CN110068389A - 一种光纤水听器的柔性夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤水听器的柔性夹具，包括夹持器和夹持头，夹持器的头部具有螺纹连接杆和柔性夹爪，柔性夹爪的端部为锥形夹头，夹持头的中心开设有由依次连通的第一连接孔、第一锥孔和第一护套孔构成的第一轴向通孔，夹持器的头部插入夹持头内，螺纹连接杆与第一连接孔螺接，通过挤压锥形夹头能夹紧光纤水听器的带护套部分；还包括由母接头和针管连为一体构成的夹持管，针管的内孔连通至母接头的空腔，针管的内径与光纤水听器的带涂层部分的直径相匹配；夹持头的一端具有公接头，夹持管通过母接头与公接头的鲁尔锥面配合而与夹持头连接。该柔性夹具能在实现快速、柔性夹持光纤水听器的同时，减小对HIFU场的干扰，减少絮乱的声场信号，实现更高声压的HIFU场的准确测量。

Description

一种光纤水听器的柔性夹具

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤水听器的柔性夹具。

背景技术

高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound，HIFU）近年来受到了广泛关注，发展十分迅速。首先，HIFU可以作为医学、物理学、化学和材料学等学科领域的一种全新的研究平台；其次，HIFU作为声学领域里的极端条件，其在各领域的重大创新研究不亚于超高压、超真空、强磁场、强辐射、高低温等已为我们所熟知的极端条件，其研究成果对推动我国科学技术与社会经济发展具有重要意义。尤其是在生物医学领域和医学超声工程界，HIFU治疗提供了一种非侵入性的无创治疗肿瘤的方法，相比传统治疗手段，这是一种颠覆性的治疗手段，受到了国际社会极大关注。光纤水听器由于结构尺寸小、空间分辨率高、抗干扰能力强，在HIFU的传感与测量方面已展现特别优势。然而由于HIFU场具有焦域尺寸小、高温高压、机械效应、空化效应等特点，使得夹具在固定光纤水听器时面临巨大困难。传统的光纤水听器的夹具存在硬性夹持，易损坏光纤水听器、可拆卸性差、光纤水听器易晃动、对HIFU场干扰严重等问题。

CN103234619A公开了一种光纤法布里-珀罗超声水听器及系统，其中描述了用于夹持该水听器的夹具，该夹具包括夹持杆和夹持头，夹持杆和夹持头均设置有轴向通孔，在夹持杆的头上还具有圆锥形状的夹头，夹持杆和夹持头采用螺纹连接，通过上紧螺纹挤压夹头，将光纤法布里-珀罗超声水听器固定在夹具中。这种夹具采用的是可拆卸的柔性夹持，不会损坏光纤水听器。但是其仍然存在如下问题：（1）为了保证足够高的测量空间分辨率，光纤水听器的带涂层部分和纤芯部分需要直接悬伸出夹具，光纤水听器的纤芯部分受到HIFU场的机械效应、空化效应作用，很容易晃动，导致HIFU场测量结果不准确，减小悬伸出夹具的长度能在一定程度上减少晃动，但同时又会导致夹具严重干扰声场，甚至使得HIFU场提前空化；（2）针对高声压的HIFU场测量时，悬伸出夹具的光纤水听器的带涂层部分和纤芯部分会出现比较厉害的晃动，甚至出现震断现象，导致高声压的HIFU场测量结果出现错误；（3）柔性夹持部位（即柔性梁和夹头）的结构加工比较困难，加工成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤水听器的柔性夹具，以在实现柔性夹持光纤水听器的同时，减小对HIFU场的干扰，减少絮乱的声场信号，实现更高声压的HIFU场的准确测量。

本发明所述的光纤水听器的柔性夹具，包括夹持器和夹持头，夹持器的中心开设有第二轴向通孔、头部具有螺纹连接杆和柔性夹爪，柔性夹爪的端部为锥形夹头，夹持头的中心开设有第一轴向通孔，第一轴向通孔由依次连通的第一连接孔、第一锥孔和第一护套孔（供光纤水听器的带护套部分通过）构成，第一连接孔具有内螺纹，第一锥孔的锥度与锥形夹头的锥度相匹配，夹持器的头部插入夹持头内，螺纹连接杆与第一连接孔螺接，通过挤压锥形夹头能夹紧光纤水听器的带护套部分（即实现对光纤水听器的柔性夹持）；所述柔性夹具还包括夹持管，夹持管由母接头和针管连为一体构成，针管的内孔连通至母接头的空腔，针管的内径与光纤水听器的带涂层部分的直径相匹配；所述夹持头的一端具有公接头，第一护套孔位于公接头的中心，夹持管通过母接头与公接头的配合而与夹持头连接。

所述柔性夹具还包括夹持杆，夹持杆的中心沿轴向开设有护套通孔（供光纤水听器的带护套部分通过），夹持杆的一端具有外螺纹；所述第二轴向通孔由依次连通的第二连接孔、第二锥孔和第二护套孔（供光纤水听器的带护套部分通过）构成，第二连接孔具有内螺纹，第二护套孔位于螺纹连接杆的中心和柔性夹爪的中心，夹持杆的具有外螺纹的一端插入夹持器内，与第二连接孔螺接。通过螺接夹持杆的方式延长了柔性夹具的整体长度，夹持杆安装在标准测量工作台上，支撑整个柔性夹具。

所述柔性夹爪由关于夹持器的轴线对称的两根柔性臂构成，两根柔性臂通过在一端与螺纹连接杆连接、另一端具有锥台且中心具有第二护套孔的柱体上开沿径向贯通沿轴向延伸的直槽而形成，所述直槽的宽度（即两根柔性臂之间的距离）小于第二护套孔的孔径，每根柔性臂的主体部分为外表面通过开槽口的方式而形成的柔性支撑梁，每根柔性臂的端部具有与第一锥孔的锥度相匹配的外锥面。这种结构的柔性夹爪加工更方便，加工成本更低，并且对光纤水听器的带护套部分的柔性夹持更稳固。优选的，所述槽口的底面与所述直槽的侧面平行。

所述夹持管由不锈钢材料制作而成，刚度好、耐腐蚀性好，并且能形成硬声场边界，减少对声波的吸收。

所述母接头为内锥鲁尔接头，所述公接头为外锥鲁尔接头。内锥鲁尔接头与外锥鲁尔接头通过鲁尔锥面配合的方式使得夹持管与夹持头的连接更方便，并且连接快速、定位准确。

夹持光纤水听器时，光纤水听器从夹持杆的无外螺纹一端依次穿过护套通孔、第二连接孔、第二锥孔、第二护套孔、第一锥孔、第一护套孔、母接头的空腔和针管的内孔，调整光纤水听器到合适位置后，保持与夹持管相对位置不变，然后依次压紧夹持头、旋紧夹持器、旋紧夹持杆即可。

本发明与现有技术相比具有如下效果：

（1）通过柔性夹爪夹持光纤水听器的带护套部分，实现了光纤水听器的柔性夹持；在夹持头上连接夹持管，夹持光纤水听器时，光纤水听器的带涂层部分位于针管内，光纤水听器的纤芯部分也可以位于针管内，针管体积小，减小了焦域声波在夹具表面的反射（即减小了夹具对HIFU场的干扰），减少了絮乱的声场信号，使得HIFU场测量结果更加准确。

（2）在夹持头上连接夹持管，夹持光纤水听器时，光纤水听器的带涂层部分位于针管内，光纤水听器的纤芯部分也可以位于针管内，间接使得光纤水听器的带涂层部分和纤芯部分具有了足够刚度，能减小光纤水听器的纤芯部分在焦域处的晃动，实现更高声压的HIFU场的准确测量。

（3）在夹持头上连接夹持管，夹持光纤水听器时，光纤水听器的带涂层部分位于针管内，光纤水听器的纤芯部分也可以位于针管内，针管既保护了光纤水听器的带涂层部分和纤芯部分，又能减少因光纤水听器的纤芯部分晃动产生的小干扰信号，也使得HIFU场测量结果更加准确。

（4）夹持管、夹持头、夹持器采用可拆卸式连接，且连接牢固稳定；柔性夹具体积小，实用性强，成本低，便于大批量生产。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例1中的夹持管的结构示意图。

图3为实施例1中的夹持头的剖视示意图。

图4为实施例1中的夹持器的结构示意图。

图5为实施例1中的夹持器的垂直剖视图。

图6为实施例1中的夹持杆的剖视示意图。

图7为光纤水听器的结构示意图。

图8为实施例1中柔性夹具夹持光纤水听器时的剖视图。

图9为实施例2的结构示意图。

图10为实施例2中的夹持器的结构示意图。

图11为实施例2中的夹持器的垂直剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明，所描述的实施例仅为本发明的优选实施例。

如图7所示，光纤水听器1由带护套部分11、带涂层部分12和纤芯部分13（集成有传感部分）组成，光纤水听器1的带护套部分11的尾部具有光纤水听器接头14。

实施例1：如图1至图6所示的光纤水听器的柔性夹具，包括夹持杆5、夹持器2、夹持头3和夹持管4。夹持杆5的中心沿轴向开设有供带护套部分11通过的护套通孔51，夹持杆5的一端具有外螺纹。夹持器2的中心开设有第二轴向通孔，第二轴向通孔由依次连通的第二连接孔23、第二锥孔24和供带护套部分11通过的第二护套孔25构成，第二连接孔23具有内螺纹，夹持器2的头部具有螺纹连接杆21和柔性夹爪，第二护套孔25位于螺纹连接杆21的中心和柔性夹爪的中心，柔性夹爪由关于夹持器2的轴线对称的两根柔性臂构成，两根柔性臂通过在一端与螺纹连接杆21连接、另一端具有锥台且中心具有第二护套孔25的柱体上开沿径向贯通沿轴向延伸的直槽27而形成，直槽27的宽度（即两根柔性臂之间的距离）小于第二护套孔25的孔径，每根柔性臂的主体部分为外表面通过开槽口28的方式而形成的柔性支撑梁26，槽口28的底面与直槽27的侧面平行，每根柔性臂的端部具有外锥面，两根柔性臂的端部共同形成锥形夹头22。夹持头3的中心开设有第一轴向通孔，第一轴向通孔由依次连通的第一连接孔31、第一锥孔32和供带护套部分11通过的第一护套孔33构成，夹持头3的一端具有公接头34，公接头34为外锥鲁尔接头，第一护套孔33位于外锥鲁尔接头的中心，第一连接孔31具有内螺纹，第一锥孔32的锥度与锥形夹头22的锥度相匹配。夹持管4采用不锈钢材料制作而成，由母接头41和针管42连为一体构成，母接头41为内锥鲁尔接头，针管42的内孔连通至内锥鲁尔接头的空腔，针管42的内径与带涂层部分12的直径相匹配。夹持杆5的具有外螺纹的一端插入夹持器2内，与第二连接孔23螺接，夹持器2的头部插入夹持头3内，螺纹连接杆21与第一连接孔31螺接，通过挤压锥形夹头22能夹紧带护套部分11，夹持管4通过内锥鲁尔接头与外锥鲁尔接头的鲁尔锥面配合而与夹持头3连接。

在装配时，将柔性夹具的夹持管4、夹持头3、夹持器2和夹持杆5分开，光纤水听器1从夹持杆5的无外螺纹一端依次穿过护套通孔51、第二连接孔23、第二锥孔24、第二护套孔25、第一锥孔32、第一护套孔33、母接头41的空腔和针管42的内孔，调整光纤水听器1到合适位置后，保持与夹持管4相对位置不变，然后依次将夹持头3与夹持管4连接，将夹持器2与夹持3连接旋紧使光纤水听器1的带护套部分11被锥形夹头22夹紧，将夹持杆5与夹持器2连接旋紧，再将夹持杆5安装在标准测量工作台上。

如图8所示，装配完成后，光纤水听器1的带护套部分11的头部与夹持头3的外锥鲁尔接头的端面对齐（也可以伸出外锥鲁尔接头的端面，但是不能抵靠在内锥鲁尔接头的端面上），光纤水听器1的带涂层部分12位于针管42内；针对不同的测量需求，光纤水听器1的纤芯部分13可以在针管42内，也可以悬伸到针管42外。图8中纤芯部分13的一部分在针管42内，另一部分悬伸在针管42外。

使用上述柔性夹具夹持光纤水听器1后，不仅减小了夹具对HIFU场的干扰，而且使光纤水听器的带涂层部分和纤芯部分具有了足够刚度，减小了HIFU场作用下光纤水听器的晃动，既保护了光纤水听器的带涂层部分和纤芯部分，又使得HIFU场测量结果更加准确，也能对高声压的HIFU场进行准确测量。

实施例2：如图9至图11所示的光纤水听器的柔性夹具，包括夹持器2、夹持头3和夹持管4，夹持器2的中心开设有供带护套部分11通过的第二护套孔25，夹持器2的头部具有螺纹连接杆21和柔性夹爪，第二护套孔25位于螺纹连接杆21的中心和柔性夹爪的中心，柔性夹爪由关于夹持器2的轴线对称的两根柔性臂构成，两根柔性臂通过在一端与螺纹连接杆21连接、另一端具有锥台且中心具有第二护套孔25的柱体上开沿径向贯通沿轴向延伸的直槽27而形成，直槽27的宽度（即两根柔性臂之间的距离）小于第二护套孔25的孔径，每根柔性臂的主体部分为外表面通过开槽口28的方式而形成的柔性支撑梁26，槽口28的底面与直槽27的侧面平行，每根柔性臂的端部具有外锥面，两根柔性臂的端部共同形成锥形夹头22。夹持头3、夹持管4的具体结构与实施例1中的夹持头3和夹持管4的具体结构相同，夹持器2与夹持头3的连接方式以及夹持管4与夹持头3的连接方式都与实施例1中的描述相同。

在装配时，将柔性夹具的夹持管4、夹持头3、夹持器2分开，光纤水听器1从夹持器2的无锥形夹头的一端依次穿过第二护套孔25、第一锥孔32、第一护套孔33、母接头41的空腔和针管42的内孔，调整光纤水听器1到合适位置后，保持与夹持管4相对位置不变，然后依次将夹持头3与夹持管4连接，将夹持器2与夹持3连接旋紧使光纤水听器1的带护套部分11被锥形夹头22夹紧，将夹持器2安装在标准测量工作台上。

Claims (6)

1.一种光纤水听器的柔性夹具，包括夹持器（2）和夹持头（3），夹持器（2）的中心开设有第二轴向通孔、头部具有螺纹连接杆（21）和柔性夹爪，柔性夹爪的端部为锥形夹头（22），夹持头（3）的中心开设有第一轴向通孔，第一轴向通孔由依次连通的第一连接孔（31）、第一锥孔（32）和第一护套孔（33）构成，第一连接孔（31）具有内螺纹，第一锥孔（32）的锥度与锥形夹头（22）的锥度相匹配，夹持器（2）的头部插入夹持头（3）内，螺纹连接杆（21）与第一连接孔（31）螺接，通过挤压锥形夹头能夹紧光纤水听器（1）的带护套部分（11）；其特征在于：还包括夹持管（4），夹持管（4）由母接头（41）和针管（42）连为一体构成，针管（42）的内孔连通至母接头（41）的空腔，针管（42）的内径与光纤水听器（1）的带涂层部分（12）的直径相匹配；所述夹持头（3）的一端具有公接头（34），第一护套孔（33）位于公接头（34）的中心，夹持管（4）通过母接头（41）与公接头（34）的配合而与夹持头（3）连接。

2.根据权利要求1所述的光纤水听器的柔性夹具，其特征在于：还包括夹持杆（5），夹持杆（5）的中心沿轴向开设有护套通孔（51），夹持杆（5）的一端具有外螺纹；所述第二轴向通孔由依次连通的第二连接孔（23）、第二锥孔（24）和第二护套孔（25）构成，第二连接孔（23）具有内螺纹，第二护套孔（25）位于螺纹连接杆（21）的中心和柔性夹爪的中心，夹持杆（5）的具有外螺纹的一端插入夹持器（2）内，与第二连接孔（23）螺接。

3.根据权利要求1所述的光纤水听器的柔性夹具，其特征在于：所述柔性夹爪由关于夹持器（2）的轴线对称的两根柔性臂构成，两根柔性臂通过在一端与螺纹连接杆（21）连接、另一端具有锥台且中心具有第二护套孔（25）的柱体上开沿径向贯通沿轴向延伸的直槽（27）而形成，所述直槽的宽度小于第二护套孔（25）的孔径，每根柔性臂的主体部分为外表面通过开槽口（28）的方式而形成的柔性支撑梁（26），每根柔性臂的端部具有与第一锥孔（32）的锥度相匹配的外锥面。

4.根据权利要求3所述的光纤水听器的柔性夹具，其特征在于：所述槽口（28）的底面与所述直槽（27）的侧面平行。

5.根据权利要求1-4任一所述的光纤水听器的柔性夹具，其特征在于：所述夹持管（4）由不锈钢材料制作而成。

6.根据权利要求1-5任一所述的光纤水听器的柔性夹具，其特征在于：所述母接头（41）为内锥鲁尔接头，所述公接头（34）为外锥鲁尔接头。