生命体征信号光电变换装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种生命体征信号光电变换装置与方法，其特征在于：包括依次设置的光源1、输入光纤2、光纤模式调控器6、输出光纤4、光电探测器5和电信号处理终端8，所述光纤模式调控器6包括上、下相对设置的上盖片和下盖片，所述上盖片上设有至少一个向下盖片延伸的凸出结构，所述下盖片上对应设有与凸出结构相互插配的凹陷结构，所述上盖片与下盖片之间穿设有传感光纤3，传感光纤3的局部段穿过凸出结构与凹陷结构之间所形成的间隙。该基于光纤模式干涉仪的生命体征信号光电变换方法与装置可以不采用错位光纤熔接，从而减少工艺难度，不用双模、四模、双芯和多芯或小芯等特殊的光纤，从而降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
生命体征信号光电变换装置与方法
[0001]
：本专利技术涉及光纤传感监测领域，特别是涉及光纤生命体征监测
，尤其涉及一种基于光纤模式干涉的生命体征信号光电变换装置与方法。
[0002]
技术介绍
：典型的生命体征信号采集设备是心电图传感器，该传感器需要通过电极和导线黏附于人体皮肤表面，易受到皮肤表面毛发的影响，此外，长期使用电极片容易造成过敏或其它皮肤损伤的状况，影响用户使用体验。
[0003]电学传感器易受电磁干扰的影响，而基于光学原理的光纤传感器由于抗电磁干扰、体积小、重量轻，监测时无需光纤黏附皮肤，在需要长期生命体征监护的应用场所极具应用潜力，美国专利US 6,498,652 B1提出用传统的光纤干涉仪采集生命体征信号，监测人体呼吸率和心率；缺点是所提出的光纤干涉仪系统不够紧凑，参考臂和传感臂之间需要分开、隔离，而在单根光纤上构成的光纤干涉仪生命体征传感器（CN210144637U）比传统的光纤干涉仪生命体征传感器无论在结构简单性还是在抗环境干扰方面具有很大的优势，比如参考臂和传感臂不需要分开和隔离，缺点是需要破坏光纤原来的结构，可能影响光纤的长期可靠性。
[0004]论文“Xu W，et al.，Long modal interference in multimode fiber and its application in vital signs monitoring，Optics Communications，2020,474:126100”提出用光纤模式干涉仪进行生命体征监测，该传感器结构简单，成本低，但是其传感器的灵敏度很低，需要采用错位光纤熔接工艺；2022年1月报道的综述论文“W Lyu, S Chen, F Tan, C Yu，Vital Signs Monitoring Based on Interferometric Fiber Optic Sensors，Photonics, 2022，9,50”比较全面总结了光纤干涉仪用于生命体征信号监测的研究进展；从该综述论文可以看出，为了提高基于光纤模式干涉仪传感器的灵敏度，通常釆用特别的纤熔接工艺和特殊的光纤，例如，采用错位光纤熔接工艺等，这增加了光功率预算和制造成本；许多研究还建议采用特殊的光纤，比如双模、四模、双芯和多芯光纤等，这增加了光纤传感器的成本。
[0005]综上所述，现有的技术中的缺点在于：基于光纤模式干涉的生命体征光纤传感器，如果没有采用特别的处理工艺（错位光纤熔接等）或采用特殊的光纤（双模、四模、双芯和多芯或小芯等特殊的光纤），传感器的灵敏度达不到一般实用的要求，比如，在应用中传感器要放在床垫上面，不能放在床垫下（因为灵敏度不够）或采集不到心跳信号。为了提高传感器的灵敏度、要釆用特别的光纤熔接工艺和特殊的光纤；比如采用错位光纤熔接等，这增加了光功率预算和制造成本；采用特殊的光纤，比如双模、四模、双芯和多芯或小芯光纤等，这也增加了光纤传感器的成本。
[0006]
技术实现思路
：本专利技术的目的即在于提供一种基于光纤模式干涉仪的生命体征信号光电变换方法与装置，该基于光纤模式干涉仪的生命体征信号光电变换方法与装置可以不采用错位光纤熔接，从而减少工艺难度，不用双模、四模、双芯和多芯或小芯等特殊的光纤，从而降低成
本。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术生命体征信号光电变换装置，其特征在于：包括依次设置的光源、输入光纤、光纤模式调控器、输出光纤、光电探测器和电信号处理终端，所述光纤模式调控器包括上、下相对设置的上盖片和下盖片，所述上盖片上设有至少一个向下盖片延伸的凸出结构，所述下盖片上对应设有与凸出结构相互插配的凹陷结构，所述上盖片与下盖片之间穿设有传感光纤，传感光纤的局部段穿过凸出结构与凹陷结构之间所形成的间隙。
[0008]进一步的，上述凸出结构的自由端与传感光纤之间设有薄片；所述薄片粘接在传感光纤上，或者薄片粘接在凹陷结构中。
[0009]进一步的，上述凸出结构为圆柱形、圆锥形、圆锥台形或正方体形；所述凹陷结构为圆柱形、圆锥形、圆锥台形或正方体形的凹陷槽。
[0010]进一步的，上述凹陷槽的两侧旁侧具有延伸槽道，延伸槽道与凹陷槽形成凹陷结构，该凹陷结构使传感光纤穿设在其中时形成夹角，该夹角在30
‑
180度之间。
[0011]进一步的，上述上盖片与下盖片的材料是塑料、金属、硅胶或纺织材料；所述光源是相干光源或非相干光源，如FP、DFB、VECEL或LED光源。
[0012]进一步的，上述输入光纤和输出光纤为单模光纤，如通信单模光纤；传感光纤为多模光纤，如通信多模光纤，输入输出光纤和与传感光纤两端直接用光纤熔接机熔接或用活动连接器连接，不需要采用错位光纤熔接工艺。
[0013]进一步的，上述上盖片与下盖片通过卡扣固定连接或粘接固定；下盖片表面上具有半圆形、U形或V形的槽道，该槽道沿着传感光纤的走向布局，该槽道经过凹陷结构用于放置传感光纤。
[0014]进一步的，上述位于上盖片与下盖片之间的凹陷结构和凸出结构分布为中间一组、两侧各两组，形成总共五组，每组的凹陷结构基本呈一字型，传感光纤依次穿过一侧两组后，迂回穿过中间的一组，而后再迂回穿过另一侧的两组；所述位于上盖片与下盖片之间的凹陷结构和凸出结构为单组，该单组凹陷结构基本呈“十”字型，即在凹陷槽的周围形成圆周整列的4个延伸槽道，传感光纤依次迂回穿过各延伸槽道；所述位于上盖片与下盖片之间的凹陷结构和凸出结构为单组，该单组凹陷结构基本呈“米”字型，即在凹陷槽的周围形成圆周整列的6个延伸槽道，传感光纤依次迂回穿过各延伸槽道；所述位于上盖片与下盖片之间的凹陷结构和凸出结构矩形整列有四组，每组凹陷结构基本呈“十”字型，即在凹陷槽的周围形成圆周整列的4个延伸槽道，传感光纤依次迂回穿过各延伸槽道。
[0015]本专利技术生命体征信号光电变换装置的光电变换方法，其特征在于：所述光源通过传输光纤输入到传感光纤，激励传感光纤中的基模与高阶导模，在输出光纤处，满足相位匹配条件的模式之间发生干涉，产生明暗相间的干涉图案，干涉图案部分区域的能量由输出光纤传输到光电探测器进行光电变换。
[0016]进一步的，上述传感光纤基模和高阶导模的强度分别为I1和I2，干涉信号的强度I为其中表示传感光纤基模和高阶导模之间的相位差；采用光纤模式调控器中相应的凸出结构和凹陷结构，高效地扰动传感光纤中基模和高阶导模之间的相位差，把生命体征信号的变化变成的变化，进而变成干涉信号强度I的变化；另一方面，光纤模式调控
器中相应的凸出结构和凹陷结构，使传感光纤发生半径为R的弯曲，这样传感光纤中的导模耦合到包层模而损耗掉，这样生命体征信号的变化变成R的变化，从而使信号强度发生变化；在传感光纤中，弯曲损耗与模式有关，通过适当调整光纤模式调控器中相应的凸出结构尺寸大小以调整弯曲半径大小，结合传感光纤布线方式，在几乎不影响基模的情况下，为高阶导模引入显著损耗。
[0017]由上述对本专利技术结构的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生命体征信号光电变换装置，其特征在于：包括依次设置的光源、输入光纤、光纤模式调控器、输出光纤、光电探测器和电信号处理终端，所述光纤模式调控器包括上、下相对设置的上盖片和下盖片，所述上盖片上设有至少一个向下盖片延伸的凸出结构，所述下盖片上对应设有与凸出结构相互插配的凹陷结构，所述上盖片与下盖片之间穿设有传感光纤，传感光纤的局部段穿过凸出结构与凹陷结构之间所形成的间隙。2.根据权利要求1所述的生命体征信号光电变换装置，其特征在于：所述凸出结构的自由端与传感光纤之间设有薄片；所述薄片粘接在传感光纤上，或者薄片粘接在凹陷结构中。3.根据权利要求1所述的生命体征信号光电变换装置，其特征在于：所述凸出结构为圆柱形、圆锥形、圆锥台形或正方体形；所述凹陷结构为圆柱形、圆锥形、圆锥台形或正方体形的凹陷槽。4.根据权利要求3所述的生命体征信号光电变换装置，其特征在于：所述凹陷槽的两侧旁侧具有延伸槽道，延伸槽道与凹陷槽形成凹陷结构，该凹陷结构使传感光纤穿设在其中时形成夹角，该夹角在30
‑
180度之间。5.根据权利要求1所述的生命体征信号光电变换装置，其特征在于：所述上盖片与下盖片的材料是塑料、金属、硅胶或纺织材料；所述光源是相干光源或非相干光源，如FP、DFB、VECEL或LED光源。6.根据权利要求1所述的生命体征信号光电变换装置，其特征在于：输入光纤和输出光纤为单模光纤，如通信单模光纤；传感光纤为多模光纤，如通信多模光纤，输入输出光纤和与传感光纤两端直接用光纤熔接机熔接或用活动连接器连接，不需要采用错位光纤熔接工艺。7.根据权利要求1所述的生命体征信号光电变换装置，其特征在于：所述上盖片与下盖片通过卡扣固定连接或粘接固定；下盖片表面上具有半圆形、U形或V形的槽道，该槽道沿着传感光纤的走向布局，该槽道经过凹陷结构用于放置传感光纤。8.根据权利要求4所述的生命体征信号光电变换装置，其特征在于：所述位于上盖片与下盖片之间的凹陷结构和凸出...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智浩，杨会成，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：