用于夾持光學(xué)形狀感測(cè)纖維的夾持機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于夾持光學(xué)形狀感測(cè)纖維的夾持機(jī)構(gòu)發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)形狀感測(cè)(OSS)領(lǐng)域，尤其是本發(fā)明提供了一種用于夾持在OSS裝置中的OSS纖維的夾持機(jī)構(gòu)，例如用于在發(fā)射固定裝置中夾持，或者用于其他夾持目的，例如，用于配準(zhǔn)(registrat1n)的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)形狀感測(cè)(OSS)中，測(cè)量的是光在多芯光纖的整個(gè)長(zhǎng)度上的后向散射分布。后向散射可能來(lái)自自然地發(fā)生的瑞利(Rayleigh)散射或來(lái)自刻寫(xiě)入光纖中的布拉格光柵(FBGs，光纖布拉格光柵)。利用光學(xué)干涉的方法，可解調(diào)在光纖整個(gè)長(zhǎng)度和直徑上的分布式應(yīng)變圖形，且由此可以重建光纖的3D形狀，這例如在光纖被結(jié)合到細(xì)長(zhǎng)裝置(例如醫(yī)用導(dǎo)管或?qū)Ыz)時(shí)是有用的。這要求光纖具有稱為發(fā)射區(qū)的直區(qū)段，該直區(qū)段具有已知的空間方位和位置，作為重建光纖形狀的起點(diǎn)。這可以通過(guò)膠帶或膠水將起點(diǎn)粘在顯微鏡的載玻片來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者可通過(guò)使直的、緊配合的毛細(xì)管在光纖上滑動(dòng)幾厘米來(lái)實(shí)現(xiàn)。在光纖被用于跟蹤醫(yī)用儀器(比如導(dǎo)絲或?qū)Ч?的位置和形狀的情況下，光纖被集成到該儀器中。集成對(duì)發(fā)射區(qū)的制造性、放置和穩(wěn)定性施加了邊界條件。
[0003]通常，所謂的發(fā)射固定裝置被用于適當(dāng)?shù)貖A持光纖以及跟蹤起點(diǎn)的位置和方位。在發(fā)射區(qū)內(nèi)角度或直線度上的小偏差可能導(dǎo)致產(chǎn)生偏離發(fā)射區(qū)I米或2米的相當(dāng)大的偏差。例如，2厘米上的10微米的偏差對(duì)應(yīng)于2米上的I毫米的錯(cuò)配，對(duì)于通常被認(rèn)為是可接受的情況，例如，對(duì)于OSS的醫(yī)用應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)例子是典型的。應(yīng)注意的是，夾持光纖必須小心地進(jìn)行，以避免發(fā)射區(qū)上壓力較高或壓力分布不均勻，因?yàn)榕c最初為校準(zhǔn)目的而在校直的光纖上測(cè)量的低應(yīng)變基準(zhǔn)值相比，這些壓力將改變?cè)搮^(qū)域的應(yīng)變讀數(shù)。
[0004]現(xiàn)有的發(fā)射固定裝置要么不實(shí)用，要么無(wú)法提供所需要的精度，因?yàn)樗鼈儾荒芊乐构饫w平移或扭轉(zhuǎn)，同時(shí)在整個(gè)發(fā)射區(qū)上保持均勻的應(yīng)變。某些粘合方式會(huì)誘發(fā)蠕變或隨著時(shí)間變得不穩(wěn)定，尤其是如果操作其中內(nèi)部集成有光纖的儀器(如導(dǎo)管或?qū)Ыz)時(shí)，以及應(yīng)力被傳送到發(fā)射固定裝置時(shí)。膠帶或薩羅(Salol)是如何形成可移除的固定的示例，但二者都無(wú)法提供所期望的穩(wěn)定性。而且，放置在光纖周?chē)拿?xì)管的緊配合必須在整個(gè)光纖上滑動(dòng)，并且一旦光纖被終止、被連接器連接或被集成到醫(yī)用裝置后將無(wú)法應(yīng)用。此外，很難確保光纖在管內(nèi)不受應(yīng)力，或很難確保正確地裝配。尤其是如果用膠水來(lái)固定光纖的位置和旋轉(zhuǎn)，這似乎是正確的。
[0005]因此，已有的固定方法都不能完全符合以下條件:
[0006]I)提供直的發(fā)射區(qū)(好于對(duì)I毫米的末端精度來(lái)說(shuō)20毫米上有10微米偏差的情況)；
[0007 ] 2)隨著時(shí)間和溫度的變化保持穩(wěn)定；
[0008]3)允許容易地移除光纖;并且
[0009]4)在發(fā)射區(qū)上沒(méi)有施加應(yīng)變或施加有限的應(yīng)變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)上面描述的背景信息，提供一種用于被布置成用于OSS的光纖的夾持機(jī)構(gòu)將是有利的，該夾持機(jī)構(gòu)優(yōu)選地能夠符合以下所有的限制條件:
[0011]I)提供直的發(fā)射區(qū)(好于對(duì)I毫米的末端精度來(lái)說(shuō)20毫米上有10微米偏差的情況)；
[0012]2)隨著時(shí)間和溫度的變化保持穩(wěn)定；
[0013]3)允許容易地移除光纖;并且
[0014]4)在發(fā)射區(qū)上沒(méi)有施加應(yīng)變或施加有限的應(yīng)變。
[0015]此外，優(yōu)選的是該夾持機(jī)構(gòu)易于制造，并且在實(shí)際應(yīng)用中易于使用，在實(shí)際應(yīng)用中OSS光纖被集成到裝置或儀器中，例如，醫(yī)用儀器。
[0016]在第一方面中，本發(fā)明提供一種夾持機(jī)構(gòu)，所述夾持機(jī)構(gòu)被布置成用于固定包括光學(xué)形狀感測(cè)特性的相關(guān)光纖，且被構(gòu)造成用于圍繞所述光纖反復(fù)地組裝和拆卸，所述夾持機(jī)構(gòu)包括:
[0017]固定元件，所述固定元件包括具有圓形橫截面的直桿，所述直桿被布置成用于接合所述相關(guān)光纖，和
[0018]附加固定裝置，所述附加固定裝置包括兩個(gè)直桿和基座，所述兩個(gè)直桿具有圓形橫截面和直的縱向部分，所述直的縱向部分被布置成用于接合所述相關(guān)光纖，且所述基座具有開(kāi)口區(qū)段，所述開(kāi)口區(qū)段被布置成用于接收所述附加固定裝置的所述兩個(gè)直桿和所述固定元件的所述直桿，其中，所述固定元件的所述直桿被布置成與所述附加固定裝置的所述兩個(gè)直桿一起形成開(kāi)口，該開(kāi)口被布置成用于將所述相關(guān)光纖的一區(qū)段固定在直的狀態(tài)。這樣的夾持機(jī)構(gòu)是有利的，因?yàn)樗试S制造相當(dāng)簡(jiǎn)單的夾持機(jī)構(gòu)，該所述夾持機(jī)構(gòu)可以?shī)A持或固定用于OSS的光纖，通常例如用于在空間中的給定位置處配準(zhǔn)。然而，所述夾持機(jī)構(gòu)還可以用作發(fā)射固定裝置，因?yàn)樗軌驖M足所有以上提到的限制條件I) 一 4)。所述夾持機(jī)構(gòu)甚至可以通過(guò)相當(dāng)簡(jiǎn)單的單個(gè)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些單個(gè)元件容易組裝在光纖周?chē)?并能再次拆卸)，且這些單個(gè)元件基于簡(jiǎn)單的幾何形狀，這些幾何形狀很容易制造(例如，用金屬)，且具有較高的精度以及精確匹配給定尺寸的光纖以獲得最佳夾持的尺寸。本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思，即，固定元件和附加固定裝置可以由具有簡(jiǎn)單形狀的元件構(gòu)成，并且仍然能夠提供光纖在直線度、無(wú)應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)方面所要求的精度，且無(wú)需粘合等。
[0019]進(jìn)一步，所述夾持機(jī)構(gòu)非常適合于制成多個(gè)變體，這些變體被成形為配合特定的OSS裝置或儀器，例如發(fā)射固定裝置。這允許在實(shí)際使用中將發(fā)射固定裝置快速地安裝到OSS裝置或儀器。
[0020]“與光纖接合”被理解為直接或間接接合，因?yàn)槔绫〉母采w物或涂層可被用于覆蓋多芯光纖中的單個(gè)光纖，并且在這樣的情況下仍然可以理解為:固定元件和附加固定裝置不與光纖直接接觸，而是與薄覆蓋物直接接觸，所述薄覆蓋物被理解為所述“光纖”的一部分。因此，“具有光學(xué)形狀感測(cè)特性的光纖”被理解為用涂層或覆蓋物覆蓋適當(dāng)?shù)墓饫w。
[0021]在下文中，將限定一些主要的實(shí)施例。
[0022]在一些實(shí)施例中，固定元件可能只是一個(gè)單個(gè)元件，而附加固定裝置可包括兩個(gè)或多個(gè)單個(gè)元件。構(gòu)成所述固定元件的這樣的單個(gè)元件尤其可以是整體元件，甚至更具體地說(shuō)，它可以是具有橫截面面積的整體元件。然而，在其他實(shí)施例中，固定元件包括很多個(gè)單個(gè)元件，尤其是可包括多個(gè)球形元件。
[0023]固定元件在所述直的縱向部分中的橫截面面積可以比所述相關(guān)光纖的橫截面面積大。在具有圓形橫截面的一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是所述固定元件的橫截面直徑是所述光纖(包含任何任選的涂層或覆蓋物)的橫截面直徑的5-8倍，如6-7倍，如6.3-6.6倍。
[0024]附加固定裝置可包括具有開(kāi)口區(qū)段的整體基座，所述開(kāi)口區(qū)段被布置成用于接收形成所述附加固定裝置的另外的單個(gè)元件和/或形成所述固定元件的單個(gè)元件。
[0025]另外，固定元件的直桿和附加固定裝置的兩個(gè)直桿可以都具有相同或基本相同直徑的圓形橫截面。固定元件的直桿的橫截面直徑可選擇成略小于附加固定裝置的兩個(gè)直桿的橫截面直徑。應(yīng)理解的是，所述桿的橫截面面積優(yōu)選為與所述光纖的橫截面面積相匹配以便獲得固定效果，且不會(huì)擠壓光纖。后面將描述直徑的選擇。通過(guò)調(diào)整所述桿中的僅一個(gè)桿的尺寸，就可以在一種情況下使光纖滑動(dòng)但仍然使其保持為直的，并且在另一種情況下足夠緊地夾持光纖以使光纖的軸向和旋轉(zhuǎn)位置保持固定。
[0026]上面提及的這樣的3個(gè)桿的實(shí)施例可以容易地制造，例如制成10-50毫米的長(zhǎng)度，并且，這樣的桿能形成可用作發(fā)射固定裝置的夾持機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。此外，夾持機(jī)構(gòu)可包括被布置成用于將三個(gè)桿壓在一起的元件或構(gòu)件。例如，具有開(kāi)口的基座可以用來(lái)容納緊配合的兩個(gè)桿，即具有正好是兩個(gè)桿的直徑的兩倍的寬度，且具有固定到基座上的元件，以及具有被布置成將頂部桿壓靠著設(shè)置在基座的開(kāi)口區(qū)段中的兩個(gè)桿的構(gòu)件。例如，這可以通過(guò)螺釘和螺紋裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中螺紋設(shè)置在基座中。
[0027]在3個(gè)桿的實(shí)施例的一些變體中，所述直桿中的至少一個(gè)具有修圓的端部。尤其是，全部三個(gè)桿都具有修圓的端部，在一端或兩端。這有利于避免在桿的端部處夾擠光纖。
[0028]在一些實(shí)施例中，固定元件的至少一部分和附加固定裝置的一部分具有磁性，從而在所述夾持機(jī)構(gòu)處于組裝狀態(tài)時(shí)互相磁性吸引。由此，磁力被用于施加力，所述力用于將所述固定元件和所述附加固定裝置壓在一起，并因此用于使所述光纖固定在兩者之間。例如，在3個(gè)桿的實(shí)施例中，所述桿中的兩個(gè)桿可以由磁性材料形成，或者可以被磁化。
[0029]固定元件可包括球體。在以上提到的3個(gè)桿的實(shí)施例中，可用一個(gè)球或多個(gè)球來(lái)替換固定元件的直桿，這些球用于代替桿而與附加固定裝置接合。尤其是，如上所述，附