[发明专利]基于cMUT环形阵列的微型光声传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光子学成像技术领域，具体涉及一种基于cMUT环形阵列的微型光声传感器。

背景技术

光声成像是一种以超声作为媒介的非介入型无损光子学检测技术。它结合了纯光学技术和纯超声技术的优点，采用检测超声波代替检测散射光子，从而在原理上避开了如近红外光谱等方法的高散射、低灵敏度、低探测深度、强干扰等缺点，相对其它的光子学方法表现出更吸引人的优点。

不同类型的声波传感器是光声检测系统的关键设备之一，如压电传式感器、电容式传感器、非接触式光学探测器等。目前，在光声成像中常用的检测设备为压电式传感器，其中以压电陶瓷和聚偏氟乙烯（PVDF）材料的应用最多。压电陶瓷具有压电常数大和介电常数高的优点，其制造工艺也较成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能，但其机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差。以PVDF薄膜为代表的有机压电材料的材质柔韧质轻，与传统的压电材料相比具有宽频带、低声阻、高灵敏度、高机械强度、高稳定度、易加工和易安装等特点，容易大量生产和制成较大面积的任意形状敏感元件。例如常用的PVDF压电薄膜，其柔顺系数约为PZT的30倍，但比重只有PZT的1/4左右，且化学稳定性比陶瓷高10倍。

但由于压电材料和工艺的限制，以上传感器都存在难于实现毫米级体积的高密度多维阵列，在光声成像中的实际推广应用前景受到了很大的限制，尤其是在内窥式的微型光声激发与传感结构。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种基于cMUT环形阵列的微型光声传感器，实现无损光声激发与传感的一体化微型结构，可广泛应用于血糖血氧检测、脑损伤诊断、乳腺癌普查、内窥式医学成像、工业检测与探伤等领域。

为解决上述技术问题，实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

    一种基于cMUT环形阵列的微型光声传感器，包括外壳，在外壳顶部和中部设有固定层，固定层的顶部设有光纤头，光纤头上插有光纤，在固定层的中央设置有透镜，固定层之下设置有黏合着cMUT环形阵列探头的基底，其中光纤头、透镜、cMUT环形阵列探头和基底同轴设置，基底底端内部设有cMUT阵元，所述cMUT阵元包含有矩阵排列的震动膜，每个震动膜通过导线与电极电气连接，cMUT阵元与信号线电气连接。

    进一步的，所述cMUT环形阵列探头为中空的平面阵列，cMUT环形阵列探头的中空内环设有透光保护膜，基底内设有cMUT阵元。

    优选的，所述的电极与信号线电气连接，其中信号线穿过固定层和外壳。

    进一步的，所述光纤头、透镜、cMUT环形阵列探头和透光保护膜的中心都位于同一中轴线上，一体化封装于外壳内，构成一体化的同轴共焦结构。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用cMUT技术，探头加工尺寸和系统尺寸分别在微米量级和毫米量级，与传统压电传感器相比具有体积小、阵列密度高、带宽大和机电转化效率高等优点，易于实现系统结构的微型化和实用化；

（2）本发明将cMUT阵元以环形阵列结构排列，有效的提高了其在中轴线上的动态聚焦探测能力，可实现中轴线下方多个位点的光声探测；

（3）本发明将光声激发与传感设计为同轴共焦的一体化结构，极大的提高了光声信号的激发与传感效率；

（4）本发明采用背向模式探测光声信号，有效的提高了系统的可操作性和适用范围，可广泛应用于血糖血氧检测、脑损伤诊断、乳腺癌普查、内窥式医学成像、工业检测与探伤等领域。

附图说明

图1为本发明结构的剖面示意图。

图2为本发明结构的仰视图。

图3为cMUT阵元的结构示意图。

具体实施方式

    以下结合附图对本发明作具体说明：