[發(fā)明專利]一種用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器

在審

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• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114152370A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史超陽;唐中心;王樹新
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;A61B90/00
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 12225
• 代理人: 孟福成

1.一種用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，包括傳感器殼體、平面彈簧組件、光纖布拉格光柵、穿刺針以及信號處理單元；其中：

所述傳感殼體內(nèi)部呈中空狀，傳感器殼體頂部設(shè)有第一光纖固定部，所述第一光纖固定部上設(shè)有第一光纖安裝槽，所述第一光纖安裝槽與傳感器殼體內(nèi)部相連通；

所述平面彈簧組件設(shè)置于傳感殼體內(nèi)部，并與傳感器殼體側(cè)壁相固定；所述平面彈簧組件由平行布置的兩個平面彈簧以及將兩個平面彈簧連接固定的彈簧連接件組成；其中：所述平面彈簧組件的頂部設(shè)有第二光纖固定部，所述第二光纖固定部上設(shè)有第二光纖安裝槽，所述第二光纖安裝槽與傳感器殼體內(nèi)部相連通；

所述光纖布拉格光柵兩端分別固定于第一光纖安裝槽與第二光纖安裝槽內(nèi)，且整體呈張緊狀態(tài)懸置于傳感殼體內(nèi)部的中心軸線上；

所述穿刺針裝配于平面彈簧組件上，并延伸至傳感器殼體外部，所述穿刺針與彈簧連接件、光纖布拉格光柵位于一條軸線上；

所述信號處理單元與光纖布拉格光柵相連接，用于將光波長信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，兩個所述平面彈簧分別為第一平面彈簧與第二平面彈簧，所述第一平面彈簧與第二平面彈簧結(jié)構(gòu)相同，由內(nèi)到外依次為中心移動圓臺、柔性曲梁結(jié)構(gòu)以及外部固定圓臺，所述柔性曲梁結(jié)構(gòu)由三個沿圓周方向以120°間隔均勻布置的曲梁構(gòu)成，三個所述曲梁分別連接中心移動圓臺與外部固定圓臺。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，所述第一平面彈簧與第二平面彈簧的中心移動圓臺上分別設(shè)有中心通孔；所述彈簧連接件由柱形連接體與設(shè)置于柱形連接體兩端的第一螺紋連接段與第二螺紋連接段構(gòu)成；其中：所述第一螺紋連接段通過設(shè)置于第一平面彈簧上的中心通孔延伸至第一平面彈簧上方，并通過與第二光纖固定部螺紋連接，實現(xiàn)柱形連接體與第一平面彈簧的連接固定；所述第二螺紋連接段通過設(shè)置于第二平面彈簧上的中心通孔延伸至第二平面彈簧下方，并通過與緊固件螺紋連接，實現(xiàn)柱形連接體與第二平面彈簧的連接固定。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，所述第二螺紋連接段與柱形連接體內(nèi)部分別設(shè)有與穿刺針外徑相匹配的中空腔體，所述穿刺針通過第二螺紋連接段插入柱形連接體內(nèi)部。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，所述第一光纖固定部為半圓柱體，所述第一光纖安裝槽開設(shè)于半圓柱體側(cè)面中心處。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，所述第二光纖固定部由半圓柱體和與半圓柱體一體設(shè)置的中空圓柱體構(gòu)成，所述第二光纖安裝槽開設(shè)于半圓柱體側(cè)面中心處，所述中空圓柱體內(nèi)部設(shè)有內(nèi)螺紋段。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，所述傳感器殼體由第一殼體、第二殼體以及第三殼體通過螺紋連接方式相互拼裝組成；其中：所述第一光纖固定部設(shè)置于第一殼體的頂部，所述第一殼體與第二殼體之間設(shè)有第一環(huán)形槽，所述第一平面彈簧裝配于第一環(huán)形槽內(nèi)；所述第二殼體與第三殼體之間設(shè)有第二環(huán)形槽，所述第二平面彈簧裝配于第二環(huán)形槽內(nèi)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，所述第一光纖固定部與第一殼體之間設(shè)有中空螺紋段，所述中空螺紋段上設(shè)有與所述第一光纖安裝槽相貫通的中心通孔；所述力傳感器還設(shè)有與所述中空螺紋段相連接的外部保護螺帽。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，所述光纖布拉格光柵可由外部保護螺帽引出，并與信號處理單元相連接，所述信號處理單元包括光纖光柵解調(diào)儀和計算機系統(tǒng)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微創(chuàng)手術(shù)穿刺力測量的高精度光纖光柵力傳感器，其特征在于，所述光纖布拉格光柵兩端分別通過膠粘固定的方式設(shè)置于第一光纖安裝槽以及第二光纖安裝槽中；所述傳感器殼體以及平面彈簧組件的材料為鋁合金；所述緊固件材料為合金鋼。