專利名稱：用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)用檢測(cè)光纖傳感器，特別涉及一種用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，屬于傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膽汁返流是一種正常的生理現(xiàn)象，常發(fā)生于清晨和正餐后。但是過量的膽汁返流可致消化道粘膜損傷，并會(huì)引發(fā)殘胃癌、胃潰瘍、返流性食管炎、食道癌等疾病，臨床上需要一種直觀和可靠的量化檢測(cè)方法。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，作者P.Bechi，R.Falciai，F(xiàn).Baldini，et al，在《Proceedings of Fiber Optic Medical andFluorescent Sensors and Applications(光纖醫(yī)用傳感器和熒光傳感器及其應(yīng)用的會(huì)議文集)》Vol.1648，1992，pp130-135，撰文“A new fiber optic sensor forambulatory entero-gastric reflux detection(一種用于檢測(cè)胃腸返流的便攜式光纖傳感器)”，該文介紹了一種傳感器用于腸胃返流檢測(cè)，其理論依據(jù)是被檢測(cè)的物質(zhì)對(duì)單一波長(zhǎng)的光的吸光度值與其濃度有線性關(guān)系(Lambert-Beer定律)，該傳感器根據(jù)腸胃返流物中膽汁含有的膽紅素的吸光度值來檢測(cè)返流情況的，發(fā)出綠光的發(fā)光二極管(中心波長(zhǎng)565nm)和藍(lán)色的發(fā)光二極管(中心波長(zhǎng)470nm)分別產(chǎn)生參考光和信號(hào)光，信號(hào)光對(duì)應(yīng)膽紅素吸收峰值波長(zhǎng)范圍，而參考光處膽紅素吸收可以忽略不計(jì)。這兩種二極管共軸放置，由同一個(gè)電路共同驅(qū)動(dòng)，參考光透過藍(lán)色發(fā)光二極管與信號(hào)光一起耦合到光纖束中(在技術(shù)上是可以的，因?yàn)樗{(lán)色二極管前端是透明的)。最后光信號(hào)通過一個(gè)普通的光電二極管直接轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再由后續(xù)電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理。但是這種傳感器有一定的局限性(1)首先這兩個(gè)發(fā)光二極管是共軸放置，耦合進(jìn)光纖的參考光和信號(hào)光的波長(zhǎng)也不是單一波長(zhǎng)，也無法采用濾波的方法達(dá)到單一波長(zhǎng)的要求，而Lambert-Beer定律是在單一波長(zhǎng)條件下吸光度值和被檢測(cè)物質(zhì)濃度存在線性關(guān)系；(2)采用普通的發(fā)光二極管和光電二極管，傳感器的線性度和靈敏度也是有限；(3)為了保證一定信號(hào)強(qiáng)度，伸入到病人消化道的光纖束相對(duì)來說比較粗，增加病人的痛苦。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)背景技術(shù)的不足和缺陷，提供一種改進(jìn)的低成本的用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，使其顯著提高傳感器的線性范圍和靈敏度。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型主要包括驅(qū)動(dòng)電路、光學(xué)發(fā)射裝置、Y型光纖束、傳感器探頭、檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路通過導(dǎo)線連接到光學(xué)發(fā)射裝置，光學(xué)發(fā)射裝置發(fā)出的光信號(hào)耦合到Y(jié)型光纖束的一個(gè)臂端中，傳感器探頭通過不銹鋼絲固定在Y型光纖束的共同端的末端，光信號(hào)在探頭處經(jīng)被檢測(cè)物調(diào)制后反向傳輸?shù)結(jié)型光纖束另一個(gè)臂端中，然后由檢測(cè)電路進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理。
光學(xué)發(fā)射裝置包括兩個(gè)超亮發(fā)光二極管、半透半反鏡、濾光片、聚焦透鏡，發(fā)光二極管主軸分別垂直通過兩濾光片中心、聚焦透鏡中心，并且與半透半反鏡成夾角45°，兩個(gè)發(fā)光二極管主軸在同一個(gè)平面，并且成90°，經(jīng)過半透半反鏡后發(fā)光二極管(一)的反射光和發(fā)光二極管(二)的透射光再被聚焦透鏡耦合到Y(jié)型光纖束一個(gè)臂端中。
驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的兩路電信號(hào)是占空比為1∶4、頻率為1KHz、相差180°的方波。發(fā)光二極管(一)為超亮的藍(lán)光發(fā)光二極管，中心波長(zhǎng)為470nm，對(duì)應(yīng)膽紅素吸收峰值波長(zhǎng)范圍；發(fā)光二極管(二)為超亮的黃光發(fā)光二極管，中心波長(zhǎng)為595nm，該波長(zhǎng)附近膽紅素吸收可以忽略不計(jì)。濾光片(一)和(二)中心波長(zhǎng)分別為470nm和600nm，半高寬為8nm，可以分別獲得接近單色光的信號(hào)光和參考光。
Y型光纖束的共同端末端環(huán)繞不銹鋼鐵絲，以固定傳感器的探頭。Y型光纖束共同端直徑小于或等于3毫米。傳感器探頭是聚四氟乙烯材料制成，在垂直于光纖束共同端的軸線向方向上形成一光學(xué)反射面，用于將光纖束傳輸過來的光信號(hào)反射回光纖束中。光學(xué)反射面和Y型光纖束的共同端的端面之間形成自由凹槽，被檢測(cè)物可以自由進(jìn)出，傳感器探頭的直徑小于或等于4毫米。
檢測(cè)電路由光電轉(zhuǎn)換器PIN-FET、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器(模-數(shù)轉(zhuǎn)換器)、微處理器及外圍設(shè)備組成，光電轉(zhuǎn)換器PIN-FET、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器(模-數(shù)轉(zhuǎn)換器)、微處理器及外圍設(shè)備通過導(dǎo)線連接，進(jìn)行信號(hào)處理。
驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)產(chǎn)生出兩路信號(hào)分別通過導(dǎo)線連接信號(hào)光源和參考光源，以驅(qū)動(dòng)光源，兩光源交替發(fā)光，這樣既可以減少功耗，提高檢測(cè)信噪比，光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片濾光后再由聚焦透鏡使其變成平行光，信號(hào)光對(duì)應(yīng)于膽紅素吸收峰值波長(zhǎng)，而參考光波長(zhǎng)處膽紅素吸收幾乎可以忽略不計(jì)，信號(hào)光和參考光分別經(jīng)半透半反鏡的反射和透射作用后，開始共用同一個(gè)光路和檢測(cè)電路，減少電路不對(duì)稱對(duì)光源的影響。Y型光纖束用于傳導(dǎo)光波，光信號(hào)經(jīng)過透鏡耦合到Y(jié)型光纖束一個(gè)臂端，再傳輸?shù)結(jié)型光纖束的共同端處的傳感器探頭，傳感器探頭為聚四氟乙烯材料制成，用不銹鋼鐵絲固定Y型光纖束共同端的末端。垂直于光纖束共同端軸線的方向形成一光學(xué)反射面，并與共同端的端面之間形成凹槽，被檢測(cè)物可以自由流動(dòng)在這當(dāng)中，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。光信號(hào)被光學(xué)反射面反射后再傳輸?shù)結(jié)型光纖束另一個(gè)臂端，然后照射在光電轉(zhuǎn)換器PIN-FET接收表面，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過導(dǎo)線連接傳輸?shù)椒糯笃?，?duì)光電信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，再?jīng)過導(dǎo)線連接到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣數(shù)字化，最后由導(dǎo)線直接傳輸?shù)轿⑻幚砥鲗?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其中包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、簡(jiǎn)單的計(jì)算和顯示等。根據(jù)信號(hào)光和參考光的光強(qiáng)的比值的對(duì)數(shù)值和被檢測(cè)物的濃度存在線性關(guān)系，從而檢測(cè)膽汁返流的情況。
本實(shí)用新型由于采用了超亮的發(fā)光二極管以及背景噪聲非常小的窄帶濾光片，可以得接近單一波長(zhǎng)而光強(qiáng)仍非常強(qiáng)的信號(hào)光和參考光，顯著地提高傳感器的線性度和靈敏度；發(fā)光二極管光強(qiáng)比較強(qiáng)，能夠在保證足夠強(qiáng)的檢測(cè)信號(hào)條件下可以使得光纖束共同端減小，光纖的探頭也可進(jìn)一步減小，從而可以減輕病人痛苦；采用光電轉(zhuǎn)換器PIN-FET代替普通的光電二極管，可以增加光電轉(zhuǎn)換的靈敏度和線性范圍，光源使用同一電路驅(qū)動(dòng)，信號(hào)光和參考光共用同一光路，也采用同一個(gè)的檢測(cè)電路，可以起到很好的補(bǔ)償作用，克服溫度起伏、電路的各種不確定噪聲漂移和光源的不穩(wěn)定等對(duì)傳感器性能的影響，整個(gè)傳感器系統(tǒng)價(jià)格便宜，有利于在臨床上普及采用。


圖1本實(shí)用新型傳感器總體結(jié)構(gòu)示意圖圖2本實(shí)用新型傳感器組成部分結(jié)構(gòu)示意圖圖3本實(shí)用新型傳感器探頭結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型主要包括驅(qū)動(dòng)電路1、光學(xué)發(fā)射裝置2、Y型光纖束3、傳感器探頭4、檢測(cè)電路5，驅(qū)動(dòng)電路1通過導(dǎo)線連接到光學(xué)發(fā)射裝置2，光學(xué)發(fā)射裝置2發(fā)出的光信號(hào)由聚焦透鏡耦合到Y(jié)型光纖束3的一個(gè)臂端中，傳感器探頭4固定在Y型光纖束3的共同端的末端，光信號(hào)經(jīng)被檢測(cè)物調(diào)制后反向傳輸?shù)結(jié)型光纖束3另一個(gè)臂端中，然后由檢測(cè)電路5進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和進(jìn)一步的信號(hào)處理。
光學(xué)發(fā)射裝置2包括兩個(gè)發(fā)光二極管6和7、半透半反鏡8、兩濾光片9和10、聚焦透鏡11、12和13，發(fā)光二極管6、7主軸分別垂直通過兩濾光片9、10及聚焦透鏡11、12的中心，并且與半透半反鏡8成夾角45°，兩個(gè)發(fā)光二極管6和7主軸在同一個(gè)平面，并且成90°，經(jīng)過半透半反鏡8后，來自發(fā)光二極管6的反射光和來自發(fā)光二極管7的透射光被聚焦透鏡13耦合到Y(jié)型光纖束3一個(gè)臂端中。
驅(qū)動(dòng)電路1同時(shí)產(chǎn)生的兩路電信號(hào)占空比為1∶4、頻率為1KHz、相差180°的方波。
發(fā)光二極管6為超亮的藍(lán)光發(fā)光二極管，為信號(hào)光光源，中心波長(zhǎng)為470nm，對(duì)應(yīng)于膽紅素吸收峰值波長(zhǎng)附近；發(fā)光二極管7為超亮的黃光發(fā)光二極管，為參考光光源，中心波長(zhǎng)為595nm，在該波長(zhǎng)附近處膽紅素吸收幾乎可以忽略不計(jì)。
濾光片9和10中心波長(zhǎng)分別為470nm和600nm，半高寬為8nm。
傳感器探頭4為聚四氟乙烯材料，通過不銹鋼鐵絲15環(huán)繞在Y型光纖束3的共同端14的末端，共同端直徑小于或等于3毫米，傳感器探頭4的直徑小于或等于4毫米，傳感器探頭4在垂直于Y型光纖束共同端軸線的方向形成光學(xué)反射面16，可以將光纖束傳輸過來的光信號(hào)反射回光纖束中，光學(xué)反射面16和共同端14的端面之間形成一自由凹槽，被檢測(cè)物質(zhì)可以自由進(jìn)出，從而對(duì)光信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。
檢測(cè)電路5由光電轉(zhuǎn)換器PIN-FET 17、放大器18、A/D轉(zhuǎn)換器(模-數(shù)轉(zhuǎn)換器)19、微處理器20、外圍設(shè)備21組成，光電轉(zhuǎn)換器PIN-FET 17、放大器18、A/D轉(zhuǎn)換器19、微處理器20、外圍設(shè)備21均通過導(dǎo)線連接，進(jìn)行信號(hào)處理。
權(quán)利要求1.一種用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，主要包括驅(qū)動(dòng)電路(1)、光學(xué)發(fā)射裝置(2)、Y型光纖束(3)、傳感器探頭(4)、檢測(cè)電路(5)，其特征在于光學(xué)發(fā)射裝置(2)包括兩個(gè)超亮的發(fā)光二極管(6)和(7)、半透半反鏡(8)、兩濾光片(9)和(10)、聚焦透鏡(11)、(12)和(13)，發(fā)光二極管(6)、(7)主軸分別垂直通過兩濾光片(9)、(10)及兩聚焦透鏡(11)、(12)中心，并與半透半反鏡(8)成夾角45°，兩個(gè)發(fā)光二極管(6)和(7)主軸在同一個(gè)平面，并且成90°，經(jīng)過半透半反鏡后，來自發(fā)光二極管(6)的反射光和來自發(fā)光二極管(7)的透射光被聚焦透鏡(13)耦合到Y(jié)型光纖束(3)一個(gè)臂端中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，其特征是驅(qū)動(dòng)電路(1)通過導(dǎo)線連接到光學(xué)發(fā)射裝置(2)，光學(xué)發(fā)射裝置(2)發(fā)出的信號(hào)光和參考光由透鏡耦合到Y(jié)型光纖束(3)的一個(gè)臂端中，傳感器探頭(4)通過不銹鋼鐵絲(15)固定在Y型光纖束(3)的共同端(14)的末端，信號(hào)光和參考光經(jīng)被檢測(cè)物膽汁調(diào)制后反向傳輸?shù)結(jié)型光纖束(3)中，從另一個(gè)臂端射出后由檢測(cè)電路(5)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，其特征是發(fā)光二極管(6)為超亮的藍(lán)光發(fā)光二極管，中心波長(zhǎng)為470nm，發(fā)光二極管(7)為超亮的黃光發(fā)光二極管，中心波長(zhǎng)為595nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，其特征是濾光片(9)和(10)中心波長(zhǎng)分別為470nm和600nm，半高寬為8nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，其特征是驅(qū)動(dòng)電路(1)同時(shí)產(chǎn)生的兩路電信號(hào)占空比為1∶4、頻率為1KHz、相差180°的方波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，其特征是Y型光纖束(3)的共同端(14)末端環(huán)繞不銹鋼鐵絲(15)，共同端(14)直徑小于或等于3毫米，傳感器探頭(4)為聚四氟乙烯材料制成，并且垂直共同端(14)的軸線的方向形成光學(xué)反射面(16)，共同端(14)的端面和光學(xué)反射面之間形成凹槽，傳感器探頭(4)的直徑小于或等于4毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器，其特征是檢測(cè)電路(5)由光電轉(zhuǎn)換器PIN-FET(17)、放大器(18)、A/D轉(zhuǎn)換器(19)、微處理器(20)、外圍設(shè)備(21)組成，光電轉(zhuǎn)換器PIN-FET(17)、放大器(18)、A/D轉(zhuǎn)換器(19)、微處理器(20)、外圍設(shè)備(21)均通過導(dǎo)線連接。
專利摘要用于膽汁返流檢測(cè)的光纖傳感器屬于傳感器領(lǐng)域。光學(xué)發(fā)射裝置包括兩個(gè)超亮發(fā)光二極管、半透半反鏡、濾光片、聚焦透鏡，發(fā)光二極管主軸分別垂直通過兩濾光片中心、聚焦透鏡中心，并且與半透半反鏡成夾角45°，兩個(gè)發(fā)光二極管主軸在同一個(gè)平面，并且成90°，經(jīng)過半透半反鏡后發(fā)光二極管(一)的反射光和發(fā)光二極管(二)的透射光再被聚焦透鏡耦合到Y(jié)型光纖束一個(gè)臂端中。本實(shí)用新型由于采用雙光束補(bǔ)償電路和光路，可以克服溫度起伏、電路的各種不確定噪聲漂移、光源的不穩(wěn)定、光路不穩(wěn)定等對(duì)傳感器的影響，顯著地提高傳感器的線性度和靈敏度，光纖探頭的進(jìn)一步減小，減輕使用過程中病人痛苦；整個(gè)傳感器系統(tǒng)價(jià)格便宜，有利于在臨床上普及采用。
文檔編號(hào)G01N21/25GK2588365SQ0228830
公開日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者陳國(guó)平, 壽文德, 夏榮民, 龔均, 董蕾 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 西安交通大學(xué)