形状传感

光纤形状传感;在关键的情况下,最重要的是高精度。

光纤形状传感具有出色的感知曲率、二维和三维形状的能力。该技术将在机器人和微创手术领域中实现前沿应用,例如位置实时跟踪,器械和导管导航,力和弯曲检测以及变形监测。

光纤形状传感作为交钥匙解决方案。

最初,将诸如减少暴露于辐射而仍然能够“看透”身体的各种问题结合起来似乎颇具挑战性。这就是我们开发光纤形状传感的原因。它具有跟踪自身的优点,从而可以在体内重建形状。

我们的光纤形状传感系统由传感器,测量设备以及管理所有用于数据读取和算法处理的软件组成。这种方法的关键是同步且实时监测多芯光纤MCF-DTG®中的感应应变,同时补偿诸如温度变化等共模效应。根据多芯光纤光栅的曲率方向,外部纤芯上的光栅相对于中心纤芯上的光栅表现出相对的拉伸或压缩,这些将被分别记录为正应变或负应变。为了计算当前曲率(或弯曲半径),需要测量和处理其相对应变。为了确定多芯光纤光栅的曲率轮廓,需要将收集到的应变数据作为沿光纤光栅位置的函数,并使用特殊的重建算法进行处理。

系统特点

∙ 交钥匙形状传感系统(完整的系统,可根据应用需求量身定制单个部件)
∙ 易于集成到现有系统中(光纤尺寸小,直径低至0.2mm)
∙ 高弯曲检测范围(弯曲半径10m>R>1mm)
∙ 高应变抵抗力,适合具有挑战性的应用
∙ 根据客户需求量身定制的解决方案
. 电磁免疫
∙ 微型化且生物兼容
∙ 高分辨率和精确的三维形状传感(末端位置误差<2mm @ 30cm长度)
∙ 高密度传感点
∙ 实时和动态响应

应用领域…

…所有不同的应用都有一个相似点:导航,跟踪位置并测量关键部分的曲率。事实证明,光纤形状传感特别适用于具有挑战的应用。需求特殊,要求水准高,对安全极其苛刻,这为一流的传感器公司带来了诸多挑战。无论是在生物医学,工业过程控制还是结构健康监测中,FBGS均可为您的应用提供个性化的定制解决方案。

目前,生物医学领域是光纤形状传感系统的主要应用方向。已经发现许多学科相关应用,主要涉及导管导航和位置跟踪。尽管形状传感大部分应用集中在生物医疗领域,但其他领域也不容错过。在能源部门以及其他行业和研发中也将发现巨大的应用潜力。

以下是一些光纤形状传感的示例:

  • 生物医学
    ∙消融过程中的导管导航
    ∙消融时的尖端力检测
    ∙药物输送导管的导航
    ∙手术机器人的力感知和触觉反馈
    ∙手动和机器人骨科手术的位置跟踪
    ∙连续体机器人的力传感
    ∙连续体机器人的形状传感
    ∙神经外科穿刺针的跟踪
    ∙神经植入的位置跟踪
    ∙支气管镜检查中的器械导航
  • 能源
    ∙风力涡轮机,叶片的结构健康监测
    ∙管道中关键部分的监测
    ∙复杂装置的曲率测量
  • 工业/研发
    ∙机械臂的曲率测量
  • 虚拟现实(VR)

 

案例形状传感

Indra is a multinational company specializing in Technology Consulting throughout Europe and Latin America. With 550 million invested in R&D in the last three years, they see innovation as their driving force.

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常见问题

为什么光纤形状传感特别适合生物医学应用?
光纤形状传感在多种医学和工业应用中具有巨大的潜力,可以感知曲率、位置和二维/三维的形状。考虑到光纤的尺寸小,对辐射的免疫力,生物相容性以及集成的灵活性,光纤形状传感将开辟一个全新的应用。
哪些技术最适合光纤形状传感?
使用拉丝塔光栅多芯光纤(MCF-DTG®)技术可实现沿着光纤的长度方向追踪形状,并且提供高空间分辨率。这种方法不仅可以推断出曲率的大小,还可以推断出其方向,从而可以重建光纤的三维形状。结合光纤的小尺寸,高灵敏度和电磁免疫,这种创新的“形状传感”功能为医学和工业应用开辟了一个全新的领域,并将为当前不存在的测量开辟崭新的类别。因此,用于形状传感的MCF-DTG®的出现是一种范式转变,它将是优于传统方法的首选方案。 多芯光纤 多芯光纤是一种特种光纤,具有多个共享同一包层的单模纤芯。采用拉丝塔光栅DTG制造工艺已经成功将布拉格光栅FBG写入多芯光纤。因此,可以在相同的轴向位置和相同的波长下同时对高达7个纤芯进行刻写光栅。 对多芯光纤中这些高密度光栅的刻写精度是一个重要的里程碑。 (+图形) 解调仪 目前有两种成熟的检测方案 - 波分复用器(WDM)和光频域反射计(OFDR)- 非常适合处理由于MCF-DTG传感器的感应应变带来的波长偏移。来自各个纤芯的信号通过特殊配置的光纤扇出设备路由至单独的光纤,这些光纤可以直接连接到解调仪上的不同通道。这些技术可以为OFDR提供高达100 Hz的检测速度,为WDM提供高达几千赫兹的检测速度。
FBGS如何/为什么能提供完整的交钥匙形状传感解决方案?
FBGS在光纤、光栅和测量设备(解调仪)领域积累了十多年的丰富经验,结合了专业技术和应用知识从而实现了完整的传感解决方案。从逻辑上讲,形状传感是在完成高性能应变传感系统后下一步要解决的问题。 此外,我们在研发方面进行投资,不断改进我们的传感系统,并根据医疗应用需求进行定制。 因此,我们成为形状传感领域的先驱之一。