用于確定相關聯對象的位置和/或形狀的光學感測系統的制作方法與工藝

本申請涉及光學感測，更具體地，涉及用于確定相關聯對象的位置和/或形狀的光學感測系統和方法。

背景技術：
在許多微創醫療保健程序中，跟蹤諸如導絲和導管的醫學設備是有利的。光學形狀感測通過測量并分析從內置在細長醫學設備中的多芯光纖的全部位置反射的光，實現了該功能。在使用干涉儀時，獲得沿纖維的完整應變分布，其能夠被轉化成形狀。對方法的描述能夠在題為“Opticalpositionand/orshapesensing”的專利申請US2011/0109898中找到。光在光纖中的反向散射能夠被歸類為兩個不同的類：1)內在現象，也就是瑞利散射，以及2)外在現象，也就是布拉格光柵。注意，人們則無視了第三種散射機制，也就是布里淵散射。布里淵散射在干涉儀測量技術中不能被采用，并且導致差的空間分辨率。光學形狀感測的一種實施方式采用瑞利散射。這具有使用光纖而在拉纖之后無需制作中的額外步驟的優點。瑞利散射的信號強度遠程通信纖維的制造商多年來已使他們的產品的質量增加到這樣的程度，使得傳輸損耗小且主要由于瑞利散射。針對形狀感測，這有以下缺點，即信號強度相當低。在附錄I中，其量級與隨后的信噪比一起計算。小的信噪比促使人們在干涉儀測量系統中采取額外的預防措施：纖維的遠端的反射淹沒了所有其他信號，其太大并且必須被減小至少80dB。為了這么做，將吸收玻璃融合拼接到遠端。然而，該終端脆弱且容易破碎，使得纖維在醫學設備中的集成產量低。此外，這種終端具有以下副作用，即纖維的最后5-10mm不能被形狀跟蹤。形狀感測纖維包含至少4芯。這些芯中的每個均被連接到單獨的干涉儀。因此，該系統包含這樣的元件，其中，個體單芯纖維被附接到一個多芯纖維：扇出。在扇出處以及在感測纖維的終端處出現串擾：在特定芯中沿纖維傳播的光在這些點處被散射回到朝向檢測器的其他芯中的一個中。能夠通過交錯對齊地配置四個干涉儀，減輕該串擾。參見題為“Interferometricmeasurementwithcrosstalksuppression”的專利申請US2011/0310378。干涉儀的交錯需要在每個干涉儀臂中并入大量纖維。總體上，該系統將包含500-600m的額外纖維，使得其對溫度變化和機械振動更為敏感。每個干涉儀均具有內置的光學循環器單元。利用該3-端口設備，將來自源(端口1)的光朝著感測纖維(端口2)導向，并且將從感測纖維反向散射的信號朝著檢測器(端口3)導向。進入端口1的光不應泄漏到端口3中，否則其將淹沒真實瑞利信號并使檢測器飽和。大多數循環器的抑制比對于使用瑞利散射的感測而言太低。測試每個循環器，并且約10％滿足適當規格。在微創醫療保健應用中，干涉儀將被內置于特殊的振動和溫度穩定箱中。具有其內置式形狀感測纖維的醫學設備(導管、導絲)將被用于導管實驗室的無菌部分。兩者之間將是至少一個光學轉接線。這意味著，將存在至少兩個光學多芯連接器。在這些連接器處的反射使瑞利信號劣化，并且容易產生串擾效應。當前的系統(例如Luna3代)將不能以多于一個多芯連接器正常運行。在干涉儀盒與形狀感測纖維之間，將存在額外的引線。那些引線也將產生瑞利散射，其將與來自感測纖維的瑞利信號為相同量級。結果是，那些引線必須也被詢問，并且僅在從光譜(其為光學頻率的函數)到信號(其為延遲，即光纖位置的函數)的轉化之后，才能夠丟棄來自引線的信息。給定光源的有限采樣頻率和頻率掃掠速率，這得出引線的長度的上限。瑞利散射的相位復原除了因小的信號強度造成的影響以外，瑞利散射具有對機械振動增強的靈敏度，如將在下文解釋的。形狀測量包括在中心波長(例如1540nm)周圍的波長范圍Δλ(例如20nm)上的掃描。譜被傅立葉變換，得到為延遲時間的函數的復信號，其被校準成沿纖維長度的位置。將經傅立葉變換的信號與纖維在參考位置(例如直線)時測量的類似信號進行比較。在比較中，在纖維上的對應位置處，獲得兩個信號的相位(在復平面中的角度)的差異。作為位置的函數的該相位差的斜率對應于各個應變分量，并且能夠被轉化成纖維的形狀。給定位置處的應變的積分為光纖芯的總積分長度改變的度量。該長度改變意指參考測量的對應點已經相對于形狀測量移位。結果，必須采用形狀跟蹤算法，其確保形狀測量與參考之間的相關性。而且，由于轉接線的長度改變，在不同測量中，參考測量的起始點將相對于當前形狀測量的起始點移位。轉接線中的長度改變是由振動和溫度波動造成的。在相位跟蹤算法開始時，必須執行互相關，以便尋找對應的起始位置。將存在纖維上的兩個對應位置的允許差異的上限，同時仍維持相位信號的相關性。該上限現在將被評估，并且為針對該系統對機械振動和溫度波動的靈敏度的度量。瑞利散射源自于在固化時刻存在的玻璃中的密度波動，并且因此具有隨機性。在干涉儀設置中，在特定波長處的瑞利信號為沿纖維的長度的全部反射的總和。在該總和中，考慮到每個貢獻的累積相位延遲。這產生干涉儀譜的尖刺性。其傅立葉變換也將為尖刺的，具有特征長度尺度δl，其為玻璃中的波長的分數。然而，經傅立葉變換的譜具有沿纖維探查的連續點之間的步長長度Δz：這里n為纖維中的光模的群折射率。瑞利散射的特征相干長度δl(估計為與探查期相同的量級，即λ/2n＝500nm)比步長長度Δz(大致為40μm或微米)小得多。圖1顯示測量的并經傅立葉變換的瑞利信號的相位。相位即使在步長的長度尺度也完全隨機。幸運的是其再現，使得相對于參考信號的相位跟蹤是可能的。然而，圖1確實揭示了長度中的細微移位將完全破壞形狀測量與參考之間的相位差的相關性。光纖布拉格光柵對上文提及的問題的解決方案是，通過將布拉格光柵寫入感測纖維的4芯中，而使用外在散射信號。散射效率在量級上能夠在1％附近，這與瑞利散射的10-8(參見附錄I)形成比較。干涉儀的信號將增加該比率的平方根，例如103或60dB。形狀感測纖維的終端僅需要對末端反射的小量抑制，從而，例如8度角的拋光切割就已足夠。有關光纖芯之間的串擾、循環器的有限抑制比、因多芯連接器造成的反射的所有問題均得到緩解。此外，引線將具有相對于形狀感測纖維而言可忽略的信號。NG通過在干涉儀的參考臂中增加相等量的纖維長度，容易地補償增加的引線長度，而沒有對相位測量的完整性的劣化。US專利7781724為使用光纖布拉格光柵的形狀/位置感測設備的范例。該設備包括光纖器件。該光纖器件包括至少兩個單芯光纖，或具有至少兩個光纖芯的多芯光纖。在任一種情況中，均間隔開光纖芯，使得光纖芯之間的模式耦合最小化。將光纖布拉格光柵(FBG)的陣列設置在每個光纖芯內，并將頻域反射計置于與光纖器件的可操作關系中。使用中，將該設備附接到對象。測量光纖上的應變并使應變測量結果與局部彎曲測量結果相關。整合局部彎曲測量結果，以確定對象的位置和/或形狀。固有的缺點在于，針對典型的FBG配置，反射計的檢測器必須具有相對大的動態范圍，以包含在譜帶的“翼”中的信息。本發明的發明人已認識到，改進的形狀和/或位置感測系統是有益的，并且已因此設計出了本發明。

技術實現要素：
獲得改進的形狀和/或位置感測系統將是有利的。實現更穩定和/或可靠的形狀和/或位置感測系統也將是合乎期望的。大體上，本發明優選地尋求單獨或以任意組合，緩解、減輕或消除上文提及的缺點中的一個或多個。尤其地，提供一種解決現有技術的上文提及的問題或其他問題的方法，可以被視為本發明的目的。為了更好地解決這些問題中的一個或多個，在第一方面中，本發明涉及一種用于確定相關聯對象的位置和/或形狀的光學感測系統，所述系統包括：-一個或多個光纖，其用于空間固定在所述相關聯對象上、空間固定在所述相關聯對象中或空間固定于所述相關聯對象，每個光纖具有一個或多個光纖芯，-多個光纖芯，其具有沿所述光纖芯的完整長度延伸的一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)，在所述完整長度上，所述對象的所述位置和/或形狀要被確定，-反射計，其被光學連接到所述一個或多個光纖，所述反射計被光學布置用于測量在沿所述多個光纖芯的多個采樣點處的應變，-處理器，其被可操作地連接到所述反射計，以基于從所述多個光纖芯所測量的應變來確定所述對象的所述位置和/或形狀，其中，所述反射計，當在頻域中工作時，被布置用于執行在中心波長周圍從第一波長到第二波長的波長掃描，以確定所述位置和/或形狀，所述一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)沿所述光纖芯的所述完整長度延伸，所述一個或多個光纖芯中的每個具有沿所述光纖芯的所述完整長度的空間調制的反射(r)，使得對應的反射譜在所述波長掃描中能被檢測。本發明尤其地，但非排他地，有利于獲得這樣的光學系統，其中，所述(一個或多個)光纖布拉格光柵可以沿所述光纖有效地連續而無間隙，使得每個位置均產生能檢測的反射，并且實現所述反射譜可以包含等于所述反射計中的光源的所述波長掃描或“掃掠”的波長跨度。在本發明的語境內，所述相關聯對象例如可以為醫學導管，其可以與根據本發明的光學感測系統集成地制作，或者備選地，其可以被機械固定到所述光學感測系統。FBG的主要性質是反射特定波長的光的能力。在一些應用中，光柵的令人滿意的性能假設其反射率r不小。該條件將對FBG長度、指數調制幅度設置下限，并且也將對其可能的啁啾設置上限。光纖布拉格光柵(FBG)在本發明的語境中可以被定義為一種分布式布拉格反射器，其以這樣的方式被實施在光纖的光纖芯或分段中，使得FBG將反射特定波長，并透射其他波長。這可以被直觀地理解為傳入光波與光柵之間的干涉現象，傳入光在向前方向經歷相消光學干涉，并且在向后方向經歷相長干涉，因此具有共振波長的傳入光波與FBG相互作用，并且其被反射。注意，一個光纖可以具有一個光纖芯或若干光纖芯。所述芯不需要在所述光纖的中心位置，但作為特殊情況，其能夠具有在所述光纖的中心位置(即沿中軸)的一個芯。在本發明的語境內可以以若干方式應用FBG。非詳盡的列舉包括啁啾FBG(線性和非線性)、陽極化FBG、傾斜FBG、超結構光柵FBG等。在本發明的語境內，可以理解術語“完整長度”的含義要被解讀為所述光纖芯的活動部分或可替換部分，在所述完整長度上，期望得到形狀和/或位置(以及因此互聯的相關聯對象的形狀和/或位置)。因此，如果在所述語境內合適的話，所述光纖芯能夠具有一個或多個沒有任何FBG的部分。在本發明的語境內，也可以理解，反射(r)被“沿所述光纖芯的所述完整長度空間調制”的含義要被解讀為當被觀察為大約波長除以折射率的兩倍(λ/2n)時，沿所述完整長度被調制。因此，在(顯著)更小的尺度上，所述反射可以因例如錐形函數(taperfunction)的缺失而未被調制，本領域技術人員將理解這一點。在一個實施例中，所述至少一個光纖芯(10)可以具有沿所述完整長度延伸的單個光纖布拉格光柵(FBG，8)，在所述完整長度上，所述對象的所述位置和/或形狀要被確定，可能地，超過一個光纖芯可以具有沿所述長度延伸的FBG。這是在本申請的語境內所謂的非齊次解(in-homogeneoussolution)，并且因相對容易制作，是除其他解決方案以外尤其有利的解決方案。在另外的實施例中，所述單個光纖布拉格光柵可以在沿所述完整長度的多個區域中啁啾，使得所述光纖芯中的每個采樣點均具有有效的、分離的共振波長，每個采樣點在所述波長掃描中能被檢測。注意，所述啁啾，即所述光柵的周期性的改變，可以為線性或非線性的。在一個實施例中，所述多個區域可以彼此部分交疊，所交疊的區域可以大致為相同大小，或者其可以在不同交疊區域間變化。所述交疊可以有利地增加應變測量結果的穩定性，因為各光柵之間的可能的間隙得以避免或被最小化。在一個有利的解決方案中，所述單個光纖布拉格光柵(9)可以在沿所述完整長度的所述多個區域中線性啁啾。可能地，僅所述區域的部分線性啁啾。優選地，所述區域內的啁啾波長被選擇為使得相位的對應相干長度長于連續采樣點之間的步長(Δz)，因為這將顯著降低對振動和/或溫度波動的靈敏度，例如超過一個數量級，如在下文更詳細解釋的。在本發明的另一個實施例中，至少一個光纖芯可以具有沿所述完整長度延伸的多個光纖布拉格光柵(FBG)，每個光纖布拉格光柵具有不同于其他光纖布拉格光柵的共振波長，每個光柵對應于采樣波長，或者光學頻率。該實施例在本申請的語境內被認為是所謂的齊次解(homogeneoussolution)。在一個具體實施例中，所述系統可以被布置用于在N個維度中感測位置和/或形狀，所述多個光纖芯(9)等于N+l，從而使用額外的光纖芯來允許溫度補償和/或細長應變。在另一實施例中，所述多個光纖芯可以被置于一個光纖內，所述光纖芯繞中心光纖螺旋扭曲，用于形狀和/或位置確定。在本發明的教導和語境內可以預見到各種應用，并且相關聯對象的非詳盡列舉可以包括醫學導管、醫學檢查探頭、醫學傳感器、建筑檢查傳感器、水下傳感器、地質傳感器。在第二方面中，本發明涉及一種用于確定相關聯對象(O)的位置和/或形狀的方法，所述方法包括：-提供一個或多個光纖，其用于空間固定在所述相關聯對象(O)上、空間固定在所述相關聯對象(O)中或空間固定于所述相關聯對象(O)，每個光纖具有一個或多個光纖芯，-提供多個光纖芯，其具有沿所述光纖芯的完整長度延伸的一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)，在所述完整長度上，所述對象(O)的所述位置和/或形狀要被確定，-提供反射計(REFL)，其被光學連接到所述一個或多個光纖，所述反射計被光學布置用于測量在沿所述多個光纖芯的多個采樣點處的應變，以及-提供處理器(PROC)，其被可操作地連接到所述反射計，以基于從所述多個光纖芯所測量的應變來確定所述對象的所述位置和/或形狀，其中，所述反射計，當在頻域中工作時，被布置用于執行在中心波長(λ0)周圍從第一波長到第二波長的波長掃描，以確定所述位置和/或形狀，所述一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)沿所述光纖芯的所述完整長度延伸，所述一個或多個光纖芯中的每個具有沿所述光纖芯的所述完整長度的空間調制的反射(r)，使得對應的反射譜在所述波長掃描中能被檢測。在第三方面中，本發明涉及一種光學單元，其要被應用于相關聯的光學感測系統中以確定相關聯對象(O)的位置和/或形狀，所述光學單元包括：-一個或多個光纖，其用于空間固定在所述相關聯對象(O)上、空間固定在所述相關聯對象(O)中或空間固定于所述相關聯對象(O)，每個光纖具有一個或多個光纖芯，以及-多個光纖芯，其具有沿所述光纖芯的完整長度延伸的一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)，在所述完整長度上，所述對象(O)的所述位置和/或形狀要被確定，其中，所述光學單元能連接到相關聯的反射計(REFL)，所述反射計被光學布置用于測量在沿所述多個光纖芯的多個采樣點處的應變，相關聯的處理器(PROC)還能連接到所述反射計，以基于從所述多個光纖芯所測量的應變來確定所述對象的所述位置和/或形狀，其中，所述反射計，當在頻域中工作時，被布置用于執行在中心波長(λ0)周圍從第一波長到第二波長的波長掃描，以確定所述位置和/或形狀，所述一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)沿所述光纖芯的所述完整長度延伸，所述一個或多個光纖芯中的每個具有沿所述光纖芯的所述完整長度的空間調制的反射(r)，使得對應的反射譜在所述波長掃描中能被檢測。因此，所述光學單元可以包括一個或多個光纖。在第四方面中，本發明可以還涉及一種用于確定相關聯對象的位置和/或形狀的光學感測系統，所述系統包括：一個或多個光纖，其用于空間固定在所述相關聯對象(O)上、空間固定在所述相關聯對象(O)中或空間固定于所述相關聯對象(O)，每個光纖具有一個或多個光纖芯，如在本發明的第一方面中的，但僅有一個光纖芯，所述光纖芯具有沿所述光纖芯的完整長度延伸的一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)，在所述完整長度上，所述對象的所述位置和/或形狀要被確定。大體上，可以以在本發明的范圍內可能的任意方式組合或耦合本發明的各個方面。本發明的這些以及其他方面、特征和/或優點將從后文描述的實施例變得顯而易見，并將參考后文描述的實施例得以闡明。附圖說明將參考附圖，僅以舉例的方式，描述本發明的實施例，在附圖中，圖1示出針對瑞利信號的，來自干涉儀的經傅立葉變換的譜的作為沿纖維的位置的函數的相位，以纖維指數給出位置，圖2示出具有線性啁啾的單個光纖布拉格光柵的作為位置的函數的相位，圖3示出錐形函數的標準化幅度相對于纖維上的標準化位置，所述錐形函數包括具有0.001交疊的40個光柵，圖4示出錐形函數的相位相對于纖維上的標準化位置，錐形包括具有0.001交疊的40個光柵，標準化的啁啾常數等于標準化的調諧范圍，圖5示出菲涅耳反射系數的幅度(為任意單位)相對于失諧，在靠上部分為反射系數的絕對值，深灰色為實部(RE)，并且淺灰色為虛部(IM)，如利用箭頭指示的，圖6示出來自40個線性啁啾光柵的標準化反射譜(也參見圖5)的放大部分，圖7示出因在纖維的0.005部分上具有為0.1微應變量的應變而引起的圖5的反射譜的幅度的改變，圖8示出具有布拉格光柵的多芯纖維的經傅立葉變換的譜的相位，圖9示出當參考移位1指數時，來自光纖布拉格光柵的相位信號的變化，圖10示出根據本法的光學位置和/或形狀感測系統的示意性圖示，圖11示出根據本發明的具有光纖芯的光纖的示意性透視圖示，圖12-14示出根據本發明的具有光纖芯的(一個或多個)光纖的各種實施例的示意性橫截面圖示，圖15-17示出根據本發明的具有FBG的光纖芯的各種實施例的示意性橫截面圖示，以及圖18示出根據本發明的方法的流程圖。具體實施方式圖10示出根據本發明的光學位置和/或形狀感測系統1的示意性圖示。光學感測系統1適于確定相關聯對象O的位置和/或形狀。所述系統包括一個或多個光纖10，一個或多個光纖10用于空間固定在所述相關聯對象O上、空間固定在所述相關聯對象O中或空間固定于所述相關聯對象O，每個光纖具有一個或多個光纖芯，參見圖11及后圖。此外，多個光纖芯(這里未示出)具有沿所述光纖芯的完整長度延伸的一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)，在所述完整長度上，所述對象O的位置和/或形狀要被確定。反射計REFL12例如經由適于該目的的輔助光纖11被光學連接到所述一個或多個光纖10，反射計12被光學布置用于測量在沿所述多個光纖芯的多個采樣點處的應變。可能地，可以應用超過一個輔助光纖11，針對本發明這方面的更多細節參見例如US專利7781724。處理器PROC14被可操作地連接到反射計12，以基于從所述多個光纖芯(這里未示出)所測量的應變來確定所述對象O的位置和/或形狀。反射計12，當在頻域中工作時，被布置用于執行在中心波長(λ0)周圍從第一波長(λ1)到第二波長(λ2)的波長掃描，以確定所述位置和/或形狀，所述一個或多個光纖布拉格光柵(FBG)沿所述光纖芯的完整長度延伸，所述一個或多個光纖芯中的每個具有沿所述光纖芯的所述完整長度的空間調制的反射(r)，使得對應的反射譜在所述波長掃描中能被檢測，所述波長掃描例如從λ1到λ2，下文中也稱作Δλ。圖11示出根據本發明的具有四個光纖芯9a、9b、9c和9d的光纖10的示意性透視圖示。如由垂直圖案填充物指示的，芯9具有沿完整長度的一個或多個FBG(未示出左側末端部分，如由虛線指示的)。如在附錄III中解釋的，針對沿光纖芯9的完整長度的反射r，一般有齊次和非齊次解。針對非齊次解，其中，至少一個光纖芯9具有沿所述完整長度延伸的單個光纖布拉格光柵(FBG)，在所述完整長度上，所述對象O的位置和/或形狀要被確定。針對齊次解，至少一個光纖芯9具有沿所述完整長度延伸的多個光纖布拉格光柵(FBG)，每個光纖布拉格光柵具有不同于其他光纖布拉格光柵的共振波長。設想也可以實施非齊次解與非齊次解的組合。當然，應相應地調整所述反射計。在圖11以及后圖中，光纖芯9被示為與光纖10的中心軸平行，但在一些實施例中，所述光纖芯可以被布置為其他方式。在一個優選的實施例中，光纖芯9的數目為四，并且它們被布置為具有平行于光纖10的中心光纖芯9d，并且其他三個芯9圍繞所述中心芯螺旋扭曲(未示出)。圖11描繪纖維10中的四個芯9a、9b、9c和9d。如在圖11中所示，芯9平行于所述纖維的中心行進。以這樣的布置，能夠實際上僅測量在x和y方向的橫向彎曲，但不能測量/補償所述纖維的應變也不能測量/補償所述纖維的扭曲/扭轉。然而，如果三個芯9a、9b和9c也繞中心芯9d扭曲，則也能夠測量這些性質。然而為了清楚，這未在圖11中或其他附圖中得以示出。在橫向橫截面圖A中，示出芯9的相對位置。圖12-14示出根據本發明的具有光纖芯的(一個或多個)光纖的各種實施例的示意性圖示。在圖12中，示出具有兩個光纖芯9a和9b的光纖10。針對特定類型的感測，這可以是足夠的，例如一維位移，額外的芯被用于溫度補償。在圖13中，示出具有兩個光纖芯9a’和9b’的另一光纖10。如示意性指示的，僅光纖芯9a’具有沿所述長度(垂直圖案填充物)的一個或多個FBS，而另一光纖芯9b’應用另一種反射，例如瑞利散射。因此，在本發明的單獨方面中，僅一個光纖芯9a’具有(一個或多個)FBG，這可以經由對應變易感的光學反射與另一種感測技術組合。在具體實施例中，光纖芯9a’也可以獨立于或無需其他光纖芯而工作。在圖14中，示出具體實施例，其中，光纖芯9a”和9b”被置于獨立的光纖10’和10”中。這當然可以被進一步概括為光纖10的任意組合，每個光纖具有一個或多個光纖芯9，例如2個光纖，每個具有兩個光纖芯(未示出)。圖15-17示出根據本發明的具有FBG的光纖芯的各種實施例的示意性圖示。在圖15中，示意性示出上文提及的齊次解，其中，示出交疊的光纖布拉格光柵8aFBG1、8bFBG2、8cFBG3…FBGi的陣列，針對更詳細的解釋，也參見下文的附錄III。針對現實的光纖，光柵的數目將通常在10.000左右，使得該解多少有些復雜，但對當前的技術而言并非不可能的，并且因此也在本發明的范圍和教導內。在圖15中描繪的齊次的情況因此示出完全交疊的光柵，其中，它們中的每個具有全部纖維長度，并且每個具有其自身的周期性。這可以說是模仿與瑞利散射中類似的情形，但是人為做出的。能夠由一組垂直線，以圖形方式表示這點，所述一組垂直線具有不規則的隨機間距，其具有特定的平均間距。然而出于清楚的原因，這未在圖15中得以示出。在圖16中，示出毗鄰的光纖布拉格光柵區域7aFBGR1、7bFBGR2、7cFBGR3…FBGRi的非齊次解。每個光柵區域具有其自身的共振波長，所述共振波長覆蓋失諧區域的完整跨度。在該具體實施例中，所述光柵區域具有線型改變的光柵周期性(Λ)，即其沿光纖10的長度(從左到右)從高到低，高到低等啁啾。這在光纖10緊下方的圖中針對反射率r得以示意性地指示。注意，為了清楚，夸大了該圖的比例，現實中，其為小的擾動，如下文在附錄III中解釋的。圖16顯示未交疊的啁啾光柵。可以出于完整性考慮增加額外的實施例，所述額外的實施例可以為彼此毗鄰的具有不同共振波長的一系列非啁啾光柵。以此方式，也能夠覆蓋波長跨度。這需要大量的掩模，因此它可以利用干涉儀制作方法，或其他合適的制作得以執行。因此，單個光纖布拉格光柵9在沿所述完整長度的多個區域R1、R2、R3、…Ri中啁啾，使得所述光纖芯中的每個采樣點都具有有效的分離的共振波長，每個采樣點在所述波長掃描中均能被檢測。通過分離，應理解它們在所述掃描中能與相鄰的峰區分開。滿足該要求的任意種類的啁啾都可以被應用于改變所述周期性。所述采樣點可以被分布為具有為10、20、30、40、50、60、70、80、90或100微米(μm)的大致間距。也指示了如何定義所述區域R2和R3內的啁啾長度CL6，并且啁啾長度CL被有利地選擇為使得相位的對應相干長度長于連續采樣點之間的步長Δz。這將顯著減少噪聲和溫度影響，如在下文附錄II中更詳細表明的。啁啾長度6通常針對不同光柵區域R1至Ri是相等的，但也預見到其能夠不同。圖17示出類似于圖16的實施例，但其中，沿光纖芯9的長度的多個區域Rl至Ri彼此部分交疊，如以在任一側分別與FBGR1和FBGR3交疊的FBGR2示意性指示的。在光纖10下方的圖中，指示了交疊區域3a和3b，以示出反射率以及因此共振波長將針對在3a和3b中的兩個交錯的光柵不同。這一般能夠利用奇啁啾函數得以實現，但在該實施例中，示出了線性啁啾。注意，交疊范圍通常相對小(光纖長度的1/1000)，但為了清楚在這里其被示為較大。圖18示出根據本發明的方法的流程圖；一種用于確定相關聯對象O的位置和/或形狀的方法，所述方法包括：S1提供一個或多個光纖10，其用于空間固定在所述相關聯對象O上、空間固定在所述相關聯對象O中或空間固定于所述相關聯對象O，每個光纖具有一個或多個光纖芯9，S2提供多個光纖芯，其具有沿所述光纖芯9的完整長度延伸的一個或多個光纖布拉格光柵FBG8，在所述完整長度上，所述對象O的位置和/或形狀要被確定，S3提供反射計REFL12，其被光學連接到所述一個或多個光纖10，所述反射計被光學布置用于測量在沿所述多個光纖芯的多個采樣點處的應變，以及S4提供處理器PROC14，其被可操作地連接到所述反射計，以基于從所述多個光纖芯所測量的應變來確定所述對象的位置和/或形狀，其中，所述反射計，當在頻域中工作時，被布置用于執行圍繞中心波長λ0從第一波長到第二波長的波長掃描，以確定所述位置和/或形狀，所述一個或多個光纖布拉格光柵FBG8沿所述光纖芯9的所述完整長度延伸，所述一個或多個光纖芯中的每個具有沿所述光纖芯的所述完整長度的空間調制的反射r，使得對應的反射譜在所述波長掃描中能被檢測。通常使用UV光和相位掩模將布拉格光柵寫入光纖芯中。所述相位掩模的有限長度產生所述光柵的相同有限長度。該長度將為幾個cm大并且將沒有所述感測纖維的完整長度那么大。因此，應以這樣的方式寫入多個光柵，使得它們串接或交疊，從而作為纖維位置的函數的信號并不揭示任何間隙。針對本領域技術人員用于制作FBG的進一步細節，參見M.Sumetsky等人的“Holographicmethodsforphasemaskandfibergratingfabricationandcharacterization”。為了獲得良好的空間分辨率(例如40微米)，必須掃描對應的譜帶寬(例如20nm)。在1m長的感測纖維上連續的布拉格光柵將產生遠小于20nm的非常尖銳的譜峰。連續光柵之間的相位躍變將加寬所述譜，但未應變的纖維的譜寬將仍遠低于1nm。為了獲得在所述譜帶的翼中的信息(其中，信號水平小)，檢測器需要具有大的動態范圍。為了緩解該問題，最好啁啾所述(一個或多個)光柵，使得幾乎完整的測量譜帶都被填充。由于所述感測纖維的曲率，應變將繼而發生，并且因此所述反射譜將移位。所述移位最大將是幾個nm。在詢問期間，所述掃描范圍應不僅包含未應變的譜反射帶，而且還包含因應變產生的額外的可能移位。由于所述光柵的啁啾，參考測量的相位將不是恒定的，但呈現對應于所述啁啾的函數相關性。針對線性啁啾，相位函數將為二次的。在圖1中給出這樣的范例。盡管所述相位的總跨度很大，但所述函數是連續的并且針對瑞利散射不完全隨機。變化的長度尺度對應于所述啁啾的譜帶。在小于20nm上的啁啾將對應于所述相位的大于40微米的相干長度，即大于連續測量點之間的步長的相干長度。因此，使對振動和溫度波動的靈敏度降低了遠大于一個量級。在附錄II“ExperimentaldataofphasesignalsformfiberBraggratings”中，給出了有關位置移位(也就是振動)的來自FBG的相位信號的魯棒性的實驗證明。除其他以外，本發明提出了一種具有多芯的纖維，每個芯具有單個啁啾布拉格光柵。所述啁啾的優點在于，針對空間分辨率所需要的譜帶或多或少被均勻填充。這樣的纖維能夠被用于光學形狀感測。除其他以外，本發明提出一種具有單個芯的纖維，所述芯具有多個啁啾布拉格光柵，其中，在所述光柵之間沒有間隙。所述啁啾的優點在于，針對空間分辨率所需要的譜帶或多或少地被均勻填充，并且沒有間隙的優點在于，能夠掃描沿所述芯的所有位置。這樣的單芯纖維能夠被用于這樣的應用，在該應用中以干涉儀方式監測分布式溫度和/或應變曲線。在改進中，本發明提出一種芯，其具有兩個連續布拉格光柵的交疊。所述交疊使得這樣的芯允許對因應變而已被移動到一個光柵區域外部的位置進行掃描。根據本發明的設備的實施例包括：-形狀感測多芯纖維，其具有中心芯和圍繞所述中心芯螺旋纏繞的至少3個外芯；-詢問單元，其將光傳送到所述形狀感測纖維，并且以干涉儀方式檢測來自所述布拉格光柵的反射信號；-處理單元及附帶算法，其將所測量的反射譜轉化成形狀，其特征在于：-所述纖維的全部芯均包含至少一個布拉格光柵；-在所述芯的每個內，以連續方式寫入所述(一個或多個)光柵，使得在作為位置的函數的信號中沒有產生間隙；-在所述芯的每個內，所述(一個或多個)布拉格光柵的譜具有緊密對應于所需要的空間分辨率的譜帶寬；-在采用多個類似的啁啾光柵的情況中，連續光柵優選地在空間域中交疊，同時所述交疊中的共振頻帶對應于所述譜帶的兩個相對翼。如在名為“TheoreticalframeworkoffiberBragggratings”的附錄III中解釋的，存在無限量的方式，其中，單個或一系列光纖布拉格光柵能夠被設計為滿足我們察知的兩個要求：即1)所述(一個或多個)光柵應沿所述纖維連續而無間隙，使得每個位置均產生能檢測的反射，2)總反射譜應包含等于光源的掃掠掃描尺寸的波長跨度。所述掃描尺寸是由針對適當的形狀感測所需要的分辨率確定的，如在等式(1)中給出的。典型的值為圍繞1540nm的中心波長的20nm波長跨度，其將對應于實際空間中為40微米的步長。并非遠未完成，我們現在將給出滿足上文給出的兩個要求的范例。該設計構成了40個具有相等啁啾和相等中心波長的光柵。針對1m長度的纖維，光柵大小因此為25mm，這是在光柵寫入過程期間針對相位掩模的大小的典型值。所述光柵具有所述感測纖維長度的0.001倍的小交疊，即當所述纖維為1m長時，該交疊為1mm。所述光柵中的每個具有線性啁啾，這意味著相位與位置的二次相關性以及隨機選擇的周期性的絕對相位。在使用附圖II的等式(II.1)的形式體系對錐形函數(其具有如圖3給出的標準化幅度和如圖4給出的相位)進行傅立葉變換之后，獲得復菲涅耳反射系數。結果顯示在圖5中。從-32000到+32000的標準化調諧范圍對應于略大于16nm的波長跨度。圖5的譜為密堆積峰的快速變化函數，其完全填充感興趣的譜帶。圖6中給出所述譜的放大部分。通過利用隨機偏移(其在實踐中將是真實的)針對所述光柵中的每個選擇所述錐形函數的絕對相位，似乎在所述譜中不存在結構，從而模仿瑞利散射模式。考慮在其中反射譜的總寬度與總測量范圍對應的設計。應變將以移位超出測量范圍的有限概率移位至少所光譜的部分。在該情況中，特定光柵中具有應變的部分將不被完全監測，從而產生沿所述纖維的應變信息中的間隙。為了緩解該問題，能夠增加連續線性啁啾光柵的交疊。所述纖維上的每個位置具有對應的共振波長。光柵的開始和結束將具有最極端分離的共振波長。在光柵開始處與前一個的交疊和在結束處與下一個的交疊令交疊區域具有兩個不同的共振波長。在它們中的一個移位超出所述測量范圍的情況中，另一個將更多地朝著所述測量范圍的中心移位。因此，所述光柵的交疊確保沿所述纖維的所述應變信息的連續性。也可以計算對應變的靈敏度。在圖7中，因0.1微米應變(10-7的長度改變)引起的反射譜幅度的改變超過所述纖維的0.005部分的長度。在完全齊次錐形函數(像瑞利散射)的情況中，因局部應變引起的改變將在完整譜帶上是可見的。針對一組啁啾光柵，所述錐形函數較不齊次，并且因此，譜改變將僅在總失諧范圍的部分上。然而，圖7揭示了超過調諧范圍的至少15％的改變，同時僅所述纖維的0.5％應變。有關單芯纖維的本發明能夠被用于在其中以干涉儀方式監測分布式溫度和/或應變曲線的應用。有關多芯的本發明能夠被應用于所有微創程序，其中，對醫學設備(例如導絲、導管等)的跟蹤和/或定位是重要的。參考US2011/0109898，MarkE.Froggatt、JustinW.Klein、DawnK.Gifford和StephenTodKreger，“Opticalpositionand/orshapesensing”。US2011/0310378，MarkE.Froggatt、JustinW.Klein，“Interferometricmeasurementwithcrosstalksuppression”。US7781724，BrooksA.Childers、DawnK.Gifford、RogerG.Duncan、MatthewT.Raum、MichaelE.Vercillino和MarkE.Froggatt，“Fiberopticshapesensingdeviceandmethodrelatingthereto”。H.Kogelnik，“Filterresponseofnonuniformalmost-periodicstructures”，BellSystemTechn.J.55(1)，1976，109。M.Sumetsky等人，“Holographicmethodsforphasemaskandfibergratingfabricationandcharacterization”，LaserMicromachiningforOptoelectronicDeviceFabrication，AndreasOstendorf，Editor，ProceedingsofSPIE，第4941卷(2003)。在此通過引用將以上所有參考整體并入本文。附錄I.瑞利信號強度與信噪比下面是使用干涉儀器件對單模纖維中的瑞利散射的信號的估計。為了檢查該估計，計算信噪比，并將其與實驗值進行比較，所述實驗值源自LunaFormAcquisition系統。噪聲水平具有兩個貢獻。一個源自于檢測器電子器件，尤其是互阻抗放大器中的反饋電阻器的溫度約翰遜噪聲。另一個源于激光源的相對強度噪聲。瑞利散射電信光纖中的損耗總計為0.15dB/km，并且主要是瑞利散射。這意味著，在約30km之后，一半的光將被散射掉，并且下一個放大器站被并入。我們將使用以下散射參數：αs＝0.015×ln10×0.001＝3.4·10-5m-1被散射的光分布在完全立體角上，并且僅一小分數在所述纖維的模式中被捕獲。該分數fs是由內角θNA確定的，所述內角對應于外部數值孔徑：針對所述纖維中的輸入功率I0和為L的纖維長度，所述瑞利散射的總功率Ir將為：Ir＝I0αsfsL＝10-3×3.4·10-5×1.6·10-3×1.5＝82pW幸運的是，我們以干涉儀的方式測量，并且將被瑞利散射的光與參考功率混合，所述參考功率在量級上與所述纖維上的輸入功率類似，因此，檢測器上的RF功率為：良好的InGaAsPIN二極管將具有約1A/W的靈敏度，使得檢測器電流iRF總計為約0.3μΑ。放大器噪聲在互阻抗放大器中，檢測器電流將被推動通過反饋電阻器R，從而產生信號電壓。所述反饋電阻器在大小上受頻率帶寬限制，這在以下方式中是需要的：雜散電容C將使具有阻抗1/(ωC)的所述反饋電阻器短路，使得R不能大于該值。難以將雜散電容減小到1pF以下的值。電阻器的熱噪聲由以下給出：在上述等式的最后部分，我們取如由所述雜散電容C給出的電阻R的最大值。互阻抗放大器的固有噪聲電平獨立于帶寬。然而，所述信號取決于所述帶寬，因為電阻器R與所述帶寬成反比。因此，信噪比與所述帶寬成反比(并且不是與所述帶寬的平方根成反比，如上式可能表明的)。所述信噪比為：我們已將所述放大器限制到30MHz。該值是通過考慮具有時鐘干涉儀的500nm/s的掃頻激光源而獲得的，所述時鐘干涉儀具有20m延遲，從而產生為約6MHz的時鐘頻率。為了恰當校正時鐘信號的變化，將采樣速率設定為5倍高。在30MHz并且雜散電容不大于1pF，所述反饋電阻器能夠具有為5kΩ的值。幅度為30的信噪比在功率上對應于也是30dB的比率。激光RIN在干涉儀中，檢測器除了經歷RF信號外還將經歷來自參考臂的對應于功率的DC信號。該DC信號將具有也在所述RF信號的頻率的幅度噪聲。該貢獻將產生有限的信噪比。良好的半導體激光器將呈現為-120dB/Hz的RIN噪聲水平。注意，也是在這里，噪聲與帶寬成比例。這源于以下事實，即激光器功率產生檢測器電流，使得電功率與光學功率的平方成比例。所述噪聲在測量的頻率處，即在MHz范圍中，必須是已知的。帶寬(在所述帶寬上在該頻率周圍其被積分)為對應于被步長分開的兩個相鄰點的頻率差。這與總掃描長度的倒數相同，也就是1/40ms＝25Hz。所述激光器的噪聲水平因此為-106dB。RF水平與DC水平的比率等于：因激光器噪聲帶來的信噪比水平估計僅為35dB。這相當小并且我們應檢查所有激光器(包括Luna系統)RIN水平是多少。類似于檢測器噪聲，這將極大地幫助增大信號。附錄II.來自光纖布拉格光柵的相位信號的實驗數據纖維包括多個芯，即一個中心芯，以及在距所述中心芯50微米距離處并且在所述中心芯周圍以大致18mm的節距螺旋纏繞的3個外芯。每個芯包含具有大致為25-30mm長度和1543nm左右的共振波長的布拉格光柵。當所述纖維彎曲時，所述外芯將經歷應變。由于它們的螺旋纏繞，所述應變將以18mm的周期性，周期性地從拉伸改變到壓縮或反之。利用干涉儀在1540nm左右的20nm的譜范圍上，測量四個芯的反射譜。傅立葉變換獲得為延遲(即沿所述纖維的位置)的函數的復信號。在圖8中，示出減去恒定斜率之后該負雜信號的相位，所述恒定斜率源自于以下事實，即共振不在譜掃描的中心。清楚可見因應變引起的振蕩，所述應變來自與螺旋纏繞組合的彎曲。必須將其與如圖1中給出的瑞利散射的相位信號進行比較。沒有減去參考測量(其中所述纖維為直線)的相位，則不能解讀瑞利信號，同時布拉格光柵揭示沒有參考的應變。這自身已是清楚的證據，證明來自布拉格光柵的信號相對于沿所述纖維的位置中的小變化的魯棒性，以及因此抵抗振動的魯棒性。參考具有直線纖維的測量結果的相位信號將增強針對光纖布拉格光柵以及瑞利信號兩者的應變信息。當所述參考移位小量(纖維指數的分數)時，所述瑞利信號的相位將失去其相關性，并且不能檢索能感測的應變信息。另一方面，來自光纖布拉格光柵的信號對抗參考數據的移位相當魯棒。考慮外芯的相位信號(其為沿所述纖維的位置的函數，如在圖8中給出的)，并減去參考測量結果的相位信號。重復相同的動作但使參考相位信號移位一纖維指數(約40微米)。這兩個相位差信號完全相同，除了給定的恒定偏移。這在圖9中被描繪出，其中，相對于沿所述纖維的位置，標繪相位差的該變化。所述參考相位信號僅以恒定的值改變(沒有增加到因彎曲引起的應變)。此外，因移位增加的噪聲小于±0.1弧度，從而顯示布拉格信號的魯棒性。附錄III.光纖布拉格光柵的理論框架Kogelnik已經示出針對布拉格光柵，存在一方面的反射率(為波長的函數)與另一方面的光柵的錐形函數之間的簡單關系。這里，Ω為錐形函數的幅度，即所述纖維中向前和向后傳播的波之間的耦合強度，并且得自所述芯的介電常數中的周期性，φ為所述錐形函數的相位。當幅度Ω和相位φ恒定時，這意味著所述光柵的周期性Λ固定，并且積分得到以δ＝0為中心的同步函數。大體上，Ω和φ兩者均為位置z*的函數，或者換言之，所述光柵是非均勻的。所述光柵將具有殆周期結構，即所述錐形函數僅呈現對位置的小的依賴性，使得波長依賴性能夠被視為在中心共振附近的擾動：λb＝2nΛ(II.2)在等式(II.1)中，使用失諧參數δ，其描述從所述中心共振的波長移位：此外，在等式(II.1)中，通過利用纖維的長度L將非無量綱量標準化，已經將非無量綱量減小到無量綱量(δ*＝δ.L，Ω*＝Ω.L以及z*＝z/L)。所述錐形函數在所述纖維外部為零，使得能夠從-∞到+∞取積分。在該情況中，等式(II.1)具有傅里葉積分的形式，其中，指數中的額外因子2源自以下事實，即光在反射實驗中前后傳播，從而行進所述距離的兩倍。這里的目的是設計錐形函數，使得所述反射譜填充具有失諧范圍Δδ*的特定帶。可以按我們的方便選擇該帶的寬度。在設計中，我們必須在齊次分布與非齊次分布之間進行原則性的選擇。在齊次的情況中，我們必須創建許多光柵，每個均在所述纖維的完整長度上延續，但都具有不同的共振波長和不同的隨機相位。在所述纖維的每個位置處，所有光柵均存在，因此這是齊次分布并且模仿瑞利散射的相似性。為了在失諧范圍Δδ*上具有非零反射，我們必須取N＝Δδ*/π個光柵，其中，所述光柵的共振移位δk*等于2πj，其中，-N/2<j<N/2。針對反射的方程為：注意，相位為隨機數。針對具有為1m的纖維長度和中心在1540nm左右為20nm的波長帶的真實情形，必須在所述纖維的完整長度上寫入的光柵的數目N不切實際地大，并且總計大于104。因此，我們將不考慮該選項。在非齊次的情況中，我們有一個光柵，其以這樣的方式啁啾，使得所述纖維上的每個位置都具有其自己的共振波長，該共振波長覆蓋所述失諧范圍的完整跨度。在所述共振移位與位置成線性的情況中，所述錐形函數的相位需要具有對位置的二次依賴性：φ(z*)＝δk*·z*2(II.5)由下式給出為失諧的函數的附帶反射：在等式(II.6)中，符號C和S代表菲涅耳積分。與齊次的情況相反，線性啁啾的布拉格光柵產生復菲涅耳反射系數。等式(II.6)也能夠被用于串接的啁啾光柵的情況，即這樣的光纖，其具有N個相等啁啾的光柵，但長度相繼更小。這些光柵中的每個將呈現類似的菲涅耳反射系數，該系數具有對應于纖維上的位置的額外的相位因數。因此，簡言之，本發明涉及一種用于確定相關聯對象(O)的位置和/或形狀的光學感測系統(1)，所述系統包括：光纖(10)，其具有一個或多個光纖芯(9)，所述一個或多個光纖芯具有沿完整長度延伸的一個或多個光纖布拉格光柵(FBG，8)，在所述完整長度上，所述對象(O)的位置和/或形狀要被確定。反射計(REFL，12)測量在沿所述光纖芯的多個采樣點處的應變，并且處理器(PROC，14)基于從所述多個光纖芯所測量的應變來確定所述位置和/或形狀。所述(一個或多個)光纖布拉格光柵(FBG，8)沿所述光纖芯(9)的所述完整長度延伸，所述光纖芯具有沿所述光纖芯的所述完整長度的空間調制的反射(r)，使得對應的反射譜在所述波長掃描中能被檢測。因此，所述(一個或多個)光纖布拉格光柵可以沿所述光纖有效地連續而無間隙，使得每個位置均產生能檢測的反射，并且實現所述反射譜可以包含等于所述反射計中的光源的所述波長掃描或“掃掠”的波長跨度。盡管已在附圖和前文的描述中詳細說明并描述了本發明，但要將這種說明和描述視為說明性或示范性的而非限制性的；本發明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、說明書以及權利要求書，本領域技術人員在實踐要求保護的本發明時，能夠理解并實現對所公開實施例的各種變型。在權利要求書中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且量詞“一”或“一個”不排除多個。單個諸如處理器或其他單元可以完成權利要求書中記載的若干項目的功能。互不相同的從屬權利要求中記載了特定措施不指示不能有利地使用這些措施的組合。計算機程序可以被儲存/分布在合適的介質上，所述介質例如是與其他硬件一起提供或作為其他硬件的部分提供的光學儲存介質或固態介質，但計算機程序也可以以其他形式分布，例如經由因特網或是其他有線或無線的遠程通信系統。權利要求書中的任何附圖標記均不得被解釋為對范圍的限制。