[发明专利]光纤法布里-珀罗超声水听器及系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤法布里-珀罗（Fabry-Perot)超声水听器及系统。

背景技术

HIFU(High Intensity Focused Ultrasound，高强度聚焦超声)技术是一种非侵入性的治疗技术，它是将体外低能量超声波聚焦于体内靶区，在靶区产生瞬态高温，达到消融组织的目的。由于在HIFU声场的焦点处，超声的声强可达几万W/cm2,并同时产生高温效应和高达100MPa的声压，以及伴随极强的非线性高次谐波，因此为了能进行安全、有效的HIFU治疗，避免HUFU超声损伤靶区周围正常的组织，十分有必要确定HIFU声场的能量分布和声焦区域大小，即对HIFU声场进行测量。同时，由于HIFU声场呈椭球状（长轴约6mm～10mm，短轴约为1mm），因此要求测量HIFU声场的超声传感设备的直径不得大于0.5mm。

当前，测量HIFU声场的超声传感设备主要有PVDF（聚偏氟乙烯）压电水听器、光纤探头水听器、光纤端面镀聚合物薄膜的法布里-珀罗光纤超声水听器、光纤FBG（Fiber Bragg Grating，布拉格光栅）水听器。

其中，PVDF压电水听器可用于测量HIFU声场的声压，但其孔径较大（约为0.5mm)，且在此尺寸范围的PVDF压电水听器造价昂贵。同时在高超声功率下，PVDF探头极易被打坏，因此其存在不能承受高声压，低空间分辨率和易受电磁干扰的缺点。

光纤探头水听器可用于测量HIFU声场的声压，但其存在低分辨率、低灵敏度的缺点。

光纤端面镀聚合物薄膜的法布里-珀罗光纤超声水听传感器可用于同时测量HIFU声场的声压和温度。但是，在较高声强级的HIFU声场中，其传感头端部的聚合物薄膜或反射面金属层易被打坏，其耐高声压能力有限。同时，由于其对温度和声压都敏感，将产生温度和声压的交互作用，给准确分离温度和声压带来一定困难，导致后续需要处理的数据量庞大，使得由其构建的测量系统复杂、昂贵，较难批量推广。

光纤FBG水听器也可用于同时测量HIFU声场的声压和温度，但是其同样存在对温度和声压都敏感的问题，给准确确定HIFU声场的声压分布带来了困难。同时，光纤FBG水听器的传感尺寸在毫米数量级，这在测量高频超声场时容易引入空间均分效应，限制了它的空间分辨率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光纤法布里-珀罗超声水听器及系统。能够承受HIFU声场的高声压、高温，并且具有高空间分辨率、高灵敏度和同时温度测量的特性。

本发明提供的一种光纤法布里-珀罗超声水听器，包括：单模光纤，反射光纤和石英毛细管，所述石英毛细管的两端分别与所述单模光纤和反射光纤连接，所述石英管内的空气腔作为干涉腔。

进一步，所述反射光纤中相对于与所述石英毛细管连接的一端为毛化结构。

进一步，所述空气腔的两个反射面镀膜。

进一步，所述单模光纤、石英毛细管和反射光纤的外表面镀膜或铠装。

进一步，所述反射光纤为石英材质的光纤或石英纤维。

进一步，所述石英毛细管为空心光纤或空心光子晶体光纤。

相应的，本发明还提供了一种光纤法布里-珀罗超声水听系统，光源组件、光纤组件、如上所述的光纤法布里-珀罗超声水听器、以及探测与反馈组件，所述光源组件发出的光经过所述光纤组件到达所述光纤法布里-珀罗超声水听器后，被超声调制的所述光纤法布里-珀罗超声水听器的反射光经过所述光纤组件被所述探测与反馈组件接收并处理。

进一步，所述夹具包括：夹持杆、弹性体和夹持头，所述夹持杆、弹性体和夹持头均设置有轴向通孔，所述光纤法布里-珀罗超声水听器依次穿过夹持杆、弹性体和夹持头，所述夹持杆和所述夹持头采用螺纹连接，通过挤压所述弹性体将所述光纤法布里-珀罗超声水听器固定在所述夹具中。

进一步，所述夹具包括：夹持杆和夹持头，所述夹持杆和夹持头均设置有轴向通孔，在所述夹持杆的头上还具有圆锥形状的夹头，所述夹持杆和夹持头采用螺纹连接，通过上紧螺纹挤压所述夹头，将所述光纤法布里-珀罗超声水听器固定在所述夹具中。

进一步，所述光纤组件为光纤环形器、或串联的光隔离器和耦合器，所述探测与反馈组件包括：光电探测器和反馈电路，所述光电探器接收所述光纤法布里-珀罗超声水听器的反射光，并分为两路，一路输出超声的声压信号，另一种输至反馈电路，由反馈电路根据该路信号对所述光源组件进行波长反馈调节。

本发明的有益效果：