【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感领域，尤其涉及到一种基于多端面耦合的光纤呼吸传感器及使用方法。
技术介绍
1、呼吸是人类的基本生理功能之一，许多身体的疾病和异常都会在呼吸状态上获得体现和预警。提供随着老龄人口的不断增加和各种呼吸道疾病的不断爆发，在日常生活中对独居、存在呼吸相关的慢性疾病如睡眠呼吸障碍症的老年人、呼吸道疾病患者进行呼吸监测和健康管理，可以起到对其健康的监测、疾病的预警、特殊身体状态的警报及危机干预等作用。从而提高老年人的生活质量和医疗，甚至起到挽救生命的重要作用。
2、传统呼吸监测方法存在痛点，如设备需贴附于身体表面导致不适感，受外界因素干扰影响准确性，高昂的设备成本和笨重的监测设备限制了其应用场合和用户群体等。市场急需性能优越、轻便、可穿戴、性价比高的呼吸监测解决方案，为老年人及睡眠呼吸障碍患者等提供日常监测和健康管理服务。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于光纤位移传感的可穿戴型呼吸传感器及使用方法，该传感器基于强度调制原理，结构简单且具有较高灵敏度，对于胸部的呼吸监测具有良好的效果。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，包括入射光纤、若干转接光纤、出射光纤、耦合单元、光源和光电转换模块；所述耦合单元包括2个光纤固定块和至少2个套管；所述入射光纤一侧连接光源，另一侧从耦合单元的光纤孔穿进其中一个套管；出射光纤一端接光电转换模块，另一端穿入一个套管
4、上述方案中，所述套管包括一段圆形管和圆形管两端一段内径与圆形管相同的圆环；每个光纤固定块沿长度方向有贯穿的通道，通道由三种直径的圆形孔级联组成，其中，光纤固定块一侧的孔直径大于光纤直径且小于套管的圆形管外径，便于光纤穿入，称为光纤孔；中间孔直径大于套管圆环的外径，便于套管在其中运动；光纤固定块的另一侧称之为套管孔，套管孔直径大于套管直径而小于圆环外径，使得套管不会在运动中脱落；套管两端分别处于两个光纤固定块的中间孔中，形成对称结构；光纤固定块内的孔洞数量与套管数量相等；所述转接光纤数量等于套管数量减1，以形成完整的光路。
5、上述方案中，光纤固定块的中间孔直径为d1，一侧的光纤孔内径为d2与套管的圆环内径相同，套管外径d3，光纤固定块的套管孔直径为d4，圆环外径为d5，使d2<d3<d4<d5＜d1，套管的内径大于光纤直径，便于光纤进入及在套管内移动。
6、上述方案中，所述出射光纤、入射光纤和转接光纤穿入光纤固定块的光纤孔并进入套管后，对光纤进行固化，使光纤固定在光纤固定块的光纤孔中。
7、上述方案中，套管内径d2和光纤直径d之间满足d2＞d，且所述光纤直径为出射光纤、入射光纤和转接光纤的直径；光纤固定块中间孔的长度为l1，光纤孔长为l2，套管孔长为l4，套管的长度为l3，圆环长度为l5，满足l3/2+l5<l1+l4。
8、上述方案中，所述光纤呼吸传感器通过弹力带实现对光纤固定块进行回弹，弹力带两侧与无弹性的绷带缝接，所述两个光纤固定块分别固定在弹力带两侧绷带上。
9、上述方案中，在未拉伸状态下，耦合单元所有套管内光纤端面耦合距离l＝0mm。
10、上述方案中，转接光纤两端分别穿入同一光纤固定块的两个光纤孔或者转接光纤两端分别穿入两个光纤固定块的光纤孔，从而进入不同套管孔内。
11、上述方案中，所述套管由能吸收套管内光纤端面出射的杂散光吸光的材质制备，对输出的光波的吸收率达90％以上；所述入射光纤、出射光纤和转接光纤为横截面折射率分布和外径相同的光纤。
12、基于多端面耦合的光纤呼吸传感器的使用方法，光纤呼吸传感器绑定在胸部，检测时需将绷带绑在被测人的胸部位置，呼吸时胸腔起伏会引起光纤和光纤固定块的位置相对移动，从而使套管内光纤端面的间距发生变化，使输出光功率发生变化，从而通过检测输出光功率实现对呼吸的实时监测。
13、本专利技术的有益效果：
14、(1)本专利技术组成多光纤端面耦合结构，使得位移引起多对光纤端面间耦合效率的变化，由于这些光纤组成了一条光路，因而，其输出光损耗获得了成倍的增加，因而其传感灵敏度也成倍增加；与两根光纤端面耦合情况相比，其对微小位移的敏感度更高，可准确还原运动过程和变化幅度，提高了传感器的多功能性和适用性；
15、(2)本专利技术中光纤与光纤固定块存在固定点，当光纤受到力作用而导致光纤固定块发生移动时，所有套管内的光纤端面间距均同步发生变化，从而引起输出光功率更大的变化。采用套管结构起到保持套管内两根光纤平行状态，使得拉伸过程仅引起光纤端面间距变化，避免光纤横向错位引起的耦合损耗，套管设计能吸收内部杂散光，提高信号准确度。
16、(3)本专利技术中通过光纤固定块和套管，保证了光纤布局的稳定性和可靠性，防止光纤在使用过程中出现松动或位移，避免因外界干扰或振动导致光纤位置移动而影响传感器的性能，传感单元大大提高了传感器的精度、可重复性和可靠性；
17、(4)整体结构简单紧凑，易于安装和维护，同时具备较小的体积和重量，便于集成到各种环境和设备中进行监测。
18、(5)光路系统中光纤的选材和布局均一致，保证信号稳定传输。传感器适应实际使用环境，光纤固定块固定在绷带上，与胸部绑定，胸部运动引起微小光纤移动，改变光功率输出，实现对呼吸的实时监测。输出光损耗与呼吸引起的位移量之间存在良好的线性关系，因而可准确还原呼吸信号，相比于现有技术仅能检测呼吸频率的不足，本专利技术方案能够反映呼吸信号的完整信息，通过呼吸幅度和频率的变化，能够快速检测异常呼吸状态。本专利技术采用多光纤端面耦合结构，提高了对微小位移的敏感度；结构稳定可靠，防止光纤松动或位移，保证传感器性能；紧凑简单，易安装维护，可适用于需要对位移进行动态监测的各种场合。
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1.一种基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，包括入射光纤、若干转接光纤、出射光纤、耦合单元和光电转换模块；所述耦合单元包括2个光纤固定块和至少2个套管；所述入射光纤一侧连接光源，另一侧从耦合单元的光纤孔穿进其中一个套管；出射光纤一端接光电转换模块，另一端穿入一个套管；所述入射光纤和出射光纤处于不同的套管中；所述转接光纤两端均从光纤孔穿入套管形成完整的光路，实现光从入射光纤到转接光纤最后从出射光纤输出到分析终端。
2.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，所述套管包括一段圆形管和圆形管两端一段内径与圆形管相同的圆环；每个光纤固定块沿长度方向有贯穿的通道，通道由三种直径的圆形孔级联组成，其中，光纤固定块一侧的孔直径大于光纤直径且小于套管的圆形管外径，便于光纤穿入，称为光纤孔；中间孔直径大于套管圆环的外径，便于套管在其中运动；光纤固定块的另一侧称之为套管孔，套管孔直径大于套管直径而小于圆环外径，使得套管不会在运动中脱落；套管两端分别处于两个光纤固定块的中间孔中，形成对称结构；光纤固定块内的孔洞数量与套管数量相等；所述转接光纤数量等于套管数量
3.根据权利要求2所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，光纤固定块的中间孔直径为d1，一侧的光纤孔内径为d2与套管的圆环内径相同，套管外径d3，光纤固定块的套管孔直径为d4，圆环外径为d5，使d2<d3<d4<d5＜d1，套管的内径大于光纤直径，便于光纤进入及在套管内移动。
4.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，所述出射光纤、入射光纤和转接光纤穿入光纤固定块的光纤孔并进入套管后，对光纤进行固化，使光纤固定在光纤固定块的光纤孔中。
5.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，套管内径d2和光纤直径d之间满足d2＞d，且所述光纤直径为出射光纤、入射光纤和转接光纤的直径；光纤固定块中间孔的长度为l1，光纤孔长为l2，套管孔长为l4，套管的长度为l3，圆环长度为l5，满足l3/2+l5<l1+l4。
6.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，所述光纤呼吸传感器通过弹力带实现对光纤固定块进行回弹，弹力带两侧与无弹性的绷带缝接，所述两个光纤固定块分别固定在弹力带两侧绷带上。
7.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，在未拉伸状态下，耦合单元所有套管内光纤端面耦合距离L＝0mm。
8.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，转接光纤两端分别穿入同一光纤固定块的两个光纤孔或者转接光纤两端分别穿入两个光纤固定块的光纤孔，从而进入不同套管孔内。
9.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，所述套管由能吸收套管内光纤端面出射的杂散光吸光的材质制备，对输出的光波的吸收率达90％以上；所述入射光纤、出射光纤和转接光纤为横截面折射率分布和外径相同的光纤。
10.根据权利要求1至9任一项所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器的使用方法，其特征在于，光纤呼吸传感器绑定在胸部，检测时需将绷带绑在被测人的胸部位置，呼吸时胸腔起伏会引起弹力带的拉伸，从而使两个光纤固定块发生相对移动，从而使套管内光纤端面的间距发生变化，使输出光功率发生变化，从而通过检测输出光功率实现对呼吸的实时监测。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，包括入射光纤、若干转接光纤、出射光纤、耦合单元和光电转换模块；所述耦合单元包括2个光纤固定块和至少2个套管；所述入射光纤一侧连接光源，另一侧从耦合单元的光纤孔穿进其中一个套管；出射光纤一端接光电转换模块，另一端穿入一个套管；所述入射光纤和出射光纤处于不同的套管中；所述转接光纤两端均从光纤孔穿入套管形成完整的光路，实现光从入射光纤到转接光纤最后从出射光纤输出到分析终端。
2.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，所述套管包括一段圆形管和圆形管两端一段内径与圆形管相同的圆环；每个光纤固定块沿长度方向有贯穿的通道，通道由三种直径的圆形孔级联组成，其中，光纤固定块一侧的孔直径大于光纤直径且小于套管的圆形管外径，便于光纤穿入，称为光纤孔；中间孔直径大于套管圆环的外径，便于套管在其中运动；光纤固定块的另一侧称之为套管孔，套管孔直径大于套管直径而小于圆环外径，使得套管不会在运动中脱落；套管两端分别处于两个光纤固定块的中间孔中，形成对称结构；光纤固定块内的孔洞数量与套管数量相等；所述转接光纤数量等于套管数量减1，以形成完整的光路。
3.根据权利要求2所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，光纤固定块的中间孔直径为d1，一侧的光纤孔内径为d2与套管的圆环内径相同，套管外径d3，光纤固定块的套管孔直径为d4，圆环外径为d5，使d2<d3<d4<d5＜d1，套管的内径大于光纤直径，便于光纤进入及在套管内移动。
4.根据权利要求1所述的基于多端面耦合的光纤呼吸传感器，其特征在于，所述出射光纤、入射光纤和转接光纤穿入光纤固定块的光纤孔并进入套管后，对光...
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