反射式光纖呼吸傳感器的製作方法
2023-06-01 16:49:11
專利名稱：反射式光纖呼吸傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫學信號檢測裝置，特別是一種檢測呼吸壓的反射式光纖呼吸傳感器。
目前用於呼吸壓檢測的傳感器有三類，第一類採用熱敏傳感器探測呼吸氣流，取得與呼吸過程相關的電信號；第二類採用電極探測呼吸過程中胸腔阻抗變化，取得相關電信號；第三類採用系在胸腹外圍的彈性傳感元件，檢測與呼吸過程中胸腹容積變化相關的位移信號。在實際應用中，上述方式都存在不足之處。在第一類裝置中，信號容易受環境溫度影響，第二類裝置無法識別由於上呼吸道阻塞造成的無效呼吸，第三類裝置是間接測量呼吸壓，信號易受環境的電磁等幹擾，同時對有效信號檢測靈敏度偏低。上述情況在文獻CN2260574Y中有記載。
本發明的目的在於提供一種採用光纖傳感技術，直接在呼吸道出口附近對呼吸氣流形成的壓力變化區進行壓力測量，靈敏度高，抗電磁幹擾能力強，使用方便，能直接檢測呼吸壓變化全過程的反射式光纖呼吸傳感器。
實現本發明目的的技術解決方案為一種反射式光纖呼吸傳感器，包括殼體、錐形口，錐形口通過襯套與殼體連接，殼體內設有Y形光纖束，光纖束的二個分支位於殼體下端，並分別與發光管和光敏管藕合，光纖束的合併端位於殼體內的上端，其特徵在於在襯套內的上端，設置反射式敏感膜，敏感膜與光纖束的合併端之間設有間隙。
本發明的原理為以「Y」型光纖束合併端作為光纖探頭，其與敏感膜間保持一小間隙，兩個分支端分別與發光管和光敏管耦合。由發光管發出的光經一束光纖傳導照射到敏感膜上，被敏感膜反射後再由另一束光纖傳送到光敏管。當敏感膜受力變形時，其與光纖探頭間的間隙會隨之而改變，從而引起反射光強相應改變。上述光強度與敏感膜變形位移之間有一條實驗關係曲線，該曲線包括上升沿和下降沿兩部分。上升沿比較陡直，且中段有較好的線性；下降沿比較平緩。本發明採用曲線上升沿中段作為傳感器的工作區間，使其具有很高的靈敏度和良好的線性度。通過變換電路將光敏管接收的光強度值轉換成與其成線性關係電壓值輸出，從而實現壓力的電測量。
本發明與現有技術相比，其顯著優點是1通過光纖傳感器，實現了呼吸壓的電測量，使用方便；2、靈敏度高，適用於微壓測量；3、結構簡單，抗電磁幹擾性好。
圖1是本發明的反射式光纖呼吸傳感器的一種結構示意圖。
圖2是本發明的反射式光纖呼吸傳感器的光強與位移實驗關係曲線圖。
下面結合附圖對本發明作進一步描述。
實施例。結合圖1、圖2，本發明的反射式光纖呼吸傳感器，採用了直徑50μm的多模光纖，「Y」型光纖束(1)合併端直徑2.5mm，光纖束總長30mm。兩個分支端分別與GaAs紅外發光二極體(3)和矽光敏二極體(4)耦合。採用厚25μm的鍍鋁聚四氟乙烯薄膜做敏感膜(2)。發光管(3)發出的光經一束光纖傳導照射到敏感膜(2)上，被敏感膜反射後再由另一束光纖傳送到光敏管(4)。當敏感膜受力變形時，其與光纖探頭間的間隙(10)會隨之而改變，從而引起反射光強相應改變敏感膜與光纖探頭之間間隙精確定位，控制在0.3±0.05mm。上述光強度與敏感膜變形位移間有一條實驗關係曲線，本發明採用曲線上升沿(9)中段作為傳感器的工作區間。發光管串聯一隻500Ω的限流電阻，光敏管串聯一隻5KΩ的取樣電阻。從取樣電阻上就可得到與敏感膜變形位移近似成線性關係的電壓信號，從而實現壓力的電測量。「Y」型光纖傳感器中，敏感膜是重要部件。選擇不同材料做敏感膜，對傳感器靈敏度有著重要影響。敏感膜材料一方面要求有很好的力學特性，主要是合適的彈性係數或順應性；另一方面是要具有儘可能高的光反射率。以往的「Y」型光纖傳感器一般採用金屬薄片做敏感膜，可實現較大壓力的測量。由於金屬薄片彈性係數較大或順應性較小，因此其靈敏度比較低，用於微小壓力檢測不夠理想。本發明採用鍍鋁聚四氟乙烯(厚25μm)做敏感膜材料。聚四氟乙烯薄膜具有良好的順應性，在其表面鍍上鋁膜，又使其具有了很高的光反射率。選用鍍鋁聚四氟乙烯薄膜做傳感器的敏感膜，從另一途徑提高了傳感器的靈敏度，解決了這類傳感器靈敏度不夠高的問題。
為避免膜片與光纖束端面之間空腔內的空氣壓力變化引入誤差，須使之與大氣相通。以往的「Y」型光纖傳感器在結構設計上是將通氣孔設置在光纖束的空隙間，製作難度很大。本發明將通氣孔(6)與「Y」型光纖束(1)分離設置，大大降低了傳感器的製作難度。通氣孔直徑1mm，整個裝置封裝在直徑16mm，長40mm的鋁製圓柱形殼體(8)內，通過一條五芯電纜可直接與生理信號處理儀、生理信號描計議相匹配，無須另加適配器，使用方便轉換電路(5)與發光管(3)、光敏管(4)連為一體，設置在殼體內的底部，使結構十緊湊。
權利要求
1.一種反射式光纖呼吸傳感器，包括殼體[8]、錐形口[7]，錐形口[7]通過襯套[9]與殼體[8]連接，殼體內設有Y形光纖束[1]，光纖束的二個分支位於殼體下端，並分別與發光管[3]和光敏管[4]藕合，光纖束的合併端位於殼體內的上端，其特徵在於在襯套[9]內的上端，設置反射式敏感膜[2]，敏感膜與光纖束的合併端之間設有間隙[10]。
2.根據權利要求1所述的反射式光纖呼吸傳感器，其特徵在於敏感膜採用鍍鋁聚四氟乙烯製成。
3.根據權利要求1或2所述的反射式光纖呼吸傳感器，其特徵在於反射膜的厚度為20--30微米。
4.根據權利要求1或2所述的反射式光纖呼吸傳感器，其特徵在於通氣孔[6]設置於偏離光纖束一側的殼體內的上端。
5.根據權利要求1或2所述的的反射式光纖呼吸傳感器，其特徵在於變換電路[5]設置於殼體內的下端，和光敏管、發光管連為一體。
6.根據權利要求1所述的的反射式光纖呼吸傳感器，其特徵在於間隙[10]為0.3+0.05mm。
全文摘要
本發明涉及一種檢測呼吸壓的反射式光纖呼吸傳感器。它包括殼體、錐形口,錐形口通過襯套與殼體連接,殼體內設有Y形光纖束,光纖束的二個分支位於殼體下端,並分別與發光管和光敏管耦合,光纖束的合併端位於殼體內的上端,其特徵在於:在襯套內的上端,設置反射式敏感膜,敏感膜與光纖束的合併端之間設有間隙。本發明實現了呼吸壓的電測量,使用方便,靈敏度高,適用於微壓測量,結構簡單,抗電磁幹擾性好。
文檔編號A61B5/08GK1306799SQ00112060
公開日2001年8月8日 申請日期2000年1月28日 優先權日2000年1月28日
發明者駱曉森, 陳進貴, 劉建剛, 段平 申請人:中國人民解放軍第二軍醫大學南京軍醫學院