光纤布拉格光栅在医用蒸汽灭菌器温度监测的应用
发布时间：2021-03-21 10:48
为了解决由于检测技术原因而导致的医用蒸汽灭菌器温度监测执行率低、设备合格率低等问题,设计了基于光纤布拉格光栅的医用蒸汽灭菌器温度监测系统,对整个灭菌过程中温度监测的可行性、精准性和可靠性进行了研究。根据医用蒸汽灭菌器温度监测的相关标准,运用波分复用技术设计了光纤光栅串传感器件。接着,基于光纤光栅串传感器件搭建了相应的温度监测系统,并对整个灭菌过程进行了实时温度监测。最后,通过分析灭菌过程中各阶段温度随时间的变化,有效灭菌温度下的灭菌时间,灭菌器空载、半载及满载腔内各点之间的最大温度差,来验证该检测系统的性能。监测结果准确地给出了灭菌器灭菌过程中各阶段温度随时间的变化,所测灭菌器的有效灭菌时间为7.8 min,空载时腔内各点的最大温差在2℃以内,而满载时可达4.5℃。此系统的温度测量范围、分辨率及精度,时间记录精度及数据存贮能力均达到国家及行业标准要求,并具备多点监测成本低及可进入狭小区域监测等突出优势。
【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
光纤布拉格光栅原理
当需要进行多点测试时,可在一根光纤上刻写多个光栅,形成光栅串,通过合理设计光栅串的中心波长,使它在工作中有效光谱不重叠,即可形成准分布式多点传感器,其传感原理如图2所示。宽带光源(其功率为P(λ)), 通过环形器入射到光纤光栅串,光纤光栅串上的每个光栅都反射回特定波长的峰,每个FBG对应于一个反射峰。当每个FBG所处环境的温度或应力发生变化时,相对应的反射峰的中心波长将发生变化,光纤光栅解调仪实时记录这些中心波长的变化,利用式(3)或(4)即可求出相应的温度或应力的变化。3 实 验
以下实验数据使用Runyes? SEA蒸汽灭菌器(23 L)作为待测仪器,设定灭菌温度为134 ℃。 由于其容积小于60 L,属于小型压力蒸汽灭菌器,根据国标《小型压力蒸汽灭菌器灭菌效果监测方法和评价(GB/T30690-2014)》(以下简称GB/T30690-2014)中4.2.1条“将温度测定仪放入灭菌器,每层设定3个点,各层间按对角线分布点”的要求[21]。测试传感器分布设计如下:首先,由于FBG传感器可方便利用波分复用技术,使用一FBG串作为传感器,可在一支传感器上测试多点温度。鉴于仪器隔层对角线长度为41.5 cm,本文设计了如图3所示的FBG串(山东重海信息技术有限公司生产)。由于FBG同时对温度和压力敏感,为此对于只测温度的FBG需要隔绝压力,所以FBG1,FBG2和FBG3均用直径为900 μm,长度为15 mm的毛细不锈钢管做封装,两端用自凝树脂封口,以保证气压不会对3个FBG产生影响。3个FBG的设计中心波长(20 ℃)分别为1 549.83,1 554.96和1 539.91 nm。在FBG2间隔5 mm的地方有一个FBG不做封装处理,以对比FBG对温度和气压同时响应的情况,该FBG的原始中心波长为1 544.94 nm。各光栅中心波长间隔大于4 nm,以保证测试过程中各反射谱不发生重叠。FBG串分布与光谱分别如图3和图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]医用蒸汽灭菌器工作原理及温度压力现场校准方法分析[J]. 王永霞,王顺利. 中国检验检测. 2019(05)
[2]无线传感器网络数据传输可靠性研究[J]. 马广明,李华,张井玲. 现代信息科技. 2019(15)
[3]FBG细径形状传感器的应变传递和精度实验[J]. 章亚男,范迪,沈林勇,吴仲台,钱晋武. 光学精密工程. 2019(07)
[4]复合基底柔性光纤曲率传感器[J]. 何彦霖,张旭,孙广开,宋言明,祝连庆. 光学精密工程. 2019(06)
[5]佛山市69所医疗机构口腔科复用器械管理现况调查[J]. 路海云,温春良,蒙丽婵. 护理学杂志. 2018(21)
[6]部分军队医院使用中压力蒸汽灭菌器物理参数现况调查[J]. 夏娴,翁思源,樊林科,王志刚. 中国消毒学杂志. 2018(08)
[7]国产无线温度压力验证仪的质量提升方案及探讨[J]. 吴健,王颖,张曦雯,郭芳,郑蕊,窦萌. 中国卫生监督杂志. 2018(01)
[8]广东省部分医疗机构压力蒸汽灭菌器性能监测执行现状调查[J]. 陈爱琴,郑文,戚维舒,冯晓英,柯萍,姜华,张静,冯秀兰. 中国消毒学杂志. 2018(02)
[9]蓝野脉动真空蒸汽灭菌器工作原理和常见故障[J]. 周忠慈. 中国医疗设备. 2015(01)
[10]建立实验室生物安全管理体系[J]. 张静,刘海燕,邹兰花. 中国卫生质量管理. 2010(05)
硕士论文
[1]温度压力双参数一体化测量光纤传感技术研究[D]. 许金山.深圳大学 2018
[2]无线数据传输系统信号完整性研究[D]. 张嘉琪.华北电力大学(北京) 2017
[3]基于光纤光栅的飞行器结构健康监测技术研究[D]. 何超.南京航空航天大学 2016
本文编号：3092734
【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
光纤布拉格光栅原理
当需要进行多点测试时,可在一根光纤上刻写多个光栅,形成光栅串,通过合理设计光栅串的中心波长,使它在工作中有效光谱不重叠,即可形成准分布式多点传感器,其传感原理如图2所示。宽带光源(其功率为P(λ)), 通过环形器入射到光纤光栅串,光纤光栅串上的每个光栅都反射回特定波长的峰,每个FBG对应于一个反射峰。当每个FBG所处环境的温度或应力发生变化时,相对应的反射峰的中心波长将发生变化,光纤光栅解调仪实时记录这些中心波长的变化,利用式(3)或(4)即可求出相应的温度或应力的变化。3 实 验
以下实验数据使用Runyes? SEA蒸汽灭菌器(23 L)作为待测仪器,设定灭菌温度为134 ℃。 由于其容积小于60 L,属于小型压力蒸汽灭菌器,根据国标《小型压力蒸汽灭菌器灭菌效果监测方法和评价(GB/T30690-2014)》(以下简称GB/T30690-2014)中4.2.1条“将温度测定仪放入灭菌器,每层设定3个点,各层间按对角线分布点”的要求[21]。测试传感器分布设计如下:首先,由于FBG传感器可方便利用波分复用技术,使用一FBG串作为传感器,可在一支传感器上测试多点温度。鉴于仪器隔层对角线长度为41.5 cm,本文设计了如图3所示的FBG串(山东重海信息技术有限公司生产)。由于FBG同时对温度和压力敏感,为此对于只测温度的FBG需要隔绝压力,所以FBG1,FBG2和FBG3均用直径为900 μm,长度为15 mm的毛细不锈钢管做封装,两端用自凝树脂封口,以保证气压不会对3个FBG产生影响。3个FBG的设计中心波长(20 ℃)分别为1 549.83,1 554.96和1 539.91 nm。在FBG2间隔5 mm的地方有一个FBG不做封装处理,以对比FBG对温度和气压同时响应的情况,该FBG的原始中心波长为1 544.94 nm。各光栅中心波长间隔大于4 nm,以保证测试过程中各反射谱不发生重叠。FBG串分布与光谱分别如图3和图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]医用蒸汽灭菌器工作原理及温度压力现场校准方法分析[J]. 王永霞,王顺利. 中国检验检测. 2019(05)
[2]无线传感器网络数据传输可靠性研究[J]. 马广明,李华,张井玲. 现代信息科技. 2019(15)
[3]FBG细径形状传感器的应变传递和精度实验[J]. 章亚男,范迪,沈林勇,吴仲台,钱晋武. 光学精密工程. 2019(07)
[4]复合基底柔性光纤曲率传感器[J]. 何彦霖,张旭,孙广开,宋言明,祝连庆. 光学精密工程. 2019(06)
[5]佛山市69所医疗机构口腔科复用器械管理现况调查[J]. 路海云,温春良,蒙丽婵. 护理学杂志. 2018(21)
[6]部分军队医院使用中压力蒸汽灭菌器物理参数现况调查[J]. 夏娴,翁思源,樊林科,王志刚. 中国消毒学杂志. 2018(08)
[7]国产无线温度压力验证仪的质量提升方案及探讨[J]. 吴健,王颖,张曦雯,郭芳,郑蕊,窦萌. 中国卫生监督杂志. 2018(01)
[8]广东省部分医疗机构压力蒸汽灭菌器性能监测执行现状调查[J]. 陈爱琴,郑文,戚维舒,冯晓英,柯萍,姜华,张静,冯秀兰. 中国消毒学杂志. 2018(02)
[9]蓝野脉动真空蒸汽灭菌器工作原理和常见故障[J]. 周忠慈. 中国医疗设备. 2015(01)
[10]建立实验室生物安全管理体系[J]. 张静,刘海燕,邹兰花. 中国卫生质量管理. 2010(05)
硕士论文
[1]温度压力双参数一体化测量光纤传感技术研究[D]. 许金山.深圳大学 2018
[2]无线数据传输系统信号完整性研究[D]. 张嘉琪.华北电力大学(北京) 2017
[3]基于光纤光栅的飞行器结构健康监测技术研究[D]. 何超.南京航空航天大学 2016
本文编号：3092734
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