一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，包括：太赫茲時(shí)域光譜裝置、光斑調(diào)整與顯示裝置以及樣品檢測裝置；太赫茲時(shí)域光譜裝置照射待測樣品，生成待測樣品的太赫茲時(shí)域光譜信號，樣品檢測裝置用于根據(jù)太赫茲時(shí)域光譜信號對待測樣品進(jìn)行檢測，光斑調(diào)整與顯示裝置用于放置待測樣品，并調(diào)整光斑投射在待測樣品上的位置；其中，光斑調(diào)整與顯示裝置包括三維樣品臺(tái)、樣品放置架、光斑攝像系統(tǒng)以及圖像顯示器；樣品放置架設(shè)置在三維樣品臺(tái)上，用于放置待測樣品，通過移動(dòng)三維樣品臺(tái)帶動(dòng)待測樣品上下、前后、左右移動(dòng)，以改變光斑在待測樣品上的位置；光斑攝像系統(tǒng)攝取光斑的圖像后，生成光斑信號傳送至圖像顯示器上進(jìn)行顯示。
【專利說明】一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，具體的講一種具有光斑攝像功能的太赫茲時(shí)域光譜檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)進(jìn)行物品檢測的方法已經(jīng)得到了一定應(yīng)用，例如應(yīng)用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)檢測地質(zhì)結(jié)構(gòu)、液體組成、氣體組成等，其基本原理基本都是應(yīng)用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)生成太赫茲時(shí)域光譜信號，通過對太赫茲時(shí)域光譜信號進(jìn)行處理，生成待測物質(zhì)的吸收率和折射率等參數(shù)，從而得到待測物質(zhì)的成分及結(jié)構(gòu)等特性。
[0003]但是，在檢測諸如寶石、晶體等一些不規(guī)則樣品時(shí)，光斑的位置很重要，其對前期的測試樣品制作和后期的數(shù)據(jù)分析都具有重大影響。因此，如何調(diào)整光斑，使之垂直入射在待測晶體的中心位置，是一個(gè)亟待解決的問題。
[0004]如今，現(xiàn)有的調(diào)整光斑位置的方法大多數(shù)是借助于檢測人員的經(jīng)驗(yàn)，靠檢測人員的肉眼觀察光斑位置，因此誤差較大，檢測精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的檢測系統(tǒng)調(diào)整光斑位置全憑經(jīng)驗(yàn)，誤差較大的問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，包括:太赫茲時(shí)域光譜裝置、光斑調(diào)整與顯示裝置以及樣品檢測裝置；所述太赫茲時(shí)域光譜裝置照射待測樣品，生成所述待測樣品的太赫茲時(shí)域光譜信號，所述樣品檢測裝置用于根據(jù)所述太赫茲時(shí)域光譜信號對所述待測樣品進(jìn)行檢測，所述光斑調(diào)整與顯示裝置用于放置所述待測樣品，并調(diào)整光斑投射在所述待測樣品上的位置；其中，所述光斑調(diào)整與顯示裝置包括三維樣品臺(tái)、樣品放置架、光斑攝像系統(tǒng)以及圖像顯示器；所述樣品放置架設(shè)置在所述三維樣品臺(tái)上，用于放置所述待測樣品，通過移動(dòng)所述三維樣品臺(tái)帶動(dòng)所述待測樣品上下、前后、左右移動(dòng)，以改變光斑在所述待測樣品上的位置；所述光斑攝像系統(tǒng)攝取所述光斑的圖像后，生成光斑信號傳送至所述圖像顯示器上進(jìn)行顯示；觀察所述圖像顯示器上的光斑，并根據(jù)所述光斑調(diào)整所述三維樣品臺(tái)，使得太赫茲波垂直入射在所述待測樣品的中心位置。
[0007]進(jìn)一步地，所述樣品放置架為樣品槽，并可根據(jù)所述待測樣品的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0008]進(jìn)一步地，所述樣品槽的材質(zhì)為CR泡棉。
[0009]進(jìn)一步地，所述樣品放置架為夾持臺(tái)，可根據(jù)所述晶體樣品的大小、厚度，通過旋轉(zhuǎn)兩側(cè)旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)節(jié)夾持縫的大小，進(jìn)而固定住所述晶體樣品。
[0010]進(jìn)一步地，所述夾持臺(tái)的材質(zhì)為鑄鐵合金，用以牢固的固定住所述晶體樣品，方便測量。
[0011]進(jìn)一步地，所述光斑攝像系統(tǒng)包括光斑攝像頭、圖像傳感器以及數(shù)字信號處理芯片；所述光斑攝像頭攝取所述光斑圖像后生成光學(xué)圖像投射到所述圖像傳感器上，所述圖像傳感器將所述光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號并傳送至所述數(shù)字信號處理芯片，所述數(shù)字信號處理芯片對所述電信號進(jìn)行處理，生成所述光斑信號傳送至所述圖像顯示器上進(jìn)行顯示。
[0012]進(jìn)一步地，所述太赫茲時(shí)域光譜裝置為透射式太赫茲光路。
[0013]進(jìn)一步地，所述待測樣品為珠寶或晶體。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，可以通過可移動(dòng)的三維樣品臺(tái)移動(dòng)待測樣品的位置，并通過光斑調(diào)整與顯示裝置調(diào)整和顯示光斑的位置，方便檢測人員進(jìn)行光斑位置的調(diào)整，使得太赫茲光能夠垂直入射在待測樣品的中心平面，從而減小了檢測誤差，提高了檢測精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)中的光斑調(diào)整與顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)中的光斑攝像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]圖4為利用本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)檢測系統(tǒng)檢測珠寶結(jié)構(gòu)的方法流程圖；
[0020]圖5為檢測珠寶結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施例中的兩種樣品的吸收系數(shù)圖；
[0021]圖6為檢測珠寶結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施例中的兩種樣品的折射率圖；
[0022]圖7為利用本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)檢測系統(tǒng)檢測晶體結(jié)構(gòu)的方法流程圖；
[0023]圖8為具體實(shí)施例中的75°C環(huán)境下生長的純NaCl晶體樣品、純KCl晶體樣品和NaCl =KCl = 1:1的三種樣品的太赫茲時(shí)域光譜信號圖；
[0024]圖9為具體實(shí)施例中的75°C環(huán)境下生長的純NaCl晶體樣品、純KCl晶體樣品和NaCl =KCl = 1:1的三種樣品的吸收率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本實(shí)施例的檢測系統(tǒng)包括:太赫茲時(shí)域光譜裝置1、光斑調(diào)整與顯示裝置2以及樣品檢測裝置3 ;所述太赫茲時(shí)域光譜裝置I照射待測樣品，生成所述待測樣品的太赫茲時(shí)域光譜信號，所述樣品檢測裝置3用于根據(jù)所述太赫茲時(shí)域光譜信號對所述待測樣品進(jìn)行檢測，所述光斑調(diào)整與顯示裝置2用于放置所述待測樣品，并調(diào)整光斑投射在所述待測樣品上的位置。
[0027]在本實(shí)施例中，如圖2所示，所述光斑調(diào)整與顯示裝置2包括三維樣品臺(tái)21、樣品放置架22、光斑攝像系統(tǒng)23以及圖像顯示器24。所述樣品放置架22設(shè)置在所述三維樣品臺(tái)21上，用于放置所述待測樣品，通過移動(dòng)所述三維樣品臺(tái)21帶動(dòng)所述待測樣品上下、前后、左右移動(dòng)，以改變光斑在所述待測樣品上的位置；所述光斑攝像系統(tǒng)23攝取所述光斑的圖像后，生成光斑信號傳送至所述圖像顯示器24上進(jìn)行顯示。其中，三維樣品臺(tái)21可上下、前后、左右移動(dòng)，便于尋找理想的光斑。
[0028]在本實(shí)施例中，如圖3所不，所述光斑攝像系統(tǒng)23包括光斑攝像頭231、圖像傳感器232以及數(shù)字信號處理芯片233 ;所述光斑攝像頭231攝取所述光斑圖像后生成光學(xué)圖像投射到所述圖像傳感器232上，所述圖像傳感器232將所述光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號并傳送至所述數(shù)字信號處理芯片233，所述數(shù)字信號處理芯片233對所述電信號進(jìn)行處理，生成所述光斑信號傳送至所述圖像顯示器24上進(jìn)行顯示。光斑攝像頭231可采用微型攝像頭，可以把光斑通過成像系統(tǒng)在圖像顯示器24中清晰的看見，光斑的可視化效果增強(qiáng)，實(shí)時(shí)成像更加便于觀測光斑在待測樣品的具體位置與大小，方便調(diào)節(jié)光斑的位置。
[0029]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述樣品放置架22可以為樣品槽，該樣品槽可根據(jù)所述待測樣品的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)一步地，樣品槽的材質(zhì)可以為CR (Chloroprene Rubber,氯丁橡膠)泡棉，其具有很好的彈性，容易粘結(jié)，使樣品槽易于制作，可滿足更多的設(shè)計(jì)靈活性要求。樣品槽可放置珠寶、鉆石等一些貴重物品，能夠使太赫茲波直接穿過待測樣品，沒有基底的多次反射，提聞了檢測的精度。
[0030]在本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述樣品放置架22可以為夾持臺(tái)，該夾持臺(tái)可根據(jù)所述晶體樣品的大小、厚度，通過旋轉(zhuǎn)兩側(cè)旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)節(jié)夾持縫的大小，進(jìn)而固定住所述晶體樣品。進(jìn)一步地，所述夾持臺(tái)的材質(zhì)為鑄鐵合金，用以牢固的固定住所述晶體樣品，方便測量。夾持臺(tái)可夾持一些不規(guī)則的晶體樣品。
[0031 ] 在本實(shí)施例中，所述太赫茲時(shí)域光譜裝置為透射式太赫茲光路。
[0032]以下通過兩個(gè)具體實(shí)施例(珠寶檢測和晶體檢測)來說明本發(fā)明實(shí)施例的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)的使用過程及有益效果。
[0033]當(dāng)待測樣品為珠寶樣品時(shí)，樣品放置架22采用樣品槽的形式，樣品槽22放置在三維樣品臺(tái)21上，其中放置珠寶樣品。
[0034]在本實(shí)施例中，通過觀察所述圖像顯示器24上的光斑，并根據(jù)所述光斑調(diào)整所述三維樣品臺(tái)21，使得太赫茲波垂直入射在所述珠寶樣品的中心位置。因?yàn)橹閷毷且环N貴重物品，被用來做裝飾品時(shí)，其形狀通常為不規(guī)則的，而在使用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)無損檢測時(shí)要使太赫茲波與被檢測珠寶的平面相互垂直，即垂直入射在珠寶中心位置時(shí)，此時(shí)為最佳位置，才能確保檢測的準(zhǔn)確性。此時(shí)，光斑通過光斑攝像頭231生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理芯片233加工處理，將影像信息(主要是指太赫茲波照射在待測珠寶表面所成的光斑圖像)通過USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以看到光斑的位置與大小，可視化效果增強(qiáng)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)光斑在待測珠寶的位置不是最佳位置(垂直入射珠寶中心位置)時(shí)，重復(fù)上述操作，直至找到理想的光斑。最后利用透射式太赫茲時(shí)域光譜(THz-TDS)對待測珠寶樣品進(jìn)行測試，得到珠寶樣品THz時(shí)域光譜，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，得到測試樣品的光學(xué)參數(shù)，以檢測待測珠寶的結(jié)構(gòu)與成分。
[0035]在本實(shí)施例中，樣品槽22的制作尺寸與盛放待測珠寶樣品的大小有關(guān)。它的存在，使太赫茲波直接穿過待測珠寶，在沒有基底的情況下(即在空氣中無襯底的自支撐樣品，激光垂直入射到樣品上后直接出射)就沒有基底對太赫茲波的多次反射，提高了檢測的精度。本發(fā)明實(shí)施例的樣品槽22解決了待測珠寶形狀不規(guī)則、不易固定且難于檢測的難題，并且該樣品槽可以根據(jù)待測珠寶樣品的大小相應(yīng)的調(diào)整槽穴的大小，十分方便。除此之外，樣品槽的存在，能夠使太赫茲波直接穿過待測珠寶，沒有基底的多次反射，提高了檢測的精度。并且，在本實(shí)施例中，樣品槽的材質(zhì)為CR泡棉，其具有很好的彈性，容易粘結(jié)，使樣品槽易于制作，可滿足更多的設(shè)計(jì)靈活性要求。
[0036]圖4為利用本發(fā)明實(shí)施例的太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)檢測系統(tǒng)進(jìn)行珠寶檢測的方法流程圖。如圖所示，本實(shí)施例的進(jìn)行珠寶檢測的方法包括:
[0037]步驟S401，利用所述太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對氮?dú)膺M(jìn)行測試，獲得太赫茲波時(shí)域波形作為參考信號；步驟S402，將待測珠寶樣品放置在所述樣品槽中，通過移動(dòng)三維樣品臺(tái)的位置，帶動(dòng)所述樣品槽移動(dòng)，改變所述光斑在所述待測珠寶樣品上的位置，當(dāng)所述太赫茲波垂直入射在所述待測珠寶樣品的中心位置時(shí)，得到太赫茲波時(shí)域波形，作為所述待測珠寶樣品的測試信號；步驟S403，對所述參考信號和測試信號進(jìn)行傅立葉變換，生成所述參考信號和測試信號的太赫茲頻域信息；步驟S404，根據(jù)所述參考信號和測試信號的太赫茲頻域信息，生成所述待測珠寶樣品的吸收率和折射率；步驟S405，將所述待測珠寶樣品的吸收率和折射率與標(biāo)準(zhǔn)珠寶信息做比對，生成所述待測珠寶樣品的成分和結(jié)構(gòu)信息。
[0038]在本實(shí)施例的步驟S404中，根據(jù)所述參考信號和測試信號的太赫茲頻域信息，生成所述待測珠寶樣品的吸收率和折射率，包括:
[0039]基于菲涅爾公式的數(shù)據(jù)處理模型，得到所述待測珠寶樣品的吸收率α (ω)和折射率η(ω):
【權(quán)利要求】
1.一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:太赫茲時(shí)域光譜裝置、光斑調(diào)整與顯示裝置以及樣品檢測裝置； 所述太赫茲時(shí)域光譜裝置照射待測樣品，生成所述待測樣品的太赫茲時(shí)域光譜信號，所述樣品檢測裝置用于根據(jù)所述太赫茲時(shí)域光譜信號對所述待測樣品進(jìn)行檢測，所述光斑調(diào)整與顯示裝置用于放置所述待測樣品，并調(diào)整光斑投射在所述待測樣品上的位置；其中， 所述光斑調(diào)整與顯示裝置包括三維樣品臺(tái)、樣品放置架、光斑攝像系統(tǒng)以及圖像顯示器； 所述樣品放置架設(shè)置在所述三維樣品臺(tái)上，用于放置所述待測樣品，通過移動(dòng)所述三維樣品臺(tái)帶動(dòng)所述待測樣品上下、前后、左右移動(dòng)，以改變光斑在所述待測樣品上的位置；所述光斑攝像系統(tǒng)攝取所述光斑的圖像后，生成光斑信號傳送至所述圖像顯示器上進(jìn)行顯示； 觀察所述圖像顯示器上的光斑，并根據(jù)所述光斑調(diào)整所述三維樣品臺(tái)，使得太赫茲波垂直入射在所述待測樣品的中心位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品放置架為樣品槽，并可根據(jù)所述待測樣品的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品槽的材質(zhì)為CR泡棉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品放置架為夾持臺(tái)，可根據(jù)所述晶體樣品的大小、厚度，通過旋轉(zhuǎn)兩側(cè)旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)節(jié)夾持縫的大小，進(jìn)而固定住所述晶體樣品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述夾持臺(tái)的材質(zhì)為鑄鐵合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光斑攝像系統(tǒng)包括光斑攝像頭、圖像傳感器以及數(shù)字信號處理芯片； 所述光斑攝像頭攝取所述光斑圖像后生成光學(xué)圖像投射到所述圖像傳感器上，所述圖像傳感器將所述光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號并傳送至所述數(shù)字信號處理芯片，所述數(shù)字信號處理芯片對所述電信號進(jìn)行處理，生成所述光斑信號傳送至所述圖像顯示器上進(jìn)行顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述太赫茲時(shí)域光譜裝置為透射式太赫茲光路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述待測樣品為珠寶或晶體。
【文檔編號】G01N21/3563GK103983604SQ201410232048
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】寶日瑪, 孟倩, 趙昆, 董晨, 王偉 申請人:中國石油大學(xué)(北京)