A medição da força na extremidade da sonda cirúrgica minimamente invasiva é crucial para alcançar um controle preciso e melhorar a qualidade da cirurgia, sendo essencial para garantir a segurança da operação. Este artigo, atendendo às necessidades práticas da medição da força na ponta da sonda cirúrgica, projetou um sensor de força de fibra óptica integrado à sonda baseado na cavidade Fabry-Perot (F-P) em cascata com a grade de Bragg de fibra óptica (Fiber Bragg Grating, FBG). Primeiramente, com base na teoria da interferência de feixe duplo da cavidade F-P e na teoria de detecção de grades de fibra óptica, combinada com a estrutura em viga em balanço da sonda, foi analisado e construído o modelo de sensores ópticos da cavidade F-P e FBG implantados na sonda, derivando a relação entre o deslocamento do comprimento de onda característico da cavidade F-P e da FBG com a força aplicada. Além disso, foi introduzida a matriz de sensibilidade à força e temperatura para realizar a medição da força da sonda, evitando efetivamente a interferência cruzada da temperatura. Em seguida, a cavidade F-P de fibra óptica foi preparada por corrosão química e em cascata com a FBG para formar o sensor, que foi integrado na sonda cirúrgica. Por fim, para calibrar e verificar o sensor de força de fibra óptica em cascata com a cavidade F-P projetado, foram realizados experimentos de calibração da sensibilidade à força e à temperatura e testes de estabilidade. Os resultados mostraram que a sensibilidade à força da cavidade F-P da fibra óptica alcança 331,8 pm/N, a sensibilidade à força do FBG atinge 159,9 pm/N, a linearidade é superior a 0,99, e o deslocamento médio do comprimento de onda é de 25 pm. O sensor de força projetado apresenta alta sensibilidade e boa linearidade, possuindo amplas perspectivas de aplicação no campo dos robôs cirúrgicos para cirurgia minimamente invasiva.

Sensor de força de fibra óptica; sonda cirúrgica; cavidade Fabry-Perot (F-P); grade de Bragg (FBG); matriz de sensibilidade