[发明专利]超细内窥镜插入管的形状检测装置及检测传感器制作方法

权利要求书

1.一种超细内窥镜插入管的形状检测装置，其特征在于，包括：由直径小于1.2mm的可插入内窥镜插入管的形状检测传感器，用于实时解调形状检测传感器信号的解调装置，用于实时处理解调信号、重构超细形状传感器形状并绘制内窥镜插入管形状的主机，以及用于实时显示绘制出的内窥镜插入管形状监视器；

所述形状检测传感器由表面具有三个沟槽的弹性基材和置于三个沟槽内的三根FBG串组成；所述三个沟槽贯穿整根弹性基材，使弹性基材的横截面呈现120°旋转对称；

所述FBG串上设置有多个FBG且FBG两两之间具有不同的中心波长，使所述形状检测传感器发生形状改变时，FBG得到的信号不会相互重合；

三根FBG串中各FBG在弹性基材上具有相同的位置分布和波长分布，且将形状检测传感器上周向相邻的FBG分为一组；所述形状检测传感器的总长度大于内窥镜插入部，当利用形状检测传感器检测内窥镜插入部的形状时，至少一组FBG处于内窥镜插入部外；

所述解调装置有至少三个解调通道，其中三个解调通道用于连接形状检测传感器的三个FBG串；所述解调装置向FBG串发出入射光，并检测反射光；每个解调通道检测到的反射光为一个光谱，且每个FBG对应光谱中一个波峰；

所述主机接收所述解调装置每个通道的反射光谱信息，根据反射光谱信息获取波峰信息，并根据预先设置的FBG波长变化范围将所获取波峰信息与各FBG对应，得到各FBG的中心波长；根据同一组三个FBG中任意两个FBG的中心波长相对于形状检测传感器自然伸长时的波长变化计算出FBG点处的曲率半径，最后结合各FBG的位置重构出形状；主机根据此形状绘制出内窥镜插入部的形状，显示于监视器上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性基材由三根两两相切的超细弹性丝粘接而成；超细弹性丝直径为0.007-0.15mm，FBG串直径0.14-0.25mm，整个形状检测传感器的直径为0.30-0.81mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，同根FBG串中的FBG两两之间的中心波长差大于所述形状检测传感器最大形变对应曲率半径下中心波长变化值。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述FBG串中包含位于形状检测传感器头端的第一传感部和位于所述形状检测传感器尾端的第二传感部，其中，所述第一传感部内FBG两两之间间距小于第二传感部内FBG两两之间间距，第一传感部的长度与内窥镜插入部端头的可控弯曲部位相同，用于感知此部位的大动态范围变化。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一传感部内FBG两两之间间距为1-5mm；第二传感部内FBG两两之间间距为50-100mm。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据同一组三个FBG中任意两个FBG的相对于形状检测传感器自然伸长时的波长变化计算出FBG点处的曲率半径具体根据如下公式求解获得：

r_A+r_B＝2Rcosθ (1)

其中，A、B分别表示形状检测传感器中的任意两根FBG串的圆心，β为FBG圆心与形状检测传感器形心连线和FBG串A、B的标准位置中性层-1之间的夹角，为60°，R为FBG串A或B圆心与标准位置中性层-1的距离；所述FBG串A、B的标准位置中性层-1垂直于FBG串A、B圆心间的连线；ρ为曲率半径，k＝1/(1-P)，P＝0.22表示弹光系数，λ_A表示自然伸长时FBG串A上的FBG的中心波长，Δλ_A＝λ_A′-λ_A，λ_A′为弯曲状态下位于FBG串A上的FBG的中心波长；r_A和r_B分别为弯曲状态下位于FBG串A和B上的FBG与标准位置中性层-1间的距离；θ为弯曲状态下的中性层相对标准位置中性层-1旋转的角度。