基于单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪生命体征装置及方法

技术领域

本发明涉及生命体征参数监测技术领域，具体涉及一种基于单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪生命体征装置及方法。

背景技术

生命体征包括心率、呼吸率等是维持身体正常活动的重要指标参数，也是医生判断病情严重程度的重要指标。在健康护理中，测量病人的心率、呼吸率是必不可少的一步，特别是在需要持续监测心率呼吸率的健康护理中。然而，目前用于病人护理的监护仪，在测量呼吸率和心率时，需要直接与病人皮肤直接接触，一般要在身体上粘贴电极，还需要绑上带有传感器的胶带等。这不仅会给患者造成疼痛或不适，导致病人不安和依从性差，而且更重要的是不能对患者进行长期的生命体征参数测量，从而限制了许多新的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪生命体征装置及方法，无需隔离传感臂和参考臂，成本低廉、灵敏度高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪生命体征装置，包括光源、光电探测器、光纤耦合器，单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪，微控制单元MCU和终端；所述光纤耦合器与光源、光电探测器和单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪分别连接；所述光电探测器还通过MCU与终端连接。

进一步的，所述光源采用FP、DFB、VECEL光源或非相干宽带光源。

进一步的，所述光纤耦合器采用1×2光纤耦合器，所述1×2光纤耦合器的2端连接光源的输出端，1端与单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪的输入端连接，3端与光电探测器连接。

进一步的，所述单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪包括单模光纤和光纤反射透镜；所述单模光纤与光纤透镜连接；单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪安装于弯曲部件内。

进一步的 ，所述弯曲部件上下表面具有凹凸结构。

进一步的 ，所述弯曲部件采用网纱部件。

基于单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪生命体征装置的制作方法，包括以下步骤：

截取长度为2-50cm，内外芯径为9/125um的结构由纤芯和包层组成普通单模光纤；

采用二氧化碳激光器或其它光纤熔接设备熔融拉制形成一个腰锥直径为10-50微米的双锥光纤以及直径为300-1000微米的光纤反射透镜的一体化迈克尔逊传感光纤。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明采用的单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪传感器的纤芯和包层既作为参考臂，也作为传感臂，无需隔离传感臂和参考臂，成本低廉、灵敏度高；

2、本发明有效避免环境对参考臂的影响，且具有单端单纤的极简结构；不仅相干光源可用，非相干光源也可用。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明一实施例中的单端单纤迈克尔逊光纤干涉传感器结构示意图；

图3是本发明一实施例中的单端单纤迈克尔逊光纤干涉传感器封装示意图；

图4是本发明一实施例中原始试验数据。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种基于单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪生命体征装置，包括光源、光电探测器、1×2耦合器，单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪，微控制单元MCU和终端：光源通过传输光纤连接1×2耦合器的2端口，然后耦合器的1端口通过传输光纤连接单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪；1×2耦合器12的3端口与光电探测器14相连接；MCU15与光电探测器14相连接，上位机/智能手机16通过蓝牙与MCU15连接传输数据。该上位机一般为PC或智能手机，承载有生命体征参数提取和分析算法模块。生命体征参数提取和分析算法也可在MCU15中进行。

优选的，光源采用FP、DFB、VECEL光源或非相干宽带光源。所有的光纤都为单模光纤。

优选的，光纤耦合器采用1×2光纤耦合器，所述1×2光纤耦合器的2端连接光源的输出端，1端与单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪的输入端连接，3端与光电探测器连接。

参考图2，在本实施例中，单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪一体连接成呈单条连续状，带有纤芯和包层，一端与1×2的光纤耦合器的1端口连接，另一端有迈克尔逊光纤干涉仪结构的光纤安装在上、下弯曲部件里。优选的，上、下弯曲部件可以是网纱部件或其它凹凸部件，其作用是增加外界对光纤的微扰。所述单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪由内外芯径为9/125um的单模光纤或其它尺寸的光纤拉锥和熔融烧结制成；所述双锥光纤锥腰的直径为50微米；迈克尔逊光纤干涉仪中光纤反射透镜，直径为300微米，传感器长度小于15厘米。所述光纤反射透镜可镀金属膜以提高反射率。

在本实施例中，基于单端单纤迈克尔逊光纤干涉仪生命体征装置的制作方法，包括以下步骤：

截取长度为2-50cm，内外芯径为9/125um的结构由纤芯和包层组成普通单模光纤；

采用二氧化碳激光器或其它光纤熔接设备熔融拉制形成一个腰锥直径为10-50微米的双锥光纤以及直径为300-1000微米的光纤反射透镜的一体化迈克尔逊传感光纤。

在本实施例中，MCU可以通过蓝牙等无线传输方式连接上位机或手机，以确保整体装置的轻便性。上位机或手机当中的生命体征参数提取和分析算法模块用于处理光电探测器输出的原始信号，然后得到生命体征参数信息。

实施例1：

本实施例，采用基于单模光纤的迈克尔逊光纤干涉仪采用双锥光纤-光纤反射透镜结构，其结构如图2所示。

单模光纤选用的是CORNING公司的Single-mode Optical Fiber ITU-T G.652.D型号，纤芯直径为9微米，包层直径为125微米。其中双锥光纤到光纤反射透镜的距离表示为L。由光的全反射原理，一般情况下，光是被束缚在纤芯中进行传播的。而在此结构的迈克尔逊光纤干涉仪中，入射光在还没有到达双锥光纤时，只是在纤芯中传播，到达双锥光纤的时候，由于模场直径不匹配从而激发出包层模。原先只在纤芯中传输的光被分为两束光向前传输，一部分依然是沿着纤芯进行传输，而另一部分则进入包层中去。当光传输到光纤反射透镜的时候，包层模和纤芯模被反射沿着纤芯和包层传输。沿着原路返回的纤芯模和包层模再次遇到双锥光纤中的锥腰的时候，包层中的光和纤芯中的光再次发生耦合，形成干涉。

其理论公式如下：

式中，I

上位机或手机通过对光电探测器采集信号的分析即可获得生命体征参数信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。