一种实时太赫兹成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种实时太赫兹成像装置及方法，装置包括，用于产生、发射太赫兹波的太赫兹辐射装置；调整太赫兹波占空比斩波器；固定待测样品，并调整待测样品位置的电控三维位移载物平台，使太赫兹波透射待测样品；调整太赫兹波光路的光路调整装置；用于探测视场压缩后的太赫兹波，进行光电转换输出电信号的焦平面探测器；用于对焦平面探测器输出的电信号进行处理并成像的采集处理模组。本发明专利技术采用了太赫兹焦平面阵列成像和阵列式调理电路的设计，响应速度在5μs左右，成像系统响应速度在小于30ms，整个成像装置可进行快速太赫兹成像，帧频在26Hz以上；具备一定的物品外部轮廓三维重塑能力，可有效提高被测物品的识别正确率。

【技术实现步骤摘要】
一种实时太赫兹成像装置及方法
本专利技术涉及成像
，尤其涉及一种实时太赫兹成像装置及方法。
技术介绍
太赫兹(Terahertz)波通常指的是波长在30μm-3mm(即频率为0.1THz-10THz)区间的电磁波，其频段位于微波和红外光之间，具有很多独特的优势，例如高透性、低能量性、选择吸收性等。太赫兹波在安全保安、医疗、食品安全、空间通讯、无损检测和环境监控等领域具有广泛的应用前景。目前，太赫兹技术已经取得了快速的发展，太赫兹辐射源和太赫兹探测器技术也越来越趋于成熟，相应的太赫兹成像技术也得到了快速发展。现有的太赫兹透射成像装置一般为逐点扫描式，该装置的缺点是由于要对每个像素点逐个扫描，成像速度比较慢。比如，一般情况下采集一个太赫兹光谱需要2048个采样点，得到一个完整的光谱需要时间大约200s，成一个简单的8×8像素的太赫兹图像需要超过3个小时的时间，因此成像效率极为低下，极大的限制了它的应用范围。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种实时太赫兹成像装置及方法，能够实时的进行高效率的太赫兹成像。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种实时太赫兹成像装置，包括，太赫兹辐射装置(1)，用于产生、发射太赫兹波至斩波器(2)；斩波器(2)，用于调整太赫兹波的占空比；电控三维位移载物平台(3)，用于固定待测样品，并调整待测样品位置，使太赫兹波透射待测样品；光路调整装置(4)，用于将斩波器(2)输出的太赫兹波调整为平行波；照射电控三维位移载物平台(3)上固定的待测样品，将透射待测样品后的平行波进行视场压缩输出到焦平面探测器(5)；焦平面探测器(5)，用于探测视场压缩后的太赫兹波，进行光电转换输出电信号；采集处理模组(6)，用于对焦平面探测器(5)输出的电信号进行处理并成像。进一步地，光路调整装置(4)包括入射光路调整装置(41)和出射光路调整装置(42)，分别位于电控三维位移载物平台(3)两侧；入射光路调整装置(41)用于将斩波器(2)输出的太赫兹波调整为平行波，照射电控三维位移载物平台(3)上固定的待测样品，出射光路调整装置(42)用于将透射待测样品后的平行波进行视场压缩。通过入射光路调整装置(41)和出射光路调整装置(42)的位置，对太赫兹光路的调整，实现太赫兹成像检测视场面积的改变，并且决定了成像检测分辨率。进一步地，所述太赫兹辐射装置(1)包括一级辐射源、倍频器和太赫兹波导天线；所述一级辐射源采用耿氏二极管器件，用于产生太赫兹信号；所述倍频器，将一级辐射源产生的太赫兹信号倍频得到成像所需的太赫兹信号；所述太赫兹波导天线，调整倍频器输出的太赫兹波辐射方式后，向外辐射。进一步地，所述斩波器(2)采用机械旋转调制，包括斩波片、电机以及转速控制装置；所述转速控制装置根据占空比控制信号控制电机的转速；所述电机带动所述斩波片转动，所述斩波片以不同转速对照射斩波片的太赫兹波进行相应占空比调制。通过斩波器的调制作用，得到所需占空比的太赫兹波，并且由于通过转速进行占空比调制，从而可避免时间长而产生调制参数的漂移。进一步地，所述电控三维位移载物平台(3)包括用于承载待测样品的载物平台、夹具和微动装置；所述载物平台在电控信号的控制下，沿x、y两个维度方向移动，或沿待测样品中轴线进行转动；所述夹具包括位于所述载物平台框架四周的夹板，以及将载物平台与微动装置连接在一起，用于相向夹紧待测样品的连接件；所述微动装置在控制信号的控制下，对待测样品的位置进行微调。电控三维位移载物平台通过位置粗调和微调，使太赫兹波准确的照射到待测样品所需照射的位置和角度。进一步地，所述焦平面探测器(5)为常温自混频焦平面探测器，包括焦平面成像阵面和放大调理阵列；所述焦平面成像阵面的像元数目为32×32；所述放大调理阵列的放大调理单元采用与像元分布一致的阵列结构；所述焦平面成像阵面与放大调理阵列通过瓦片式倒装焊技术进行集成封装；单个放大调理单元与焦平面成像阵面的对应像元之间通过铟柱进行倒桩垂直互连。通过阵列式成像和放大调理，实现并行太赫兹波信号的探测和处理，大大提高了太赫兹成像的速度，实现实时快速的太赫兹成像。进一步地，所述采集处理模组(6)包括，信号调理模块(61)，采用与放大调理阵列分布一致的阵列结构，用于对焦平面探测器感知到的弱信号进行进一步调理，使其达到能够被准确采集的信号强度水平；信号采集模块(62)，用于对经信号调理模块(61)调理过的电信号进行数据采集；信号处理模块(63)，用于对信号采集模块(62)采集到的信号进行处理、成像，上传成像结果，通过上位机显示被待测样品的太赫兹图像或者太赫兹影像。进一步地，还包括控制模块(8)，用于对电控三维位移载物平台(3)进行位置、角度、速度校准和调整，精确控制光路调整装置(4)与电控三维位移载物平台(3)之间的相对位置，使太赫兹波能平行的照射待测样品；使透射待测样品平行波进行视场压缩后能够被焦平面探测器(5)探测到。一种实时太赫兹成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、开启太赫兹成像装置的电源开关，产生初始的太赫兹波，进行无被测物环境下的自校准，形成标准对比数据库；步骤S2、使用夹具将被测物固定在载物台上，开始进行检测；步骤S3、入射光路调整装置(41)的太赫兹光学透镜将初始太赫兹波进行准直性调理，形成平行太赫兹波照射待测样品，待测样品对太赫兹波存在不同程度的反射或者吸收，照射待测样品后的太赫兹电磁场强度发生变化；步骤S4、照射待测样品后的太赫兹波经出射光路调整装置(42)的太赫兹光学透镜压缩视场后，被太赫兹焦平面探测器(5)接收，将太赫兹波转化为电信号；步骤S5、电信号输出到采集处理模组(6)，进行信号调理、采集和成像处理后，根据需求生成被检测物品的太赫兹图像或者太赫兹影像。进一步地，步骤S5中的成像处理包括两种成像模式，模式1为对待测样品的截面图进行二维识别，生成待测样品二维图像；模式2为对待测样品通过多角度截面进行合成，生成待测样品三维图像。本专利技术有益效果如下：本专利技术公开的实时太赫兹成像装置及方法为工作在太赫兹频段的实时快速成像装置，采用了太赫兹焦平面成像阵列和与成像阵列相对应的阵列式的调理电路的设计，响应速度在5μs左右，成像系统响应速度在小于30ms，整个成像装置可进行快速太赫兹成像，帧频在26Hz以上。本专利技术的实时太赫兹成像装置具备一定的被测物品外部轮廓三维重塑能力，可有效提高被测物品的识别正确率。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例中的实时太赫兹成像装置结构示意图；图2为本专利技术实施例中的实时太赫兹成像方法流程图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本专利技术的一个具体实施例，公开了一种实时太赫兹成像装置，基于焦平面成像芯片实现太赫兹实时成像。如图1所示，包括，太赫兹辐射装置1，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时太赫兹成像装置，其特征在于，包括，太赫兹辐射装置(1)，用于产生、发射太赫兹波至斩波器(2)；斩波器(2)，用于调整太赫兹波的占空比；电控三维位移载物平台(3)，用于固定待测样品，并调整待测样品位置，使太赫兹波透射待测样品；光路调整装置(4)，用于将斩波器(2)输出的太赫兹波调整为平行波；照射电控三维位移载物平台(3)上固定的待测样品，将透射待测样品后的平行波进行视场压缩输出到焦平面探测器(5)；焦平面探测器(5)，用于探测视场压缩后的太赫兹波，进行光电转换输出电信号；采集处理模组(6)，用于对焦平面探测器(5)输出的电信号进行处理并成像。

【技术特征摘要】
1.一种实时太赫兹成像装置，其特征在于，包括，太赫兹辐射装置(1)，用于产生、发射太赫兹波至斩波器(2)；斩波器(2)，用于调整太赫兹波的占空比；电控三维位移载物平台(3)，用于固定待测样品，并调整待测样品位置，使太赫兹波透射待测样品；光路调整装置(4)，用于将斩波器(2)输出的太赫兹波调整为平行波；照射电控三维位移载物平台(3)上固定的待测样品，将透射待测样品后的平行波进行视场压缩输出到焦平面探测器(5)；焦平面探测器(5)，用于探测视场压缩后的太赫兹波，进行光电转换输出电信号；采集处理模组(6)，用于对焦平面探测器(5)输出的电信号进行处理并成像。2.根据权利要求1所述的实时太赫兹成像装置，其特征在于，光路调整装置(4)包括入射光路调整装置(41)和出射光路调整装置(42)，分别位于电控三维位移载物平台(3)两侧；入射光路调整装置(41)用于将斩波器(2)输出的太赫兹波调整为平行波，照射电控三维位移载物平台(3)上固定的待测样品，出射光路调整装置(42)用于将透射待测样品后的平行波进行视场压缩。3.根据权利要求1所述的实时太赫兹成像装置，其特征在于，所述太赫兹辐射装置(1)包括一级辐射源、倍频器和太赫兹波导天线；所述一级辐射源采用耿氏二极管器件，用于产生太赫兹信号；所述倍频器，将一级辐射源产生的太赫兹信号倍频得到成像所需的太赫兹信号；所述太赫兹波导天线，调整倍频器输出的太赫兹波辐射方式后，向外辐射。4.根据权利要求1所述的实时太赫兹成像装置，其特征在于，所述斩波器(2)采用机械旋转调制，包括斩波片、电机以及转速控制装置；所述转速控制装置根据占空比控制信号控制电机的转速；所述电机带动所述斩波片转动，所述斩波片以不同转速对照射斩波片的太赫兹波进行相应占空比调制。5.根据权利要求1所述的实时太赫兹成像装置，其特征在于，所述电控三维位移载物平台(3)包括用于承载待测样品的载物平台、夹具和微动装置；所述载物平台在电控信号的控制下，沿x、y两个维度方向移动，或沿待测样品中轴线进行转动；所述夹具包括位于所述载物平台框架四周的夹板，以及将载物平台与微动装置连接在一起，用于相向夹紧待测样品的连接件；所述微动装置在控制信号的控制下，对待测样品的位置进行微调。6.根据权利要求1所述的实时太赫兹成像装置，其特征在于，所述焦平面探测器(5)为常温自混频焦平面探测器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑中信，许振丰，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11