基于激光固化打印技术的超声传感器的制备系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光固化打印技术的超声传感器的制备系统及方法，制备系统包括机架以及设于机架上的位移平台、载玻片、聚焦物镜、激光器和激光控制器。位移平台上安装有光纤夹具，光纤夹具用于夹持光纤；载玻片位于光纤夹具的下方，用于承载光刻胶；聚焦物镜设于载玻片的下方；激光器设于聚焦物镜的下方，激光器用于朝向聚焦物镜和载玻片的方向发射激光，发射的激光可以通过聚焦物镜聚焦，以使激光的焦点位于载玻片的上方；激光控制器用于控制激光器的光斑运动路径以及焦点位置，以使激光器的光斑焦点在各个目标位置实现激光固化，在光纤的端面一次成型传感结构，能够方便快速地制备出结构更加稳定的超声传感器，提高传感器的灵敏度和精度。传感器的灵敏度和精度。传感器的灵敏度和精度。

【技术实现步骤摘要】
基于激光固化打印技术的超声传感器的制备系统及方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种基于激光固化打印技术的超声传感器的制备系统及方法。

技术介绍

[0002]与电学超声传感器相比，光纤超声传感器具有不受电磁干扰、灵敏度更高以及体积更小等优点，具有更重要的学术研究价值和市场应用前景。基于薄膜的光纤法布里
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珀罗超声传感器的基本传感原理是超声波作用于薄膜时，会引起薄膜振动和薄膜厚度变化，导致FP腔长发生变化，进而使FP干涉光谱的斜边漂移，通过检测光谱斜边的漂移量可得知超声波的幅值。
[0003]现有技术中的光纤超声传感器，采用粘接的方式将传感结构连接在光纤上，还需要额外贴覆薄膜，制造过程操作不便，而且会导致超声传感器的结构不稳定，传感结构与光纤的拼接处会产生光损，降低信噪比。在制造的过程中，贴覆的薄膜制备工艺复杂，成本较高，较低的化学稳定性和耐温性导致其无法在恶劣环境下长期使用，而且较高的杨氏模量降低了其响应度。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于激光固化打印技术的超声传感器的制备系统，能够方便快速地加工制造出结构更加稳定的超声传感器。
[0005]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于激光固化打印技术的超声传感器的制备系统，其特征在于，包括机架，以及设于所述机架上的：位移平台，所述位移平台上安装有光纤夹具，所述位移平台用于带动所述光纤夹具沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向移动，所述光纤夹具用于夹持光纤；载玻片，位于所述光纤夹具的下方，所述载玻片用于承载光刻胶；聚焦物镜，设于所述载玻片的下方；激光器，设于所述聚焦物镜的下方，所述激光器用于发射激光，发射的激光通过所述聚焦物镜聚焦，以使激光的焦点位于所述载玻片的上方；以及激光控制器，用于控制所述激光器的光斑运动路径以及焦点位置。
[0006]相比现有技术，上述制备系统的有益效果在于：
[0007]1、利用本制备系统制备超声传感器时，可以采用光纤夹具夹持光纤，在载玻片上滴加光刻胶，并采用位移平台移动光纤，使光纤的下端面浸没至光刻胶内，然后打开激光器和激光控制器，激光控制器可以根据预先设定的运行轨迹，控制激光器的光斑运动路径以及焦点位置，使得激光器的光斑焦点在不同的位置实现光刻胶固化，从而在光纤的端面打印出传感结构，最终制备获得所需的超声传感器；
[0008]2、采用本制备系统可以将传感结构在光纤端面一次打印成型，只需要提前设定好打印路径即可，操作更加方便快捷，而且传感结构是在光纤端面打印成型的，可以使得超声传感器的结构更加稳定，灵敏度更高；
[0009]3、本制备系统采用了聚焦物镜对激光器所发射的激光进行聚焦，使得设置在载玻
片下方的激光器可以在载玻片的上方聚焦，打印时，只需要将光纤伸至光刻胶内即可，而聚焦物镜与激光器均不需要伸至光刻胶内，免去了清洗的麻烦，同时，聚焦物镜移动时，不会搅动光刻胶，也不会影响打印的效果；
[0010]4、打印时，滴加的光刻胶贴合在载玻片的上表面，也即，光刻胶的下表面为相对稳定的平面，激光从光刻胶的下表面的不同位置进入光刻胶内时的折射角度一致，方便每次打印时调整聚焦位置。
[0011]本专利技术还提供了一种基于激光固化打印技术的超声传感器的制备方法，采用上述的制备系统，包括如下步骤：
[0012]S100、使用三维制图软件建立超声传感器的支撑结构的模型，所述支撑结构的外径由所述支撑结构的第一端至第二端逐渐减小，所述支撑结构的内部具有内腔，所述内腔贯穿所述支撑结构的第一端，且所述内腔的顶部与所述支撑结构的第二端的端面之间形成薄膜结构，所述支撑结构的第一端具有导流槽，所述导流槽连通所述内腔和所述支撑结构的外部，建模完成后，将建立好的所述支撑结构的模型保存为STL格式的打印文件，并将该打印文件导入切片软件，采用切片软件制作激光器扫描的路径文件，并将路径文件导入所述激光控制器；
[0013]S200、提供光纤，将光纤的第一端的端面切平，并将切平后的端面清洁干净；
[0014]S300、采用光纤夹具夹持经过步骤S100处理后的光纤，并使光纤的第一端朝下；
[0015]S400、在载玻片的上端面滴加光刻胶，采用位移平台带动光纤夹具移动，以使光纤的第一端的端面浸没在光刻胶内；
[0016]S500、打开激光器和激光控制器，所述激光控制器根据步骤S100中导入的路径文件，控制激光器的扫描路径，使激光器的光斑聚焦在不同的位置对光刻胶进行固化，以在所述光纤的第一端的端面打印出所述支撑结构，且所述支撑结构的第一端的端面贴合连接所述光纤的第一端的端面；
[0017]S600、取下经过步骤S500处理之后的光纤，并将打印完成的支撑结构进行显影处理，去除所述支撑结构内部的未固化的光刻胶，并使未固化的光刻胶从所述导流槽内流出；
[0018]S700、在所述支撑结构的第二端的端面镀上金属反射膜。
[0019]相比现有技术，上述制备方法除了具有制备系统所有的技术效果之外，还具有如下有益效果：
[0020]1、本制备方法可以在光纤的第一端的端面一次打印成型支撑结构和薄膜结构，能够简化超声传感器的制备工艺，通过打印的方式在光纤的第一端的端面成型出支撑结构，能够使得超声传感器的结构更加稳定，降低对相位的微扰，提高测量精度，而且，采用光刻胶制作的薄膜结构具有较小的杨氏模量，能够提高超声传感器的灵敏度；
[0021]2、本制备方法在步骤S100中，在支撑结构的第一端设置了导流槽，在步骤S600中，导流槽可以方便未固化的光刻胶流出，而且，可以根据实际需求，调整导流槽的大小，来调整超声传感器的响应度。
[0022]上述的基于激光固化打印技术的超声传感器的制备方法，在所述步骤S400中，所述光纤的第一端的端面与所述载玻片的上表面不接触。
[0023]上述的基于激光固化打印技术的超声传感器的制备方法，在所述步骤S500中，使用所述激光控制器调整所述激光器的初始打印位置：在竖直方向上，所述激光器的光斑焦
点位置位于载玻片和光刻胶的界面处，在水平方向上，所述激光器的光斑焦点位于光刻胶内。
[0024]上述的基于激光固化打印技术的超声传感器的制备方法，在所述步骤S600中，采用丙酮对打印完成的支撑结构进行显影处理，显影处理时间为20s～60s。
[0025]上述的基于激光固化打印技术的超声传感器的制备方法，在所述步骤S700中，采用蒸镀的方式在支撑结构的第二端的端面镀上金属反射膜。
[0026]上述的基于激光固化打印技术的超声传感器的制备方法，在所述步骤S100中，所述支撑结构呈圆台状，所述内腔呈圆孔状。
[0027]上述的基于激光固化打印技术的超声传感器的制备方法，在所述步骤S100中，所述内腔的顶部与所述支撑结构的第二端的端面之间形成的薄膜结构的厚度小于10微米。
[0028]上述的基于激光固化打印技术的超声传感器的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光固化打印技术的超声传感器的制备系统，其特征在于，包括机架，以及设于所述机架上的：位移平台(100)，所述位移平台(100)上安装有光纤夹具(200)，所述位移平台(100)用于带动所述光纤夹具(200)沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向移动，所述光纤夹具(200)用于夹持光纤(800)；载玻片(300)，位于所述光纤夹具(200)的下方，所述载玻片(300)用于承载光刻胶(310)；聚焦物镜(400)，设于所述载玻片(300)的下方；激光器(500)，设于所述聚焦物镜(400)的下方，所述激光器(500)用于发射激光(510)，发射的激光(510)通过所述聚焦物镜(400)聚焦，以使激光(510)的焦点位于所述载玻片(300)的上方；以及激光控制器(600)，用于控制所述激光器(500)的光斑运动路径以及焦点位置。2.一种基于激光固化打印技术的超声传感器的制备方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的制备系统，包括如下步骤：S100、使用三维制图软件建立超声传感器的支撑结构(700)的模型，所述支撑结构(700)的外径由所述支撑结构(700)的第一端至第二端逐渐减小，所述支撑结构(700)的内部具有内腔(710)，所述内腔(710)贯穿所述支撑结构(700)的第一端，且所述内腔(710)的顶部与所述支撑结构(700)的第二端的端面之间形成薄膜结构(720)，所述支撑结构(700)的第一端具有导流槽(730)，所述导流槽(730)连通所述内腔(710)和所述支撑结构(700)的外部，建模完成后，将建立好的所述支撑结构(700)的模型保存为STL格式的打印文件，并将该打印文件导入切片软件，采用切片软件制作激光器(500)扫描的路径文件，并将路径文件导入所述激光控制器(600)；S200、提供光纤(800)，将光纤(800)的第一端的端面切平，并将切平后的端面清洁干净；S300、采用光纤夹具(200)夹持经过步骤S100处理后的光纤(800)，并使光纤(800)的第一端朝下；S400、在载玻片(300)的上端面滴加光刻胶(310)，采用位移平台(100)带动光纤夹具(200)移动，以使光纤(800)的第一端的端面浸没在光刻胶(310)内；S500、打开激光器(500)和激光控制器(600)，所述激光控制器(600)根据步骤S100中导入的路径文件，控制激光器(500)的扫描路径，使激光器(500...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄沃彬，董波，陈宗渝，张森鹏，杨柳，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：