[发明专利]基于非对称锯齿形多芯光纤传感的关节弯曲测量装置、方法

权利要求书

1.一种基于非对称锯齿形多芯光纤传感的关节弯曲测量装置，包括扫频光源模块（1）和光纤耦合模块（2），其特征在于：还包括若干光纤连接器（3）、若干非对称锯齿形多芯光纤探测模块（4）、探测解调模块（5）、信号处理平台（6）和上位机（7），每个所述非对称锯齿形多芯光纤探测模块（4）均通过一个相对应的光纤连接器（3）与光纤耦合模块（2）进行信息传输；

所述扫频光源模块（1）用于提供扫频光信号并发送至光纤耦合模块（2）；所述光纤耦合模块（2）用于将扫频光信号耦合成若干束扫频光信号并通过光纤连接器（3）传输至相对应的非对称锯齿形多芯光纤探测模块（4），所述光纤耦合模块（2）耦合出的扫频光信号路数与非对称锯齿形多芯光纤探测模块（4）的数量一致；

所述非对称锯齿形多芯光纤探测模块（4）被固定于待测部位，用于探测相关部位的二维弯曲度信息并发送给探测解调模块（5）；

所述探测解调模块（5）用于解调非对称锯齿形多芯光纤探测模块（4）在探测过程中输出的光信号并发送给信号处理平台（6）；信号处理平台（6）用于对探测解调模块（5）输出的电信号进行采样和算法处理，并传输至上位机（7）；

所述非对称锯齿形多芯光纤探测模块（4）包括多芯光纤，所述多芯光纤的内部设置有至少两根纤芯，所有纤芯中，至少两根纤芯沿偏离中轴线分布，作为偏芯纤芯，所述多芯光纤的外壁与每个偏芯纤芯相对应之处均设置有锯齿结构，且不同偏芯纤芯对应的锯齿结构的锯齿深度不相同，锯齿结构所在之处为敏感区。

2.如权利要求1所述的一种基于非对称锯齿形多芯光纤传感的关节弯曲测量装置，其特征在于：当所述光纤连接器（3）将光纤耦合模块（2）发送的若干光信号（14）传输至多芯光纤时，若干光信号（14）先进入相应的纤芯内进行传输，当光信号传输至锯齿结构时，部分所述光信号（14）通过锯齿结构泄露至多芯光纤外部，另一部分信号作为透射光信号从相对应的芯纤继续传递至探测解调模块（5）。

3.如权利要求1所述的一种基于非对称锯齿形多芯光纤传感的关节弯曲测量装置，其特征在于：所述多芯光纤为三根纤芯，其包括第一纤芯（11）、第二纤芯（12）和第三纤芯（13），第一纤芯（11）对应第一锯齿区（9），第二纤芯（12）对应第二锯齿区（10），第一纤芯（11）、第二纤芯（12）作为偏芯纤芯，第三纤芯（13）作为中心纤芯。

4.如权利要求3所述的一种基于非对称锯齿形多芯光纤传感的关节弯曲测量装置，其特征在于：所述光纤连接器（3）将光纤耦合模块（2）发送的三束光信号（14）传输至多芯光纤时，三束光信号（14）先进入相应的纤芯内进行传输，当光信号（14）传输至第一锯齿区（9）、第二锯齿区（10）时，部分光信号（14）经过第一锯齿区（9）、第二锯齿区（10）泄漏，即第一泄漏光信号（15）、第二泄漏光信号（16），另一部分光信号即透射光继续从相应的芯纤继续传递：第一透射光（17）、第二透射光（18）和第三透射光（19），最终传递至探测解调模块（5）。

5.如权利要求4所述的一种基于非对称锯齿形多芯光纤传感的关节弯曲测量装置，其特征在于：所述信号处理平台（6）包括若干信号处理单元，每个信号处理单元均与一非对称锯齿形多芯光纤传感模块（4）相对应，用于采集透射光，信号处理单元包括主处理器，数据存储模块，协处理器、电源模块、n路光电模块和n路AD采集模块，光电模块通过相对应的AD采集模块将光电信号传输至主处理器，数据存储模块、协处理器均与主处理器连接并进行信息交互，主处理器通过总线与上位机进行通讯，电源模块用于为信号处理单元提供电源；

主处理器用于对第一透射光（17）、第二透射光（18）和第三透射光（19）进行预处理，同时，还作为高速接口协调数字信号处理单元内部的信号传输，协处理器将经过主处理器预处理的数字信号进行编码处理，数据存储模块用于存储主处理器和协处理器在工作过程中需要暂存的数据，通过总线将最终处理的数据传输至上位机（7）。