[发明专利]光纤光栅三维力觉探针及制造方法

说明书

本发明属于光纤光栅探针设计领域，提供了一种光纤光栅三维力觉探针及制造方法，该光纤光栅三维力觉探针的光纤光栅位置设置合理，探针对力觉的测量的灵敏度和精度均极大提高。其中，多个光纤光栅融入分布在探针主体和手柄中，与探针主体和手柄成一体结构，可有效避免探针消毒过程中，因材料性能发生变化造成的粘接失效、力传递率降低等问题。另外，多个光纤光栅分布形成不同的测量单元对探针的三个维面的力觉进行测量，各个测量单元中的光纤光栅的波长漂移量形成差值输出，有效提高探针对力觉的测量的灵敏度和精度。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感器技术领域，尤其涉及一种光纤光栅三维力觉探针及制造方法。

背景技术

随着手术机器人的发展，机器人手术的精准性得到了外科医生的广泛认可，但与人工手术相比，机器人手术时医疗器械和人体之间的力作用情况难以实时准确的反馈给控制人员，这无疑会增加手术的盲目性和风险性。因此,具备力觉测量能力的医疗器械(如手术探针、手术钳)对于机器人手术非常重要。

传统的可力觉测量的医疗器械基于电阻应变计、MEMS等传感技术来设计，但这些传感技术都存在体积大、引线数量多、信号稳定性差以及不易于消毒处理等缺陷，因此，随着微型易集成、抗电磁干扰能力强及波长信号不受信号光源功率波动影响等优势的光纤光栅传感技术的出现，进而产生了基于光纤光栅传感技术的可力觉测量的医疗器械，例如，光纤光栅探针。

现有的光纤光栅探针可进行三维的力觉检测和呈现探针的三维弯曲形状，然而，光纤光栅均是通过粘合剂固定在特制的留有凹槽等空间的探针的外表面，由于探针经常需要通过酒精浸泡、消毒柜高温、紫外照射等方式消毒，这些消毒过程中，粘合剂与酒精接触、受高温烘烤及受紫外光照射时，其材料性能易发生变化，带来诸如粘接失效、力传递率降低等问题，不利于长期精准的力觉测量。可见，现有的光纤光栅探针由于其光纤光栅均是通过粘合剂固定在探针的外表面，因此造成不利于长期精准的力觉测量的问题。易言之，现有的光纤光栅探针的光纤光栅设置不合理，不利于光纤光栅探针长期精准的力觉测量。

综上所述，现有的光纤光栅探针存在不利于进行长期精准的力觉测量的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤光栅三维力觉探针及制造方法，旨在解决现有的光纤光栅探针存在的不利于进行长期精准的力觉测量的技术问题。

为实现上述目的，一方面，在第一种可实现方案中，本发明提供一种光纤光栅三维力觉探针，包括：

手柄，其内部包括偏心通孔、空腔及顶针，所述偏心通孔的光纤引入端和光纤引出端分别与所述空腔的输出端面和所述手柄的输出端面贯通，所述顶针位于所述空腔内部并与所述空腔的输出端面贯通,所述顶针包括探针主体连接面，所述空腔和所述顶针共轴；

第一光纤光栅，固定在所述顶针的内部，所述第一光纤光栅的轴线的方向与所述顶针的轴线的方向一致；

第二光纤光栅，悬空在所述空腔内，用于为所述第一光纤光栅提供温度补偿；

探针主体，包括：顶针连接端面和四个光纤光栅设置位，所述顶针连接端面与所述手柄连接，所述顶针连接端面匹配插入所述空腔并与所述探针主体连接面固定，所述四个光纤光栅设置位在靠近所述顶针连接端面的内壁处以预设间隔角度环绕所述探针主体的轴线布置；

第三光纤光栅、第四光纤光栅、第五光纤光栅及第六光纤光栅，分别固定在所述四个光纤光栅设置位内，且所述第三光纤光栅的轴线的方向、所述第四光纤光栅的轴线的方向、所述第五光纤光栅的轴线的方向及所述第六光纤光栅的轴线的方向均与所述探针主体的轴线的方向一致；

其中，所述第一光纤光栅、所述第二光纤光栅、所述第三光纤光栅、所述第四光纤光栅、所述第五光纤光栅及所述第六光纤光栅依次串接；所述第六光纤光栅的光纤通过所述偏心通孔引出所述手柄的输出端面。