本文選題：光纖布拉格光柵　切入點：橈動脈脈搏波　出處：《天津大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：光纖本身所具有的寬帶、大容量、低損耗、體積小、耐腐蝕、電絕緣、抗電磁干擾等優(yōu)勢,使得光纖傳感器在復(fù)雜環(huán)境條件中,如橋梁結(jié)構(gòu)、航空航天、石油開采、電力傳輸?shù)鹊玫搅藦V泛的應(yīng)用。不僅如此,光纖傳感器在生物醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域也受到越來越多的重視。與傳統(tǒng)的電學(xué)傳感器相比,光纖傳感器不需要前端放大裝置,傳感探頭體積小的優(yōu)勢適合醫(yī)學(xué)微創(chuàng)生理信息檢測,此外光纖傳感器還具有抗電磁干擾的優(yōu)勢,特別適合在MRI、太空等復(fù)雜電磁環(huán)境下的生理信息檢測。本文的主要研究目的是利用光纖布拉格光柵應(yīng)變檢測原理、光纖微彎效應(yīng)、模式干涉原理,實現(xiàn)橈動脈脈搏波和呼吸波的獲取與分析。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,針對脈搏波信號微弱的特性,設(shè)計基于杠桿原理的力學(xué)增敏機(jī)構(gòu),并建立力學(xué)傳感模型,分析了影響傳感器靈敏度的主要因素。搭建了測試系統(tǒng),并測試了K值為6.2:1和0.35:1兩種條件下的傳感器靈敏度,結(jié)果表明,K=6.2:1的情況下傳感器的具有更高的力學(xué)靈敏度為8.236 nm/N。此外,按照中醫(yī)脈診的要求測量了不同位置及深度下的脈搏波波形,并與電學(xué)脈診儀相比。實驗結(jié)果表明,該測量裝置適用于中醫(yī)脈診。其次,基于單模光纖微彎損耗的基本原理,設(shè)計了光纖微彎呼吸傳感器。分析了不同彎曲半徑和彎曲周期對傳感器彎曲損耗靈敏度的影響,并實驗驗證。測量結(jié)果表明,對于1550 nm的光源,單模光纖的彎曲半徑在3-6 mm范圍內(nèi)變化,彎曲周期數(shù)為4時傳感器的彎曲損耗靈敏度最高。最后進(jìn)行了人體呼吸傳感實驗,驗證了該傳感器應(yīng)用于呼吸檢測可行性。最后,提出了一種基于模式干涉原理的光纖呼吸傳感器。傳感器是采用多模-單模-多模(MSM)級聯(lián)的方式實現(xiàn)高階模式的激發(fā),并產(chǎn)生模式干涉。理論分析了傳感器的應(yīng)變檢測原理,搭建了試驗系統(tǒng),并測試了該傳感器的靈敏度。實驗結(jié)果表明該傳感器具有53.6 pm/μm的位移靈敏度。最后進(jìn)行人體呼吸信號的檢測。
[Abstract]:Optical fiber has the advantages of wide band, large capacity, low loss, small size, corrosion resistance, electrical insulation, electromagnetic interference resistance and so on, making optical fiber sensors in complex environmental conditions, such as bridge structure, aerospace, oil mining, Electric power transmission has been widely used. Not only that, fiber optic sensors have been paid more and more attention in the field of biomedical detection. Compared with traditional electrical sensors, optical fiber sensors do not need front-end amplifiers. The small size of the sensor probe is suitable for medical minimally invasive physiological information detection. In addition, the optical fiber sensor also has the advantage of anti-electromagnetic interference. The main purpose of this paper is to use the principle of fiber Bragg grating strain detection, fiber micro-bending effect, mode interference principle, the main purpose of this paper is to make use of the principle of fiber Bragg grating strain detection, fiber micro-bending effect, mode interference, and so on. The main contents of this paper are as follows: firstly, according to the weak characteristic of pulse wave, a mechanical sensitizing mechanism based on lever principle is designed, and a mechanical sensing model is established. The main factors affecting the sensitivity of the sensor are analyzed. A testing system is set up, and the sensitivity of the sensor under the conditions of K = 6.2: 1 and 0.35: 1 is tested. The results show that the sensor has a higher mechanical sensitivity of 8.236 nm / N under the condition of K = 6.2: 1. The pulse waveforms at different positions and depths were measured according to the requirements of traditional Chinese medicine pulse diagnosis. The experimental results show that the measuring device is suitable for traditional Chinese medicine pulse diagnosis. Secondly, based on the basic principle of single-mode optical fiber micro-bending loss, An optical fiber micro-bend respiratory sensor is designed. The effects of different bending radius and bending period on the sensitivity of the sensor are analyzed and verified by experiments. The measurement results show that, for the 1550nm light source, The bending radius of single-mode optical fiber varies in the range of 3-6 mm, and the bending period number of 4:00 sensor has the highest sensitivity of bending loss. Finally, the human breathing sensing experiment is carried out, and the feasibility of applying the sensor to respiratory detection is verified. A kind of optical fiber respiratory sensor based on mode interference principle is proposed. The sensor adopts multi-mode single-mode multi-mode MSM cascade to realize the excitation of high-order mode and produce mode interference. The principle of strain detection of the sensor is analyzed theoretically. An experimental system was set up and the sensitivity of the sensor was tested. The experimental results show that the sensor has a displacement sensitivity of 53.6 pm/ 渭 m. Finally, the human respiratory signal is detected.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R241;TP212

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本文編號：1568883