專利名稱：一種太赫茲波探測(cè)器、探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太赫茲波探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太赫茲波探測(cè)器、探測(cè)
系統(tǒng)及^:測(cè)方法。
背景技術(shù)：
太赫茲(Terahertz, THz， lTHz=1012Hz)波指頻率在O.lTHz ~ 10THz (即 波長(zhǎng)為3mm 3(Him)區(qū)間的電,茲波，其波段位于微波和紅外光之間，屬于遠(yuǎn) 紅外線和亞毫米波范疇。THz波對(duì)很多介電材料和非極性液體有很好的穿透性， 可對(duì)不透明物體進(jìn)行透視探測(cè)；其光子能量很低，對(duì)生物體很安全；THz波包 含了豐富的光i普信息，具有良好的光譜分辨特性。因而THz技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、 安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
太赫茲波輻射源和太赫茲波探測(cè)技術(shù)影響著其他一切太赫茲波科學(xué)和技術(shù) 研究的發(fā)展。然而現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有公開(kāi)太赫茲波的探測(cè)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種能探測(cè)太赫茲波的太赫茲波探測(cè)器。 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的， 一種太赫茲波探測(cè)器，所述探測(cè)器包括 透鏡，用于接收第一光信號(hào)，進(jìn)行濾波后聚焦輸出第二光信號(hào)； 探測(cè)元件，.將所述透鏡輸出的第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出； 信號(hào)放大電路，將所述探測(cè)元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波后放大輸出；以及 電源，用于給所述探測(cè)元件以及所述信號(hào)放大電路提供工作電壓。 本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)，包括太赫茲 波輻射源，輻射光信號(hào)；拋物面鏡，收集所述光信號(hào)，并入射至樣品上；斬光
器，當(dāng)所述光信號(hào)入射至樣品上時(shí)，調(diào)制所述光信號(hào)；太赫茲波探測(cè)器，接收 所述調(diào)制后加載了樣品信息的光信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出；以及示波器，將所述 太赫茲波探測(cè)器的輸出進(jìn)行顯示；所述太赫茲波探測(cè)器進(jìn)一步包括 透鏡，用于接收第一光信號(hào)，進(jìn)行濾波后聚焦輸出第二光信號(hào)； 探測(cè)元件，將所述透鏡輸出的第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出； 信號(hào)放大電路，將所述探測(cè)元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波后放大輸出； 電源，用于給所述探測(cè)元件以及所述信號(hào)放大電路提供工作電壓。 本發(fā)明實(shí)施例的另一目的還在于提供一種采用上述太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)探測(cè) 太赫茲波的方法，所述方法包括下述步驟
收集太赫茲波源輻射的光信號(hào)，并入射至樣品上； 當(dāng)所述光信號(hào)入射至樣品上時(shí)，調(diào)制所述光信號(hào)； 接收所迷調(diào)制后加載了樣品信息的光信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出； 將所述輸出進(jìn)行顯示。
本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)器、探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法能夠探測(cè)到太 赫茲波，從而有利于其他一切太赫茲波科學(xué)和技術(shù)研究的發(fā)展。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的信號(hào)放大電路的電路圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)太赫茲波的探測(cè)方 法的流程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附閨及實(shí)
施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅
僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施例采用太赫茲波探測(cè)器可以很好的探測(cè)到太赫茲波。
本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)器主要應(yīng)用于太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)中，圖
1示出了太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例
相關(guān)的部分，詳述如下。
太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)包括太赫茲波輻射源6，輻射光信號(hào)；拋物面鏡7，收 集太赫茲波輻射源6輻射的光信號(hào)，并入射至樣品9上；斬光器8，當(dāng)光信號(hào) 入射至樣品上時(shí)，調(diào)制光信號(hào)；太赫茲波探測(cè)器IO,接收調(diào)制后加載了樣品信 息的光信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出；以及示波器11,將太赫茲波探測(cè)器10的輸出 進(jìn)行顯示。
其中，太赫茲波探測(cè)器10的結(jié)構(gòu)如圖2所示，為了便于說(shuō)明，僅示出了與 本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳迷如下。
太赫茲波探測(cè)器10包括透鏡IOI,用于接收第一光信號(hào)，進(jìn)行濾波后聚 焦輸出第二光信號(hào)；探測(cè)元件102,將透鏡101輸出的第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)輸出；信號(hào)放大電路103,將探測(cè)元件102輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波后放大輸 出；電源104，用于給探測(cè)元件102以及信號(hào)放大電路103提供工作電壓。作 為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，太赫茲波探測(cè)器IO還包括機(jī)械裝置(圖中未示出)， 用于承載并固定探測(cè)元件102、透鏡101、信號(hào)放大電路103以及電源104,減 少環(huán)境干擾。
作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，探測(cè)元件102為紅外熱釋電傳感器。而紅外熱 釋電傳感器可以為L(zhǎng)HI778, LHI968, RE200B等，其中LHI778響應(yīng)特性最好， 靈敏度可達(dá)4000V/W, NEP可達(dá)7.5x 10-1()WHz-2。透鏡101為菲涅耳透鏡，而 菲涅耳透鏡可以為Fresnel8120, Fresnel7709等，其中本發(fā)明實(shí)施例采用 Fresnel8120,其尺寸大小剛好可以直接安放在LHI778紅外熱釋電傳感器上。
作為本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例，電源104為3-12V直流電源均可，本發(fā)明實(shí)施例 采用+9V層疊電池。
在本發(fā)明實(shí)施例中，機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)為密封的立方體，立方體的前端和頂 端可拆卸；立方體的前面板上有小孔，用于固定透鏡101和導(dǎo)入光波；立方體 的前端還有凹槽，用于放置信號(hào)放大電路103和探測(cè)元件102;立方體的上端 也有凹槽，用于放置+9V層疊電池，中部有兩個(gè)小凹槽用于信號(hào)放大電路103 和層疊電池及開(kāi)關(guān)SW的導(dǎo)線連接，以及信號(hào)放大電路103和輸出BNC插座 J2間的導(dǎo)線連接。開(kāi)關(guān)SW和輸出插座J2固定在后面板上。該機(jī)械裝置采用鋁 制材料。
作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，探測(cè)元件102與信號(hào)放大電路103可以通過(guò)焊 接的方式連接；也可以直接用導(dǎo)線連接。
在本發(fā)明實(shí)施例中，信號(hào)放大電路103為毫伏級(jí)到伏級(jí)電壓放大電路，其 具體電路如圖3所示，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分， 詳述如下。
信號(hào)放大電路103包括直流電壓轉(zhuǎn)換器31，將直流正電壓轉(zhuǎn)換為直流負(fù) 電壓；濾波電路32,將探測(cè)元件Jl (即圖2中的探測(cè)元件102)輸出的電信號(hào) 進(jìn)行濾波；以及運(yùn)算放大器33,其負(fù)電壓輸入端連接至直流電壓轉(zhuǎn)換器31的 輸出端，接收直流負(fù)電壓；其正電壓輸入端連接至第一節(jié)點(diǎn)SO，接收電源104 輸出的直流正電壓；其信號(hào)輸入端連接至濾波電路32的輸出端，將濾波后的電 信號(hào)進(jìn)行正向放大后輸出。
直流電壓轉(zhuǎn)換器31可以為ICL7660系列芯片，包括7660、 7660S、 7662等， 而本發(fā)明實(shí)施例采用7660S,可將+1.5—IOV之間的正電壓鏡像變換為負(fù)電壓， 以供運(yùn)算放大器33使用。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，直流電壓轉(zhuǎn)換器31包括 8個(gè)引腳，PIN1為升壓引腳，PIN2為外接電荷泵電容C5的正極，PIN3為輸入 低電位、接地端，PIN4為外接電荷泵電容C5的負(fù)極，PIN5為輸出腳、可與輸 出電容負(fù)極相連，PIN6為低電壓選擇端，PIN7為外置時(shí)鐘或外接電容端，PIN8為電源端，輸入高電位。
探測(cè)元件Jl包括3個(gè)引腳，PIN1為G端，接地；PIN2為S端，即信號(hào) 輸出端；PIN3為D端，接至第一節(jié)點(diǎn)S0。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，探測(cè)元 件Jl焊接在信號(hào)放大電路103上。
作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，濾波電路32進(jìn)一步包括濾波電容C4以及濾 波電阻R3;濾波電容C4的一端連接至探測(cè)元件Jl的輸出端PIN2，另一端連 接至運(yùn)算放大器33的信號(hào)輸入端IN+,還通過(guò)濾波電阻R3接地。濾波電阻R3 和濾波電容C4用于濾去探測(cè)元件Jl輸出的電信號(hào)中的低頻噪聲。
運(yùn)算放大器33可以為OP07系列芯片及uA741、 uA709、 LM301、 LM308、 LF356、 OP37、 max427等芯片，而本發(fā)明實(shí)施例采用OP07AH,具有很低的輸 入失調(diào)電壓和漂移，特別適合放大微弱信號(hào)。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，運(yùn)算 放大器33包括8個(gè)引腳，PIN1和PIN8是調(diào)零端，用在1腳和8腳間接可調(diào)電 阻，可調(diào)電阻的中間抽頭接至電源腳，PIN2為反相輸入端，PIN3為同相輸入 端、接地端，PIN4為負(fù)電源端，PIN5為空腳管，PIN6為輸出端，PIN7為正電 源端，PIN8是調(diào)零端。
BNC插座J2包括2個(gè)引腳，PIN1接地；PIN2接運(yùn)算放大器33的PIN6; BNC插座J2固定在機(jī)械外殼上，并與信號(hào)放大電路103通過(guò)導(dǎo)線連接。兩端 帶BNC標(biāo)準(zhǔn)插頭的同軸電纜線通過(guò)BNC標(biāo)準(zhǔn)插座J2與示波器連接。
在本發(fā)明實(shí)施例中，信號(hào)放大電路103還進(jìn)一步包括電阻R1、 R2、 R4、 R5以及電容C1、 C2、 C3、 C5，其中，電容C5連接至直流電壓轉(zhuǎn)換器31的 PIN2與PIN4之間，電容C5為外接電荷泵電容也叫儲(chǔ)能電容，輔助直流電壓 轉(zhuǎn)換器31的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)正電壓到負(fù)電壓的變換。電阻R5的一端通過(guò)開(kāi)關(guān)SW 連接到電源104,另一端作為第一節(jié)點(diǎn)SO連接至直流電壓轉(zhuǎn)換器31的電源端 PIN8,另一端還通過(guò)電容C2接地；電阻R5起到限流和限壓作用，而電容C2 用來(lái)減少直流電源波動(dòng)、起到平滑電源波形的作用。直流電壓轉(zhuǎn)換器31的PIN5 連接至運(yùn)算放大器33的PIN4，還通過(guò)電容C3接地；電容C3用來(lái)減少直流電
壓轉(zhuǎn)換器31產(chǎn)生的負(fù)極性直流電源波動(dòng)、起到平滑負(fù)極性直流電源波形的作 用。直流電壓轉(zhuǎn)換器31的PIN3接地，而PIN1、 PIN6、 PIN7懸空不接。電阻 R4的一端連接至探測(cè)元件Jl的輸出端，另一端連接至運(yùn)算放大器33的PIN4， 電阻R4起到鉗位作用。運(yùn)算放大器33的PIN7接第一節(jié)點(diǎn)S0;運(yùn)算放大器33 的PIN2通過(guò)電阻Rl接地；運(yùn)算放大器33的PIN6依次通過(guò)電阻R2、 Rl接地， 電容C1與電阻R2并聯(lián)連接；電容C1起到濾去放大信號(hào)中高頻分量的作用， 通過(guò)電阻R1和R2的阻值可以確定電信號(hào)的放大倍數(shù)，其倍數(shù)約為R2/R1。運(yùn) 算放大器33的PIN3接濾波電路32的輸出，而PIN1、 PIN5、 PIN8懸空不接。 本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)的工作原理描述如下從太赫茲源 6出射的太赫茲波^皮拋物面鏡7收集并入射到樣品臺(tái)上的樣品9上，同時(shí)該光 被斬光器8(SR504， 4-40Hz)調(diào)制，從樣品9透射或反射的太赫茲光加載了樣 品的信息，此信號(hào)光被收集并入射到透鏡101上，透鏡101濾掉環(huán)境中的可見(jiàn) 光等干擾光，并聚焦信號(hào)光到探測(cè)元件102上，探測(cè)元件102把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號(hào)，輸入到信號(hào)放大電路103上，信號(hào)放大電路103先實(shí)現(xiàn)正電源(+9V) 到負(fù)電源的變換，以獲得運(yùn)算放大器工作所需的正負(fù)電源(±9V)然后對(duì)電信號(hào) 進(jìn)行濾波和放大，并在示波器11上顯示探測(cè)結(jié)果。
圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的基于太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)太赫茲波的探 測(cè)方法的流程圖，詳述如下。
在步驟S41中，收集太赫茲波源輻射的光信號(hào)，并入射至樣品上。 在步驟S42中，當(dāng)光信號(hào)入射至樣品上時(shí)，調(diào)制光信號(hào)。 在步驟S43中，接收調(diào)制后加載了樣品信息的光信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出； 作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟S43具體的流程如圖5所示，在步驟S431中， 接收調(diào)制后加載了樣品信息的第一光信號(hào)，進(jìn)行濾波后聚焦輸出第二光信號(hào)； 在步驟S432中，將第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；在步驟S433中，將電信號(hào)濾波 后放大輸出。
在步驟S44中，將上述輸出進(jìn)行顯示。
本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)器可以對(duì)弱信號(hào)太赫茲波進(jìn)行探測(cè)，同 樣，在增加了其它裝置和軟件的情況下，本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)器 還適用于對(duì)隱藏在報(bào)紙等包裹物內(nèi)金屬品(如刀具等)的掃描成像和無(wú)損探測(cè)。
本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)器、探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法能夠探測(cè)到太
赫茲波，從而有利于其他一切太赫茲波科學(xué)和技術(shù)研究的發(fā)展；同時(shí)，本發(fā)明 實(shí)施例提供的太赫茲波探測(cè)器采用紅外熱釋電傳感器，使得太赫茲波探測(cè)響應(yīng) 速度快、靈敏度高，成本低。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種太赫茲波探測(cè)器，其特征在于，所述太赫茲波探測(cè)器包括:透鏡，用于接收第一光信號(hào)，進(jìn)行濾波后聚焦輸出第二光信號(hào)；探測(cè)元件，將所述透鏡輸出的第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出；信號(hào)放大電路，將所述探測(cè)元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波后放大輸出；以及電源，用于給所述探測(cè)元件以及所述信號(hào)放大電路提供工作電壓。
2、 如權(quán)利要求1所述的太赫茲波^:測(cè)器，其特征在于，所述太赫茲波探測(cè) 器還包括機(jī)械裝置，用于承載并固定所述探測(cè)元件、所述透鏡、所述信號(hào)放 大電路以及所述電源。
3、 如權(quán)利要求1所述的太赫茲波探測(cè)器，其特征在于，所述探測(cè)元件為紅 外熱釋電傳感器。
4、 如權(quán)利要求1所述的太赫茲波^:測(cè)器，其特征在于，所述透鏡為菲涅耳 透鏡。
5、 如權(quán)利要求1所述的太赫茲波:探測(cè)器，其特征在于，所述信號(hào)放大電路包括直流電壓轉(zhuǎn)換器，將直流正電壓轉(zhuǎn)換為直流負(fù)電壓；濾波電路，將所述探測(cè)元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波；運(yùn)算放大器，其負(fù)電壓輸入端連接至所述直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端，接收 所述直流負(fù)電壓；其正電壓輸入端連接至第一節(jié)點(diǎn)，接收電源輸出的直流正電 壓；其信號(hào)輸入端連接至所述濾波電路的輸出端，將所述濾波后的電信號(hào)進(jìn)行正向》文大后輸出。
6、 一種太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)，包括太赫茲波輻射源，輻射光信號(hào)；拋物面 鏡，收集所述光信號(hào)，并入射至樣品上；斬光器，當(dāng)所述光信號(hào)入射至樣品上 時(shí)，調(diào)制所述光信號(hào)；太赫茲波探測(cè)器，接收所述調(diào)制后加載了樣品信息的光 信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出；以及示波器，將所述太赫茲波#:測(cè)器的輸出進(jìn)行顯示； 其特征在于，所述太赫茲波^:測(cè)器進(jìn)一步包括透鏡，用于接收第一光信號(hào)，進(jìn)行濾波后聚焦輸出第二光信號(hào)； 探測(cè)元件，將所述透鏡輸出的第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出； 信號(hào)放大電路，將所述探測(cè)元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波后放大輸出；以及 電源，用于給所述探測(cè)元件以及所述信號(hào)放大電路提供工作電壓。
7、 如權(quán)利要求6所述的太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述太赫茲波探 測(cè)器還包括機(jī)械裝置，用于承載并固定所述探測(cè)元件、所述透鏡、所述信號(hào) 放大電路以及所述電源。
8、 如權(quán)利要求6所述的太赫茲波^:測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)元件為 紅外熱釋電傳感器。
9、 一種采用權(quán)利要求6或7的太赫茲波探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)太赫茲波的方法，其 特征在于，所述方法包括下述步驟收集太赫茲波源輻射的光信號(hào)，并入射至樣品上； 當(dāng)所述光信號(hào)入射至樣品上時(shí)，調(diào)制所述光信號(hào)； 接收所述調(diào)制后加載了樣品信息的光信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出； 將所述輸出進(jìn)行顯示。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，接收所述調(diào)制后加載了樣品 信息的光信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出的步驟進(jìn)一步包括接收所述調(diào)制后加載了樣品信息的第一光信號(hào)，進(jìn)行濾波后聚焦輸出第二 光信號(hào)；將所述第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 將所述電信號(hào)濾波后放大輸出。
全文摘要
本發(fā)明適用于太赫茲波探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種太赫茲波探測(cè)器、探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法，所述太赫茲波探測(cè)器包括透鏡，用于接收第一光信號(hào)，進(jìn)行濾波后聚焦輸出第二光信號(hào)；探測(cè)元件，將所述透鏡輸出的第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出；信號(hào)放大電路，將所述探測(cè)元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波后放大輸出；以及電源，用于給所述探測(cè)元件以及所述信號(hào)放大電路提供工作電壓。本發(fā)明提供的太赫茲波探測(cè)器、探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法能夠探測(cè)到太赫茲波，從而有利于其他一切太赫茲波科學(xué)和技術(shù)研究的發(fā)展。
文檔編號(hào)G01J1/42GK101377462SQ20081021631
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者劉文權(quán), 敏 張, 珺 楊, 紅 蘇, 閆培光, 阮雙琛 申請(qǐng)人:阮雙琛;楊 珺;張 敏;蘇 紅;閆培光;劉文權(quán);深圳大學(xué)