一种基于三光束F-P干涉结构的心脏监测微压传感器

本发明涉及一种光纤器件，特别涉及一种基于三光束f-p干涉结构的心脏监测微压传感器。

背景技术：

在做非体外循环冠状动脉搭桥手术的时候，由于心脏是处于搏动的状态，为了减少手术风险,提高手术成功率，需要使用心脏稳定器来固定心脏，使心脏手术做得更加精确，进展得更加顺利。心脏稳定器一端通过机械结构固定在钢铁支架上，另一端通过吸空吸盘中的空气，使之固定心脏组织上。但是如果吸盘的吸力过小，则无法牢固的固定心脏，如果吸盘的吸力过大，则会损伤心脏组织，使患者的病情恶化。因此，实时监测心脏稳定期吸盘对心脏组织的吸附压力是十分有必要的。

光纤传感器具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作具有非常广泛的应用价值。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺寸微小，具有良好的光传输性能。在各种类型的光纤传感器中，目前精度最高的是干涉型光纤传感器。其中光纤f-p传感器因只用一根光纤且结构简单体积小、动态范围大，在生物医学、磁场、微机电系统中收到广泛关注。

现有技术中，f-p结构光纤器件形式多样，但生产价格过高，灵敏度低，结构过于复杂，导致传感器的适用性不高。

因此，本发明选用球形端面反射式f-p结构，突破了传统加工方法的局限，通过改变干涉腔的相关参数，实现微压传感的精度需求。结构简单，成本低廉，灵敏度高，可靠性好，在光纤微压检测方面有显著的优势

技术实现要素：
。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于三光束f-p干涉结构的心脏监测微压传感器，选用球形端面反射式f-p结构，突破了传统加工方法的局限，通过改变干涉腔的相关参数，实现微压传感的精度需求。结构简单，成本低廉，灵敏度高，可靠性好，在光纤微压检测方面有显著的优势发明内容；通过光纤熔接放电和化学腐蚀完成，在光纤上制成f-p腔结构。与现有技术相比，该方法的加工简单、快捷，非常适合批量加工。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三光束干涉结构f-p传感器，包括第一单模光纤和第二单模光纤，所述第一单模光纤经过化学腐蚀形成凹槽，所述第一单模光纤与所述第二单模光纤之间通过扩径光锥熔接方式熔接；在所述第一单模光纤和所述第二单模光纤的熔接处，形成含有f-p腔的球，其中，所述f-p腔的腔长为150μm～200μm，相应的壁厚为5μm～10μm；当光经过所述f-p腔后，在所述f-p腔内形成三束光，使经过所述f-p腔的光实现三光束干涉。

优选的，所述三光束干涉结构f-p传感器光谱图为大包络叠小包络形状。

一种三光束干涉结构f-p传感器制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤a、将第一单模光纤一端置于40％的氢氟酸中腐蚀10分钟，经腐蚀后的光纤端面形成凹槽；

步骤b、将洗净后的所述第一单模光纤与第二单模光纤放在熔接机中进行熔接，形成f-p腔；

步骤c、在所述f-p腔一侧放电，使其熔断成球，形成腔长为150μm～200μm、相应壁厚为5μm～10μm的f-p腔；

步骤d、得到光纤将为所需的三光束干涉结构f-p传感器。

优选地，所述第一单模光纤和所述第二单模光纤型号均为sfm-28的普通单模光纤，包层直径125um，纤芯直径9um。

优选的，所述熔接机为日本fujikura公司的80s高精度单芯熔接机。

一种基于三光束干涉结构f-p脉动微压传感器传感器测试方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、流量型蠕动泵将储液罐里的液体传送到实验段弹性胶管中；

步骤2、截止阀配合游标试计量阀精确实验段弹性胶管内溶液体积，容积调整机构精确控制实验段弹性胶管内液体浓度；

步骤3、在实验段弹性胶管处放置脉动生成系统，提供一定频率的脉动；

步骤4、进行测试时，将三光束干涉结构f-p传感器的传感头接入到实验段弹性胶管中进行测量，并在前后用高精度微压压力传感器标定微压变化；

步骤5、得到三光束干涉结构f-p传感器在不同微压下的干涉谱。

优选的，当外界压力发生变化时，所述三光束干涉结构f-p传感器的光谱谱线将会发生蓝移。

优选的，所述三光束干涉结构f-p传感器具有良好的线性度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、采用化学腐蚀结合熔接放电的方法制备的非本征型f-p脉动微压传感器，制备简便；

2、所发明的器件结构简单，稳定性可靠，并可以根据要求制备不同腔长的器件；

3、熔接和化学腐蚀技术成本较低，重复性高，易于实现器件的批量加工。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明三光束干涉结构f-p传感器结构示意图；

图2示意性示出了本发明三光束干涉结构f-p传感器光谱示意图；

图3示意性示出了本发明三光束干涉结构f-p脉动微压传感器测试系统图；

图4示意性示出了本发明三光束干涉结构f-p传感器在不同微压下的干涉谱示意图；

图5示意性示出了本发明三光束干涉结构f-p传感器波长偏移量随微压变化的拟合结果示意图。

图中：

1、包层2、纤芯

3、f-p腔4、储液罐

5、截止阀6、流量型蠕动泵

7、前端液容器8、容积调整机构

9、游标试计量阀10、高精度微压压力传感器

11、脉动生成系统12、实验段弹性胶管

13、三光束干涉结构f-p传感器14、环行器

15、光源16、光谱仪

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本文提供了一种三光束干涉结构f-p传感器的制作，通过光纤熔接放电和化学腐蚀完成，在光纤上制成f-p腔结构。与现有技术相比，该方法的加工简单、快捷，非常适合批量加工。

为达到上述所列目的，本发明所采用的技术方案为：

一种三光束干涉结构f-p传感器，结构如图1所示：

本发明所采用的光纤为型号为sfm-28的普通单模光纤，包层1直径125μm，纤芯2直径9μm，将一段置于40％的氢氟酸中腐蚀10分钟，光线的纤芯2与包层1相比，其掺锗元素较高，与hf酸溶液反应速率较快，经过一段时间后被腐蚀光纤端面会形成凹槽。洗净残留氢氟酸后将其放置于日本fujikura公司的80s高精度单芯熔接机于另一根sfm-28普通单模光纤在熔接机中熔接，形成f-p腔3，并在f-p腔3一侧放电，使其熔断成球，形成腔长为150μm～200μm的空气腔，相应的壁厚为5μm～10μm。即制成所需的三光束干涉f-p脉动微压传感器结构。光谱图为大包络叠小包络形状，如图2所示。

一种基于三光束干涉结构f-p脉动微压传感器传感器测试方法如图3所示，由储液罐4提供液体，由流量型蠕动泵6传送，前后各一个截止阀5配合游标试计量阀9，可以精确控制实验段弹性胶管12内溶液的体积，使用前端容积调整机构8，精确控制系统内液体浓度。在测试实验段弹性胶管12段放置脉动生成系统11，提供一定频率的脉动，测试时将三光束干涉结构f-p传感器13的传感头接入实验段弹性胶管12中进行测量，并在前后用高精度微压压力传感器10标定微压变化，测试系统图如图3所示。实验中所得反射光谱如图4所示。当外界压力发生变化时，小包络光谱线谱会发生蓝移。

同时，该传感器具有良好的线性度。

将传感器进行标定，在40mmhg～200mmhg范围内，每间隔20mmhg施加微压，记录相应压力时的波长，绘制波长-微压关系曲线，表明该传感器具有良好的线性度(如图5所示)。

本发明的有益效果是：采用化学腐蚀结合熔接放电的方法制备的非本征型f-p脉动微压传感器，制备简便；所发明的器件结构简单，稳定性可靠，并可以根据要求制备不同腔长的器件；熔接和化学腐蚀技术成本较低，重复性高，易于实现器件的批量加工。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。