一種太赫茲波探測器及探測系統的製作方法
2023-06-09 23:15:36
專利名稱：一種太赫茲波探測器及探測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於太赫茲波探測技術領域，尤其涉及一種太赫茲波探測器及 探測系統。
背景技術：
太赫茲(Terahertz, THz, lTHz=1012Hz)波指頻率在0.1THz~ 10THz (即 波長為3mm ~ 30pm)區間的電》茲波，其波^殳位於孩i波和紅外光之間，屬於遠 紅外線和亞毫米波範疇。THz波對很多介電材料和非極性液體有很好的穿透性， 可對不透明物體進行透視探測；其光子能量很低，對生物體4艮安全；THz波包 含了豐富的光譜信息，具有良好的光譜分辨特性。因而THz技術在生物醫學、 安全監測等領域都有獨特的優勢。
太赫茲波輻射源和太赫茲波探測技術影響著其他一切太赫茲波科學和技術 研究的發展。然而現有技術沒有公開太赫茲波的探測技術。
實用新型內容
本實用新型實施例的目的在於提供一種能探測太赫茲波的太赫茲波探測器。
本實用新型實施例是這樣實現的， 一種太赫茲波探測器，所述太赫茲波探 測器包括
接收第一光信號，進行濾波後聚焦輸出第二光信號的透鏡； 將所述透鏡輸出的第二光信號轉換成電信號輸出的探測元件； 將所述探測元件輸出的電信號進行濾波後放大輸出的信號放大電路；以及 給所述探測元件以及所述信號放大電路提供工作電壓的電源。在本實用新型實施例中，所述太赫茲波探測器還包括承載並固定所述探 測元件、所述透鏡、所述信號放大電路以及所述電源的機械裝置。 其中，所述糹笨測元件為紅外熱釋電傳感器。 其中，所述透鏡為菲涅耳透鏡。
在本實用新型實施例中，所述信號放大電路包括 將直流正電壓轉換為直流負電壓的直流電壓轉換器； 將所述探測元件輸出的電信號進行濾波的濾波電路；以及 運算放大器，其負電壓輸入端連接至所述直流電壓轉換器的輸出端，接收 所述直流負電壓；其正電壓輸入端連接至第一節點，接收電源輸出的直流正電 壓；其信號輸入端連接至所述濾波電路的輸出端，將所述濾波後的電信號進行 正向i丈大後輸出。
本實用新型實施例的另一目的在於提供一種太赫茲波探測系統，包括輻 射光信號的太赫茲波輻射源；收集所述光信號，併入射至樣品上的拋物面鏡； 當所述光信號入射至樣品上時，調製所述光信號的斬光器；接收所述調製後加 載了樣品信息的光信號，進行處理後輸出的太赫茲波探測器；以及將所述太赫 茲波探測器的輸出進行顯示的示波器；所述太赫茲波探測器進一步包括 接收第 一光信號，進行濾波後聚焦輸出第二光信號的透鏡； 將所述透鏡輸出的第二光信號轉換成電信號輸出的探測元件； 將所述探測元件輸出的電信號進行濾波後放大輸出的信號放大電路；以及 給所述探測元件以及所述信號放大電路提供工作電壓的電源。 在本實用新型實施例中，所述太赫茲波探測器還包括承載並固定所述探 測元件、所述透鏡、所述信號放大電路以及所述電源的機械裝置。 其中，所述#1測元件為紅外熱釋電傳感器。 其中，所述透鏡為菲涅耳透鏡。
本實用新型實施例提供的太赫茲波探測器及探測系統能夠探測到太赫茲 波，從而有利於其他一切太赫茲波科學和技術研究的發展。
圖1是本實用新型實施例提供的太赫茲波探測系統的結構示意圖; 圖2是本實用新型實施例提供的太赫茲波探測器的結構示意圖； 圖3是本實用新型實施例提供的信號放大電路的電路圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖 及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體 實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
本實用新型實施例採用太赫茲波探測器可以很好的探測到太赫茲波。
中，圖1示出了太赫茲波探測系統的結構，為了便於說明，僅示出了與本實用 新型實施例相關的部分，詳述如下。
太赫茲波探測系統包括太赫茲波輻射源6，輻射光信號；拋物面鏡7，收 集太赫茲波輻射源6輻射的光信號，併入射至樣品9上；斬光器8，當光信號 入射至樣品上時，調製光信號；太赫茲波探測器IO，接收調製後加載了樣品信 息的光信號，進行處理後輸出；以及示波器11，將太赫茲波探測器10的輸出 進4亍顯示。
其中，太赫茲波探測器IO的結構如圖2所示，為了便於說明，僅示出了與 本實用新型實施例相關的部分，詳述如下。
太赫茲波探測器10包括透鏡IOI，用於接收第一光信號，進行濾波後聚 焦輸出第二光信號；探測元件102，將透鏡101輸出的第二光信號轉換成電信 號輸出；信號放大電路103，將探測元件102輸出的電信號進行濾波後放大輸 出；電源104，用於給探測元件102以及信號放大電路103提供工作電壓。作 為本實用新型的一個實施例，太赫茲波#:測器10還包括4幾械裝置(圖中未示
6出)，用於承載並固定探測元件102、透鏡101、信號放大電路103以及電源 104,減少環境幹擾。
作為本實用新型的一個實施例，探測元件102為紅外熱釋電傳感器。而紅 外熱釋電傳感器可以為LHT778, LHI968, RE200B等，其中LHI778響應特性 最好，靈敏度可達4000V/W, NEP可達7.5 x l(T1QWHz-2。透鏡101為菲涅耳透 鏡，而菲涅耳透鏡可以為Fresnd8120， Fresnel7709等，其中本實用新型實施例 採用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。作為本實用新型的另一個實施例，電源104為3-12V直流電源均可，本實 用新型實施例採用+9V層疊電池。
在本實用新型實施例中，機械裝置的結構為密封的立方體，立方體的前端 和頂端可拆卸；立方體的前面板上有小孔，用於固定透鏡101和導入光波；立 方體的前端還有凹槽，用於放置信號放大電路103和探測元件102;立方體的 上端也有凹槽，用於放置+9V層疊電池，中部有兩個小凹槽用於信號放大電路 103和層疊電池及開關SW的導線連接，以及信號放大電路103和輸出BNC插 座J2間的導線連4妄。開關SW和輸出插座J2固定在後面板上。該機械裝置採 用鋁製材料。
作為本實用新型的一個實施例，探測元件102與信號放大電路103可以通 過焊接的方式連接；也可以直接用導線連接。
在本實用新型實施例中，信號放大電路103為毫伏級到伏級電壓放大電路， 其具體電路如圖3所示，為了便於說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的 部分，詳述如下。
信號放大電路103包括直流電壓轉換器31,將直流正電壓轉換為直流負 電壓；濾波電路32,將探測元件J1 (即圖2中的探測元件102〉輸出的電信號 進行濾波；以及運算放大器33,其負電壓輸入端連接至直流電壓轉換器31的 輸出端，接收直流負電壓；其正電壓輸入端連接至笫一節點S0，接收電源l(M 輸出的直流正電壓；其信號輸入端連接至濾波電路32的輸出端，將濾波後的電信號進行正向放大後輸出。
直流電壓轉換器31可以為ICL7660系列晶片，包括7660、 7660S、 7662等， 而本實用新型實施例採用7660S,可將+1.5 +10V之間的正電壓鏡像變換為負 電壓，以供運算放大器33使用。作為本實用新型的一個實施例，直流電壓轉換 器31包括8個引腳，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的負極，PIN5為輸 出腳、可與輸出電容負極相連，PIN6為低電壓選擇端，PIN7為外置時鐘或外 接電容端，PIN8為電源端，輸入高電位。
探測元件Jl包括3個引腳，PIN1為G端，接地；PIN2為S端，即信號 輸出端；PIN3為D端，接至第一節點SO。作為本實用新型的一個實施例，探 測元件Jl焊接在信號放大電路103上。
作為本實用新型的一個實施例，濾波電路32進一步包括濾波電容C4以 及濾波電阻R3;濾波電容C4的一端連接至探測元件J1的輸出端PIN2，另一 端連接至運算放大器33的信號輸入端IN+，還通過濾波電阻R3接地。濾波電 阻R3和濾波電容C4用於濾去探測元件Jl輸出的電信號中的低頻噪聲。
運算放大器33可以為OP07系列晶片及uA741、 uA709、 LM301、 LM308、 LF356、 OP37、 max427等晶片，而本實用新型實施例採用OP07AH，具有很低 的輸入失調電壓和漂移，特別適合放大微弱信號。作為本實用新型的一個實施 例，運算放大器33包括8個引腳，PIN1和PIN8是調零端，用在1腳和8腳間 接可調電阻，可調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為負電源端，PIN5為空腳管，PIN6為輸出端，PIN7 為正電源端，PIN8是調零端。
BNC插座J2包括2個引腳，PIN1接地；PIN2接運算放大器33的PIN6; BNC插座J2固定在機械外殼上，並與信號放大電路103通過導線連接。兩端 帶BNC標準插頭的同軸電纜線通過BNC標準插座J2與示波器連接。
在本實用新型實施例中，信號放大電路103還進一步包括電阻R1、 R2、R4、 R5以及電容C1、 C2、 C3、 C5，其中，電容C5連接至直流電壓轉換器31 的PIN2與PIN4之間，電容C5為外接電荷泵電容也叫儲能電容，輔助直流電 壓轉換器31的內部結構實現正電壓到負電壓的變換。電阻R5的一端通過開關 SW連接到電源104,另一端作為第一節點S0連接至直流電壓轉換器31的電源 端PIN8,另 一端還通過電容C2接地；電阻R5起到限流和限壓作用，而電容 C2用來減少直流電源波動、起到平滑電源波形的作用。直流電壓轉換器31的 PIN5連接至運算放大器33的PIN4,還通過電容C3接地；電容C3用來減少直 流電壓轉換器31產生的負極性直流電源波動、起到平滑負極性直流電源波形的 作用。直流電壓轉換器31的PIN3接地，而PIN1、 PIN6、 PIN7懸空不接。電 阻R4的一端連接至探測元件J1的輸出端，另 一端連接至運算放大器33的PIN4， 電阻R4起到鉗位作用。運算放大器33的PIN7接第一節點S0;運算放大器33 的PIN2通過電阻Rl接地；運算放大器33的PIN6依次通過電阻R2、 Rl接地， 電容C1與電阻R2並聯連接；電容Cl起到濾去放大信號中高頻分量的作用， 通過電阻R1和R2的阻值可以確定電信號的放大倍數，其倍數約為R2/R1。運 算放大器33的PIN3接濾波電路32的輸出，而PIN1、 PIN5、 PIN8懸空不接。
本實用新型實施例提供的太赫茲波探測系統的工作原理描述如下從太赫 茲源6出射的太赫茲波被拋物面鏡7收集併入射到樣品臺上的樣品9上，同時 該光被斬光器8 ( SR504， 4-40Hz)調製，從樣品9透射或反射的太赫茲光加載 了樣品的信息,此信號光被收集併入射到透鏡101上,透鏡101濾掉環境中的 可見光等幹擾光，並聚焦信號光到探測元件102上，探測元件102把光信號轉 變為電信號,輸入到信號放大電路103上,信號放大電路103先實現正電源 (+9V)到負電源的變換，以獲得運算放大器工作所需的正負電源(土9V)然後 對電信號進行濾波和放大，並在示波器U上顯示探測結果。
本實用新型實施例提供的太赫茲波探測器可以對弱信號太赫茲波進行探 測，同樣，在增加了其它裝置和軟體的情況下,本實用新型實施例提供的太赫 茲波探測器還適用於對隱藏在報紙等包裹物內金屬品(如刀具等)的掃描成像和無損探測。
本實用新型實施例提供的太赫茲波探測器及探測系統能夠探測到太赫茲
波,從而有利於其他一切太赫茲波科學和技術研究的發展;同時，本實用新型
實施例提供的太赫茲波探測器採用紅外熱釋電傳感器，使得太赫茲波探測響應 速度快、靈敏度高，成本低。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型, 凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應 包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1、一種太赫茲波探測器，其特徵在於，所述太赫茲波探測器包括接收第一光信號，進行濾波後聚焦輸出第二光信號的透鏡；將所述透鏡輸出的第二光信號轉換成電信號輸出的探測元件；將所述探測元件輸出的電信號進行濾波後放大輸出的信號放大電路；以及給所述探測元件以及所述信號放大電路提供工作電壓的電源。
2、 如權利要求1所述的太赫茲波探測器，其特徵在於，所述太赫茲波探測 器還包括承載並固定所述探測元件、所述透鏡、所述信號放大電路以及所述 電源的機械裝置。
3、 如權利要求1所述的太赫茲波探測器，其特徵在於，所述探測元件為紅 外熱釋電傳感器。
4、 如權利要求1所述的太赫茲波探測器，其特徵在於，所述透鏡為菲涅耳 透鏡。
5、 如權利要求1所述的太赫茲波探測器，其特徵在於，所述信號放大電路 包括將直流正電壓轉換為直流負電壓的直流電壓轉換器； 將所述探測元件輸出的電信號進行濾波的濾波電路；以及 運算放大器，其負電壓輸入端連接至所述直流電壓轉換器的輸出端，接收 所述直流負電壓；其正電壓輸入端連接至第一節點，^!妄收電源輸出的直流正電 壓；其信號輸入端連接至所述濾波電路的輸出端，將所述濾波後的電信號進行正向》文大後輸出。
6、 一種太赫茲波探測系統，包括輻射光信號的太赫茲波輻射源；收集所 述光信號，併入射至樣品上的拋物面鏡；當所述光信號入射至樣品上時，調製 所述光信號的斬光器；接收所述調製後加載了樣品信息的光信號，進行處理後 輸出的太赫茲波探測器；以及將所述太赫茲波探測器的輸出進行顯示的示波器； 其特徵在於，所述太赫茲波:探測器進一步包括接收第 一光信號，進行濾波後聚焦輸出第二光信號的透鏡；將所述透鏡輸出的第二光信號轉換成電信號輸出的探測元件；將所述探測元件輸出的電信號進行濾波後放大輸出的信號放大電路；以及給所述探測元件以及所述信號放大電路提供工作電壓的電源。
7、 如權利要求6所述的太赫茲波探測系統，其特徵在於，所述太赫茲波探測器還包括承載並固定所述探測元件、所述透鏡、所述信號放大電路以及所述電源的機械裝置。
8、 如權利要求6所述的太赫茲波探測系統，其特徵在於，所述探測元件為紅外熱釋電傳感器。
9、 如權利要求6所述的太赫茲波探測系統，其特徵在於，所述透鏡為菲涅耳透鏡。
專利摘要本實用新型適用於太赫茲波探測技術領域，提供了一種太赫茲波探測器及探測系統，所述太赫茲波探測器包括接收第一光信號，進行濾波後聚焦輸出第二光信號的透鏡；將所述透鏡輸出的第二光信號轉換成電信號輸出的探測元件；將所述探測元件輸出的電信號進行濾波後放大輸出的信號放大電路；以及給所述探測元件以及所述信號放大電路提供工作電壓的電源。本實用新型提供的太赫茲波探測器及探測系統能夠探測到太赫茲波，從而有利於其他一切太赫茲波科學和技術研究的發展。
文檔編號G01N21/17GK201307089SQ20082021203
公開日2009年9月9日 申請日期2008年9月18日 優先權日2008年9月18日
發明者劉文權, 敏 張, 珺 楊, 紅 蘇, 閆培光, 阮雙琛 申請人:楊 珺;阮雙琛;張 敏;閆培光;蘇 紅;劉文權;深圳大學