醫(yī)學(xué)臨床及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)要求對(duì)溫度進(jìn)行精確快速的測(cè)量，尤其在腫瘤熱療中，溫度傳感器在對(duì)組織溫度進(jìn)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量的同時(shí)還要消除傳統(tǒng)溫度計(jì)受電磁輻射干擾的問題。相比于傳統(tǒng)溫度傳感器，光纖溫度傳感器以其良好的電絕緣性可以很好的應(yīng)用于生物醫(yī)療領(lǐng)域。
本文針對(duì)現(xiàn)有醫(yī)用溫度傳感器的不足，根據(jù)光纖布拉格光柵（FBG）和長(zhǎng)周期光纖光柵（LPFG）的理論，找到由工采網(wǎng)從加拿大進(jìn)口的光纖溫度傳感器——FOT-L-BA,這是一款非常適合在極端環(huán)境下測(cè)量溫度的光纖溫度傳感器，這種極端環(huán)境包括低溫、核環(huán)境、微波和高強(qiáng)度的RF等。都是完全不受EMI和RFI影響，同時(shí)，它們的尺寸小、針對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)置安全裝置、耐高溫、耐腐蝕并且具備較高的精度。最后并對(duì)其傳感特性進(jìn)行了研究，具體工作如下：
1、醫(yī)用FBG溫度傳感器的研制及其特性研究 利用相位掩模板法在普通石英光纖和包層模抑制（CMS）光纖上刻制FBG，并進(jìn)行了溫度和彎曲特性的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種光纖刻制的FBG具有相似的溫度靈敏度，分別為11.5pm/℃和10.6pm/℃，且具有良好的線性度，相關(guān)系數(shù)大于0.99。CMS光纖制備的FBG對(duì)彎曲曲率的敏感度較普通光纖制備的FBG低，更適用于人體溫度的測(cè)量。
2、醫(yī)用FBG溫度傳感器的溫敏式封裝及其特性研究 根據(jù)溫敏式封裝的原理，選用熱膨脹系數(shù)大、溫變性質(zhì)穩(wěn)定的材料對(duì)FBG溫度傳感器進(jìn)行了封裝，在對(duì)FBG起到保護(hù)作用的同時(shí)，使其具有較高的溫度靈敏度，較好的重復(fù)性、線性度和穩(wěn)定性。 首先用環(huán)氧樹脂將FBG封裝在聚四氟乙烯管中，雖然溫度增敏效果明顯，約為裸FBG的12倍，但其線性度不如裸FBG。為了不破壞裸FBG良好的線性度，使FBG在毛細(xì)套管中處于自由狀態(tài)，在毛細(xì)套管兩端點(diǎn)膠用來固定光纖光柵。分別使用毛細(xì)玻璃管，毛細(xì)鋼管，聚四氟乙烯管作為基底材料，其溫度靈敏度系數(shù)分別為8.7pm/℃，38pm/℃，23.4pm/℃，并且中心波長(zhǎng)的漂移量與溫度變化呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。為了避免粘膠劑對(duì)光纖光柵的影響，提出一種雙管無膠封裝方式，封裝后的溫度傳感器具有更好的線性度，溫度靈敏度系數(shù)為18.9pm/℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，封裝后的FBG溫度傳感器的靈敏度不僅與熱膨脹系數(shù)有關(guān)，與封裝材料的導(dǎo)熱性也有密切的聯(lián)系。
3、LPFG溫度傳感器的研制及其傳感特性的研究 用高頻CO_2激光脈沖在普通石英光纖中寫入LPFG。實(shí)驗(yàn)研究了LPFG的溫度及彎曲特性。其溫度靈敏度約為75pm/℃，約為裸FBG的7.5倍，并且呈現(xiàn)良好的線性度。其透射峰幅值對(duì)溫度不敏感，但對(duì)彎曲曲率敏感。為了使其更適合于工程中的應(yīng)用，提出了一種灌裝酒精的封裝方式。封裝后出現(xiàn)兩個(gè)明顯的諧振峰。1508nm處的諧振峰隨溫度的升高發(fā)生藍(lán)移，溫度靈敏度為56.9pm/℃。1472nm處的諧振峰隨溫度的升高發(fā)生紅移，溫度靈敏度為531.2pm/℃，是裸LPFG的7倍，裸FBG的53倍。有效提高了長(zhǎng)周期光纖光柵溫度傳感特性、避免外界其他因素的干擾。
4、封裝后的光纖光柵溫度傳感器在微波及超聲波環(huán)境中測(cè)試 將封裝好的光纖光柵溫度傳感器分別放入微波環(huán)境及超聲波環(huán)境中，并進(jìn)行溫度特性測(cè)試。實(shí)驗(yàn)表明，封裝后的光纖光柵溫度傳感器不受微波及超聲波的干擾，仍然保持原有的溫度靈敏度，并且具有良好的線性度及穩(wěn)定性。 本項(xiàng)目研制的光纖光柵溫度傳感器分辨率達(dá)到0.02℃，并且具有抗微波、超聲波、電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于磁流體熱療、核磁共振等有電磁場(chǎng)、微波、超聲波干擾的生物醫(yī)療領(lǐng)域。
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史海拾趣
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