基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统，包括：连续波太赫兹辐射源、基于格里高利反射天线的准光学系统，Nb5N6探测器，电子学系统；其中，准光学系统包括椭球主反射镜、抛物次反射镜、扫描反射镜、抛物三级反射镜和分束片；电子学系统包括信号处理模块、电机控制模块、扫描成像模块、显示模块。本发明专利技术还公开了一种成像方法，通过单源和单探测器，实现了大视场、远距离、快速主动太赫兹成像。

TWO-FOCUS THz ACTIVE IMAGING SYSTEM BASED ON Nb5N6 DETECTOR

【技术实现步骤摘要】
基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统
本专利技术属于太赫兹成像探测
，具体涉及一种基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统及其成像方法。
技术介绍
太赫兹波具有高载频、大宽带、能够穿透衣物、沙尘、烟雾等非极性材料的独特物理性质，在反恐安检、生物医学、无损检测、无线通讯等有着重要的应用前景，因此受到了高度关注并开展了许多成像传感方面的研究。太赫兹成像主要分为主动和被动两大类。主动太赫兹成像是通过接收物体反射的由成像系统发出的太赫兹信号，并把它转换为电信号，再将电信号的幅度和相位反映在图片上，根据图片来提取目标特征信息的技术。较于被动，主动成像不仅可以获得更高的图像清晰度而且成像距离相对较远，更有利于在人体安检方面的应用。目前常见的主动成像系统中，由于太赫兹源价格昂贵且体积较大，主动成像系统无法实现一套系统采用多个辐射源的方案，通常采用的是小阵列探测器的单个辐射源通过机械扫描的方式实现大视场成像。一般受扫描时间的限制，成像速度很慢，从而无法实现快速成像。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统及其成像方法，采用单连续波太赫兹辐射源和单探测器，通过像方扫描，实现快速高分辨率的大视场成像。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的第一种技术方案为：一种基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统，包括：连续波太赫兹辐射源(以下简称太赫兹辐射源)、基于格里高利反射天线的准光学系统，Nb5N6探测器，电子学系统；其中，准光学系统包括椭球主反射镜(以下简称主镜)、抛物次反射镜(以下简称次镜)、扫描反射镜(以下简称扫描镜)、抛物三级反射镜(以下简称三级镜)和分束片；电子学系统包括信号处理模块、电机控制模块、扫描成像模块和显示模块；所述太赫兹辐射源向所述准光学系统辐射信号；所述准光学系统接收所述太赫兹辐射源的辐射信号，辐射信号透过所述分束片，被所述三级镜准直后，依次经扫描镜、次镜、主镜反射后照射到被测物上；被测物反射回的反射信号再依次经主镜、次镜、扫描镜、三级镜、分束片反射后，汇聚到所述Nb5N6探测器；所述扫描镜由所述电子学系统通过电机控制模块实现扫描；所述Nb5N6探测器将接收回的辐射信号转化为电信号并发送至所述电子学系统；所述信号处理模块接收Nb5N6探测器的输出信号并实现所述输出信号的数字化处理；所述电机控制模块控制扫描镜的运动；所述扫描成像模块接收所述信号处理模块数字化后的图像信息和所述电机控制模块的位置信息，通过与所述显示模块连接，将图像信息和位置信息传输给显示模块。上述技术方案中，所述Nb5N6探测器为常温单元热辐射型探测器，在0.6THz，温度为290K时的电导率达到2.5×104S/m，在调制频率为4KHz时，Nb5N6探测器的直流噪声等效功率达到上述技术方案中，所述Nb5N6探测器将接收回的辐射信号转化为电信号并发送至所述电子学系统；上述技术方案中，所述太赫兹辐射源为650GHz可调制连续波太赫兹辐射源。上述技术方案中，所述主镜为离轴椭球面反射镜，所述次镜为离轴抛物面反射镜，所述主镜中的一个焦点与次镜的焦点重合；所述主镜与次镜的光轴重合；辐射信号与反射信号共用准光学系统。上述技术方案中，所述电子学系统通过电机控制模块控制扫描镜水平圆锥扫描和竖直摆动扫描，并通过水平和竖直方向两个编码器记录扫描镜的位置信息，扫描轨迹为螺旋线；所述信号处理模块接收所述Nb5N6探测器产生的电信号并进行数字化处理；所述显示模块对接收的图像数据进行读取，轨迹拟合、滤波，最后生成太赫兹图像。上述技术方案中，所述Nb5N6探测器对650GHz太赫兹波具有较高的响应；成像平面置于焦平面后方，成像平面内出现双焦现象，成像平面内的最佳像点呈环状，视场大小提高近50％，整个视场范围内的分辨率得到优化；轨迹拟合提高成像速度。本专利技术提供的第二种技术方案为一种基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统的主动成像方法，包括：步骤一、对成像系统进行装调，将被测物放置于焦点后方成像平面处；步骤二、所述太赫兹辐射源向所述准光学系统辐射信号，辐射信号经所述准光学系统照射到成像平面上，反射回来的信号经准光学系统汇聚至Nb5N6探测器；步骤三、所述电子学系统控制扫描镜的运动实现被测物的逐点照射和采集；步骤四、所述Nb5N6探测器将接收到的反射信号转换为电信号并发送至所述电子学系统；步骤五、所述扫描成像模块接收所述信号处理模块数字化后的太赫兹图像信息和所述电机控制模块数字化后的位置信号，并将所述太赫兹图像信息和位置信号传输给所述显示模块，通过显示模块显示出太赫兹图像；步骤六、重复上述步骤一至五，对新被测物进行成像。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统及其探测方法，采用常温单元热辐射型Nb5N6探测器、基于格里高利反射天线的准光学系统和自行设计的电子学系统实现了基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像探测。本专利技术提出的基于格里高利反射天线的准光学系统适用于单源、单探测器的太赫兹主动成像系统，解决了太赫兹源昂贵无法使用多个源且体积过大的问题，并且通过利用大型天线旁的小型机械旋转镜进行扫描，降低扫描天线对成像视场分辨率的影响，成像速度更快，实现了大视场、远距离、快速主动太赫兹成像。本专利技术提出基于格里高利反射天线的准光学系统不仅解决了单源单探测器的大视场成像问题，而且极大的缩短了成像时间，通过选择合适电机、优化算法，缩短了成像时间，实现了主动太赫兹成像系统的快速成像，进一步推进了主动成像在人体安检成像方面的应用。附图说明图1为本专利技术电路与器件连接方法示意图。图2为本专利技术的电路与器件连接实物图。图3为本专利技术的电路原理示意图。图4为本专利技术电路放大级基本单元电路结构示意图。图5为本专利技术电路低温下输入阻抗示意图。图6为本专利技术电路低温下增益范围示意图。具体实施方式本专利技术提出一种基于Nb5N6探测器的主动双焦太赫兹成像系统。该系统可以在单源和单探测器的情况下实现，远距离、大视场的快速主动太赫兹成像。辐射信号和反射回的信号共用一个准光学系统，利用大型天线旁小型机械扫描镜进行像方扫描极大地提高了系统的成像速度，进一步推进了主动成像系统的发展。Nb5N6探测器的原理是，利用Nb5N6薄膜材料的热敏效应，当太赫兹辐射入射到Nb5N6薄膜微桥上时，Nb5N6薄膜温度发生改变，从而电导率发生变化，温度越高电导率越大；若加一定的偏置电流就可将电阻变化转换为电压变化，输出的电压信号就可反映入射太赫兹信号的功率大小；Nb5N6探测器的工作温度为230K到310K，因其工作温度在230K以下时，Nb5N6薄膜材料的透射较少，电导率增加不明显，本专利技术采用常温工作的方式，Nb5N6探测器在不同的太赫兹波段都具有较高的光学响应率。本专利技术所述太赫兹辐射源为650GHz可调制连续波太赫兹辐射源。现结合附图对本专利技术进行进一步的描述，附图并未按照比例绘制。参阅图1，本专利技术提出的基于Nb5N6探测器的主动双焦太赫兹成像系统，包括：太赫兹辐射源10、准光学系统20，Nb5N6探测器40，电子学系统50；其中，准光学系统20包括主镜205、次镜204、扫描镜203、三级镜202和分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统，其特征在于，包括：连续波太赫兹辐射源、基于格里高利反射天线的准光学系统，Nb5N6探测器，电子学系统；其中，准光学系统包括椭球主反射镜、抛物次反射镜、扫描反射镜、抛物三级反射镜和分束片；电子学系统包括信号处理模块、电机控制模块、扫描成像模块和显示模块；所述连续波太赫兹辐射源向所述准光学系统辐射信号；所述准光学系统接收所述连续波太赫兹辐射源的辐射信号，辐射信号透过所述分束片，被所述抛物三级反射镜准直后，依次经扫描反射镜、抛物次反射镜、椭球主反射镜反射后照射到被测物上；被测物反射回的反射信号再依次经椭球主反射镜、抛物次反射镜、扫描反射镜、抛物三级反射镜、分束片反射后，汇聚到所述Nb5N6探测器；所述扫描反射镜由所述电子学系统通过电机控制模块实现扫描；所述Nb5N6探测器将接收回的辐射信号转化为电信号并发送至所述电子学系统；所述信号处理模块接收Nb5N6探测器的输出信号并实现所述输出信号的数字化处理；所述电机控制模块控制扫描反射镜的运动；所述扫描成像模块接收所述信号处理模块数字化后的图像信息和所述电机控制模块的位置信息，通过与所述显示模块连接，将图像信息和位置信息传输给显示模块。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统，其特征在于，包括：连续波太赫兹辐射源、基于格里高利反射天线的准光学系统，Nb5N6探测器，电子学系统；其中，准光学系统包括椭球主反射镜、抛物次反射镜、扫描反射镜、抛物三级反射镜和分束片；电子学系统包括信号处理模块、电机控制模块、扫描成像模块和显示模块；所述连续波太赫兹辐射源向所述准光学系统辐射信号；所述准光学系统接收所述连续波太赫兹辐射源的辐射信号，辐射信号透过所述分束片，被所述抛物三级反射镜准直后，依次经扫描反射镜、抛物次反射镜、椭球主反射镜反射后照射到被测物上；被测物反射回的反射信号再依次经椭球主反射镜、抛物次反射镜、扫描反射镜、抛物三级反射镜、分束片反射后，汇聚到所述Nb5N6探测器；所述扫描反射镜由所述电子学系统通过电机控制模块实现扫描；所述Nb5N6探测器将接收回的辐射信号转化为电信号并发送至所述电子学系统；所述信号处理模块接收Nb5N6探测器的输出信号并实现所述输出信号的数字化处理；所述电机控制模块控制扫描反射镜的运动；所述扫描成像模块接收所述信号处理模块数字化后的图像信息和所述电机控制模块的位置信息，通过与所述显示模块连接，将图像信息和位置信息传输给显示模块。2.根据权利要求1所述基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统，其特征在于：所述Nb5N6探测器为常温单元热辐射型探测器，在0.6THz，温度为290K时的电导率达到2.5×104S/m，在调制频率为4KHz时，Nb5N6探测器的直流噪声等效功率达到3.根据权利要求1所述基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统，其特征在于：所述连续波太赫兹辐射源为650GHz可调制连续波太赫兹辐射源。4.根据权利要求1所述基于Nb5N6探测器的双焦点太赫兹主动成像系统，其特征在于：所述椭球主反射镜为离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧，涂学凑，陈健，金飚兵，康琳，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32