[發明專利]基于非對稱鋸齒形多芯光纖傳感的關節彎曲測量裝置、方法

有效

• 申請號: 202011293538.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112401878B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 丁磊;余烈
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;G01B11/24
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 孫艷敏

1.一種基于非對稱鋸齒形多芯光纖傳感的關節彎曲測量裝置，包括掃頻光源模塊（1）和光纖耦合模塊（2），其特征在于：還包括若干光纖連接器（3）、若干非對稱鋸齒形多芯光纖探測模塊（4）、探測解調模塊（5）、信號處理平臺（6）和上位機（7），每個所述非對稱鋸齒形多芯光纖探測模塊（4）均通過一個相對應的光纖連接器（3）與光纖耦合模塊（2）進行信息傳輸；

所述掃頻光源模塊（1）用于提供掃頻光信號并發送至光纖耦合模塊（2）；所述光纖耦合模塊（2）用于將掃頻光信號耦合成若干束掃頻光信號并通過光纖連接器（3）傳輸至相對應的非對稱鋸齒形多芯光纖探測模塊（4），所述光纖耦合模塊（2）耦合出的掃頻光信號路數與非對稱鋸齒形多芯光纖探測模塊（4）的數量一致；

所述非對稱鋸齒形多芯光纖探測模塊（4）被固定于待測部位，用于探測相關部位的二維彎曲度信息并發送給探測解調模塊（5）；

所述探測解調模塊（5）用于解調非對稱鋸齒形多芯光纖探測模塊（4）在探測過程中輸出的光信號并發送給信號處理平臺（6）；信號處理平臺（6）用于對探測解調模塊（5）輸出的電信號進行采樣和算法處理，并傳輸至上位機（7）；

所述非對稱鋸齒形多芯光纖探測模塊（4）包括多芯光纖，所述多芯光纖的內部設置有至少兩根纖芯，所有纖芯中，至少兩根纖芯沿偏離中軸線分布，作為偏芯纖芯，所述多芯光纖的外壁與每個偏芯纖芯相對應之處均設置有鋸齒結構，且不同偏芯纖芯對應的鋸齒結構的鋸齒深度不相同，鋸齒結構所在之處為敏感區。

2.如權利要求1所述的一種基于非對稱鋸齒形多芯光纖傳感的關節彎曲測量裝置，其特征在于：當所述光纖連接器（3）將光纖耦合模塊（2）發送的若干光信號（14）傳輸至多芯光纖時，若干光信號（14）先進入相應的纖芯內進行傳輸，當光信號傳輸至鋸齒結構時，部分所述光信號（14）通過鋸齒結構泄露至多芯光纖外部，另一部分信號作為透射光信號從相對應的芯纖繼續傳遞至探測解調模塊（5）。

3.如權利要求1所述的一種基于非對稱鋸齒形多芯光纖傳感的關節彎曲測量裝置，其特征在于：所述多芯光纖為三根纖芯，其包括第一纖芯（11）、第二纖芯（12）和第三纖芯（13），第一纖芯（11）對應第一鋸齒區（9），第二纖芯（12）對應第二鋸齒區（10），第一纖芯（11）、第二纖芯（12）作為偏芯纖芯，第三纖芯（13）作為中心纖芯。

4.如權利要求3所述的一種基于非對稱鋸齒形多芯光纖傳感的關節彎曲測量裝置，其特征在于：所述光纖連接器（3）將光纖耦合模塊（2）發送的三束光信號（14）傳輸至多芯光纖時，三束光信號（14）先進入相應的纖芯內進行傳輸，當光信號（14）傳輸至第一鋸齒區（9）、第二鋸齒區（10）時，部分光信號（14）經過第一鋸齒區（9）、第二鋸齒區（10）泄漏，即第一泄漏光信號（15）、第二泄漏光信號（16），另一部分光信號即透射光繼續從相應的芯纖繼續傳遞：第一透射光（17）、第二透射光（18）和第三透射光（19），最終傳遞至探測解調模塊（5）。

5.如權利要求4所述的一種基于非對稱鋸齒形多芯光纖傳感的關節彎曲測量裝置，其特征在于：所述信號處理平臺（6）包括若干信號處理單元，每個信號處理單元均與一非對稱鋸齒形多芯光纖傳感模塊（4）相對應，用于采集透射光，信號處理單元包括主處理器，數據存儲模塊，協處理器、電源模塊、n路光電模塊和n路AD采集模塊，光電模塊通過相對應的AD采集模塊將光電信號傳輸至主處理器，數據存儲模塊、協處理器均與主處理器連接并進行信息交互，主處理器通過總線與上位機進行通訊，電源模塊用于為信號處理單元提供電源；

主處理器用于對第一透射光（17）、第二透射光（18）和第三透射光（19）進行預處理，同時，還作為高速接口協調數字信號處理單元內部的信號傳輸，協處理器將經過主處理器預處理的數字信號進行編碼處理，數據存儲模塊用于存儲主處理器和協處理器在工作過程中需要暫存的數據，通過總線將最終處理的數據傳輸至上位機（7）。