本發(fā)明屬于光電傳感領(lǐng)域，具體涉及一種介入式光纖傳感探頭。

背景技術(shù)：

人體內(nèi)部的溫度和壓力參數(shù)與人體的健康狀況緊密相關(guān)。實現(xiàn)對人體內(nèi)壓力和溫度的可靠監(jiān)測將有助于診斷人體病情，提到治療效果。

以神經(jīng)外科重癥治療為例，顱內(nèi)高壓是神經(jīng)外科患者術(shù)后較為常見的并發(fā)癥，是導(dǎo)致神經(jīng)外科患者術(shù)后病情惡化的關(guān)鍵誘因。顱內(nèi)壓增高可影響腦血液循環(huán)，導(dǎo)致灌注壓下降，腦血流量減少，靜脈回流受限，顱內(nèi)血液於滯，甚至引起腦受壓、腦移位，嚴(yán)重者形成腦疝，患者常由于繼發(fā)腦干損傷而死亡。顱內(nèi)壓的變化，尤其是短時間內(nèi)快速變化，常提示患者病情惡化，若能及時發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)壓的增高，積極采取措施緩解顱內(nèi)壓力，解決引起顱內(nèi)壓增高的病因可使患者轉(zhuǎn)危為安。因此，顱內(nèi)壓監(jiān)測可幫助早期明確診斷并指導(dǎo)顱內(nèi)壓增高的早期處理，這對改善神經(jīng)外科患者，尤其是危重癥患者的預(yù)后具有重要意義。另外，顱內(nèi)壓力的變化也與顱內(nèi)溫度相關(guān)聯(lián)，亞低溫治療方法已經(jīng)在臨床顱內(nèi)高壓的治療上得到推廣。

為了提到神經(jīng)外科病人的診療效果，需要對顱內(nèi)壓力和溫度進(jìn)行實時監(jiān)測。為了實現(xiàn)對顱內(nèi)壓力和溫度的可靠監(jiān)測，需要設(shè)計可以對壓力、溫度進(jìn)行監(jiān)測的微型介入式傳感探頭。光纖傳感技術(shù)具有尺寸微小、抗電磁干擾的優(yōu)點，可以做為介入式顱內(nèi)傳感探頭的優(yōu)選方案。文泓橋【申請?zhí)枺?01110308246.1】公開了一種基于光纖傳感的微型顱內(nèi)多參數(shù)傳感器，使用光纖布拉格光柵技術(shù)對溫度進(jìn)行傳感，使用光纖法珀腔技術(shù)對壓力進(jìn)行傳感。由于光纖材料本身的物理性質(zhì)特點，光纖布拉格光柵對溫度變化的靈敏度較低，難以實現(xiàn)高精度的人體溫度測量。而且，光纖布拉格光柵對溫度和壓力存在交叉?zhèn)鞲鞋F(xiàn)象，進(jìn)一步降低了溫度檢測精度。另外，光纖法珀腔存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作質(zhì)量控制困難，制作成本高等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有光纖布拉格光柵存在對溫度、壓力傳感靈敏度低，且存在溫度、壓力交叉敏感的問題，提供一種介入式光纖傳感探頭，基于雙布拉格光柵設(shè)計，能夠同時對壓力和溫度進(jìn)行監(jiān)測，成本低廉，制作簡單，監(jiān)測精度高。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種介入式光纖傳感探頭，至少包括光纖接頭、光信號傳導(dǎo)光纖、溫度傳感光柵和壓力傳感光柵，光纖接頭制作在光信號傳導(dǎo)光纖的一端，用于連接外部的光源和檢測部件；溫度傳感光柵和壓力傳感光柵通過紫外激光曝光或其他方法制作在光信號傳導(dǎo)光纖的另一端，溫度傳感光柵配置有溫度傳感光柵封裝，溫度傳感光柵封裝為熱膨脹系數(shù)大于光信號傳導(dǎo)光纖的剛性封裝，用于對溫度傳感光柵進(jìn)行溫度傳感增敏和壓力傳感去敏，壓力傳感光柵配置有壓力傳感光柵封裝，用于對壓力傳感光柵進(jìn)行壓力增敏。

按上述方案，所述溫度傳感光柵封裝采用一段毛細(xì)管，套在溫度傳感光柵外部，毛細(xì)管兩端和溫度傳感光柵兩端的信號傳導(dǎo)光纖剛性粘結(jié)。

按上述方案，所述壓力傳感光柵封裝制作成U形或弧形，U形或弧形的兩端和壓力傳感光柵兩端的信號傳導(dǎo)光纖剛性粘結(jié)。

按上述方案，所述壓力傳感光柵封裝的缺口處覆蓋一層彈性薄膜，或者在壓力傳感光柵封裝的表面套上一段彈性套管(以增加壓力感受面積)。

按上述方案，所述溫度傳感光柵封裝材質(zhì)為金屬、高分子或其他熱膨脹系數(shù)大于光信號傳導(dǎo)光纖的剛性材料(如鋁合金)。

按上述方案，所述壓力傳感光柵封裝為應(yīng)變方向轉(zhuǎn)換封裝，用于使壓力傳感光柵在橫向壓力的作用下產(chǎn)生軸向形變。

按上述方案，所述壓力傳感光柵封裝材質(zhì)為金屬、高分子或鋁合金剛性材料。

按上述方案，所述溫度傳感光柵區(qū)域的光信號傳導(dǎo)光纖直徑進(jìn)行刻蝕(以增加溫度改變引起的光柵形變)，刻蝕后的光信號傳導(dǎo)光纖直徑為20至110μm。

按上述方案，所述壓力傳感光柵區(qū)域的光信號傳導(dǎo)光纖直徑進(jìn)行刻蝕(以增加壓力改變引起的光柵形變)，刻蝕后的光信號傳導(dǎo)光纖直徑為20至110μm。

按上述方案，所述溫度傳感光柵靠近光信號傳導(dǎo)光纖的另一端的內(nèi)側(cè)，壓力傳導(dǎo)光柵靠近光信號傳導(dǎo)光纖的另一端的外側(cè)。

本發(fā)明的工作原理：探頭使用時，使用白光光源，如發(fā)光二極管LED作為探頭的外部激勵光源。將白光光源發(fā)出的光信號導(dǎo)入探頭。溫度傳感光柵監(jiān)測體內(nèi)溫度，并對壓力傳感光柵進(jìn)行溫度補(bǔ)償。壓力傳感光柵監(jiān)測體內(nèi)壓力，并根據(jù)溫度傳感光柵的溫度測量結(jié)果對壓力傳感光柵的測量進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以消除壓力傳感光柵對溫度和壓力的交叉?zhèn)鞲行?yīng)。使用波長解調(diào)模塊接受溫度傳感光柵和壓力傳感光柵反射回的光信號，并對反射光譜進(jìn)行分辨，波長解調(diào)模塊用于分別獲取溫度傳感光柵和壓力傳感光柵的反射光譜變化信息，以進(jìn)一步計算得到溫度和壓力數(shù)據(jù)。溫度傳感光柵封裝用于對溫度傳感光柵進(jìn)行溫度傳感增敏和壓力傳感去敏，壓力傳感光柵封裝用于對壓力傳感光柵進(jìn)行壓力增敏。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

1、光纖布拉格光柵制作簡單，成本低廉，為人體溫度、壓力雙參數(shù)實時監(jiān)測提供了高性價比的解決方案；

2、壓力傳感光柵監(jiān)測體內(nèi)壓力，并根據(jù)溫度傳感光柵的溫度測量結(jié)果對壓力傳感光柵的測量進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以消除壓力傳感光柵對溫度和壓力的交叉?zhèn)鞲行?yīng)；

3、本發(fā)明解決了光纖布拉格光柵對溫度、壓力傳感靈敏度低，且存在溫度、壓力交叉敏感的問題，保證了監(jiān)測的可靠性。

附圖說明

圖1為介入式光纖探頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為溫度傳感光柵實施例示意圖。

圖3為壓力傳感光柵實施例示意圖。

圖中，1光纖接頭，2信號傳導(dǎo)光纖，3溫度傳感光柵，4壓力傳感光柵，5溫度傳感光柵封裝，6壓力傳感光柵封裝。

具體實施方式

下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

光纖布拉格光柵對入射的寬帶光進(jìn)行選擇性反射。反射光是窄帶光，中心波長滿足布拉格定律，描述如下：

λ_B＝2n_effΛ

其中，λ_B為光柵反射光中心波長，n_eff為光柵有效折射率，Λ為光柵條紋周期。光纖布拉格光柵的反射光中心波長與光柵有效折射率，光柵條紋周期成正比。光柵條紋周期與光柵的軸向形變相關(guān)。對于光纖布拉格光柵的增敏，主要是考慮增大光纖光柵在環(huán)境溫度或者環(huán)境壓力改變時的軸向形變。

參照圖1所示的本發(fā)明所述的介入式光纖探頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。介入式光纖探頭至少包括光纖接頭1、光信號傳導(dǎo)光纖2、溫度傳感光柵3和壓力傳感光柵4，光纖接頭1制作在光信號傳導(dǎo)光纖2的一端，用于連接外部的光源和檢測部件；溫度傳感光柵3和壓力傳感光柵4通過紫外激光曝光或其他方法制作在光信號傳導(dǎo)光纖2的另一端，溫度傳感光柵3配置有溫度傳感光柵封裝5，溫度傳感光柵封裝5為熱膨脹系數(shù)大于光信號傳導(dǎo)光纖2的剛性封裝，用于對溫度傳感光柵3進(jìn)行溫度傳感增敏和壓力傳感去敏，壓力傳感光柵4配置有壓力傳感光柵封裝6，用于對壓力傳感光柵4進(jìn)行壓力增敏。

溫度傳感光柵封裝4材質(zhì)為金屬、高分子或其他熱膨脹系數(shù)大于光信號傳導(dǎo)光纖2的剛性材料。

壓力傳感光柵封裝6為應(yīng)變方向轉(zhuǎn)換封裝，用于使壓力傳感光柵4在橫向壓力的作用下產(chǎn)生軸向形變(因為光纖光柵的反射光譜變化對軸向形變更加靈敏，因此通過應(yīng)變方向轉(zhuǎn)換封裝實現(xiàn)了對橫向壓力的傳感增敏)。

壓力傳感光柵封裝6材質(zhì)為金屬、高分子或其他剛性材料。

為了進(jìn)一步提升溫度傳感光柵3對溫度變化的靈敏度，將溫度傳感光柵3區(qū)域的光信號傳導(dǎo)光纖2直徑進(jìn)行刻蝕，以增加溫度改變引起的光柵形變，刻蝕后的光信號傳導(dǎo)光纖2直徑為20至110μm。

為了進(jìn)一步提升壓力傳感光柵4對壓力變化的靈敏度，將壓力傳感光柵4區(qū)域的光信號傳導(dǎo)光纖2直徑進(jìn)行刻蝕，以增加壓力改變引起的光柵形變，刻蝕后的光信號傳導(dǎo)光纖2直徑為20至110μm。

為了進(jìn)一步提升壓力傳感光柵4對壓力變化的靈敏度，在壓力傳感光柵封裝6的缺口處覆蓋一層彈性薄膜，或者在壓力傳感光柵封裝6的表面套上一段彈性套管，以增加壓力感受面積。

本發(fā)明具體實施起來可以有多種方式，下面以一種實施方式為例進(jìn)行說明。

實施例：采用62.5/125μm普通多模光纖作為信號傳導(dǎo)光纖2。采用紫外激光曝光的方法在信號傳導(dǎo)光纖2的一端制作出兩個光纖光柵。其中，靠近內(nèi)側(cè)的為溫度傳感光柵3，靠近外側(cè)的為壓力傳導(dǎo)光柵4。

采用一段鋁合金材質(zhì)的毛細(xì)管作為溫度傳感光柵封裝5，套在溫度傳感光柵3外部，使用醫(yī)用膠水將毛細(xì)管兩端和溫度傳感光柵3兩端的信號傳導(dǎo)光纖2剛性粘結(jié)起來，如圖2所示。鋁合金材質(zhì)具有較大的熱膨脹系數(shù)，在溫度變化時會產(chǎn)生較大的形變，繼而迫使溫度傳感光柵3產(chǎn)生附加形變，實現(xiàn)了溫度傳感增敏功能。鋁合金材質(zhì)具有較大的剛性，可以屏蔽掉外界壓力對溫度傳感光柵3的影響，實現(xiàn)壓力傳感去敏功能。為了進(jìn)一步提高溫度傳感光柵的靈敏度，對溫度傳感光柵3區(qū)域的信號傳導(dǎo)光纖2直徑進(jìn)行了刻蝕處理，刻蝕后的直徑為50μm。

采用鋁合金制作壓力傳感光柵封裝6，如圖3所示。壓力傳感光柵封裝6為U形或弧形，使用醫(yī)用膠水將U形或弧形的兩端和壓力傳感光柵4兩端的信號傳導(dǎo)光纖2剛性粘結(jié)起來。來自壓力傳感光柵4側(cè)面的壓力將導(dǎo)致壓力傳感光柵4發(fā)生軸向形變。為了進(jìn)一步提高壓力傳感光柵4對壓力變化的靈敏度，對所述壓力傳感光柵4區(qū)域的信號傳導(dǎo)光纖2直徑進(jìn)行了刻蝕處理，刻蝕后的直徑為50μm。壓力傳感光柵4存在對溫度變化的交叉敏感，采用溫度傳感光柵3的輸出結(jié)果對壓力傳感光柵4進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。