[发明专利]一种基于光纤拍频技术的生物温度检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤拍频技术的生物温度检测系统及方法，基于光纤拍频技术的生物温度检测系统包括：激光器、波分复用器、光纤激光谐振腔、光电探测器、射频频谱分析仪、计算机，光纤激光谐振腔包括光纤放大器以及中心波长相匹配的第一光纤光栅和第二光纤光栅，第一光纤光栅和第二光纤光栅通过光纤放大器连接，第二光纤光栅置于盛装生物体的容器中。本发明基于光纤拍频技术的生物温度检测系统可以实现对小体积生物进行温度测量，具有结构简单、成本低、测量精度高、稳定性好等优点。

技术领域

本发明涉及生物温度检测技术领域，特别涉及一种基于光纤拍频技术的生物温度检测系统及方法。

背景技术

生物温度检测一直以来都是研究的热点方向，生物温度信号的检测对生物医学，生物食品领域和临床手术都有着重大的意义。

随着科技的不断发展，随之产生的细胞、组织温度检测问题也愈见复杂，对生物温度传感器的测量精度、灵敏度及适用性等性能指标都提出了更高的要求，而现今常用的光纤光栅传感器已不能满足这些要求，因此找到一种更高质量的生物温度传感器就尤为重要。

光纤光栅传感器对电磁干扰、化学腐蚀、极热或极冷条件都具有很强的免疫能力，且具有很高的精度和灵敏度，在土木工程、航空航天、复合材料、医疗器械等领域都有着广泛的运用。

目前报道的利用光纤光栅传感器检测生物温度的方法，大都用的是光谱仪解调法，通过波长移动来检测温度的变化，如有学者将线性啁啾光纤布拉格光栅用作射频热消融(RFTA)在线监测的温度传感器，通过监测波长的变化实现对温度的测量，其温度灵敏度为10.2pm/℃；有学者对基于光纤布拉格光栅(FBG)的传感器探头进行设计，使其在激光消融(LA)的组织中获得分布式温度测量，其中使用的光纤光栅温度灵敏度为10pm/℃。该方法没有复杂的结构，是一种非常普遍的方案，然而该技术存在精度低，仪器体积大以及解调成本高等问题。

近年来，相较于上述较为复杂的光学解调方式，拍频传感技术以其结构简单、搭建方式、成本低等优点得到了广泛的认可和肯定。该方法仅需要一个光电探测器将光信号转化为电信号，大大降低了检测设备的成本。拍频传感技术通过检测拍频频率的变化可以解调拉力、压力、温度，振动等诸多参数。然而，对于这些物理量的测量，都是使用掺铒或者是谐振腔的某一段作为传感部分，通过改变谐振腔长度来进行测量的(比如Yu X,Dong X,Chen X,et a l.Po l ar imetr i c Mu l t i l ongitud i na l Mode F iber Laserfor Simu ltaneous Measurement of Stra i n and Temperature[J].Journa l ofLightwave Techno l ogy,2016,34(21):4941-4947.)，其不方便放入较小容器进行较小生物体的测量。因此，急需一种新的生物温度检测方案来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本、高精度的生物温度检测系统。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于光纤拍频技术的生物温度检测系统，其包括：激光器、波分复用器、光纤激光谐振腔、光电探测器、射频频谱分析仪、计算机，所述光纤激光谐振腔包括光纤放大器以及中心波长相匹配的第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅通过光纤放大器连接，所述第二光纤光栅置于盛装生物体的容器中；

所述激光器用于产生激光，激光由所述波分复用器进入光纤激光谐振腔，并在所述光纤激光谐振腔中发生谐振并产生多纵模，装有生物的容器中产生温度变化时，生物温度信号作用于所述第二光纤光栅并调制所述光纤激光谐振腔中的光信号，调制后的光信号反射回所述波分复用器并进入光电探测器，在所述光电探测器上产生多个调制有生物温度的拍频信号，多个拍频信号到达所述射频频谱分析仪，所述计算机用于采集所述射频频谱分析仪中的拍频信号并进行拍频解调得到生物温度信号。