CN113587842B - 超细内窥镜插入管的形状检测装置及检测传感器制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超细内窥镜插入管的形状检测装置，包括：直径小于1.2mm的可插入内窥镜插入管的形状检测传感器，其包含三根相互平行、相互外切的超细弹性丝组成的基材和置于基材自然沟槽内的三根FBG串，实时反馈内窥镜插入管形状传感信号；解调装置，实解调形状传感信号；主机，实时处理解调信号和重构超细形状传感器形状，并绘制内窥镜插入管的形状；监视器，实时显示内窥镜插入管形状。本发明还涉及形状检测传感器制作方法，包括：第一步，制作具有自然沟槽的超细基材，第二步，将FBG串封装于超细基材自然沟槽内。本发明无需改动内窥镜前提下可实现对超细内窥镜插入管形状的高精度检测，且关键部件形状检测传感器的制作方法简单，切实可行。

Description

超细内窥镜插入管的形状检测装置及检测传感器制作方法

技术领域

本发明涉及一种显示内窥镜形状的装置及其相应检测传感器的制作方法，尤其是肺支气管镜等超细内窥镜形状的检测装置及其相应检测传感器的制作方法。

背景技术

医用内窥镜在体内的形状信息有助于增加内窥镜手术的安全性和时效性，减少病患者痛苦。例如，结肠镜在插入检查的过程中，要经过一段很复杂的路径，内窥镜在外力作用下容易发生肠内的结襻现象。又如，肺支气管分叉复杂，利用超细内窥镜进行支气管检查时，医护人员根据内窥镜CMOS图像进行导航时容易出现错误导航的现象，导致进错支气管。相比于结肠镜，肺支气管镜等超细镜镜体更细，对获取内窥镜插入管形状信息的传感器提出了超细径的要求。

在具备向插入体插入的细长的前段插入管的内窥镜中，已知有在前端插入管上设置弯曲形状检测传感器或经器械通道探入形状检测传感器来检测内窥镜插入管的形状的技术。弯曲形状检测传感器通过用光检测部检测被检测内窥镜插入管中的检测光的变化量，检测内窥镜插入管的形状。

专利文献1(授权公告号：CN102196761B)提供一种医疗设备，该设备设置有多个光纤光栅(FBG)传感器的FBG传感部。该传感部配置于插入到被检测者内部的内窥镜插入管，检测内窥镜插入管的应变。坐标计算部根据FBG传感部的检测结果计算各FBG传感器部的坐标，然后基于坐标转换计算内窥镜插入管的形状。该形状检测部需要对现有内窥镜进行改装，或全新研制一种新型的内窥镜，对获取内窥镜形状信息设置了很大的限制，不利于内窥镜形状检测技术的推广。

专利文献2(授权公告号：CN101750026A)提供一种本体形状重建大长度FBG曲率传感器及其封装方法。所提供FBG曲率传感器包括基材和光纤，基材为横截面呈正方形的形状记忆合金丝，有四根光纤分别贴附在形状记忆合金丝的四个侧面上，每根光纤上均匀分布光栅点，相邻两个光栅点成对构成监测点，四根光纤上的检测点相互交错排列，在每个光栅点处均匀光滑涂覆胶水，实现胶粘固定，然后外套塑料管。该专利文献提供的一种探针式传感器，可经由内窥镜器械通道插入内窥镜中，检测内窥镜插入管的形状。该专利文献提供的封装方法未涉及传感器尺寸。根据其后续专利文献3(申请公布号：CN106052582)提供的针对该传感器的封装方法，示出基材截面尺寸为1mm，光纤截面尺寸为0.25mm，考虑到该传感器还需要加塑料保护套，传感器横截面直径大于1.5mm。根据专利文献2所提供FBG曲率传感器和专利文献3所涉及封装方法，进一步减小传感器尺寸会导致光纤难以精确定位。然而，目前已有产品的超细内窥镜最小的器械通道为1.2mm(奥林巴斯，BF-XP290)，上述专利文献2提供的FBG曲率传感器无法满足实际的应用需求。

同时，专利文献2提供的FBG曲率传感器内FBG等间距分布，而内窥镜插入管各部位的形变事实上是不一样的。内窥镜端头的弯曲部长度很短，但往往要弯曲180°以上，等间距分布的FBG很难实现内窥镜插入管的高精度检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以通过简单的结构来实现内窥镜插入管，尤其是超细内窥镜插入管的形状检测装置，并配套给出一种简单且切实可行的形状检测传感器制作方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种超细内窥镜插入管的形状检测装置，由直径小于1.2mm的可插入内窥镜插入管的形状检测传感器、用于实时解调形状检测传感器信号的解调装置、用于实时处理解调信号和重构超细形状传感器形状的主机以及用于实时显示重构出的内窥镜插入管形状监视器组成。

所述形状检测传感器为细长形状，具有一定刚性，可经由器械通道插入内窥镜。形状检测传感器可以感知自身的形状，当插入内窥镜器械通道时，形状检测传感器具有与内窥镜插入部一致的形状。

所述形状检测传感器由超细且表面具有三个沟槽的弹性基材和置于三个沟槽的三根FBG串组成。所述三个沟槽贯穿整根弹性基材，使弹性基材的横截面呈现120°旋转对称。弹性基材赋予形状检测传感器经器械通道插入时的刚性，使之可顺利插入内窥镜狭长的器械通道。弹性基材同时使形状检测传感器从内窥镜器械通道取出后可回弹到最初形状，赋予形状检测传感器重复使用的能力。

所述FBG串上设置有多个FBG且FBG两两之间具有不同的中心波长，且所述形状检测传感器发生形状改变时，FBG得到的信号不会相互重合。同时，使所述解调装置可根据波长直接判断FBG在所述形状检测传感器中所处的位置。

所述三根FBG串中各FBG具有相同的位置分布和波长分布，三根FBG串上三个相邻FBG为一组。FBG在所述形状检测传感器形状发生变化时会产生中心波长的变化，同一组三个FBG中任意两个FBG的波长变化相结合可反推出一个曲率，进而重构出形状。所述形状检测传感器的总长度大于内窥镜插入部，当利用形状检测传感器检测内窥镜插入部的形状时，至少一组FBG处于内窥镜插入部外。

所述解调装置有至少三个解调通道，其中三个解调通道用于连接形状检测传感器的三个FBG串，其余解调通道备用。所述解调装置向FBG串发出入射光，并检测反射光。每个解调通道检测到的反射光为一个光谱，且每个FBG对应光谱中一个波峰。

所述主机接收所述解调装置每个通道的反射光谱信息，根据这些反射光谱信息获取波峰信息，并根据预先设置的FBG波长变化范围将所获取波峰信息与各FBG对应，得到各FBG的中心波长。根据同一组三个FBG中任意两个FBG的中心波长相对于形状检测传感器自然伸长时的波长变化计算出FBG点处的曲率半径，并结合各FBG的位置使用业内公知的弗莱纳框架重构出形状。主机根据此形状绘制出内窥镜插入部的形状，显示于监视器上。

优选地，所述弹性基材由三根两两相切的超细弹性丝粘接而成。超细弹性丝直径为0.007-0.15mm，FBG串直径0.14-0.25mm，整个形状检测传感器的直径约0.30-0.81mm，能够插入市场上最细的支气管镜的器械通道。超细弹性丝两两之间形成的自然沟槽使带有三个沟槽的超细直径基材的加工成本极低。同时，这种自然形成的沟槽为三根FBG串提供了稳定的附着位点，使超细的形状检测传感器形成精准的120°旋转对称结构。

优选地，所述FBG串中的FBG两两之间间距分为两组，在形状检测传感器头端的一组间距较小，为第一传感部，所述形状检测传感器尾端的一组间距较大，为第二传感部。其中，第一传感部的长度与内窥镜插入部端头的可控弯曲部位相同，用于感知此部位的大动态范围变化。FBG的长度介于5-10mm，反射率大于5％，为切趾型布拉格光栅。第一传感部的FBG间距较小，为1-5mm，可高精度检测内窥镜插入部的弯曲部的大形变。第二传感部FBG间距较大，典型值为50-100mm，其长度虽然远大于第一传感部，但FBG数量不会随长度等比例增加。业内公知，FBG传感的光谱范围目前为1510-1590nm，有限的光谱范围必然导致一根FBG串中的FBG数量严格受限。所述第一传感部和第二传感部具有不等间距的FBG排布，有效利用了有限数量的FBG，对内窥镜的整个插入部实现精准检测。

优选地，所述根据中心波长相对于形状检测传感器自然伸长时的波长变化计算出FBG点处的曲率半径具体根据如下公式求解获得：

r_A+r_B＝2Rcosθ (1)

其中，A、B分别表示形状检测传感器中的任意两根FBG串的圆心，为FBG圆心与形状检测传感器形心连线和FBG串A、B的标准位置中性层-1之间的夹角，为60°，R为FBG串A或B圆心与标准位置中性层-1的距离。所述FBG串A、B的标准位置中性层-1垂直于FBG串A、B圆心间的连线。ρ为曲率半径，k＝1/(1-P)，P＝0.22表示弹光系数，λ_A表示自然伸长时位于FBG串A上的FBG的中心波长，Δλ_A＝λ_A′-λ_A，λ_A′为弯曲状态下位于FBG串A上的FBG的中心波长。同理，λ_B表示自然伸长时FBG串B上的FBG的中心波长，Δλ_B＝λ_B′-λ_B，λ_B′为弯曲状态下位于FBG串B上的FBG的中心波长。r_A和r_B分别为弯曲状态下位于FBG串A和B上的FBG与标准位置中性层-1间的距离。θ为弯曲状态下的中性层相对标准位置中性层-1旋转的角度。

优选地，同根FBG串中的FBG两两之间的中心波长差大于所述形状检测传感器最大形变对应曲率半径下中心波长变化值。

优选地，同一组三个FBG可计算出三个曲率，以平均曲率为该组FBG所在所述形状检测传感器位置的曲率，增加了曲率测量的精度。

本发明提供的一种形状检测传感器制作方法，包括以下步骤：

步骤1：将三根相同的弹性丝两端分别一同依次穿过第二约束管、第一约束管后再分别穿过限位管组中间的三个管道限位，使弹性丝处于无扭转的自然伸长状态。所述限位管组包括六个管道，中间三个管道两两相切，另外三个管道布置于中间三个管道外侧，分别与中间三个管道的任两个管道相切。

步骤2：将从限位管组中间的三个管道穿出的弹性丝两端分别固定，三根弹性丝固定的角度分别为0°、120°和240°，使弹性丝绷紧。

步骤3：在两个第一约束管之间的弹性丝上涂挥发性胶，使三根弹性丝自然紧密粘接在一起，形成两两相切的弹性基材。

步骤4：将三根相同的FBG串一同穿过第二约束管后分别穿过限位管组外侧的三个管道限位，使弹性丝处于无扭转的自然伸长状态，且分别位于弹性基材表面的沟槽处。

步骤5：将从限位管组外侧的三个管道穿出的FBG串两端分别固定，三根FBG串固定的角度分别为60°、180°和300°，使FBG串绷紧且三根FBG串中各FBG在弹性基材上具有相同的位置分布和波长分布。

步骤6：在两个第二约束管之间的FBG串与弹性基材上涂交联胶，使三根FBG串与弹性基材粘合在一起，形成形状检测传感器。

优选地，所述步骤2中，将从限位管组中间的三个管道穿出的弹性丝的两端分别与两根相同的第一弹簧胶合在一起。并利用第一弹簧将弹性丝两端分别挂接在两侧的第一旋转滑块上，所述步骤5中，将从限位管组外侧的三个管道穿出的FBG串的两端分别与两根相同的第二弹簧胶合在一起。并利用第二弹簧将弹性丝两端分别挂接在两侧的第二旋转滑块上，第一旋转滑块和第二旋转滑块同轴布置，便于设置三根弹性丝和FBG串的角度。

本发明的超细内窥镜插入管的形状检测装置及形状检测传感器制作方法具有以下有益效果：

能检测市场上最细支气管电子内窥镜插入管的形状，同时也可检测具有更大器械通道的其他内窥镜插入管的形状。

可实时显示超细内窥镜插入管的形状。

分段高精度检测内窥镜插入管不同部位的形状。

无需更改现有内窥镜结构，经由器械通道检测内窥镜插入管的形状。

回弹性能好，可重复使用。

形状检测传感器制作方法简单，通过将FBG串置于基材弹性丝自然形成的沟槽内解决了将超细基材与超细FBG串难以精确控制相对结构的技术难点。

附图说明

图1为示出本发明的一实施方式的超细内窥镜插入管的形状检测装置框图。

图2为示出本发明的超细内窥镜插入管的形状检测装置的形状检测传感器结构示意图。

图3为示出本发明的一实施方式的形状检测传感器制作方法的步骤。

图4为示出本发明的一实施方式的形状检测传感器制作方法的弹性基材制作步骤的装置图。

图5为示出本发明的一实施方式的形状检测传感器制作方法的FBG串固定步骤的装置图。

图6为示出本发明的形状检测传感器截面结构示意图。

图7为示出本发明的弯曲形状重建示意图。

符号说明：

10—形状检测传感器，11—解调装置，12—主机，13—监视器，211—第一传感部，212—第二传感部，22—FBG串，221—FBG，222—单模光纤，23—弹性丝，24—弹性基材，25—沟槽，30—形状检测传感器制作装置，31—旋转导轨，321—第一旋转滑块，322—第二旋转滑块，331—第一挂载点，332—第二挂载点，341—第一弹簧，342—第二弹簧，351—第一胶合位，352—第二胶合位，36—限位管组，371—第一约束管，372—第二约束管，38—支架。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳的实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，超细内窥镜插入管的形状检测装置包含形状检测传感器10、解调装置11、主机12和监视器13。其中形状检测传感器10分为第一传感部211和第二传感部212两部分。形状检测传感器10包含三根FBG串22，FBG串22与解调装置11相连。

如图2所示，超细内窥镜插入管的形状检测装置的形状检测传感器由三根超细的弹性丝23和三根FBG串22组成。弹性丝23两两相切组成弹性基材24，并形成自然的沟槽25，三根FBG串22分别置于三个沟槽25中。弹性丝23和FBG串22分别形成稳定的三角形结构，使形状检测传感器10具有稳定的结构。FBG串22由普通的单模光纤222中刻写FBG221形成，单模光纤的涂覆层可以是聚氨酯，也可以是聚酰亚胺，两种涂覆的FBG221直径分别为0.25mm和0.14mm，可根据形状检测传感器10的形状检测范围确定选用涂覆材料。超细弹性丝23直径为0.007-0.15mm，使整个形状检测传感器10的直径约0.30-0.81mm。

FBG221的长度介于5-10mm，反射率大于5％，为切趾型布拉格光栅。每根FBG串22的第一传感部211和第二传感部212中相邻两个FBG221之间的间距不相同。为适应内窥镜插入管形变大小的特点，第一传感部211中相邻两个FBG221之间的间距较小，为1-5mm，第一传感部的长度与内窥镜插入部端头的可控弯曲部位相同，用于感知此部位的大动态范围变化。FBG221的数量由内窥镜插入管弯曲部的实际长度决定，其数量越多，形状检测传感器10的精度越高。第二传感部212中相邻两个FBG221之间的间距较大，间距为50-100mm。

所述弹性丝23的优选直径小于0.15mm，FBG串22直径小于0.25mm，整个形状检测传感器10的直径约0.81mm。

所述同根FBG串中的FBG两两之间具有不同的中心波长，且所述形状检测传感器发生形状改变时不会使FBG中心波长相同，FBG的反射峰不会相互重合，保证测试结果的准确性。同时所述同根FBG串中的FBG两两之间的中心波长差大于所述形状检测传感器最大形变对应曲率半径下中心波长变化值，从而可以根据波长直接与FBG一一对应，并获得FBG在所述形状检测传感器中所处的位置。

作为一优选方案，本发明还提供了一种上述形状检测传感器制作方法，如图3所示，具体步骤为：

步骤S1：将形状检测传感器制作装置30固定光学平台上。形状检测传感器制作装置30如图4-5所示，包括支架38，固定在支架两侧的旋转导轨31，同轴布置于旋转导轨31上的第一旋转滑块321和第二旋转滑块322、两个限位管组36、两个第一约束管371、两个第二约束管372，第一旋转滑块321和第二旋转滑块322上分别设置有呈中心对称分布的3个第一挂载点331和第二挂载点332，第二挂载点332位于第一挂载点331外侧。所述限位管组36截面布置与形状检测传感器的截面相同，包括六个管道，中间三个管道两两相切，另外三个管道布置于中间三个管道外侧，分别与中间三个管道的任两个管道相切。

步骤S2：按图4所示将三根相同的弹性丝23两端分别依次穿过第二约束管372、第一约束管371和限位管组36中间的三个管道，使弹性丝23处于无扭转的自然伸长状态。

步骤S3：将其中一根弹性丝23的两端分别与两根相同的第一弹簧341胶合在一起。

步骤S4：旋转形状检测传感器制作装置30两侧可同步旋转的第一旋转滑块321，使一个第一挂接点331处于装置顶端，第一旋转滑块321此时的角度记作0°。

步骤S5：将两根第一弹簧341分别挂载在第一旋转滑块321上0°位置的第一挂接点331，使弹性丝23绷紧。

步骤S6：分别旋转第一旋转滑块321到约120°和240°，挂载第二根和第三根弹性丝23。

步骤S7：涂挥发性胶，使三根弹性丝23自然紧密粘接在一起，形成两两相切的弹性基材24。

步骤S8：旋转第一旋转滑块321约60°，使其中一个沟槽25面向上方。

步骤S9：按图5所示将一根FBG串22穿过第二约束管372和限位管组36外侧的管道，使FBG串22处于无扭转的自然伸长状态。

步骤S10：将所述FBG串22的两端分别与两根相同的第二弹簧342胶合在一起。

步骤S11：将两根第二弹簧342分别挂载在第二旋转滑块322上60°位置的第二挂接点332，使FBG串22绷紧。

步骤S12：分别旋转第二旋转滑块322到约180°和300°，挂载第二根和第三根FBG串22，保证三根FBG串中各FBG在弹性基材上具有相同的位置分布和波长分布。

步骤S13：涂交联胶，使三根FBG串22与弹性基材24粘合在一起，形成形状检测传感器10。

如图6所示，本发明的形状检测传感器10截面结构示意图。O为截面形心，中性层过形心。A、B和C分别为FBG221处的单模光纤222的截面圆心。假设形状检测传感器10按如图所示的方位放置，且左右弯曲成圆弧，中性层位于“中性层-1”，此时光栅与中性层的距离分别是AD和BD，其长度设定为R(AD＝R)。此种弯曲状态为根据FBG串A、B计算曲率时的“标准弯曲”。同理，当根据FBG串A、C计算曲率时，其“标准弯曲”为如图所示的方位放置旋转120°后左右弯曲成圆形。

形状检测传感器10用于内窥镜插入管形状检测时，弯曲具有任意性，此时的弯曲状态可从标准弯曲变换而来：中性层从标准位置中性层-1旋转一个角度θ，到中性层-2。此时光栅与中性层的距离分别是r_A和r_B，且满足如下关系：

r_A+r_B＝2Rcosθ (1)

其中，β为FBG221圆心与形心连线和中性层-1之间的夹角，为60°。形状检测传感器10的R和β确定，角度θ决定了的r_A和r_B的大小。

形状检测传感器10的弯曲引起FBG221的拉伸和弯曲，弯曲引起的主要是波形的畸变，拉伸或压缩引起波峰的改变。本发明通过测试波长达到传感的目的，应变为ε＝r/ρ，其中，r即公式1和2中的r_A和r_B，ρ为曲率半径。形状检测传感器10的三根FBG串22相同，相邻三个FBG221具有相同的曲率半径ρ和不同的离中性层距离r，且满足下列关系：

其中，k＝1/(1-P)，P＝0.22表示弹光系数，λ_A表示自然伸长时FBG221A的中心波长，Δλ_A＝λ_A′-λ_A，λ_A′为弯曲状态下的FBG221A的中心波长；形状检测传感器10任意FBG221处的曲率由公式1-4求解。然后根据行业公知的弗莱纳框架进行弯曲形状的重构。

本发明装置在进行内窥镜插入管形状检测时，将形状检测传感器10插入内窥镜插入管的器械通道，并保留至少一个FBG处于内窥镜插入部外，用于确定形状检测传感器的位姿及与内窥镜的相对位置。内窥镜插入管在进镜过程中形状不停变化，形状检测传感器10始终与内窥镜插入管保持相同形状。形状检测传感器10将自身形状转变为光检测信号，并传递到解调装置11。解调装置11实时解调光检测信号，向主机12发送解调信号，解调信号为检测到的反射光为一个光谱，且每个FBG对应光谱中一个波峰。主机12实时处理解调信号，据反射光谱信息获取波峰信息，并根据预先设置的FBG波长变化范围将所获取波峰信息与各FBG对应，得到各FBG的中心波长。根据上述方法求解曲率并最终重构超细形状传感器形状并绘制内窥镜插入管形状。监视器13实时显示绘制出的内窥镜插入管的形状。

如图7，为弯曲成S形的形状检测传感器10及根据测试结果和弗莱纳框架重构出的形状，展示了本发明的可行性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超细内窥镜插入管的形状检测装置，其特征在于，包括：由直径小于1.2mm的可插入内窥镜插入管的形状检测传感器，用于实时解调形状检测传感器信号的解调装置，用于实时处理解调信号、重构超细形状传感器形状并绘制内窥镜插入管形状的主机，以及用于实时显示绘制出的内窥镜插入管形状监视器；

所述形状检测传感器由表面具有三个沟槽的弹性基材和置于三个沟槽内的三根FBG串组成；所述三个沟槽贯穿整根弹性基材，使弹性基材的横截面呈现120°旋转对称；

所述FBG串上设置有多个FBG且FBG两两之间具有不同的中心波长，使所述形状检测传感器发生形状改变时，FBG得到的信号不会相互重合；

三根FBG串中各FBG在弹性基材上具有相同的位置分布和波长分布，且将形状检测传感器上周向相邻的FBG分为一组；所述形状检测传感器的总长度大于内窥镜插入部，当利用形状检测传感器检测内窥镜插入部的形状时，至少一组FBG处于内窥镜插入部外；

所述解调装置有至少三个解调通道，其中三个解调通道用于连接形状检测传感器的三个FBG串；所述解调装置向FBG串发出入射光，并检测反射光；每个解调通道检测到的反射光为一个光谱，且每个FBG对应光谱中一个波峰；

所述主机接收所述解调装置每个通道的反射光谱信息，根据反射光谱信息获取波峰信息，并根据预先设置的FBG波长变化范围将所获取波峰信息与各FBG对应，得到各FBG的中心波长；根据同一组三个FBG中任意两个FBG的中心波长相对于形状检测传感器自然伸长时的波长变化计算出FBG点处的曲率半径，最后结合各FBG的位置重构出形状；主机根据此形状绘制出内窥镜插入部的形状，显示于监视器上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性基材由三根两两相切的超细弹性丝粘接而成；超细弹性丝直径为0.007-0.15mm，FBG串直径0.14-0.25mm，整个形状检测传感器的直径为0.30-0.81mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，同根FBG串中的FBG两两之间的中心波长差大于所述形状检测传感器最大形变对应曲率半径下中心波长变化值。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述FBG串中包含位于形状检测传感器头端的第一传感部和位于所述形状检测传感器尾端的第二传感部，其中，所述第一传感部内FBG两两之间间距小于第二传感部内FBG两两之间间距，第一传感部的长度与内窥镜插入部端头的可控弯曲部位相同，用于感知此部位的大动态范围变化。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一传感部内FBG两两之间间距为1-5mm；第二传感部内FBG两两之间间距为50-100mm。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据同一组三个FBG中任意两个FBG的相对于形状检测传感器自然伸长时的波长变化计算出FBG点处的曲率半径具体根据如下公式求解获得：

r_A+r_B＝2Rcosθ (1)

其中，A、B分别表示形状检测传感器中的任意两根FBG串的圆心，β为FBG圆心与形状检测传感器形心连线和FBG串A、B的标准位置中性层-1之间的夹角，为60°，R为FBG串A或B圆心与标准位置中性层-1的距离；所述FBG串A、B的标准位置中性层-1垂直于FBG串A、B圆心间的连线；ρ为曲率半径，k＝1/(1-P)，P＝0.22表示弹光系数，λ_A表示自然伸长时FBG串A上的FBG的中心波长，Δλ_A＝λ_A′-λ_A，λ_A′为弯曲状态下位于FBG串A上的FBG的中心波长；r_A和r_B分别为弯曲状态下位于FBG串A和B上的FBG与标准位置中性层-1间的距离；θ为弯曲状态下的中性层相对标准位置中性层-1旋转的角度。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，同一组三个FBG可计算出三个曲率半径，以平均曲率半径为该组FBG所在所述形状检测传感器位置的曲率半径。

8.一种形状检测传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将三根相同的弹性丝两端分别一同依次穿过第二约束管、第一约束管后再分别穿过限位管组中间的三个管道限位，使弹性丝处于无扭转的自然伸长状态；所述限位管组包括六个管道，中间三个管道两两相切，另外三个管道布置于中间三个管道外侧，分别与中间三个管道的任两个管道相切；

步骤2：将从限位管组中间的三个管道穿出的弹性丝两端分别固定，三根弹性丝固定的角度分别为0°、120°和240°，使弹性丝绷紧；

步骤3：在两个第一约束管之间的弹性丝上涂胶，使三根弹性丝自然紧密粘接在一起，形成两两相切的弹性基材；

步骤4：将三根相同的FBG串一同穿过第二约束管后分别穿过限位管组外侧的三个管道限位，使弹性丝处于无扭转的自然伸长状态，且分别位于弹性基材表面的沟槽处；

步骤5：将从限位管组外侧的三个管道穿出的FBG串两端分别固定，三根FBG串固定的角度分别为60°、180°和300°，使FBG串绷紧且三根FBG串中各FBG在弹性基材上具有相同的位置分布和波长分布；

步骤6：在两个第二约束管之间的FBG串与弹性基材上涂胶，使三根FBG串与弹性基材粘合在一起，形成形状检测传感器。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，将从限位管组中间的三个管道穿出的弹性丝的两端分别与两根相同的第一弹簧胶合在一起；并利用第一弹簧将弹性丝两端分别挂接在两侧的第一旋转滑块上，所述步骤5中，将从限位管组外侧的三个管道穿出的FBG串的两端分别与两根相同的第二弹簧胶合在一起；并利用第二弹簧将弹性丝两端分别挂接在两侧的第二旋转滑块上，第一旋转滑块和第二旋转滑块同轴布置。

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