[发明专利]基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置

权利要求书

1.一种基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置，其特征在于，包括，ASE光源、分束器、单模光纤跳线、密集波分复用器(DWDM)、能够实现多点测量的波分复用的N个光纤光栅传感器、合束器和光纤光栅解调仪；

所述的ASE光源通过单模光纤跳线与分束器相连，分束器分出N路光纤链路，每路光纤链路包括一个DWDM与一个光纤光栅传感器，DWDM通过单模光纤跳线与光纤光栅传感器相连，随后这N路光纤链路连接到同一个合束器，合束器通过单模光纤跳线与光纤光栅解调仪连接。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置，其特征在于，所述的光纤光栅传感器包括，光纤环形器、自由端镀有金膜的光纤光栅，所述的光纤环形器是一种光路单向通过的器件，输入光从环形器的端口1输入，从端口2输出，同时能够使从端口2返回的光从端口3输出；端口1与所述DWDM相连，端口2与光纤光栅非镀金膜端相连，端口3作为输出端与所述合束器相连；所述的光纤光栅的一端端面上镀有一层金膜，此端作为自由端不与其它器件相连，并且此端作为传感端检测所受应力变化；光纤光栅的另一端与所述光纤环形器的端口2连接；

所述的N个光纤光栅传感器作为应力测量装置的传感单元，通过复用技术，并联的连接在分束器与合束器之间的对应N路光纤链路中，每个光纤光栅传感器对应一路光纤链路，可用于一个点的应力测量，N个光纤光栅传感器可同时用于N点的应力测量。

3.根据权利要求1或2所述的基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置，其特征在于，所述的光纤复用链路为三条，即N＝3；随实际应用需求可以增加光纤链路数量，所述的N路光纤链路并联连接。

4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置，其特征在于，所述的光纤光栅传感器中光栅的中心波长各不相同，分别为1548nm，1550nm和1552nm；栅区长度为10mm，光纤光栅端面金膜厚度为50nm，此时反射率高于98％。所述的DWDM的工作波长分别为1548nm，1550nm和1552nm，分别对应于不同光纤光栅的中心波长。

5.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置，其特征在于，所述的光栅光纤解调仪可同时解调所述3个光纤光栅传感器的中心波长变化；根据光纤光栅解调仪获得的信息，建立中心波长变化量与光纤光栅传感器所受应力的线性关系，即可通过解调各个光纤光栅传感器的中心波长变化量得到对应点所受应力信息。

6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置，其特征在于，所述的N路不同光纤链路内的光纤光栅传感器可用于同时测量不同脊椎骨间的应力情况；所述的光纤光栅传感器在受到应力变化时，其反射光谱的中心波长会发生相应的变化，通过光纤光栅解调仪解调光纤光栅的中心波长变化，得到所述的脊椎骨间所受应力信息。

7.一种基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量方法，其特征在于，利用权利要求1所述基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置，对脊椎骨间多点所受应力进行测量，包括以下步骤：

步骤一、模拟测试用的脊椎骨的受力点使用18号针预先钻孔，所述的光纤光栅的自由端分别插入钻孔；

步骤二、连通所述基于光纤光栅的脊椎骨间多点实时受力测量装置，开启ASE光源，所述的光纤光栅传感器检测到待测点处的应力变化，中心波长偏移；

步骤三、光纤光栅解调仪解调所述光纤光栅传感器的中心波长信息，根据建立的光纤光栅中心波长与所受应力的线性关系得到该点处所受应力；光纤光栅中心波长与脊椎骨所受应力的对应关系分别为：1)λ₁＝0.0199*f₁+1548；2)λ₂＝0.0200*f₂+1550；3)λ₃＝0.200*f₃+1552单位(nm)，其中λ_i、i＝1，2，3为对应三个光纤光栅传感器的输出光谱中心波长，f_i、i＝1，2，3为三个点处所受应力大小。