[发明专利]一种级联式光纤呼吸传感系统及其测试方法

说明书

本发明公开了一种级联式光纤呼吸传感系统，包括稳压电源、宽带光源及其驱动电路、光纤耦合器、级联型光纤传感器、光谱解调仪、数据采集卡、微处理器和显示输出单元；级联型光纤传感器是一种单模‑少模‑多芯‑少模‑单模级联型光纤传感器，包括夹熔在第一和第二少模光纤之间的多芯光纤，第一少模光纤的另一端熔接有输入单模光纤，第二少模光纤的另一端熔接有输出单模光纤。宽带光源的光经光纤耦合器耦合后经过级联型光纤传感器由光谱解调仪接收到波长漂移信号，通过数据采集卡传输至微处理器，微处理器对一系列的波长漂移信号进行放大、滤波、分离得到呼吸信号。本发明具有体积小、重量轻、结构简单、易于制备、灵敏度高、不受电磁干扰等优点。

技术领域

本发明涉及一种医学信号检测装置，特别是涉及一种利用单模-少模-多芯-少模-单模光纤级联结构实现的呼吸信号传感器。

背景技术

呼吸是人体重要的生理过程，对人体呼吸的监护检测也是现代医学监护技术的一个重要组成部分，用于评价病人呼吸功能状态、诊断呼吸障碍的类型和程度以及动态监测高危病人的呼吸功能。患者无论是呼吸系统本身的病变，还是其他重要脏器的病变，发展到一定程度都会影响呼吸中枢。呼吸功能的衰竭与其他脏器功能的衰竭互为因果，因此，做好呼吸功能检测对疾病的治疗至关重要。

在呼吸监测中对呼吸信号的提取方法主要有：压力传感器法和阻抗法，传统的呼吸传感器多为使用电学方式进行测量的器件。其中申请公布号为CNI03300861A《阻抗式呼吸测量系统》发明专利是基于阻抗法检测原理，利用双电极和导联线检测人体阻抗的变化，通过高频交流激励波形获得呼吸载波信号从而解调滤波获得呼吸信号，容易受到电磁干扰、稳定性较差且精度低。在现代医疗环境中，如CT、核磁等系统大多使用了高频电流、微波和X射线，对传统电学式呼吸传感器有很强的电磁干扰。由此可见，使用抗干扰能力极强的光纤式呼吸传感器具有重要意义，在医疗领域中属于前沿的传感技术，拥有广阔的应用前景。

目前，基于压力传感器法的光学呼吸传感器主要分为光电式呼吸传感器、反射式光纤呼吸传感器以及光纤光栅式呼吸传感器。其中授权公布号为CN2885122Y《光电式腹式呼吸传感器》实用新型专利是基于腹部压力传感法检测原理，测试过程可概括为利用呼吸压力拉动传送带及发条盒，通过传送带上不同颜色透光色带的栅格移动，由光电开关测量光强度值再转换为线性电压值输出。该测量装置较为复杂，机械性强稳定性较差，其测量精度取决于栅格数量，精度较低。授权公布号为CN1306799A《反射式光纤呼吸传感器》发明专利是基于呼吸气流压力传感法检测原理，提出了一种直接附着于呼吸道出口的反射式光纤呼吸传感探头。该装置主要依靠敏感膜受力变形引起反射光强相应改变，其灵敏度对敏感膜材料要求较高，且需放置于呼吸道出口，对于日常的呼吸监测并不是十分方便。授权公布号为CN204318732U《光纤传感智能服装》实用专利中提及了一种基于光栅光纤传感原理的呼吸传感器，利用呼吸压力使光纤光栅产生轴向应变，从而导致光纤光栅反射波长发生变化。但由于光栅光纤对温度较为敏感，当其紧贴皮肤时容易受到影响，测量精度很容易受到影响，稳定性不高。

专利公开号为CNI01324443《空分复用Mach-Zehnder级联式光纤干涉仪及测量方法》发明专利提出了一种空分复用Mach-Zehnder级联式光纤干涉仪及测量方法，基于白光干涉原理和空分复用技术，通过单模与多个光纤干涉仪级联再由另一段单模光纤输出到反射镜或光电探测器，构造出光纤干涉仪阵列或者网络。

申请公布号为CNI03814312A《通信用多芯光纤》发明专利提出了一种通信用多芯光纤，通过在各个纤芯传播光实现多信号传输；申请公布号为CNI03438927A《一种多芯光纤的分布式传感方法》发明专利提出了一种将多芯光纤每个芯作为独立的传感通道的多芯光纤的分布式传感方法，其作用与多次测量的效果相似，旨在将多芯光纤作为传感通道实现多重传感；申请公布号为CN102844689A《利用少模光纤的光传输》发明专利提出了一种应用于光传输的支持至少2个空间模式但不多于50个空间模式的少模光纤。由此可见多芯光纤、少模光纤多数应用于光通信领域，用于传感方向也仅作为传感通道使用。