测的光纤传感器，使其显著提高传感器的线性范围和灵敏度。本实用新型是通过以下技术方案来实现的，本实用新型主要包括驱动电路、光学发射装置、Y型光纤束、传感器探头、检测电路，驱动电路通过导线连接到光学发射装置，光学发射装置发出的光信号耦合到Y型光纤束的一个臂端中，传感器探头通过不锈钢丝固定在Y型光纤束的共同端的末端，光信号在探头处经被检测物调制后反向传输到Y型光纤束另一个臂端中，然后由检测电路进行光电转换和信号处理。
光学发射装置包括两个超亮发光二极管、半透半反镜、滤光片、聚焦透镜，发光二极管主轴分别垂直通过两滤光片中心、聚焦透镜中心，并且与半透半反镜成夹角45°，两个发光二极管主轴在同一个平面，并且成90°，经过半透半反镜后发光二极管(一)的反射光和发光二极管(二)的透射光再被聚焦透镜耦合到Y型光纤束一个臂端中。
驱动电路产生的两路电信号是占空比为1∶4、频率为1KHz、相差180°的方波。发光二极管(一)为超亮的蓝光发光二极管，中心波长为470nm，对应胆红素吸收峰值波长范围；发光二极管(二)为超亮的黄光发光二极管，中心波长为595nm，该波长附近胆红素吸收可以忽略不计。滤光片(一)和(二)中心波长分别为470nm和600nm，半高宽为8nm，可以分别获得接近单色光的信号光和参考光。
Y型光纤束的共同端末端环绕不锈钢铁丝，以固定传感器的探头。Y型光纤束共同端直径小于或等于3毫米。传感器探头是聚四氟乙烯材料制成，在垂直于光纤束共同端的轴线向方向上形成一光学反射面，用于将光纤束传输过来的光信号反射回光纤束中。光学反射面和Y型光纤束的共同端的端面之间形成自由凹槽，被检测物可以自由进出，传感器探头的直径小于或等于4毫米。
检测电路由光电转换器PIN-FET、放大器、A/D转换器(模-数转换器)、微处理器及外围设备组成，光电转换器PIN-FET、放大器、A/D转换器(模-数转换器)、微处理器及外围设备通过导线连接，进行信号处理。
驱动电路同时产生出两路信号分别通过导线连接信号光源和参考光源，以驱动光源，两光源交替发光，这样既可以减少功耗，提高检测信噪比，光源发出的光经过滤光片滤光后再由聚焦透镜使其变成平行光，信号光对应于胆红素吸收峰值波长，而参考光波长处胆红素吸收几乎可以忽略不计，信号光和参考光分别经半透半反镜的反射和透射作用后，开始共用同一个光路和检测电路，减少电路不对称对光源的影响。Y型光纤束用于传导光波，光信号经过透镜耦合到Y型光纤束一个臂端，再传输到Y型光纤束的共同端处的传感器探头，传感器探头为聚四氟乙烯材料制成，用不锈钢铁丝固定Y型光纤束共同端的末端。垂直于光纤束共同端轴线的方向形成一光学反射面，并与共同端的端面之间形成凹槽，被检测物可以自由流动在这当中，对光信号进行强度调制。光信号被光学反射面反射后再传输到Y型光纤束另一个臂端，然后照射在光电转换器PIN-FET接收表面，将光信号转换成电信号，再通过导线连接传输到放大器，对光电信号进行适当的放大，再经过导线连接到A/D转换器进行采样数字化，最后由导线直接传输到微处理器对数据进行数据处理，其中包括数据存储、简单的计算和显示等。根据信号光和参考光的光强的比值的对数值和被检测物的浓度存在线性关系，从而检测胆汁返流的情况。
本实用新型由于采用了超亮的发光二极管以及背景噪声非常小的窄带滤光片，可以得接近单一波长而光强仍非常强的信号光和参考光，显著地提高传感器的线性度和灵敏度；发光二极管光强比较强，能够在保证足够强的检测信号条件下可以使得光纤束共同端减小，光纤的探头也可进一步减小，从而可以减轻病人痛苦；采用光电转换器PIN-FET代替普通的光电二极管，可以增加光电转换的灵敏度和线性范围，光源使用同一电路驱动，信号光和参考光共用同一光路，也采用同一个的检测电路，可以起到很好的补偿作用，克服温度起伏、电路的各种不确定噪声漂移和光源的不稳定等对传感器性能的影响，整个传感器系统价格便宜，有利于在临床上普及采用。
图1本实用新型传感器总体结构示意图图2本实用新型传感器组成部分结构示意图图3本实用新型传感器探头结构示意图具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本实用新型主要包括驱动电路1、光学发射装置2、Y型光纤束3、传感器探头4、检测电路5，驱动电路1通过导线连接到光学发射装置2，光学发射装置2发出的光信号由聚焦透镜耦合到Y型光纤束3的一个臂端中，传感器探头4固定在Y型光纤束3的共同端的末端，光信号经被检测物调制后反向传输到Y型光纤束3另一个臂端中，然后由检测电路5进行光电转换和进一步的信号处理。
光学发射装置2包括两个发光二极管6和7、半透半反镜8、两滤光片9和10、聚焦透镜11、12和13，发光二极管6、7主轴分别垂直通过两滤光片9、10及聚焦透镜11、12的中心，并且与半透半反镜8成夹角45°，两个发光二极管6和7主轴在同一个平面，并且成90°，经过半透半反镜8后，来自发光二极管6的反射光和来自发光二极管7的透射光被聚焦透镜13耦合到Y型光纤束3一个臂端中。
驱动电路1同时产生的两路电信号占空比为1∶4、频率为1KHz、相差180°的方波。
发光二极管6为超亮的蓝光发光二极管，为信号光光源，中心波长为470nm，对应于胆红素吸收峰值波长附近；发光二极管7为超亮的黄光发光二极管，为参考光光源，中心波长为595nm，在该波长附近处胆红素吸收几乎可以忽略不计。
滤光片9和10中心波长分别为470nm和600nm，半高宽为8nm。
传感器探头4为聚四氟乙烯材料，通过不锈钢铁丝15环绕在Y型光纤束3的共同端14的末端，共同端直径小于或等于3毫米，传感器探头4的直径小于或等于4毫米，传感器探头4在垂直于Y型光纤束共同端轴线的方向形成光学反射面16，可以将光纤束传输过来的光信号反射回光纤束中，光学反射面16和共同端14的端面之间形成一自由凹槽，被检测物质可以自由进出，从而对光信号进行强度调制。
检测电路5由光电转换器PIN-FET 17、放大器18、A/D转换器(模-数转换器)19、微处理器20、外围设备21组成，光电转换器PIN-FET 17、放大器18、A/D转换器19、微处理器20、外围设备21均通过导线连接，进行信号处理。
权利要求1.一种用于胆汁返流检测的光纤传感器，主要包括驱动电路(1)、光学发射装置(2)、Y型光纤束(3)、传感器探头(4)、检测电路(5)，其特征在于光学发射装置(2)包括两个超亮的发光二极管(6)和(7)、半透半反镜(8)、两滤光片(9)和(10)、聚焦透镜(11)、(12)和(13)，发光二极管(6)、(7)主轴分别垂直通过两滤光片(9)、(10)及两聚焦透镜(11)、(12)中心，并与半透半反镜(8)成夹角45°，两个发光二极管(6)和(7)主轴在同一个平面，并且成90°，经过半透半反镜后，来自发光二极管(6)的反射光和来自发光二极管(7)的透射光被聚焦透镜(13)耦合到Y型光纤束(3)一个臂端中。
2.根据权利要求1所述的这种用于胆汁返流检测的光纤传感器，其特征是驱动电路(1)通过导线连接到光学发射装置(2)，光学发射装置(2)发出的信号光和参考光由透镜耦合到Y型光纤束(3)的一个臂端中，传感器探头(4)通过不锈钢铁丝(15)固定在Y型光纤束(3)的共同端(14)的末端，信号光和参考光经被检测物胆汁调制后反向传输到Y型光纤束(3)中，从另一个臂端射出后由检测电路(5)进行光电转换和信号处理。
3.根据权利要求1所述的这种用于胆汁返流检测的光纤传感器，其特征是发光二极管(6)为超亮的蓝光发光二极管，中心波长为470nm，发光二极管(7)为超亮的黄光发光二极管，中心波长为595nm。
4.根据权利要求1所述的这种用于胆汁返流检测的光纤传感器，其特征是滤光片(9)和(10)中心波长分别为470nm和600nm，半高宽为8nm。
5.根据权利要求1所述的这种用于胆汁返流检测的光纤传感器，其特征是驱动电路(1)同时产生的两路电信号占空比为1∶4、频率为1KHz、相差180°的方波。
6.根据权利要求1所述的这种用于胆汁返流检测的光纤传感器，其特征是Y型光纤束(3)的共同端(14)末端环绕不锈钢铁丝(15)，共同端(14)直径小于或等于3毫米，传感器探头(4)为聚四氟乙烯材料制成，并且垂直共同端(14)的轴线的方向形成光学反射面(16)，共同端(14)的端面和光学反射面之间形成凹槽，传感器探头(4)的直径小于或等于4毫米。
7.根据权利要求1所述的这种用于胆汁返流检测的光纤传感器，其特征是检测电路(5)由光电转换器PIN-FET(17)、放大器(18)、A/D转换器(19)、微处理器(20)、外围设备(21)组成，光电转换器PIN-FET(17)、放大器(18)、A/D转换器(19)、微处理器(20)、外围设备(21)均通过导线连接。
专利摘要用于胆汁返流检测的光纤传感器属于传感器领域。光学发射装置包括两个超亮发光二极管、半透半反镜、滤光片、聚焦透镜，发光二极管主轴分别垂直通过两滤光片中心、聚焦透镜中心，并且与半透半反镜成夹角45°，两个发光二极管主轴在同一个平面，并且成90°，经过半透半反镜后发光二极管(一)的反射光和发光二极管(二)的透射光再被聚焦透镜耦合到Y型光纤束一个臂端中。本实用新型由于采用双光束补偿电路和光路，可以克服温度起伏、电路的各种不确定噪声漂移、光源的不稳定、光路不稳定等对传感器的影响，显著地提高传感器的线性度和灵敏度，光纤探头的进一步减小，减轻使用过程中病人痛苦；整个传感器系统价格便宜，有利于在临床上普及采用。
文档编号G01N21/25GK2588365SQ0228830
公开日2003年11月26日 申请日期2002年12月12日 优先权日2002年12月12日
发明者陈国平, 寿文德, 夏荣民, 龚均, 董蕾 申请人:上海交通大学, 西安交通大学