CN109708803A - 一种全光纤f-p腔结构负压监测的传感器制备方法 - Google Patents

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张雯
董明利
刘小龙
祝连庆
何巍
娄小平
姚齐峰
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Abstract

本发明属于光纤传感器测量领域，公开一种全光纤F‑P腔结构监测负压的传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）熔接，使用化学腐蚀法在单模光纤的一端通过进行化学腐蚀，并使用熔接机将单模光纤与另一单模光纤熔接；2）预紧放电，通过驱动熔接机的电机马达给单模光纤预紧力拉伸，并进行熔接机放电参数调节优化，得到矩形气泡光纤F‑P负压传感器；3）监测负压，将F‑P负压传感器插入密闭气腔内并用胶固定封上，用压力校准仪给出恒定的负压，通过光谱分析仪得到不同负压下的反射谱，分析密闭腔内的负压大小，完成监测密闭腔内压力。可以实时监测密闭腔内心脏稳定器对心脏组织吸附的压力大小。

Description

一种全光纤F-P腔结构负压监测的传感器制备方法
技术领域
本发明属于光纤传感器测量领域，具体涉及一种全光纤F-P腔结构负压监测的传感器制备方法。
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。
全光纤F-P压力传感器具有抗电磁干扰，体积小，灵敏度高等优点，解决了传统的压力传感器存在的体积大、有电磁干扰和无毒无害的问题，能很好地应用到临床医学冠状动脉搭桥手术时实时监测心脏稳定器对心脏组织吸附的压力。现有的全光纤F-P结构的传感器压力灵敏度比较低，针对该问题提出了一种基于化学腐蚀及熔接机预紧力拉伸的方法得到了高灵敏度F-P负压传感器。
发明内容
本发明的目的是为了解决这一问题，提供一种全光纤F-P腔结构负压监测的传感器制备方法。本发明是临床医学上对负压检测的技术，尤其是监测心脏稳定器对心脏吸附的压力。可以实时监测密闭腔内心脏稳定器对心脏组织吸附的压力大小。
本发明解决方案：使用化学腐蚀的方法制备光纤F-P，通过电机提供预紧力以及调节放电参数进而制备出矩形气泡的F-P负压传感器，将其放入密闭气腔并给固定负压，通过光谱仪分析透射谱中心波长的漂移，来实现密闭气腔压力的测量。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种全光纤F-P腔结构监测负压的传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)熔接，使用化学腐蚀法在单模光纤的一端通过进行化学腐蚀，并使用熔接机将单模光纤与另一单模光纤熔接；2)预紧放电，通过驱动熔接机的电机马达给单模光纤预紧力拉伸，并进行熔接机放电参数调节优化，得到高灵敏度的矩形气泡光纤F-P负压传感器；3)监测负压，将F-P负压传感器插入密闭气腔内并用胶固定封上，用压力校准仪给出恒定的负压，通过光谱分析仪得到不同负压下的反射谱，分析密闭腔内的负压大小，完成监测密闭腔内压力。
优选的，所述单模光纤具有微型槽的端面。
优选的，该单模光纤采用美国康宁SMF28单模光纤。
优选的，熔接机采用Fujikura 80S,切割刀采用藤仓CT-30。
优选的，光谱分析仪采用YOKOGAWA光谱分析仪。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明的结构简单，没有进行表面修饰，制作成本较低，在临床医学上监测负压具有重要意义。采用化学腐蚀法制备F-P，F-P腔光滑，对比度高且灵敏度好。本发明制备的F-P腔经过了熔接机的放电以及电机预紧力的驱动，使腔体变薄，对于气压的传感更加敏感。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明全光纤F-P腔结构监测负压传感器的制备方法的熔接示意图。
图2为本发明全光纤F-P腔结构监测负压传感器的制备方法的验图。
图3为本发明全光纤F-P腔结构监测负压传感器的制备方法的负压测定图。
图4为本发明全光纤F-P腔结构监测负压传感器的制备方法的负压传感器示意图。
图5为本发明全光纤F-P腔结构监测负压传感器的制备方法的干涉谱线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明全光纤F-P腔结构监测负压传感器的制备方法，包括以下步骤：1)熔接，首先需要使用化学腐蚀法进行化学腐蚀，将单模光纤7去涂覆层并用酒精擦拭干净，使用光纤切割刀将光纤端面切割平整，取浓度为40％的HF溶液8倒入烧杯9中，将切割好的光纤刚好插入HF溶液中并腐蚀10分钟；然后要经过光纤熔接过程，将腐蚀好的光纤用清水将残余的HF溶液冲洗干净并晾干，将经过腐蚀的光纤与一段切平端面的普通单模光纤放在熔接机上进行熔接。
如图2(a)所示，2)预紧放电，为了熔接出一个矩形气泡，先驱动左侧的熔接机电机10移动距离d1将单模光纤7对齐准备另一光纤的熔接操作；再次驱动右侧的电机10移动距离d2，使得光纤重叠区域的轴向长度为2d2，如图2(b)所示；设置熔接机放电时间和放电功率，将放电电极对准被HF腐蚀光纤微型凹槽并进行放电。如图2(c)所示，放电后的结果得到了一个微小的气泡。如图2(d)所示通过调节放电功率和放电时间并同时驱动电机向两端移动，从而得到了高灵敏度全光纤F-P结构感测负压的传感器6。
如图3所示为实现负压的测量，搭建了负压标定系统，其结构由光谱分析仪1、ASE宽带光源2、环形器3、密闭气腔4以及全自动压力校验仪5组成。
如图4所示为传感器结构示意图，当宽带光源经过环形器到达F-P传感器时，由于F-P腔存在双光束干涉，干涉光会返回环形器将光谱传到光谱分析仪上，如图5所示其为干涉谱线，通过干涉谱中波谷的漂移的大小，从而测得压力的大小，具体解释为：
根据光学平板双光束干涉原理，如果不考虑半波损失，I1与I2两反射光会发生相干干涉，其光程差和相位差可表示为：
Δ＝2nl
其中，n为F-P腔的折射率，l为腔长。
当光束入射时，反射光出射的光强为：
当传感头受到外界压力的时候，腔体会发生轴向形变Δl，其变形公式为，
式中：ΔP为腔体内外压强差；l是腔体长度；ri，ro分别是腔体内、外半径；E为腔体的杨氏模量；μ为泊松比。
从而可得压力、腔长和干涉光谱的三者之间的变化，通过对光谱分析仪采集的光谱进行分析，可测得系统负压的大小。
以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种全光纤F-P腔结构监测负压的传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）熔接，使用化学腐蚀法在单模光纤的一端通过进行化学腐蚀，并使用熔接机将单模光纤与另一单模光纤熔接；2）预紧放电，通过驱动熔接机的电机马达给单模光纤预紧力拉伸，并进行熔接机放电参数调节优化，得到矩形气泡光纤F-P负压传感器；3）监测负压，将F-P负压传感器插入密闭气腔内并用胶固定封上，用压力校准仪给出恒定的负压，通过光谱分析仪得到不同负压下的反射谱，分析密闭腔内的负压大小，完成监测密闭腔内压力。
2.根据权利要求1所述一种全光纤F-P腔结构监测负压的传感器制备方法，其特征在于，步骤一，所述单模光纤具有微型槽的端面。
3.根据权利要求1所述一种全光纤F-P腔结构监测负压的传感器制备方法，其特征在于，步骤一，该所述单模光纤采用SMF28单模光纤。
4.根据权利要求1所述一种全光纤F-P腔结构监测负压的传感器制备方法，其特征在于，步骤一，所述熔接机采用Fujikura 80S。
5.根据权利要求1所述一种全光纤F-P腔结构监测负压的传感器制备方法，其特征在于，步骤三，所述光谱分析仪采用YOKOGAWA光谱分析仪。
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