可变耦合器光纤传感器与使用该传感器的传感装置的制作方法

专利名称：可变耦合器光纤传感器与使用该传感器的传感装置的制作方法
详细说明对相关申请的交叉参照这一申请要求1998年8月24日申请的编号为60/097,618的、1999年3月26日申请的编号为60/126,339的美国临时申请以及1999年5月21日申请的编号为09/316,143的美国非临时申请的权益。现将它们全部并入此处，以作参考。
本发明的背景本发明涉及可变耦合器光纤传感器的改进的设计，以及使用这些改进的设计的传感装置。
传统上，可变耦合器光纤传感器使用了所谓的双锥形的熔合的锥形耦合器。这样的耦合器是由一个拉伸和熔合过程加以制造的。在这一过程中，于高温状态下，把一系列光纤扩展(拉伸)和熔合在一起。首先把塑料封装从每一光纤上去掉，以暴露出那些用于形成熔合区的部分。把这些部分并置，通常互相拧成一到几股，然后，当在电炉等设备中把它们维持在它们的软化温度之上时，对它们加以拉伸。当把光纤所暴露的部分加以拉伸时，它们熔合在一起，形成了一个窄的腰部区域(熔合区域)，这将能够耦合光纤之间的光线。在拉伸过程中，把光线入射到光纤之一的一个输入端，并在每一光纤的输出端处加以监视，以确定耦合率。耦合率随腰部区域的长度而变化。把光纤加以拉伸直至达到所希望的耦合率一通常由一个拉伸量所确定，在这一拉伸量上，相应的光纤的光输出是相等的。把耦合器拉伸到这样一种程度实际上，在腰部区域，每一光纤的核心消失，包层的直径可能接近先前核心的直径。包层变成一个新的″核心″。正在传播中的光线的逐渐变窄的区域被挤压到这一新的核心之外，在那时里，这一新的核心同时封装两条光纤，并在这两条光纤之间产生能量交换。J.Bures等人于1983年6月15日在Applied Optics(美国光纤协会的杂志)，第二22卷第12号，P1918～1922中的一篇名为″Analyse d’un coupleurBidirectional a Fibres Optiques Monomodes Fusionnes″的文章中，对于双锥熔合锥形耦合器进行了详细的描述和详细的分析。
双锥熔合锥形耦合器拥有如下优点通过弯曲熔合区域，可以改变输出率。由于输出率是根据弯曲量加以改变的，所以这样的耦合器实际上可用于任何涉及可耦合于熔合区域的移动的传感应用。
传统的可变耦合器光纤传感一直依赖于这样的设计把光纤耦合器拉直，在拉紧的状态下固定于一个塑料支撑部件上，以最终的预拉伸的线性的(直的)形式，封装于一种弹性材料(例如硅橡胶)中。封装形成了一个传感膜，可以由一个外力加以偏斜，以造成在熔合区域中耦合器的弯曲。熔合区域的弯曲导致耦合器的输出率的可测的变化。可使膜的位移对运动十分敏感，以至于能够感应到几毫米范围内的一微米的运动。
附图中的

图1说明了一个传感装置的基本原理，这一装置包括一个可变耦合器光纤传感器10，如以上所描述的。在所示的形式中，传感器10包括一个2×2的双锥熔合锥形耦合器11，双锥熔合锥形耦合器11是通过拉伸和熔合2个光纤以形成腰部或熔合区域13而产生的。合并成熔合区域的一端的最初的光纤的那些部分，变成传感器的输入光纤12，而从熔合区域相反的一端合并而来的最初的光纤的那些部分变成传感器的输出光纤14。参照数字18表示光纤核心。把熔合区域13封装在一种弹性介质15中，这构成了传感膜。支撑部件未在图1中加以显示。
在实践中，通过一个光能源16(例如可以是一个LED或一个半导体激光器)，把一个输入光纤12加以照射。耦合器11把光能加以划分，并按一个比率把光源耦合于输出光纤14，这一比率随熔合区域的弯曲量而变化，这一变化是因施加于传感膜上的外力所造成的。输出光纤14之间的光能的划分中的变化可由2个光电探测器17加以测量，光电探测器17把电输入提供给一个差分放大器19。于是，差分放大器19的输出信号代表了施加于弹性介质15的力。令人加以赞赏的是，如果仅把输入光纤12之一用于把光线引入传感器，那么可以把另一个输入光纤中断。另外，也可将其作为一个后备加以保留，以备主输入光纤出现故障。应该加以注意的是，为了简单起见，在描述耦合器11时，未描述前面提到过的在熔合区域中对光纤的拧合。然而，通常最好采这样的拧合，以减少引线的敏感性，这涉及为响应输入光纤(多条)的运动对输出光划分的改变。
由于可变耦合器光纤传感器可完全使用电介质材料加以制作，并可光学地耦合于远程电子电路，所以对于那些出现在传感器位置处的导电元件会遭电击、燃烧、起火、或爆炸之风险的应用来说特别具有优势。例如，在医疗领域，已建议把可变耦合器光纤传感器用于在MRI检查期间监视病人的心跳。参见授权予Gerdt的美国专利5,074,309。这一专利披露了对这样的传感器的使用，即用于监视心血管杂音，包括来自病人的心脏、脉搏以及循环系统的可听见的和次可听见的杂音。人们已经知道，在一个MRI环境中，由于强射频场的存在，对拥有金属部件的传感设备的使用会造成对病人的严重灼伤。
可变耦合器光纤传感器的其它的应用，可在批准于Gerdt等人的美国专利4,634,858(这一专利披露了针对加速计的应用)、批准于Gerdt的美国专利5,671,191(披露了针对水听器的应用)以及这一技术的其它地方发现。
与其它类型的光纤传感器相比，所描述的这一可变耦合器传感器具有一系列优点较低的开销、相当简单的结构、较高的性能(例如高敏感度和宽动态范围)以及应用的多用性。其它已知的光纤传感器已使用了微弯曲损耗、光相位干涉以及利用双折射的偏振旋转等原理。光纤微弯曲传感器的设计旨在通过与压力变化成比例地排除来自光纤的光线来传感压力。输出光线的强度随所测压力的增加而减弱，因为光把压力转换成光损耗。由于在较低的光亮度上测量精度会降低，所这样的传感器的动态范围受到了很大的限制。干涉仪式光纤传感器通过向一条光纤施压改变它的折射率测量压力的变化。这导致了一个相位延迟，这一相位延迟可通过利用一个Mach-Zehnder或Michaelson干涉仪配置加以测量。这些传感器是非常昂贵的，并要求完善的调制技术，这些技术使它们变得不适合于许多应用。极化可变光纤传感器根据温度或压力变化改变极化光信号的极化状态，这样的极化光传感器要求使用特殊的光纤和昂贵的极化光束分离器。
尽管它们具有很多优点，但可变耦合器光纤传感器受到了传统预拉伸线性(直线)耦合器设计中某些内在的限制。尤其是，传统的设计对几何尺寸的明显限制。具体地说，传感器的尺寸必须足以容纳传感器的两端的光纤引线。光纤引线的配置还要求使用中的传感器的两端周围存在一个净空间。特别是在医疗应用(例如当把一个传感器放置在病人的身体上，用于不间断的监视)中，传感器的尺寸和引线的位置都是重要的问题。另一个限制是因为熔合区域的任何位移必将会使其置于更大的拉力之下。在位移的某一点，熔合区域中的拉力将变得过大的，从而导致熔合区域出现裂缝或断裂，致使耦合器发生故障。
本发明的概述本发明提供了新的可变耦合器光纤传感器设计，这些设计具有相当小的或根本没有对以上所描述的熔合区域的过大的拉力的敏感性。更具体地说，与在事前技术中所使用的预拉伸线性耦合器相比，本发明利用了一个允许熔合区域在无伴随拉力的情况下偏斜的耦合器配置。例如，可把耦合器配置成呈曲线形。在一个最可取的实施例中，耦合器大体上为U字形。通过以一个大体为U字形的形状配置耦合器，把光纤引线彼此相邻放置而不是在传感器的端点相对放置，也将成为可能，因而避免了以上所讨论过的传统预拉伸线性耦合器设计中的内在的几何限制。
相对于其它类型的光纤传感器和那些要求在使用点采用电传导元件的传感器，本发明还保留了传统可变耦合器光纤传感器的基本的优点。实际上，根据本发明所设计的传感器更适用于任何在此之前已使用了传统可变光纤耦合器传感器的应用。
因此，在一个方面，本发明提供了一个光纤传感装置，这一装置包括一个光纤耦合器，其中，通过一个熔合耦合区域把一系列光纤结合在一起。光纤至少包括一个输入光纤和一系列输出光纤。光纤耦合器把入射于输入光纤的光线在一系列输出光纤之间加以分布。这一装置还包括一个支撑部件，耦合器安装在这一支撑部件上，并加以配置，以至于可以在无需把熔合耦合区域置于拉力之下的情况下偏斜至少熔合耦合区域的一部分。
在其另一个方面中，本发明提供了一个光纤传感装置，这一装置包括一个光纤耦合器，在这一耦合器中，通过一个熔合耦合区域把一系列光纤结合在一起，光纤至少包括一个输入光纤和一系列输出光纤。光纤耦合器把入射于输入光纤的光线在一系列输出光纤之间加以分布，这一装置还包括一个支撑部件，耦合器安装在这一支撑部件上，并加以配置，以至于熔合耦合区域大体呈U字形。
通过阅读以下对所推荐的实施例的描述，并参照附图，本发明的其它方面将变得十分明显。
对附图的简要描述图1说明了一个传统可变耦合器光纤传感器的基本结构。
图2是符合本发明的一个可变耦合器光纤传感器的俯视图，其设计用于监视心血管的杂音，例如来自腕部或胸部。
图3是图2中的传感器的一个剖面侧视图。
图4显示的是一个传统预拉伸线性耦合器的熔合区域的正常和偏斜状态的解释性视图(视图4a～4d)。
图5显示了符合本发明的原理的一个U字形熔合区域的相应的解释性视图(视图5a～5d)。
图6显示了一个符合本发明的光纤腕部传感装置。
图7是描述了图6的装置中的腕部传感器对腕部脉动的响应的图。
图8是另腕部传感器的响应图。
图9是符合本发明的另一个腕部传感器的分解图。
图10是图9的组装形式的传感器的最终视图。
图11说明了符合本发明的另一个腕部传感器，是戴在腕部上时各部分加以描述的。
图12是一个符合本发明的颈动脉传感器的透视图。
图13是图12的传感器的一个局部侧视图。
图14是一个透视图，描述了图12中的传感器及其具有已安装了连接器的光纤引线。
对所推荐实施例的描述附图中的图2和图3描述了符合本发明的一个可变耦合器光纤传感器20的一个实例。这一传感器是为更好针对内科病人的身体(例如在胸部或腕部上)加以放置而构造的，用于传感心血管的杂音，包括来自心脏、脉搏以及和循环系统的可听见的和次可听见的杂音。
传感器20包括一个支撑部件22，支撑部件22拥有一个大体为环形的头部分24，其上设置有一个中央井或贯通孔26、以及一个类似手柄的扩展部分28。一个双锥熔合锥形耦合器30安装在支撑部件上，至少其熔合耦合区域32的一部分(在此为全部)布置于空间26中，而且以U字形加以配置。耦合器的输入光纤引线34和输出光纤引线36彼此相邻地配置在形成于扩展部分28的通道29中。操纵引线，以便把耦合区域32弯曲180°达到所希望的形状。然后通过一种适当的胶黏剂(例如基于环氧树脂的胶)把其固定在通道中。可通过使用弹性材料填充空间26，把耦合区域(在未受到拉力的情况下)加以罐封，以按已知的方式形成一个传感膜38(未在图2中加以显示)一例如，通过使用硅橡胶(例如GERTV12)加以填充。另外，从以下的描述中将可看到，可以给传感区域涂一层涂料，例如GESS4004(含有甲基倍半硅氧烷的取得二甲基硅氧烷)，以消除对罐封的需求。这种材料通常用作底层涂料，以把房间温度硬化(RTV)材料粘结于若使用其它方法将形成弱粘结的表面上。消除罐封的好处是敏感度得以增加，因为罐封倾向于降低敏感度，而无论它施用的有多么薄。支撑部件22适合以一种可塑的塑料(例如Plexiglass_聚氯乙烯(PVC)或其它这一技术中所熟悉的适合的材料)的形式加以形成。
如图3中所示，膜38的上部拥有一个凸面39，它从支撑结构的平面隆起，用于接触病人的身体。这一接触表面的凸起配置使传感器具有更多的点探针，以更好地局部化所监视的心血管杂音。在传感器的一个实际的实施例中，膜的最大直径可能与一个五分镍币(美国的)的直径大约一样长，其中接触面隆起了大约那个数量的一半，但根据要求，膜可以更小或更大，以适应具体的应用。支撑平板的大小可以为任何尺寸，只要在熔合区域附近的耦合器熔合区域和光纤部分能够牢固地得以支撑。如在事前设备中，设备的敏感度取于膜的硬度。使用较软或较硬的膜材料，将提供对从体耦合所接收的读数的不同的敏感度。
当把接触面39放置在一个病人的身体(例如胸部或腕部)上时，膜38把与心血管的杂音相关的皮肤位移耦合于光纤耦合器30的耦合区域32。因此耦合区域偏斜，根据所监视的杂音改变输出光纤36的光输出率。
图4和图5提供了传统预拉伸线性光纤耦合器的偏斜和图2及图3中的传感器的U字形耦合器的偏斜之间的一个图形上的比较。视图4a和4c，分别为顶视图和侧视图，描述了传统耦合器在其正常状态下的熔合区域。视图4b和4d是相应于受到一个向下的力的偏斜的熔合区域的视图。图5中的视图5a～5d是图4的相应的视图，但描述了本发明中所使用的U字形的耦合器。
将令人赞赏的是，从视图4d可以看出，传统耦合器中的熔合区域的偏斜导致了一个弯曲，这一弯曲倾向于加以伸展，因而增加了熔合区域上的拉力。相比之下，视图5d中的U字形熔合区域的偏斜(可看出将沿一个垂直于U字形的平面的方向发生)仅造成了沿其高度(视图5d中的水平维度)的弯曲而不会使熔合区域受到拉伸。于是，即使是熔合区域的大的位移，也将不会造成裂逢或断裂。
在本发明的实践中，光纤耦合器的熔合区域不需要呈U字形或甚至不需要大体上呈U字形。可以使用任何在熔合区域未受到拉力的情况下能够允许偏斜的熔合区域的配置。例如，可以使用具有宽的沿伸边的弓形、抛物线形、以及双曲线形等曲线形状。但最好使用一个大体呈U字形的形状，因为这样的一种形状允许把耦合器的输入和输出引线定位在传感器的同一侧，从而导致了一个紧致的设计，这一设计不要求在结构相对的端点留出容纳引线的间隙。与传统的线性耦合器相比，一个大体的U字形也导致了敏感度、线性、以及动态范围的显著增加。其它形状，例如以上所提到过的，也可以产生这些优点。熔合区域的长度可以在制造期间加以确立，如以上所解释的。在根据本发明所构造的实际的传感器中，通常约为1.5cm。
图6描述了另一个符合本发明的可变耦合器光纤传感器20′。这一传感器具有与先前的实施例相同的基本结构，除了支撑部件22′是按大体上呈矩形平板，角度大约为30。形成的，以符合人的腕部结构，并有助于病人对传感器的佩戴。这通过带子把传感器固定在腕部上。另由图6所示，把输入引线之一34光学地耦合器于一个光源40(例如一个LED或半导体激光器)上，并把输出光纤36光学地耦合于一个光电探测器/差分放大电路42，如先前结合图1所描述的。可以把差分放大电路耦合于一个示波器44或某种其它形式的显示设备，例如个人计算机，以显示差分放大电路的输出。如果为了适合于一个具体的应用，可以让支撑部件容纳光源40、差分放大电路42、一个耦合于差分放大电路以提供远程监视的射频传输设备(未在图中加以显示)。实际上，这样的装置可以以此处所描述的本发明的任何一种传感器结构加以实现。
图7描述了从一个使用图6的传感器20′的人体所获得的腕部心跳/呼吸信号。图7中的数据流是以一个每秒128个样本的采样率获得的。令人赞赏的是，脉冲波形(由传感器所读到的)是一个比标准脉冲读数更加复杂的现象。脉冲波形按时间的一个函数展现了脉冲的振幅结构。脉冲的振幅结构不是作为一个脉冲函数通过一个脉冲点处的指针(finger)加以″感觉″的，尽管这样的函数是存在的。在振幅结构中，存在着所有的心脏杂音以及关于呼吸的信息和其它身体状况指示信号。使用符合本发明的传感器所获得的敏感度使它们非常善于传感复杂的脉冲波形。
图8描述了从一个使用传感器20′的人体所获得的另一个腕部心跳/呼吸信号。此处，使用传感器以一个12比特的A/D转换器以每秒64个样本的采样率对数据流加以数字化。心脏杂音非常好地得以解析，如插图所展示的。另外，由呼吸周期所引入的调制在84秒的运行过程中是清晰可见的。
图9和图10描述了本发明的另一个实施例，这一实施例适用于一个腕部传感器50。在这一实施例中，未对光纤耦合器的熔合区域62加以罐封，但加以了涂敷，如先前结合图1所进行的讨论。通过一个充液体的或充凝胶的弹性枕68，把熔合区域62耦合于腕部的脉动(由箭头P加以表示)。把光纤耦合器安装在支撑平板52上，这一支撑平板类似于图6中的支撑平板，所不同的是支撑平板52是平面的，而不是有角度的(为了简单起见，把针对输入和输出引线64、66的通道从图中忽略)。把支撑平板固定于枕68的项侧，把一个盖69附接在支撑平板的顶侧，以保护在洞56处的耦合器60的熔合区域62。借助于熔合区域和枕68的上表面之间的接触，洞56允许脉冲活动的液压力推进和偏斜熔合区域，由于其应会隆起进入孔56以便接触耦合器熔合区域。一个附接于支撑平板52的腕带57(例如使用胶加以附接)允许把传感器固定于腕部。参照数字64和66分别表示输入光纤和输出光纤。
由于传感膜的不存在导致了更大的敏感度，所以图9和图10中的未罐封的传感器设计优于先前所描述的罐封设计。另外，与图6中的弯曲设计也不相同，支撑平板的平面配置不要求耦合器引线的平面之外的弯曲，这导致了光强度的减弱。而把耦合器维持在一个平面配置中，优化了系统中的光强度。
图11还显示了本发明的另一个适用于腕部的传感器70(为戴在腕部上时的断面图)的实施例。这一传感器包括一个框架部件72，这一部件拥有一个大体符合于腕部的内部配置，如图中所示。可根据任何适用的材料(建议使用一种塑料，例如Delrin_、PVC、丙烯酸树脂、Lucite_、Plexiglass_、苯乙烯、或其它聚合物)对框架部件加以构造。
框架的一个较上的部分提供了一个腔77，用于容纳光纤耦合器80及其支撑平板81。由于框架部件容纳了耦合器，所以不需要把支撑平板(它是开有通道的，以容纳输入和输出引线)包括在一个开口(例如一个井或贯通孔)中，以容纳耦合器的熔合区域82，如在先前的实施例中。给熔合区域加一涂层，而不是罐封，如以上所描述的。把支撑平板81(它可能与框架72具有相同的材料)和耦合器组装成一个模块，并粘在腔77中的恰当的位置上。一个保护盖(未在图中显示)把腔加以封闭。
为了把熔合区域耦合于桡动脉的脉动，提供了一个流体柱74。流体柱74拥有一对弹性膜73和75，分别提供于它的内、外端点，并通过腔73和框架内侧面之间的框架72的厚度加以扩展。安装耦合器模块，安装好耦合器模块后，耦合器熔合区域82能够与流体柱的外侧膜75接触。把外侧膜附接在一个环状凸台76上，以提升流体柱的高度，从而可与耦合器的熔合区域相接触。与外侧膜的接触可以使熔合区域承受一个轻微的预加载。耦合器可以这样地加以制造以致于熔合区域一个预加载将产生一个输出光纤之间光线的一个大体相等的划分，于是提供了一个更加线性的动态范围。流体柱的内侧部分(图11中较低的部分)是阶梯状的，如图所示，以便增加腕部处的耦合区的直径。
膜构成了流体柱的一个重要的部分。由于动脉的脉动是弱的，所以膜应该是轻的、薄的、低硬度的以及高可扩展性的，以优化性能。与此同时，至少内侧膜应该是坚固的，其坚固度应足以承受与皮肤的连续接触。对于膜来说，所发现的拥有良好特性的一种材料是FlexChem，一种FDA批准的高耐用性的、基于乙烯树脂的材料，可得于Colorite(以丸状形式)。Flexchem也是可热塑的，这允许把内部传感膜73加以模压，以提供与桡动脉相耦合的最大的耦合面积，并可从框架部件72的内表面隆起，以更好地与腕部相耦合。与框架部件一起使用的一种亲和的流体是可得于Applied Silicone公司的医用等级的MDM硅酮。顺便说明一下，建议在使用Flexchem膜时不要掺水，因为水蒸汽来说，这些膜是可渗透的。
测试了几种内侧膜的尺寸，以确定传感器响应的效果。具体地说，就对使用一种商业催化剂的标准化的激励振荡器激发剂的响应效果，对4mm、7mm以及8mm的膜直径进行了测试，对响应效果的考察是在0到大约11Hz的频率范围上进行的(心血管和呼吸信号通常在0.1到4Hz的范围内)。每一种膜都提供了可接受的响应效果，其中10mm的膜提供了最好的响应。
返回到图11。本实施例还展示了如何把辅助的部件，例如光源和输出电路(例如光电探测器和差分放大电路)，并入到传感器中。更具体地说，可把这样的部件容纳于框架72的一个(如图所示)或更多个内部腔79中。
图12～14说明了本发明的另一个实施例。这一实施例适用于一个用于颈动脉的传感器80。这一传感器使用了一个平面的、具有通道的支撑平板82和类似于图9的耦合器配置，除了熔合区域被罐封以提供一个传感器膜外。可以把膜面积做得足够大(例如大约为25美分大小)，以有允许在传感器膜98的凸出的隆起面上添加一个球形帽99′的余地。当把传感器手工地针对颈部按压时，这一球形帽的添加，使传感器对任何由手造成的振荡移动具有较低的敏感度。通过在传感器的后侧(图12和13的底部)使用一个塑料盖板97，对耦合器加以保护。可以使用任何适用的装置(例如胶带)把传感器固定在颈部。
把输入和输出光纤成对地封闭在相应的保护护套102和104中，依次把它们封闭在一个外层的保护护套106中。光纤连接器108提供于引线的端点，以把传感器与外部部件相接。
应该加以注意的是，本发明的传感器中所使用的光纤最好为极高质量的光纤，例如CorningSMF28，它展示了每Km大约0.18dB的光损耗。当光波长在900nm以上时，光电探测器可以是镓-铝-砷或锗检测器，对于较短的波长，光电探测器可以是硅检测器。
可以按光致电压方式或光电导方式把光电探测器加以连接。在光致电压方式中，可把互阻抗放大器(它把电流转换成电压)用于把检测器耦合于差分放大器的输入端。也可以对互阻抗放大器的输出加以过滤，以消除宽带噪音。作为另一个例子，可以把互阻抗放大器的输出直接馈送于一个数字信号处理器(DSP)，其中可以通过编程的算法数字地完成相继的过滤和处理。当然，一个拥有互阻抗输入的DSP，将消除对先前例子中的独立互阻抗放大器的需求。在光电导方式中，可以把检测器的输出连接在一个传统的电压放大器上。这一方案产生了较多的噪音，但可用于那些价格是主要关注的问题而较低噪音水平不是主要关注的问题的应用中。
当然，需要搞清楚的是，本发明上述的实施例仅仅是说明性的。随着此处更广泛地加以描述，人们将会发现在保持与本发明一致的情况下，对本发明所进行的众多的变化是可能的。
权利要求
1．光纤传感装置，包括一个光纤耦合器，其中，通过一个熔合耦合区域把一系列光纤结合在一起，上述的光纤包括至少一个输入光纤和一系列输出光纤，上述的光纤耦合器把入射于上述输入光纤的光线在上述一系列输出光纤之间加以分布；以及一个支撑部件；把上述的耦合器安装在上述的支撑部件上，并按如下的方式配置至少可以把上述耦合区域的一部分加以偏斜，以便在无需把上述的耦合区域置于拉力之下的情况下改变光线在上述输出光纤之间的分布。
2．符合权力要求1的光纤传感装置，其中，上述的耦合区域的上述部分位于一个平面上。
3．符合权力要求2的光纤传感装置，其中，上述的偏斜沿一个垂直于上述平面的方向。
4．符合权力要求3的光纤传感装置，其中，上述耦合区域的上述部分是曲线形的。
5．符合权力要求1的光纤传感装置，其中，上述的支撑部件拥有一个具有通道部分的表面，并在其中接收上述的输入和输出光纤，并且包括上述耦合区域的上述的部分的耦合器的部分从上述的通道部分加以扩展。
6．符合权力要求5的光纤传感装置，其中，上述的支撑部件拥有一个开口，与上述的通道部分连通，并在其中接收上述耦合区域的上述的部分。
7．符合权力要求6的光纤传感装置，其中，支撑部件是一个平板部件。
8．符合权力要求7的光纤传感装置，其中，上述的平板部件是平面的。
9．符合权力要求7的光纤传感装置，其中，把上述的平板部件配置成大体上符合病人的腕部。
10．符合权力要求6的光纤传感装置，其中，把上述耦合区域的上述部分封装在一个弹性材料体中。
11．符合权力要求10的光纤传感装置，其中，上述的弹性材料体从上述的开口向外突出。
12．符合权力要求1的光纤传感装置，其中，把上述的支撑部件配置在一个以大体符合病人的腕部的形式配置的框架部件上，向上述的框架部件提供一个流体柱，这一流体柱具有一个第一部分和一个第二部分，其中，第一部分配置了一个膜，用于在病人的腕部接收一个来自桡动脉的脉动，第二部分也拥有一个膜，通过流体把上述的脉动传输到这一膜上，并把其加以配置以传输上述的耦合区域的上述部分的脉动的运动。
13．符合权力要求12的光纤传感装置，其中，上述的耦合区域的上述的部分坐落在上述的流体柱的上述第二部分的上述的膜上。
14．符合权力要求1光纤传感装置，还包括一个电光电路，它光学地耦合于上述的一系列输出光纤，以把从上述的输出光纤所接收的光转换成一个电输出，这一电输出拥有一个依赖于上述耦合区域的上述部分的一个偏斜量的电平。
15．符合权力要求14的光纤传感装置，其中，上述的电光电路包括一系列光电探测器，分别光学地耦合于上述的一系列输出光纤；以及一个差分放大器电路，上述的光电探测器的输出连接于这一差分放大器电路。
16．符合权力要求15的光纤传感装置还包括一个显示器设备，这一显示器设备连接于上述电光电路的一个输出端。
17．符合权力要求1的光纤传感装置，其中，上述的支撑部件是一个平板部件。
18．符合权力要求17的光纤传感装置，其中，上述的平板部件是平面的。
19．符合权力要求17的光纤传感装置，其中，把上述的平板部件配置成大体上符合病人的腕部。
20．符合权力要求1的光纤传感装置，其中，把上述耦合区域的上述部分封装在一个弹性材料体中。
21．符合权力要求20的光纤传感装置，其中，上述的弹性材料体拥有一个所配置的凸表面以便合于一个外部介质的移动。
22．符合权力要求1的光纤传感装置，其中，以大体符合病人的腕部的形式，把上述的支撑部件加以构造。
23．符合权力要求1的光纤传感装置还包括一个凝胶体耦合或一个流体耦合，以把上述的耦合区域耦合于一个外部介质的移动。
24．光纤传感装置，包括一个光纤耦合器，其中，通过一个熔合耦合区域把一系列光纤结合在一起，上述的光纤包括至少一个输入光纤和一系列输出光纤，上述的光纤耦合器把入射于上述输入光纤的光线在上述一系列输出光纤之间加以分布；以及一个支撑部件；把上述的耦合器安装在上述的支撑部件上，并按如下的方式配置上述的熔合耦合区域大体上呈U字形。
25．符合权力要求24的光纤传感装置，其中，上述的支撑部件拥有一个具有通道部分的表面，在其中接收上述的输入和输出光纤，上述的包括上述耦合区域的上述耦合器的部分从上述的通道部分加以扩展。
26．符合权力要求25的光纤传感装置，其中，上述的支撑部件拥有一个开口，与上述的沟槽部分连通，并在其中接收上述耦合区域。
27．符合权力要求26的光纤传感装置，其中，支撑部件是一个平板部件。
28．符合权力要求27的光纤传感装置，其中，上述的平板部件是平面的。
29．符合权力要求27的光纤传感装置，其中，把上述的平板部件配置成大体上符合病人的腕部。
30．符合权力要求26的光纤传感装置，其中，把上述耦合区域封装在一个弹性材料体中。
31．符合权力要求30的光纤传感装置，其中，上述的弹性材料体从上述的开口向外突出。
32．符合权力要求24的光纤传感装置，其中，把上述的支撑部件配置在一个以大体符合病人的腕部的形式配置的框架部件上，向上述的框架部件提供一个流体柱，这一流体柱具有一个第一部分和一个第二部分，其中，第一部分配置了一个膜，用于在病人的腕部接收一个来自桡动脉的脉动，第二部分也拥有一个膜，通过流体把上述的脉动传输到这一膜上，并把其加以配置，以传输上述的耦合区域的上述脉动的运动。
33．符合权力要求32的光纤传感装置，其中，上述的耦合区域的一个部分坐落在上述的流体柱的上述第二部分的上述的膜上。
34．符合权力要求24的光纤传感装置还包括一个电光电路，它光学地耦合于上述的一系列输出光纤，以把从上述的输出光纤所接收的光转换成一个电输出，这一电输出拥有一个依赖于上述耦合区域的一个偏斜量的电平。
35．符合权力要求34的光纤传感装置，其中，上述的电光电路包括一系列光电探测器，分别光学地连接于上述的一系列输出光纤；以及一个差分放大器电路，上述的光电探测器的输出连接于这一差分放大器电路。
36．符合权力要求35的光纤传感装置还包括一个显示器设备，这一显示器设备连接于上述电光电路的一个输出端。
37．符合权力要求24的光纤传感装置，其中，上述的支撑部件是一个平板部件。
38．符合权力要求37的光纤传感装置，其中，上述的平板部件是平面的。
39．符合权力要求37的光纤传感装置，其中，把上述的平板部件配置成大体上符合病人的腕部。
40．符合权力要求24的光纤传感装置，其中，把上述耦合区域的上述部分封装在一个弹性材料体中。
41．符合权力要求40的光纤传感装置，其中，上述的弹性材料体拥有一个所配置的凸出的表面，这一表面耦合于一个外部介质的移动。
42．符合权力要求24的光纤传感装置，其中，以大体符合病人的腕部的形式，把上述的支撑部件加以构造。
43．符合权力要求24的光纤传感装置还包括一个凝胶体耦合或一个流体耦合，以把上述的耦合区域耦合于一个外部介质的移动。
全文摘要
利用耦合器的可变耦合器光纤传感器(20),该耦合器拥有一个熔合耦合区域(32),可对这一熔合耦合区域加以偏斜,以在无需把这一耦合区域置于拉力之下的情况下改变对一系列输出光纤(36)的光分布。通过使用一个具有以大体上呈U字形配置(以允许输入光纤引线(34)和输出光纤引线(36)从传感器结构的同一侧加以扩展)的熔合耦合区域的耦合器,实现了一个紧致、坚固、以及高敏感度的传感器设计。
文档编号G02B6/00GK1320221SQ99811422
公开日2001年10月31日 申请日期1999年8月24日 优先权日1998年8月24日
发明者马丁·C·巴鲁克, 查里斯·阿德金斯, 戴维·W·格特 申请人:马丁·C·巴鲁克, 查里斯·阿德金斯, 戴维·W·格特