【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医用传感器，尤其涉及一种能够抗温度干扰的力传感方法、光感应力传感器及力传感系统。
技术介绍
1、在医学的微创手术中，导管是极其常见的辅助器械，为诸多手术的顺利开展提供了必要的环境，因此，医用导管在微创手术中应用日益广泛。但是由于导管在使用时属于介入类辅助器械，如果操控不好容易对患者造成不必要的损伤，因此一直以来对于手术中的导管的操作控制都要求尽可能的精细，也需要借助一些必要的外部监测手段，如电子计算机断层扫描(ct)或磁共振成像(mri)，来检测导管的相关参数，帮助和引导手术的正常进行。
2、以房颤消融手术为例，其属于微创血管内干预手术，需要通过引导导管和引导射频(rf)导管穿过主动脉进入心脏，并主要依靠消融导管的尖端将能量传递给疤痕或破坏导致心脏心律失常的异常心脏组织，以治疗复发性心律失常和有症状性房颤。在此过程中，导管与人体组织之间的接触力大小十分重要，其与是否能够改善临床结果相关度较高，且控制的合适还可以显著减少消融和手术时间，因此接触力是决定消融质量的关键决定因素之一，并与消融病发症的发生率密切相关。但是，目前常用的上述两种监测手段都无法提供接触力的充分信息，无法给手术者进一步的帮助和引导。
3、基于上述问题，相关技术中提出有一种基于光纤的光调制原理实现接触信息的测量的传感方案，但是在光学式力传感领域中，按照调制方式的不同，一般分为光强调制式、相位调制式和波长调制式三种类型。其中，实际应用到微创手术中时却具有诸多障碍：光强调制式传感器易受到光源强度波动的影响，结果不够稳定；相位调制式
4、相关技术中有针对布拉格光栅光纤设计一种传感结构，其针对温度单独设置传感结构，从而对布拉格光栅光纤的测定结果进行修正，从而消除温度变化导致的不良影响，但是该技术中的传感结构整体结构复杂、计算过程繁复，不适用微创手术。因此，目前现有技术中对医用导管的各种参数的监测仍然不够全面、精确，无法满足不同类型手术的不同需求，特别是对于导管与人体组织之间的接触力的监测，缺乏有效的手段。
技术实现思路
1、为了解决上述缺陷，本专利技术提出一种力传感方法、光感应力传感器及力传感系统，解决了现有技术中以布拉格光栅光纤为代表的波长调制式光感应力传感结构容易受到温度干扰的问题。
2、针对第一方面，本专利技术采用的技术方案是，一种力传感方法，所述方法包括：将刻有第一光纤光栅和第二光纤光栅的传感光纤的两端固定于弹性体中，获得所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的多组特征参数，并使多组所述特征参数中的至少一组参数数值不同；
3、将所述弹性体置于待测环境内，并获得所述弹性体受到待测力后所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长漂移量；
4、根据所述中心波长漂移量和全部特征参数计算得出所述弹性体所受待测力；
5、其中，所述特征参数包括所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长、有效弹光系数、弹性模量、热膨胀系数、热光系数和截面面积。
6、优选的，所述根据所述中心波长漂移量和全部特征参数计算得出所述弹性体所受待测力，具体为：根据所述波长漂移量和全部所述特征参数同时计算得出所述弹性体所受待测力和待测环境中的温度变化量。
7、优选的，所述使多组所述特征参数中的至少一组参数数值不同，具体为：所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的光栅密度不同，以使所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长不同。
8、作为第二个方面，本专利技术提出一种光感应力传感器，包括受力产生应变的弹性体，所述弹性体开有容纳空腔，且所述容纳空腔中固定有检测所述应变的传感光纤，所述传感光纤上至少开有间隔设置的第一光纤光栅和第二光纤光栅，且所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长、有效弹光系数、弹性模量、热膨胀系数、热光系数和截面面积中至少有一个参数数值不同。
9、优选的，所述弹性体为中空的管状且中空的部分形成所述容纳空腔，所述传感光纤沿所述弹性体的轴向悬空固定于所述容纳空腔内。
10、优选的，所述弹性体的两端分别固定有前端封头和后端封头，且所述传感光纤悬空固定于所述前端封头和后端封头之间。
11、优选的，所述弹性体悬空固定于所述容纳空腔内并受到预拉力，且所述第一光纤光栅和第二光纤光栅位于所述容纳空腔的中部。
12、优选的，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的截面尺寸不同，
13、所述传感光纤由两根尺寸不同的光纤固定衔接组成，且所述第一光纤光栅和第二光纤光栅分别形成于两根所述光纤上；或，所述传感光纤由两段相同的光纤组成，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅分别形成于两段所述光纤上，且两段所述光纤中的其中一段通过腐蚀形成与另一段之间的尺寸差。
14、优选的，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅均为布拉格光栅。
15、作为第三方面，本专利技术还提出一种力传感系统，包括处理单元、输入单元和如前所述的力传感器，所述输入单元用于输入所述力传感器中的传感光纤的特征参数，所述处理单元接收所述特征参数和所述力传感器获得的信号，并根据所述特征参数和所述信号计算得出所述力传感器所受到作用力的大小。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
17、1、通过设计一根传感光纤上的两段光纤光栅具有不同的中心波长，从而可以检测到不同的波长漂移量，进而在后续计算中可以直接消除温度变化带来的影响，提高了计算的精度，而且还可以计算得到温度的变化量，可以进一步对所计算得到的力进行补偿，进一步提高了测量的精度；
18、2、只需要设置一根传感光纤即可精确测得力传感器所受待测力，且能够消除外界干扰因素如温度变化带来的影响，使得该力传感器整体结构简单，具有足够的鲁棒性，能够适应微创手术的尺寸要求，而且有广泛的使用场景。
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1.一种力传感方法，其特征在于，所述方法包括：将刻有第一光纤光栅和第二光纤光栅的传感光纤的两端固定于弹性体中，获得所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的多组特征参数，并使多组所述特征参数中的至少一组参数数值不同；
2.根据权利要求1所述的力传感方法，其特征在于，所述根据所述中心波长漂移量和全部特征参数计算得出所述弹性体所受待测力，具体为：根据所述波长漂移量和全部所述特征参数同时计算得出所述弹性体所受待测力和待测环境中的温度变化量。
3.根据权利要求1或2所述的力传感方法，其特征在于，所述使多组所述特征参数中的至少一组参数数值不同，具体为：所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的光栅密度不同，以使所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长不同。
4.一种光感应力传感器，其特征在于，包括受力产生应变的弹性体，所述弹性体开有容纳空腔，且所述容纳空腔中固定有检测所述应变的传感光纤，所述传感光纤上至少开有间隔设置的第一光纤光栅和第二光纤光栅，
5.根据权利要求4所述的光感应力传感器，其特征在于，所述弹性体为中空的管状且中空的部分形成所述容纳空腔，所述传感光纤
6.根据权利要求4所述的光感应力传感器，其特征在于，所述弹性体的两端分别固定有前端封头和后端封头，且所述传感光纤悬空固定于所述前端封头和后端封头之间。
7.根据权利要求5或6所述的光感应力传感器，其特征在于，所述传感光纤悬空固定于所述容纳空腔内并受到预拉力，且所述第一光纤光栅和第二光纤光栅位于所述容纳空腔的中部。
8.根据权利要求4所述的光感应力传感器，其特征在于，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的截面尺寸不同，
9.根据权利要求4或8所述的光感应力传感器，其特征在于，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅均为布拉格光栅。
10.一种力传感系统，其特征在于，包括处理单元、输入单元和如权利要求4-9任意一项的力传感器，所述输入单元用于输入所述力传感器中的传感光纤的特征参数，所述处理单元接收所述特征参数和所述力传感器获得的信号，并根据所述特征参数和所述信号计算得出所述力传感器所受到作用力的大小。
...【技术特征摘要】
1.一种力传感方法，其特征在于，所述方法包括：将刻有第一光纤光栅和第二光纤光栅的传感光纤的两端固定于弹性体中，获得所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的多组特征参数，并使多组所述特征参数中的至少一组参数数值不同；
2.根据权利要求1所述的力传感方法，其特征在于，所述根据所述中心波长漂移量和全部特征参数计算得出所述弹性体所受待测力，具体为：根据所述波长漂移量和全部所述特征参数同时计算得出所述弹性体所受待测力和待测环境中的温度变化量。
3.根据权利要求1或2所述的力传感方法，其特征在于，所述使多组所述特征参数中的至少一组参数数值不同，具体为：所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的光栅密度不同，以使所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长不同。
4.一种光感应力传感器，其特征在于，包括受力产生应变的弹性体，所述弹性体开有容纳空腔，且所述容纳空腔中固定有检测所述应变的传感光纤，所述传感光纤上至少开有间隔设置的第一光纤光栅和第二光纤光栅，
5.根据权利要求4所述的光感应力传感器，其特征在于，所述弹性体为中空...
【专利技术属性】
技术研发人员：董玉明，娄宇阳，杨天宇，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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