JP2016173365A - 遠隔圧力センサー及び遠隔圧力センサーの動作方法 - Google Patents
遠隔圧力センサー及び遠隔圧力センサーの動作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016173365A JP2016173365A JP2016050660A JP2016050660A JP2016173365A JP 2016173365 A JP2016173365 A JP 2016173365A JP 2016050660 A JP2016050660 A JP 2016050660A JP 2016050660 A JP2016050660 A JP 2016050660A JP 2016173365 A JP2016173365 A JP 2016173365A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- sensor
- optical fiber
- pressure
- proximal end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 63
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 35
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 15
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 35
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012285 ultrasound imaging Methods 0.000 description 2
- 229910012463 LiTaO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 208000029078 coronary artery disease Diseases 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000004556 laser interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007406 plaque accumulation Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
- G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/02141—Details of apparatus construction, e.g. pump units or housings therefor, cuff pressurising systems, arrangements of fluid conduits or circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
【課題】本発明の目的は、圧力センサー、圧力を検知する方法、及び偏光保持(PM)光ファイバーの複屈折の変化を求める方法を提供することである。【解決手段】圧力センサーが、レーザー光の光源と、光源に結合され、光の偏光状態を変調するように構成される偏光モジュールと、光を近位端の中に取り込むように構成されるPM光ファイバーであって、該PM光ファイバーの遠位先端に結合されるセンサーを有し、圧力依存光学異方性を有する、PM光ファイバーと、センサーから近位端を介して戻る光を受光し、その光に基づいて、センサーにかかる圧力を示す信号を与えるように構成される検出器とを備える。【選択図】図1
Description
本出願は、包括的には、圧力検知に係り、より具体的には、遠隔圧力センサー及び圧力を遠隔検知するために遠隔圧力センサーを動作させる方法に関する。
[関連出願の相互参照]
本出願は、「Method and Apparatus for Remote Sensing of Pressure」と題する2015年3月16日に出願された米国仮特許出願第62/133,809号の利益を主張するものであり、この米国仮特許出願は、引用することにより本明細書の一部をなす。
本出願は、「Method and Apparatus for Remote Sensing of Pressure」と題する2015年3月16日に出願された米国仮特許出願第62/133,809号の利益を主張するものであり、この米国仮特許出願は、引用することにより本明細書の一部をなす。
圧力の遠隔検知は、石油及びガス業界から医療処置及び健康管理までの広範な分野の適用例にとって重要な機能である。例えば、冠動脈疾患治療では、多くの場合に、著しいプラーク蓄積を有する病変血管領域に沿って血管内血圧プロファイルを測定する必要がある。そのような血管内圧力についての情報及びこの情報から導出される「冠血流予備量比(fractional flow reserve:FFR)」は、ステント留置のような或る特定の治療措置が講じられるべきであるかに関して、臨床医の判断を導くのを助ける重要な指標である。
幾つかの従来の圧力センサーは圧電材料に基づく。圧電センサーは正確であるが、温度変化、局部応力及び電磁干渉のような環境的要因に影響されやすい。さらに、それらの圧電センサーの構成は基本的に、圧電センサーを超音波イメージングのような付加機能を実行するように適合させるのを妨げる。
他の従来の圧力センサーは光ファイバーを利用し、ファイバーの先端にファブリペローエタロンが結合されている。レーザー干渉法を用いて、圧力の変化によって引き起こされるファブリペロー共振器長の変化を検出する。残念なことに、光ファイバーセンサーは、作製するのが難しい微視的スケールの空洞を必要とする。さらに、共振器長を検出するのは複雑であり、白色光干渉法を必要とし、光ファイバーセンサーの性能は、まだ圧電センサーの精度に及ばない。
一態様は、圧力センサー、圧力を検知する方法、及び偏光保持(polarization maintaining:PM)光ファイバーの複屈折の変化を求める方法を提供する。一実施形態において、圧力センサーは、(1)レーザー光の光源と、(2)光源に結合され、光の偏光状態を変調するように構成される偏光モジュールと、(3)光を近位端の中に取り込むように構成されるPM光ファイバーであって、PM光ファイバーの遠位先端に結合されるセンサーを有し、圧力依存光学異方性を有する、PM光ファイバーと、(4)センサーから近位端を介して戻る光を受光し、光に基づいて、センサーにかかる圧力を示す信号を与えるように構成される検出器とを備える。
圧力センサーの別の実施形態は、(1)第1の波長及び第2の波長のレーザー光の光源と、(2)光源に結合され、光の偏光状態を変調するように構成される偏光モジュールと、(3)その近位端の中に光を取り込むように構成されるPM光ファイバーであって、PM光ファイバーの遠位先端に結合されるセンサーを有し、圧力依存光学異方性を有する、PM光ファイバーと、(4)センサーに関連付けられ、第2の波長の光がセンサーに入射するのを実質的に妨げるように構成される波長選択コーティングと、(5)(5a)センサーから近位端を介して戻る第1の波長の光を受光し、その光に基づいて、圧力を示す信号を与え、(5b)遠位先端から近位端を介して戻る第2の波長の光を受光し、その光に基づいて、PM光ファイバーの複屈折を示す信号を与えるように構成される検出器とを含む。
別の態様は、圧力を検知する方法を提供する。一実施形態において、上記方法は、(1)レーザー光を生成することと、(2)光の偏光状態を変調することと、(3)PM光ファイバーの遠位先端に結合されたセンサーを有するそのPM光ファイバーの近位端の中に光を取り込むことであって、このセンサーは圧力依存光学異方性を有することと、(4)センサーから近位端を介して戻る光を受光することと、(5)その光に基づいて、センサーにおける圧力を示す信号を与えることとを含む。
更に別の実施形態は、PM光ファイバーを通して得られた圧力測定値に及ぼすPM光ファイバー内の複屈折の影響を低減する方法を提供する。一実施形態において、上記方法は、(1)第1の波長及び第2の波長のレーザー光を生成することと、(2)光の偏光状態を変調することと、(3)その遠位先端に結合された光センサーを有するPM光ファイバーの近位端の中に光を取り込むことであって、このセンサーは圧力依存光学異方性を有することと、(4)第2の波長の光がセンサーに入射するのを実質的に妨げることと、(5)センサーから近位端を介して戻る第1の波長の光を受光することと、(6)遠位先端から近位端を介して戻る第2の波長の光を受光することと、(7)その光に基づいて、PM光ファイバーの複屈折の変化から実質的に独立しているセンサーにおける圧力を示す信号を与えることとを含む。
本開示の態様は、図面を参照することにより、更に理解を深めることができる。図面の構成要素は必ずしも縮尺どおりではなく、代わりに、本開示の原理を明確に例示することに重点が置かれている。さらに、図面において、同様の参照番号は、幾つかの図を通して対応する部品を示す。
より良好な遠隔圧力センサーが必要とされていることが本明細書において理解される。より具体的には、よりロバストであり、信頼性があるが、超音波イメージングのような付加機能に対応することもできる遠隔圧力センサーが必要とされていることが本明細書において理解される。本明細書において導入されるのは、遠隔圧力センサー及び遠隔圧力センサーを動作させる方法の種々の実施形態である。
図1は、圧力センサーの一実施形態の概略的なブロック図である。圧力センサーは、長い可撓性プローブ200と、コンソール100とを含む。コンソール100に近いプローブの近位端201において、プローブ200は、コンソール100に機械的に取り付けられ、コンソール100と光学的及び/又は電気的に通信する。そのような取付けは、従来の、又は適切に設計されたコネクタ(図示しないが、当業者には明らかである)を用いて達成することができる。コンソール100は、レーザー101と、偏光モジュール105と、光結合器115と、検出器120と、コントローラー180とを備える。レーザー101から出射される直線偏光レーザー光150が、偏光モジュール105上に入射し、偏光モジュール105を通り抜け、変更及び/又は変調された偏光状態を有するレーザー光156として出射する。レーザー光156は、光結合器115を通り抜け、プローブ200内に、又はプローブ200上に埋め込まれた光ファイバー(図示せず)の中に結合される。レーザー光156はプローブ200の中をプローブの遠位端209に向かって伝搬し、遠位端209の先端(図示されるが、図1では参照されない)においてレーザー光250になる。その後、レーザー光250は先端において反射コーティング(図1には示されない)によって反射され、レーザー光251になり、レーザー光251はプローブ200の近位端201に向かって後方に伝搬する。後方伝搬光はプローブ200から出射し、再び結合器115を通り抜け、レーザー光157として結合器115から出射する。レーザー光157が偏光モジュール105を通って後方に伝搬するとき、2つのレーザー光ビーム161、163に分割され、それらのレーザー光ビームは検出器120に向かって送られる。検出器120は、それぞれが2つのレーザー光ビーム161、163のうちの一方を受光する2つの入力ポート(参照されない)を有し、レーザー光ビーム161、163の光出力間の差に比例する電気出力信号を生成するように構成される。コントローラー180は、検出器120からの電気出力信号を受信し、さらに、偏光モジュール105を含む、コンソールの残りの部分と電気的に通信する。コントローラー180は、プローブ200の遠位端209における圧力値を得るために、検出器120からの電気出力信号を処理するように構成される。
図2は、プローブ200の一実施形態の或る特定の部分の図である。プローブ200は、長い可撓性の本体205と、近位端201と、遠位端209とを含む。偏光保持(「PM」)光ファイバー(図2には示されないが、図4に示される)がプローブ200内に埋め込まれ、図4に関連して後に説明されるように、近位端201及び遠位端209において適切に終端される。プローブ200の遠位先端209にセンサー220が存在する。コンソール100からのレーザー光が近位端201においてPM光ファイバーの中に結合される。前方伝搬レーザー光250はプローブ200の遠位先端209にあるセンサー220内の反射コーティングによって反射され、後方伝搬光251になるので、レーザー光は、PM光ファイバー内を前方(遠位端209に向かって)及び後方(近位端201に向かって)の両方向に伝搬する。
図3は、プローブ200の遠位先端にあるセンサー220を示す。センサー220は窓221を有し、窓はセンサー220の内部構成要素が外部環境と機械的に結合する直接経路を与える。センサー220の周囲の圧力は、主として窓221を通して、センサー220の内部構成要素に応力を加え、センサー220内の材料の光学異方性特性の変化を引き起こす。光学異方性の変化は、内部構成要素を構成する材料内を伝搬しているレーザー光の偏光状態の変化を引き起こす。後方伝搬光251が、コンソール(図1の100)に再入射し、検出器(図1の120)に達するとき、検出器は電気出力信号を生成し、電気出力信号は、プローブの遠位先端における圧力値と実質的に(10%以内で)相関する。この機構の性質が後に更に詳細に説明される。
図4は、図2のプローブ200の構成の一実施形態の詳細を示す図である。プローブ200の本体は、可撓性ハイポチューブ202内に埋め込まれるPM光ファイバー210を備える。プローブの近位端において、PM光ファイバー210は、角度研磨で終端される。これは、コンソール(図1の100)の中へのレーザー光の不要な後方反射を除去するために行われ、電気通信用の従来のファイバー光コネクタにおいて一般的に実施される機構である。プローブの遠位先端付近では、PM光ファイバー210は、フェルール225内で終端する。多くのファイバー終端と同様に、PM光ファイバー210から保護被覆を部分的に剥ぎ取り、フェルール225内でガラスコア211を露出させることができる。PM光ファイバー210は、ここでも不要な後方反射を避けるために、適切な角度で光学的に研磨され、例示される実施形態では、エポキシ226によってフェルールに接着される。ファイバー210から出射する前方伝搬光はセンサー220に入射し、センサーは、マイクロレンズ222と、フェルール225に接着され、シリコーンエラストマーのような適切な充填材(fillant)227に包み込まれる光弾性材料223と、開口部221と、光弾性材料223の遠位先端上にある反射コーティング224とを備える。種々の実施形態において、光弾性材料223は、石英ガラスのような種々のタイプのガラス、又はポリカーボネートのようなポリマープラスチックから選択することができる。前方伝搬光は、コーティング224によって反射され、センサー内の同じ構成要素を通って後方に伝搬し、ファイバー210に入る。
図5A及び図5Bは、それぞれの線5A及び5Bに沿って見た、図4のセンサーの断面図である。図5Aの図は、エポキシ226によって、可撓性ハイポチューブ202内に収容されるフェルール225に接着されるファイバー210を示す。ファイバー210のような偏光保持光ファイバーは通常、複屈折シングルモードファイバーであり、その「速」軸及び「遅」軸は多くの場合にファイバーの「主軸」と呼ばれる。図5Bの図は、その上にあらかじめ切り込まれた開口部221を有するハイポチューブ202内で、充填材227に封入される光弾性材料223を示す。開口部221は、PM光ファイバー211の主軸から45度の方向に実質的に(±5度)沿っていることに留意されたい。図5Cは、線5Bに沿って見た、図5Bの図の代替の実施形態を示す、図4のセンサーの断面図である。図5Cは、ハイポチューブ202の両側に対称に、開口部221を任意に切り込むことができることを示す。
図6は、図1の偏光モジュール105の一実施形態の図である。図6のこの実施形態は、偏光ビームスプリッター(「polarizing beam splitters:PBS」)106、109と、半波長板107と、ファラデー回転子108と、電気光学変調器(「electro-optic modulator:EOM」)110とを含む。実施形態では、EOM110は、適切に切断及び研磨され、めっき電極を備えるLiTaO3のような電気光学結晶を含むポッケルセルである。明確に論じるために、図6は直交座標系も示しており、z軸は前方伝搬光の方向であり、x軸及びy軸はz軸に対して垂直な平面内にある。入射光150はx軸に沿って偏光し、実質的に(少なくとも90%)PBS106を透過する。半波長板107は、x−y平面において、光偏光を45度の角度に回転させる。一方、光がファラデー回転子108を通って前方に伝搬するとき、偏光は回転し、再びx軸に沿うように戻り、それにより、光がPBS109を実質的に透過できるようにする。電気光学変調器110の光軸は、x−y平面において約45度をなすので、EOM110を通り抜けた後の光156の偏光状態は、EOM110に印加される電圧に大きく依存する。結合レンズ115によって合焦した後に、レーザー光はプローブ200内のPM光ファイバー(図示せず)に入射する。図6において、プローブの近位端201では、PM光ファイバーの主軸が、x−y平面において45度において、EOM110の光軸に対して平行であると考えられることに留意されたい。プローブ200の近位端201が独立して方向付けられる必要がある場合には、PM光ファイバーの主軸は、EOM110の光軸に対して平行であることは保証されない。この場合、半波長板(図6には示されない)をEOM110とプローブ200の近位端201との間の場所に追加して、PM光ファイバーの主軸をEOM110の光軸に実効的に位置合わせすることができる。
上記で言及された光軸位置合わせによって、PM光ファイバー内の前方伝搬光は、ファイバーから複屈折を受け、その複屈折はEOM110から受けた複屈折に直接加わる。しかしながら、光がプローブ200の遠位先端209にある光弾性材料223に達するとき、そこで受ける複屈折は、PM光ファイバー又はEOM110のいずれかから受ける複屈折に直接加えることはできない。光弾性材料223は、主として応力の方向に沿って、光弾性材料223が受ける圧力誘起応力に概ね比例する複屈折をもたらす。再び図5を参照すると、センサーの開口部221は、PM光ファイバー210の主軸から約45度の角度をなす。したがって、外圧が光弾性材料223上に誘起する応力は主として同じ方向に沿っているので、圧力誘起複屈折である。光弾性材料223内の圧力誘起複屈折は、PM光ファイバー210の主軸から概ね45度の方向に沿っているので、その複屈折は、PM光ファイバー210又はEOM110のいずれかから受ける複屈折に直接加えることはできない。
上記で言及されたように、反射コーティング224によって反射された光は再び光弾性材料223を横断し、PM光ファイバー内をプローブの近位端に向かって後方に伝搬し、コンソール100に再入射する。上記で述べられたように、偏光モジュール105は、後方伝搬光を2つの光ビーム161、163に分割する。平衡検出器120が2つの入力ポートにおいてそれぞれ2つの光ビームを受光し、2つの入力光ビームの光出力の差に比例する電気出力電圧を生成する。
ジョーンズ計算法を用いて、検出器出力信号がいかに変化したかを、光弾性材料223において受けた複屈折の量の関数として求めることができる。図7A乃至図7Dは、4つの例示的なシミュレートされた結果を示す。図7A乃至図7Dはそれぞれ、EOM110上に印加された電圧が掃引されるときの検出器120の出力電圧を表す波形を示す。したがって、図7A乃至図7Dはそれぞれ、光弾性材料223において4つの異なる圧力誘起複屈折が存在する場合の結合器出力波形に対応する。複屈折位相シフトφは以下のように定義される。
φ=2π×Δn×L/λ
ただし、φは光弾性材料の(単一パスの)複屈折位相シフトであり、Δnは、屈折率の変化として測定される圧力誘起複屈折の量である。Lは光弾性材料の長さであり、λは真空中のレーザー光の光学波長である。図7A乃至図7Dにおいて見られるように、光弾性材料223が複屈折を誘起しない(φ=0)とき、波形は完全な正弦波である。しかしながら、φが大きくなるにつれて、波形の底部が上昇し、波形がそれまでより浅くなる。最も極端な場合には、φ=π/2であるとき、波形が頂部まで上昇し、直線になる(図示せず)。
φ=2π×Δn×L/λ
ただし、φは光弾性材料の(単一パスの)複屈折位相シフトであり、Δnは、屈折率の変化として測定される圧力誘起複屈折の量である。Lは光弾性材料の長さであり、λは真空中のレーザー光の光学波長である。図7A乃至図7Dにおいて見られるように、光弾性材料223が複屈折を誘起しない(φ=0)とき、波形は完全な正弦波である。しかしながら、φが大きくなるにつれて、波形の底部が上昇し、波形がそれまでより浅くなる。最も極端な場合には、φ=π/2であるとき、波形が頂部まで上昇し、直線になる(図示せず)。
それゆえ、コンソール内のコントローラー180は、検出器波形を処理し、複屈折位相シフトφについての情報を導出し、さらには、圧力誘起複屈折Δnを求めることができる。所与の光弾性材料の場合に、圧力とΔnとの間の関係は既知であるか、又はあらかじめ測定することができるので、プローブの遠位先端における圧力は、上記の複屈折測定値から求めることができる。
プローブ内のセンサーから実質的に干渉を受けることなく、プローブ内のPM光ファイバーの複屈折を測定できることが望ましいことがある。本明細書において説明される実施形態は、理想的な挙動からのPM光ファイバーの任意の逸脱を考慮し、補償するために、リアルタイムに(使用中に)較正できる可能性がある。図8は、第2の波長を用いて較正することができる圧力プローブの一実施形態の図である。この実施形態と図4に示される実施形態との違いは、終端されたPM光ファイバー210の先端に波長選択コーティング212を追加することである。さらに、ファイバー先端211の研磨角は、垂直に実質的に(±5度)近づけることができる(垂直研磨)。波長選択コーティング212は、第1の波長のための反射防止コーティングとしての役割を果たし、その波長を有する全ての光を実質的に(少なくとも90%)通す。また、波長選択コーティング212は、第2の波長に対する高反射コーティングのように機能し、例示される実施形態では、その波長は第1の波長に近い。
第2の波長の光は波長選択コーティング212によって実質的に(少なくとも90%)反射されるので、光弾性材料223はその複屈折に実質的に影響を及ぼさない。それゆえ、コンソール(図1の100)が第2の波長の光をPM光ファイバーの中に送り込む能力を有する場合には、コンソールは、PM光ファイバーの複屈折に関する独立した測定を実行することができる。この測定結果は、実効的には、リアルタイムの「バックグラウンドデータ」としての役割を果たす。遠位先端における圧力を測定するために、コンソールが第1の波長の光をPM光ファイバーの中に送り込むとき、上記のバックグラウンド測定は、PM光ファイバーの欠陥を補償し、それゆえ、より高精度の圧力測定を達成する手段を提供することができる。
図9は、圧力を遠隔検知するために遠隔圧力センサーを動作させる方法900の一実施形態の流れ図である。方法900は、開始ステップ910において開始する。ステップ920において、レーザー光が生成される。ステップ930において、光の偏光が変調される。ステップ940において、光が、その遠位先端に結合されたセンサーを有するPM光ファイバーの近位端の中に取り込まれ、センサーは圧力依存光学異方性を有する。ステップ950において、センサーから近位端を介して戻る光が受光される。ステップ960において、その光に基づいて信号が与えられ、その信号はセンサーにかかる圧力を示す。方法900は終了ステップ970において終了する。
図10は、PM光ファイバーを通して得られた圧力測定値に及ぼすPM光ファイバー内の複屈折の影響を低減する方法1000の一実施形態の流れ図である。方法1000は開始ステップ1010において開始する。ステップ1020において、第1の波長及び第2の波長のレーザー光が生成される。ステップ1030において、光の偏光状態が変調される。ステップ1040において、光が、その遠位先端に結合された光センサーを有するPM光ファイバーの近位端の中に取り込まれ、センサーは圧力依存光学異方性を有する。ステップ1050において、第2の波長の光が、センサーに入射するのを実質的に(少なくとも90%)妨げられる。ステップ1060において、センサーから近位端を介して戻る第1の波長の光が受光される。ステップ1070において、遠位先端から近位端を介して戻る第2の波長の光が受光される。ステップ1080において、その光に基づいて信号が与えられ、その信号はPM光ファイバーの複屈折の変化から実質的に(少なくとも90%)独立している、センサーにおける圧力を示す。方法1000は終了ステップ1090において終了する。
本出願が関連する当業者は、説明された実施形態に対して他の更なる追加、削除、置換及び変更を行うことができることを理解するであろう。
Claims (10)
- レーザー光の光源と、
前記光源に結合され、前記光の偏光状態を変調するように構成される偏光モジュールと、
前記光を近位端の中に取り込むように構成される偏光保持(PM)光ファイバーであって、前記PM光ファイバーの遠位先端に結合されるセンサーを有し、圧力依存光学異方性を有する、偏光保持光ファイバーと、
前記センサーから前記近位端を介して戻る前記光を受光し、前記光に基づいて、前記センサーにかかる圧力を示す信号を与えるように構成される検出器と、
を備える、圧力センサー。 - 前記光学異方性が前記PM光ファイバーの主軸に対して45度±5度にある軸に沿って存在するように、前記センサーが前記遠位先端に対して方向付けられる、請求項1に記載の圧力センサー。
- 前記センサーは、入射する前記光のうちの少なくとも或る量を反射するように構成される反射コーティングを有する光弾性材料を含む、請求項1に記載の圧力センサー。
- 前記反射コーティングは波長依存性を有している、請求項3に記載の圧力センサー。
- 前記光源及び前記検出器は前記近位端に結合されるコンソール内に位置する、請求項1に記載の圧力センサー。
- 前記信号は、前記偏光モジュールから受光された光の光出力間の差に比例する、請求項5に記載の圧力センサー。
- 偏光保持(PM)光ファイバーを通して得られた圧力測定値に及ぼす前記PM光ファイバー内の複屈折の影響を低減する方法であって、
第1の波長及び第2の波長のレーザー光を生成するステップと、
前記光の偏光状態を変調するステップと、
前記PM光ファイバーの遠位先端に結合された光センサーを有する該PM光ファイバーの近位端の中に前記光を取り込むステップであって、前記センサーは圧力依存光学異方性を有する、取り込むステップと、
前記第2の波長の前記光が前記センサーに入射するのを実質的に妨げるステップと、
前記センサーから前記近位端を介して戻る前記第1の波長の前記光を受光するステップと、
前記遠位先端から前記近位端を介して戻る前記第2の波長の前記光を受光するステップと、
前記光に基づいて、前記PM光ファイバーの複屈折の変化から実質的に独立している前記センサーにおける圧力を示す信号を与えるステップと、
を含む、方法。 - 前記光を偏光モジュールに通すステップと、
前記偏光モジュール内のバイアスを調整することによって前記変化を補償するステップと、
を更に含む、請求項7に記載の方法。 - 前記光学異方性が前記PM光ファイバーの主軸に対して45度±5度にある軸に沿って存在するように、前記センサーが前記遠位先端に対して方向付けられる、請求項7に記載の方法。
- 前記センサーは反射コーティングを有する光弾性材料を含み、前記方法は、前記コーティングに入射する前記光のうちの少なくとも或る量を反射するステップを更に含む、請求項7に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201562133809P | 2015-03-16 | 2015-03-16 | |
US62/133,809 | 2015-03-16 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016173365A true JP2016173365A (ja) | 2016-09-29 |
Family
ID=55532218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016050660A Pending JP2016173365A (ja) | 2015-03-16 | 2016-03-15 | 遠隔圧力センサー及び遠隔圧力センサーの動作方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20160273988A1 (ja) |
EP (1) | EP3070449A1 (ja) |
JP (1) | JP2016173365A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10524701B2 (en) | 2016-06-08 | 2020-01-07 | Korea Institute Of Science And Technology | Motion capture system using FBG sensor |
WO2020213466A1 (ja) * | 2019-04-17 | 2020-10-22 | 長野計器株式会社 | 物理量測定装置 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108267216A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-10 | 苏州三拓光电科技有限公司 | 偏振态同步控制系统和方法 |
CN110631746A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-31 | 维沃移动通信有限公司 | 压力检测组件、检测方法及终端 |
US11086073B2 (en) * | 2020-01-10 | 2021-08-10 | Lake Region Manufacturing, Inc. | Guidewire having a fiber optic force sensor with a mirror having a patterned reflectance |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5987995A (en) * | 1997-07-17 | 1999-11-23 | Sentec Corporation | Fiber optic pressure catheter |
US6925322B2 (en) * | 2002-07-25 | 2005-08-02 | Biophan Technologies, Inc. | Optical MRI catheter system |
US7810395B2 (en) * | 2005-12-22 | 2010-10-12 | Total Wire Corporation | Ultrasonic pressure sensor and method of operating the same |
US8166825B2 (en) * | 2007-10-30 | 2012-05-01 | Tea Time Partners, L.P. | Method and apparatus for noise reduction in ultrasound detection |
US9357933B2 (en) * | 2010-01-19 | 2016-06-07 | Donna Baldwin | Continuous, non-invasive, optical blood pressure monitoring system |
WO2012030595A2 (en) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Alcon Research, Ltd. | Optical sensing system including electronically switched optical magnification |
JP5948035B2 (ja) * | 2011-10-05 | 2016-07-06 | ニューブレクス株式会社 | 分布型光ファイバ音波検出装置 |
US8973445B2 (en) * | 2012-09-05 | 2015-03-10 | Qorex Llc | Multi-mode holographic pressure sensor |
-
2016
- 2016-03-15 US US15/070,099 patent/US20160273988A1/en not_active Abandoned
- 2016-03-15 JP JP2016050660A patent/JP2016173365A/ja active Pending
- 2016-03-15 EP EP16160451.7A patent/EP3070449A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10524701B2 (en) | 2016-06-08 | 2020-01-07 | Korea Institute Of Science And Technology | Motion capture system using FBG sensor |
US11129553B2 (en) | 2016-06-08 | 2021-09-28 | Korea Institute Of Science And Technology | Motion capture system using FBG sensor |
WO2020213466A1 (ja) * | 2019-04-17 | 2020-10-22 | 長野計器株式会社 | 物理量測定装置 |
JP2020176884A (ja) * | 2019-04-17 | 2020-10-29 | 長野計器株式会社 | 物理量測定装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3070449A1 (en) | 2016-09-21 |
US20160273988A1 (en) | 2016-09-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2016173365A (ja) | 遠隔圧力センサー及び遠隔圧力センサーの動作方法 | |
JP5904694B2 (ja) | サニャック干渉型光電流センサ | |
Parsons et al. | Cost-effective assembly of a basic fiber-optic hydrophone for measurement of high-amplitude therapeutic ultrasound fields | |
US8166825B2 (en) | Method and apparatus for noise reduction in ultrasound detection | |
CN104703105B (zh) | 双fp腔光纤声传感探头及其传感系统 | |
US20040126048A1 (en) | Fiber-based optical low coherence tomography | |
EA012960B1 (ru) | Волоконно-оптический гироскоп с использованием световода с низкой степенью поляризации и с сохранением поляризации излучения | |
Poeggel et al. | Fiber-optic EFPI pressure sensors for in vivo urodynamic analysis | |
JP5476554B2 (ja) | 電界測定装置 | |
KR101062021B1 (ko) | 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템 그리고 이를 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정방법 | |
EP0321252B1 (en) | Optical fiber sensor | |
JP2559248B2 (ja) | 複屈折光学系における局在偏光結合の検出装置 | |
TWI278682B (en) | Fiber optic interferometric position sensor and measuring method thereof | |
US20210121069A1 (en) | Bi-refringence compensated waveguides | |
CN104677596B (zh) | 一种Sagnac环形光路内嵌入非平衡Mach‑Zehnder型光程扫描器的光学自相关仪 | |
US8922760B2 (en) | Defocused optical rotation measurement apparatus, optical rotation measurement method and defocused optical fiber system | |
US8730481B2 (en) | Sagnac optical ingredient-measuring apparatus with circular polarizers in parallel | |
CN106441544B (zh) | 一种便携式光学测量仪器 | |
WO2015067293A1 (en) | Optical distributed sensing device and method for simultaneous measurements of temperature and strain | |
WO2017063867A1 (en) | Fiber-optic current sensor with tolerance to connector misalignment | |
JPH11110673A (ja) | 非音響型光圧力センサーまたは非音響型光圧力センサーのtdm(時分割多重送信)アレイを用いた圧力計測装置とその方法 | |
Poeggel et al. | Low-cost miniature fiber-optic extrinsic Fabry-Perot interferometric pressure sensor for biomedical applications | |
JP2010085148A (ja) | 微小変位測定装置、微小変位測定方法および微小変位測定用プログラム | |
RU2811364C1 (ru) | Способ измерения гидростатического давления и волоконно-оптический датчик гидростатического давления | |
CN102565949A (zh) | 基于无回波反馈延迟结构的白光干涉方法及其实现系统 |