基于cMUT环形阵列的微型光声传感器的制造方法【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。[0002]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。[0003]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P ZT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。[0004]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。
[0005]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。[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]本发明的有益效果是:
(1)本发明米用cMUT技术,探头加工尺寸和系统尺寸分别在微米量级和晕米量级，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。



[0011]图1为本发明结构的剖面示意图。 [0012]图2为本发明结构的仰视图。
[0013]图3为cMUT阵元的结构示意图。

[0014]以下结合附图对本发明作具体说明:
本实施例的结构如图1-3所不，一种基于cMUT环形阵列的微型光声传感器，在外壳4的顶部和中部设有固定层3,在固定层3的顶部中央设有光纤头6,光纤头6上插有光纤7,在固定层3的中央、位于光纤头6的下方设有透镜8 ;在外壳4的下部、固定层3之下黏合有cMUT环形阵列探头13的基底2，在基底2底端内部设有cMUT阵元I ;所述的cMUT环形阵列探头13为中空的平面阵列，cMUT环形阵列探头13的基底2内设有k个cMUT阵元I均匀排列在弧度为K的圆弧上，且O <K<2Ji，k = 2，3，……η ;所述的cMUT阵元I包含有iX j个矩阵排列的震动膜11，每个震动膜11通过导线12与电极10电气连接，且i =1,2,……n，j = 1,2,……η;所述电极10与信号线5电气连接，其中信号线5穿过固定层3和外壳4将信号输出；在透镜8的下方、cMUT环形阵列探头13的中空内环设有透光保护膜9 ;光纤头6、透镜8、cMUT环形阵列探头13、透光保护膜9的中心都位于同一中轴线上，一体化封装于外壳4内，构成一体化的同轴共焦结构；所述的光纤7传输一个或多个波长在紫外至红外范围内的脉冲或调制激光，经透镜8后产生聚焦或平行的光束，穿过透光保护膜9和cMUT环形阵列探头13的中空内环，射向被检测样品激发出光声信号，cMUT环形阵列探头13采用背向模式接收光声信号，实现连续A型动态聚焦扫描的光声探测，提供中轴线下方多个位点的光学吸收特征。
[0015]其中cMUT环形阵列探头13具有体积小、阵列密度高、带宽大和机电转化效率高等诸多优点。cMUT环形阵列探头13的直径约为1mm，中心频率为14MHz，带宽175%，机电耦合系数可达0.85，在基底2上设计有30个cMUT阵元I均匀排列在弧度为2 π的圆弧上，阵元间距为98μπι，其中每个cMUT阵元I含有6个(3X2)矩阵排列震动膜11，震动膜11的材料为氮化硅，其 厚度与直径分别为0.4 μ m和26 μ m。