一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，属于光纤传感技术领域。FBG检测结构包括硅胶管、低反射率FBG、胶粘剂和涂覆材料。FBG检测结构贯穿于主动导管偏压弹簧内部，与偏压弹簧长度相同，FBG检测结构以硅胶管为基材，采用低反射率FBG，通过胶粘剂固定光纤于基材表面，并涂敷涂覆材料，形成一种用于主动导管的弯曲检测结构。当主动导管发生弯曲时，FBG检测结构也相应的发生形变，FBG检测结构的反射波长发生变化，通过FBG检测结构反射波长的变化间接得到主动导管的弯曲角度。本实用新型专利技术提出的FBG检测结构为主动导管弯曲角度的检测提供了一种技术途径，并具有柔韧性高、灵敏度高和检测结果精确的优点。

A FBG detection structure for detecting the bending angle of active catheter

The utility model discloses a FBG detection structure for detecting the bending angle of the active duct, which belongs to the technical field of optical fiber sensing. The FBG detection structure includes silicone tube, low reflectivity FBG, adhesive and coating material. The FBG detection structure runs through the inner part of the bias spring of the active duct. The length of the bias spring is the same as that of the active duct. The FBG detection structure uses silica gel tube as the base material, uses low reflectivity FBG, fixes the optical fiber on the substrate surface by adhesive, and coats the coating material to form a bending detection structure for the active duct. When the active duct bends, the FBG detection structure also changes correspondingly, and the reflected wavelength of the FBG detection structure changes. The bending angle of the active duct is obtained indirectly by detecting the reflected wavelength of the structure with FBG. The FBG detection structure proposed by the utility model provides a technical way for detecting the bending angle of the active duct, and has the advantages of high flexibility, high sensitivity and accurate detection results.

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构
本技术涉及一种光纤传感
，尤其涉及一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构。
技术介绍
近年来，借助于导管通过血管到达较远病变部位进行微创手术得到广泛的应用。但是微创手术过程中，由于人体内复杂交错的管道环境，传统的介入导管机器人在介入过程中遇到障碍物或岔口时，不能主动控制介入导管进行弯曲运动，因此介入导管无可避免的会与人体管道发生摩擦，甚至刺穿管道，会给病人带来极大痛苦，无法保证手术的安全性。SMA驱动的主动导管的提出，能够通过SMA驱动器的收缩位移来控制主动导管的弯曲角度，或者通过大偏转理论计算主动导管的弯曲曲率进而得到弯曲角度，从而确定导向机器人前端中心位置坐标，避免了发生摩擦等的危险，但是导向机器人并不能自动控制末端位置和方向。多节柔性主动导管的提出实现了手术过程中介入导管对末端位置和方向的自动控制，但是确定多节柔性主动导管的运动学建模及控制策略的过程复杂，计算信息量较大。为解决上述问题，本技术通过将FBG检测结构置于主动导管偏压弹簧内部，测得FBG检测结构中反射波长的变化得到主动导管在任一点的弯曲曲率，进而推导出这一点的弯曲角度，使主动导管的移动方向更精确化，从而提高手术成功率，缩短手术时间。综上所述，本技术提供一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，可以检测主动导管的弯曲角度，实现主动导管的高灵敏度和高准确性，缩短手术时间，进而提高血管微创手术的安全性，并有效减轻病人的痛苦。
技术实现思路
本技术的目的在于实现一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，检测主动导管末端位置的弯曲运动，可实现主动导管末端位置和方向的精确控制，提高血管微创手术的安全性和高效性，有效缩短手术操作时间和降低手术的难度。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，包括硅胶管，低反射率FBG，胶粘剂，涂覆材料。所述的硅胶管1是FBG检测结构的基材结构，直径为0.3mm，与人体具有良好的相容性，FBG检测结构贯穿于偏压弹簧内部，与偏压弹簧长度相同，光纤a、b、c和d两两间隔90度分别固定于基材表面，a与c、b与d分别相互平行，从而达到温度补偿的效果，实现光纤应变检测结构的灵活性和柔韧性。所述的低反射率FBG采用串联、并联混合的方式形成检测主动导管弯曲角度的光纤应变检测结构。所述的低反射率FBG为聚合物FBG，分别刻写在a、b、c和d四根光纤上，每根光纤上有FBG1、FBG2和FBG3三个或多个所述的低反射率FBG，分别位于主动导管各环之间，彼此串联，并具有不同的中心波长，形成FBG级联结构，提高主动导管弯曲角度的检测灵敏度。所述的低反射率FBG采用紫外光相位掩模技术刻写光纤光栅，具有低反射率，反射率为10%，形成光纤光栅一体化结构。所述的胶粘剂为聚氨酯丙烯酸酯，利用光固化聚氨酯丙烯酸酯，通过所述胶粘剂固定光纤于基材表面。所述涂覆材料为新型柔韧性环氧树脂，厚度为25-60μm，通过旋涂工艺将涂覆材料均匀涂敷于光纤表面，形成具有超柔性涂覆层的光纤应变检测结构，同时形成光纤保护层。本技术的有益效果是：1.本技术是一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，该光纤应变检测结构抗电磁干扰能力强、灵敏度高、可调谐范围宽等优点，适用于小型器件和高灵敏度的应变检测，该主动导管采用FBG检测其弯曲角度，不仅达到检测弯曲角度的目的，而且实现了检测结构的高灵敏度和高准确度，从而实现主动导管末端位置和方向的精确控制。本技术采用低反射率的FBG，形成光纤光栅一体化结构，采用低反射率FBG，既保持原有FBG的优点，又提高了FBG的透射效率，降低损耗，提高末端光纤光栅的波长漂移解调精度；选用新型柔韧性环氧树脂作为涂覆材料，不仅有效保护了光纤应变检测结构，更有效的提高了低反射率FBG的柔韧性。附图说明下面结合附图及实施例对本实施方式对本专利技术作进一步说明：图1为本技术FBG检测结构的侧视图以及展开图。图1中：1为硅胶管，2为低反射率FBG；图2为本技术FBG检测结构位于主动导管内部的部分结构图。图2中：1为硅胶管，2为低反射率FBG，3为偏压弹簧；图3为本技术的检测原理图。具体实施方式图1、图2和图3中，本技术所采用的技术方案：一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，包括：硅胶管1，低反射率FBG2，偏压弹簧3。所述的硅胶管1是FBG检测结构的基材结构，直径为0.3mm，与人体具有良好的相容性，FBG检测结构贯穿于偏压弹簧内部，与偏压弹簧长度相同，光纤a、b、c和d两两间隔90度分别固定于基材表面，a与c、b与d分别相互平行，从而达到温度补偿的效果，实现光纤应变检测结构的灵活性和柔韧性。所述的低反射率FBG3采用串联、并联混合的方式形成检测主动导管弯曲角度的光纤应变检测结构，为主动导管弯曲角度的检测提供了一种技术途径。所述的低反射率FBG为聚合物FBG，分别刻写在a、b、c和d四根光纤上，每根光纤上有FBG1、FBG2和FBG3三个或多个所述的低反射率FBG，分别位于主动导管各环之间，彼此串联，并具有不同的中心波长，形成FBG级联结构，提高主动导管弯曲角度的检测灵敏度。所述的低反射率FBG3采用紫外光相位掩模技术刻写光纤光栅，具有低反射率，反射率为10%，形成光纤光栅一体化结构。所述的胶粘剂为聚氨酯丙烯酸酯，利用光固化聚氨酯丙烯酸酯粘贴光纤，利用所述的胶粘剂优异的附着力，固定光纤于基材表面，保证了准确进行应变检测，提高光纤应变检测结构的柔韧性和灵活性，提高主动导管弯曲角度检测的准确度。所述涂覆材料为新型柔韧性环氧树脂，厚度为25-60μm，通过旋涂工艺将涂覆材料均匀涂敷于光纤表面，形成具有超柔韧性涂覆层的光纤应变检测结构，也形成了光纤保护层，提高了光纤应变检测结构的柔韧性和高伸延率。图3中，宽带光源与耦合器一侧的一个光纤端口连接，光电探测器与光纤耦合器一侧的另一个光纤端口连接，光纤耦合器的另一侧的一个光纤端口与光开关连接，光开关另一侧与FBG传感器阵列连接，构成FBG光纤传感网络，宽带光源信号由耦合器一端进入光开关，经由光开关进入FBG光纤传感网络，FBG反射波长信号反射进入光开关，通过耦合器进入光电探测器达到信号检测的目的。本技术进行主动导管弯曲角度检测的基本原理：当主动导管在人体内发生弯曲时，低反射率FBG就会受到应力而发生形变，光栅周期发生变化，光纤布拉格光栅的反射波长就发生相应变化。当宽带光源发出的光源经光开关进入光纤，入射到FBG传感网络，经过FBG相应波段的光就会被反射，最后由光电探测器接收，如图3所示。主动导管弯曲度越大，光纤布拉格光栅受到应变就越大，反射波长就相应越大。通过建立反射波长偏移量与主动导管弯曲曲率之间的线性关系，分析得到二者之间的线性表达式，再通过建立主动导管弯曲曲率与弯曲角度之间线性关系，可建立反射波长偏移量与弯曲角度之间的理论模型，根据反射波长偏移量，可推算出主动导管弯曲角度的大小，从而进一步准确的控制主动导管的末端位置和方向。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，包括：硅胶管、低反射率FBG、胶粘剂、涂覆材料，FBG检测结构贯穿于主动导管偏压弹簧内部，与偏压弹簧长度相同，并以硅胶管为基材，低反射率的FBG涂敷涂覆材料后通过胶粘剂和硅胶管固定为一体，形成光纤一体化，低反射率FBG采用串联、并联混合的方式形成一种用于检测主动导管弯曲角度的结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，包括：硅胶管、低反射率FBG、胶粘剂、涂覆材料，FBG检测结构贯穿于主动导管偏压弹簧内部，与偏压弹簧长度相同，并以硅胶管为基材，低反射率的FBG涂敷涂覆材料后通过胶粘剂和硅胶管固定为一体，形成光纤一体化，低反射率FBG采用串联、并联混合的方式形成一种用于检测主动导管弯曲角度的结构。2.根据权利要求1所述的一种用于检测主动导管弯曲角度的FBG检测结构，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓红，刘月明，施阳阳，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33