光纤传感器的其他应用燕山大学光电子系光纤传感器在医学上的应用1光纤传感器在军事方面的应用2光纤传感器在环境保护方面的应用3光纤传感器的其他应用燕山大学光电子系1光纤传感器在医学上的应用1光纤传感器在医学上的应用光纤医用传感器是用来测量人体和生物体内部有关医疗诊断等医学参量的光纤传感器。由于是医用，因此光纤医用传感器的特点是小巧，安全可靠，电绝缘和抗电磁干扰性能好，测量精度高及与生物体亲和性好，特别适用于肌体内部的检测。光纤传感技术不仅提高了医学工程研究的原有水平，而且还由此创立了一些新的研究方法，可以广泛地应用于医学临床检验和生物体检测中。燕山大学光电子系1光纤传感器在医学上的应用1光纤传感器在医学上的应用根据在活体内测量的信息不同，光纤传感器可分为物理传感器和化学传感器。物理传感器是用来测量物理变量的，如流动、压力、温度等，通过对这些变量的变量的，如流动、压力、温度等，通过对这些变量的分析，有助于估计病人的病情及指导治疗。化学传感器可以测量氧饱和度，提供有关病人供氧能力的信息，同时还可以测量组织及药物代谢，也就是在活体内对各种化学活性代谢媒介物进行光学测量，也可以测量血气、血液葡萄糖等。目前，比较典型的光纤医用传感器有如下几种：光纤血流计、光纤pH值传感器、光纤体压计、光纤体温计、光纤氧饱和度传感器等。燕山大学光电子系11.1光纤血流计21.2光纤pH值传感器31.3光纤体压计41.4光纤体温计51.5光纤氧饱和度传感器61.6光纤血气监测传感器1光纤传感器在医学上的应用燕山大学光电子系1.1光纤血流计1.1光纤血流计由于光纤探头具有体积小、测量精度高、适宜在活体组织中检测以及不需要电引线等优点，因此光纤血流计可以用于高精度血液流速的测量。光纤血流计的工作原理是应用多普勒频移原理，基本结构如图14.1所示：图14.1光纤血流计及其探头工作原理燕山大学光电子系1.1光纤血流计1.1光纤血流计氦-氖激光器的线偏振光由分束器分成两束，一束由透镜耦合进心径约150的光纤，光纤的另一端插入注射针头内，注射器以角度插进血管内。激光经光纤到达血液中，被直径约为7nm的流动着的红血球散射后，再次返回，光纤的光信号产生的多普勒频移由下式给出：分束器的另一束光用做参考光，将驱动频率f1=40MHz的布拉格盒移频器，置于参考光路中，用以区别血流方向。移频后的参考光信号频率为f0-f1（f0是光源的频率）。将新的参考光信号与多普勒频移信号(f0+Δf)进行混频，就得到要探测的光信号。这种方法称为光学外差法。2cos/fn燕山大学光电子系1.1光纤血流计1.1光纤血流计以雪崩光电二极管探测混频光信号，变换成光电流送进频谱分析仪，可以得到血流速度的多普勒频移谱，如图14.2所示。图中的符号由血流方向确定，根据式(14.1)，当0°＜φ＜90°时，Δf为正，即出现右移频率；当90°＜φ＜180°时，Δf为负，则出现左移频率。频率fcut表示最大频移（或截止频率）。在实际的血流测量中，所观察到的多普勒信号为宽频信号，如图14.2中实线所示。燕山大学光电子系图14.2多普勒频移谱主要原因是，血流在光纤梢端受到局部的干扰，因此，大部分向后散射光包含了该干扰区域的流动信息，因而造成了宽谱的干扰信号，只在最大频移fcut部位给出了正确的流速。燕山大学光电子系1.1光纤血流计1.1光纤血流计由于光纤探头要探入血管，因此注射器的针头形状就很重要，因为它将直接影响血流速度谱。这种注射器具有特制的托座，其结构如图14.3所示，角被置为60°。其中，注射器与光纤之间装有肝素，作用是防止光纤梢端周围的血液凝固。图14.3光纤探头与托座燕山大学光电子系1.1光纤血流计1.1光纤血流计为了估计血流速度测量的准确度，在一个旋转盘上的循环槽中测量几个固定的已知血流速度，光纤顶端插入血液中，光纤与血流之间的夹角由45°~70°变化，确定角度在测量中的影响。当角度从110°~155°变化，可估计反方向流动的血流速度，图14.4是实验得到的信号多普勒频谱。图14.4实验测得的多普勒频谱图燕山大学光电子系1.1光纤血流计1.1光纤血流计光纤多普勒速度计还有很多别的设计方式，主要是选...
