CN217637713U - 口腔复合树脂材料温度应变检测装置及其组成的测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了口腔复合树脂材料温度应变检测装置及其组成的测试平台，检测装置的光源经2×2光纤耦合器、偏振分束器被起偏为线偏振光后分别出射至保偏传输光纤一、环形器；保偏传输光纤一与温度传感光纤的输入端熔接相连，温度传感光纤的输出端用于反射入射光；环形器与保偏传输光纤二的输入端相连，保偏传输光纤二的输出端与应变传感光纤的输入端熔接相连，应变传感光纤的输出端用于反射入射光，环形器的端口三与检偏器的输入端相连，检偏器的输出端连接有光电探测器三。本实用新型将温度、应变引起的光的相位变化转化为光的强度变化并通过光电探测器进行测量，实现高分辨率温度、应变测量。

Description

口腔复合树脂材料温度应变检测装置及其组成的测试平台

技术领域

本实用新型涉及口腔复合树脂材料检测技术领域，具体涉及口腔复合树脂材料温度应变检测装置及其组成的测试平台。

背景技术

光固化复合树脂制备过程简单，具有良好的可塑性及固化后可打磨、抛光等优点。复合树脂的主要成分是树脂基体、无机填料和光引发体系，用特定的光照射配置好的粘度适当的混合浆体并使其固化，即可用得到的树脂材料修复牙齿的缺损，因此在牙科修复领域受到了广泛关注。因为树脂材料的固有特性，在光固化过程中会产生一定的聚合收缩，使得复合树脂的温度以及所受应力发生改变，而聚合收缩正是影响复合树脂材料使用寿命以及影响其优势发挥的重要因素。不同的复合树脂在光固化过程中因聚合反应产生的温度和应力的变化不尽相同，而这些细微的变化能对复合树脂在牙科美容和修复领域的治疗效果产生一定的不良影响，所以研究复合树脂材料在光固化过程中的温度和应力的变化情况对于其在牙科修复领域的应用有着重大的实际意义。

许多方法可用来测量复合树脂的收缩应力，例如膨胀剂、应变仪、热机械分析、近红外分析法等。但是这些方法都因为存在延时响应等局限性，没有反映实时性；或采用电子式传感器作为主要检测部件，易受电磁干扰，在医学高精度测量及远距离传输等方面存在较多使用限制。

随着光通信技术的日益成熟，多个高校及科研院所将研究重点逐渐转移到了光纤传感领域。作为一种新型的传感技术，光纤传感技术突破了传统电子式传感器的技术瓶颈，能满足强电磁干扰环境下设备的无源、长距离、高精度、高分辨率监测需求，契合于医学高精度测量技术的发展方向。但在温度和应力监测两方面，现有的光学传感方案多为光纤光栅传感器、基于Raman/Brillouin散射的分布式传感器，而传统光纤光栅等光纤温度、应变传感器的分辨率较低（温度0.1度，应变千分之一F.S），温度与应力的交叉敏感，测量精度低，解调复杂，价格昂贵，无法满足复合树脂材料在光固化过程中的温度和应力监测需求。

发明内容

发明目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种口腔复合树脂材料温度应变检测装置及其组成的测试平台，将温度、应变引起的光的相位变化转化为光的强度变化并通过光电探测器进行测量，实现高分辨率温度、应变测量。

技术方案：本实用新型所述口腔复合树脂材料温度应变检测装置，口腔复合树脂材料温度应变检测装置，包括主机、保偏传输光纤一、温度传感光纤、保偏传输光纤二、应变传感光纤，所述主机包括光源、2×2光纤耦合器、偏振分束器、环形器、检偏器、光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三；所述光源经2×2光纤耦合器的端口一输入，2×2光纤耦合器的端口三输出至所述偏振分束器，被起偏为线偏振光后经所述偏振分束器的输出端口一、输出端口二分别出射至保偏传输光纤一的输入端、环形器的端口一，所述2×2光纤耦合器的端口二连接有光电探测器一，2×2光纤耦合器的端口四连接有光电探测器二；所述保偏传输光纤一的输出端与温度传感光纤的输入端熔接相连，所述温度传感光纤的输出端用于反射入射光；所述环形器的端口二与保偏传输光纤二的输入端相连，所述保偏传输光纤二的输出端与应变传感光纤的输入端熔接相连，所述应变传感光纤的输出端用于反射入射光，所述环形器的端口三与所述检偏器的输入端相连，所述检偏器的输出端连接有光电探测器三。

进一步完善上述技术方案，所述保偏传输光纤一的输出端与温度传感光纤的输入端呈45°角熔接。

进一步地，所述保偏传输光纤二的输出端与应变传感光纤的输入端呈0°或45°角熔接。

进一步地，所述温度传感光纤、应变传感光纤的输出端镀有全反射膜或连接反光镜。

进一步地，所述保偏传输光纤一、保偏传输光纤二采用几何型保偏光纤或应力型保偏光纤。

进一步地，所述几何型保偏光纤采用椭圆纤芯保偏光纤，所述应力型保偏光纤采用熊猫型、蝴蝶型或领结型保偏光纤。

进一步地，所述温度传感光纤采用几何型保偏光纤或应力型保偏光纤；所述应变传感光纤采用几何型保偏光纤、应力型保偏光纤或低双折射单模光纤。

进一步地，所述光源为宽带光源，光源中心波长为1310nm或1550nm。

基于上述口腔复合树脂材料温度应变检测装置，本实用新型还提供了口腔复合树脂材料温度应变双参数测试平台，包含上述所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置和载玻片，所述载玻片顶部开有两个V型槽，所述口腔复合树脂材料温度应变检测装置的温度传感光纤、应变传感光纤分别置于两个V型槽中且突出V型槽的开口设置，所述载玻片表面均匀铺有待测口腔复合树脂材料，所述待测口腔复合树脂材料上方设有照射光源。所述温度传感光纤、应变传感光纤的横截面顶端高于所述V型槽开口10~20um，所述照射光源距离所述待测口腔复合树脂材料表面5~10mm设置。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中由光源、2×2光纤耦合器、偏振分束器、保偏传输光纤一和温度传感光纤组成温度传感单元，由光源、2×2光纤耦合器、偏振分束器、环形器、检偏器、保偏传输光纤二和应变传感光纤组成应变传感单元，基于光纤的温度双折射及应力双折射效应，利用光纤偏振特性随温度、应变变化的特点，由光纤本身构成传感器，利用光的偏振干涉，将温度、应变引起的光的相位变化转化为光的强度变化并通过光电探测器进行测量，实现高分辨率温度、应变测量（温度0.03度，应变万分之五F.S）。

温度和应变独立采样，有效满足复合树脂材料在光固化过程中的温度和应力监测需求，避免多参量互作用及相互干扰。温度传感光纤、应变传感光纤共享一个光源，可提高光源利用率、降低系统成本。温度传感光纤、应变传感光纤的输出端均镀有全反射膜或连接反光镜，形成反射式架构，光路具有很好的互易性，抗干扰能力强。

本实用新型提供的口腔复合树脂材料温度应变双参数测试平台，通过对口腔复合树脂材料在光固化过程中的温度和应力的变化情况的同时检测，判断复合树脂材料的使用寿命及性能指标，具有抗干扰能力强、响应速度快、精度高、分辨率高等优点。

附图说明

图1是本实用新型中口腔复合树脂材料温度应变检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型中口腔复合树脂材料温度应变双参数测试平台的结构示意图。

图中：1、主机，2、保偏传输光纤一，3、温度传感光纤，4、保偏传输光纤二，5、应变传感光纤，6、V型槽，7、载玻片，8、待测口腔复合树脂材料，9、紫外光，11、光源，12、2×2光纤耦合器，13、偏振分束器，14、环形器，15、检偏器，16、光电探测器一，17、光电探测器二，18、光电探测器三。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图1所示的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，包括主机1、保偏传输光纤一2、温度传感光纤3、保偏传输光纤二4、应变传感光纤5。温度传感光纤3的输入端与保偏传输光纤一2呈45º±5º角熔接，输出端镀介质全反射膜或者连接反光镜，实现对入射光的反射；应变传感光纤5的输入端与保偏传输光纤二4呈0º或者45º±5º熔接，输出端镀介质全反射膜或者连接反光镜，实现对入射光的反射。

保偏传输光纤一2、保偏传输光纤二4采用几何型保偏光纤和应力型保偏光纤实现，其中几何型保偏光纤采用椭圆纤芯保偏光纤，应力型保偏光纤采用熊猫型、蝴蝶型或领结型保偏光纤。温度传感光纤3采用几何型保偏光纤或应力型保偏光纤实现，应变传感光纤5采用几何型保偏光纤、应力型保偏光纤或低双折射单模光纤实现。

主机1包括光源11、2×2光纤耦合器12、偏振分束器13、环形器14、检偏器15、光电探测器一16、光电探测器二17、光电探测器三18。光源11为宽带光源，光源中心波长为1310nm或者1550nm。2×2光纤耦合器12将光源输出光一分为二，分别从2×2光纤耦合器的端口三和端口四送出；其中，端口四输出送往光电探测器二17，因此光电探测器二17接收到的光功率为光源输出光强的一半。

基本温度传感单元由光源11、2×2光纤耦合器12、偏振分束器13、保偏传输光纤一2和温度传感光纤3组成。光源11发出的光经过2×2光纤耦合器12后，进入偏振分束器13，被起偏为线偏振光，出射线偏振光经过保偏传输光纤一2后，进入温度传感光纤3。温度传感光纤3的输入端与保偏传输光纤一2呈45º角熔接，输出端镀有全反射膜，实现对入射光的反射。当环境温度发生变化时，温度双折射效应会改变温度传感光纤3中两本征模的传播常数差，从而导致本征模之间的位相差随温度变化。光电探测器一16通过检测因位相差引起的干涉场的能量变化，即可以获得温度变化信息。

基本应变传感单元由光源11、2×2光纤耦合器12、偏振分束器13、环形器14、检偏器15、保偏传输光纤二4和应变传感光纤5组成。光源11发出的光经过2×2光纤耦合器12后，进入偏振分束器13，被起偏为线偏振光，出射线偏振光经过环形器14和保偏传输光纤二4后，进入应变传感光纤5。作为敏感元件的应变传感光纤5在压力作用下产生双折射效应，其中双折射效应的大小（或者双折射率）与压力成函数关系；双折射效应导致的平行光轴和垂直光轴的偏振光存在相位延迟，被反射镜反射后，光束返应变传感光纤5，并再次产生相位延迟；当反射回来的2束具有相位延迟的偏振光经过环形器的端口三到达检偏器15时，产生干涉，干涉输出光的光进入光电探测器三18后，通过检测光电探测器三18探测的光功率可以计算出应变所产生的相位延迟变化，从而计算出施加应变的大小。

实施例2：图2为本发明一种口腔复合树脂材料温度应变双参数测试平台的横截面示意图，将温度传感光纤3和应变传感光纤5分别置于开有V型槽6的载玻片7的V型槽6内，温度传感光纤3和应变传感光纤5的横截面顶部高于V型槽6的开口10～20微米，在载玻片7均匀铺上待测口腔复合树脂材料8。温度传感光纤3和应变传感光纤5的长度随复合树脂材料的多少及放置复合树脂材料的载玻片7的大小调整；温度传感光纤3和应变传感光纤5的长度随所检测温度和应变的幅值调整；反射膜和反光镜的反射率随所检测温度和应变的幅值调整。

采用紫外光进行连续照射待测口腔复合树脂材料8，照射光源固定距离待测口腔复合树脂材料8的上方5~10毫米处，垂直于表面。温度应变双参数检测系统在紫外光9照射的过程中，实时监测待的口腔复合树脂材料8的温度及应变变化情况。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：包括主机、保偏传输光纤一、温度传感光纤、保偏传输光纤二、应变传感光纤，所述主机包括光源、2×2光纤耦合器、偏振分束器、环形器、检偏器、光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三；所述光源经2×2光纤耦合器的端口一输入，2×2光纤耦合器的端口三输出至所述偏振分束器，被起偏为线偏振光后经所述偏振分束器的输出端口一、输出端口二分别出射至保偏传输光纤一的输入端、环形器的端口一，所述2×2光纤耦合器的端口二连接有光电探测器一，2×2光纤耦合器的端口四连接有光电探测器二；

所述保偏传输光纤一的输出端与温度传感光纤的输入端熔接相连，所述温度传感光纤的输出端用于反射入射光；所述环形器的端口二与保偏传输光纤二的输入端相连，所述保偏传输光纤二的输出端与应变传感光纤的输入端熔接相连，所述应变传感光纤的输出端用于反射入射光，所述环形器的端口三与所述检偏器的输入端相连，所述检偏器的输出端连接有光电探测器三。

2.根据权利要求1所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：所述保偏传输光纤一的输出端与温度传感光纤的输入端呈45°角熔接。

3.根据权利要求1或2所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：所述保偏传输光纤二的输出端与应变传感光纤的输入端呈0°或45°角熔接。

4.根据权利要求3所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：所述温度传感光纤、应变传感光纤的输出端镀有全反射膜或连接反光镜。

5.根据权利要求1所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：所述保偏传输光纤一、保偏传输光纤二采用几何型保偏光纤或应力型保偏光纤。

6.根据权利要求5所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：所述几何型保偏光纤采用椭圆纤芯保偏光纤，所述应力型保偏光纤采用熊猫型、蝴蝶型或领结型保偏光纤。

7.根据权利要求1所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：所述温度传感光纤采用几何型保偏光纤或应力型保偏光纤；所述应变传感光纤采用几何型保偏光纤、应力型保偏光纤或低双折射单模光纤。

8.根据权利要求1所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：所述光源为宽带光源，光源中心波长为1310nm或1550nm。

9.口腔复合树脂材料温度应变双参数测试平台，包含权利要求1所述的口腔复合树脂材料温度应变检测装置，其特征在于：还包括载玻片，所述载玻片顶部开有两个V型槽，所述口腔复合树脂材料温度应变检测装置的温度传感光纤、应变传感光纤分别置于两个V型槽中且突出V型槽的开口设置，所述载玻片表面均匀铺有待测口腔复合树脂材料，所述待测口腔复合树脂材料上方设有照射光源。

10.根据权利要求9所述的口腔复合树脂材料温度应变双参数测试平台，其特征在于：所述温度传感光纤、应变传感光纤的横截面顶端高于所述V型槽开口10~20um，所述照射光源距离所述待测口腔复合树脂材料表面5~10mm设置。

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