一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，其依次通过前置电流放大器单元、调偏电路单元、滤波器单元、ADC模数转换单元和FPGA单元对探测光电导天线产生的微弱的太赫兹电流信号进行放大、调偏、滤波、量化、采集和信号处理，最后将处理后的信号上传到上位机控制软件，实现太赫兹信号的采集。其能够动态的自适应调整滤波器的滤波带宽外，在线调节信号的放大倍数，实时降低噪声对太赫兹信号的干扰，提升系统的动态范围。围。围。

A direct signal acquisition device with adaptive filter bandwidth adjustment in terahertz system

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置

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[0001]本技术属于太赫兹时域光谱技术和太赫兹层析成像
，具体涉及一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置。

技术介绍
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[0002]太赫兹波是频率在0.1～10THz(1THz＝10
12
Hz)之间的电磁波，介于微波和红外波之间。太赫兹波因具有独特的穿透性、高安全性和指纹谱特性，被广泛应用于物质识别、安全检查、材料与结构的无损探伤、生物组织的活体检查、无线通信等领域。
[0003]随着太赫兹技术在工业领域的逐渐应用，人们对太赫兹信号的获取速度提出了更高的要求，原有的步进电机方案延迟线获取太赫兹信号的速度已经不能满足工业应用的需求，越来越多的系统使用机械结构的振荡电机或旋转电机等方案来获取太赫兹信号，常用的锁相放大器的信号采集方案已不能满足系统采样速率的需求，故采用信号直接采集方案实现系统中太赫兹信号的采集。
[0004]受光电导探测天线自身材料和结构的影响，太赫兹光电流信号非常微弱，大小只有几十到几百pA量级，极易淹没在噪声中。为了实现对太赫兹信号的精确检测，我们需要从噪声中提取、恢复并增强被测信号。因此，对如此微弱的太赫兹信号的精确检测成为了太赫兹系统中的关键部分。
[0005]为提高太赫兹系统的动态范围，在信号直接采集电路中低通滤波器的带宽是根据采集信号的带宽进行设计的，而机械结构的延迟线的振荡或旋转频率决定了太赫兹系统中探测光电流的信号带宽。太赫兹系统在使用过程，用户通常会根据测试样品的特性来调整延迟线的扫描范围和振荡或旋转频率，为提升系统的动态范围，本技术提出了一种自适应调整滤波带宽的信号直接采集方法及装置。

技术实现思路
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[0006]本技术目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置。
[0007]为了实现上述目的，本技术涉及的一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，包括信号输入接口、前置电流放大器单元、调偏电路单元、滤波器单元、ADC模数转换单元、FPGA单元、滤波带宽调节电路单元和上位机通信接口，其中，FPGA单元包括滤波带宽自适应配置模块、线性累加平均处理模块；所述信号输入接口输入端外接太赫兹光谱和成像系统的探测天线；所述前置电流放大器单元与输入接口的输出端连接，实现对太赫兹光电流信号的放大，并将其转为电压信号；所述调偏电路单元输入端与前置电流放大器单元输出端连接，用于对前置电流放大器单元输入的信号进行调偏；所述滤波器单元输入端与调偏电路单元输出端连接，滤波器单元的滤波带宽在系统工作后由滤波带宽自适应配置模块和滤波带宽调节电路单元两个单元模块自适应的动态配置，用于滤除输入信号的带外噪声，提高输入信号的信噪比；所述ADC模数转换单元输入端与滤波器单元输出端
连接，用于实现对滤波器单元输入信号的采样、保持、量化、编码，并将模拟信号转换为数字信号；所述FPGA单元输入端与ADC模数转换单元输出端连接，其中，滤波带宽自适应配置模块的输入端与ADC模数转换单元输出端连接，滤波带宽自适应配置模块根据输入信号的处理结果动态的调整滤波带宽调节电路单元的滤波带宽，为太赫兹系统选择最优的滤波带宽；所述FPGA单元中的线性累加平均处理模块的输入端与滤波带宽自适应配置模块的输出端连接，当系统适配出最优的滤波带宽后，线性累加平均处理模块通过线性累加平均算法对输入信号进行处理，用以滤除系统中白噪声对信号的干扰；所述上位机通信接口与FPGA单元输出端连接，通过上位机通信接口与上位机进行信息交互；所述滤波带宽调节电路单元与滤波带宽自适应配置模块和滤波器单元分别连接，滤波带宽调节电路单元根据滤波带宽自适应配置模块配置的带宽参数动态的调节滤波器单元的滤波带宽，实现对当前系统的最优滤波。
[0008]进一步说明，本技术涉及的一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，还包括增益调节电路单元，对应地，FPGA单元还包括增益配置模块，增益调节电路单元与增益配置模块和前置电流放大器单分别连接，增益配置模块用于配置增益参数，增益调节电路单元基于增益参数配置前置电流放大器单元的增益放大倍数。
[0009]进一步说明，本技术涉及的一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，FPGA单元还包括调偏配置模块，调偏配置模块输出端与调偏电路单元连接，调偏配置模块用于配置调偏电路单元输出不同的调偏电压。
[0010]进一步说明，本技术涉及的FPGA单元还包括其他功能管理模块，其他功能管理模块605用于对太赫兹系统中偏置电压源模块和延迟线电路模块急性通信、监控、配置和管理。
[0011]进一步说明，本技术涉及的一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，还包括MCU单元，MCU单元用于对飞秒激光器模块进行配置和监控。
[0012]进一步说明，本技术涉及的一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，还包括电源单元，电源单元用于为信号直接采集装置提供电源和上电时序管理功能。
[0013]进一步说明，本技术涉及的一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，还包括模拟输出接口，模拟输出接口与滤波器单元输出端连接，用于输出采集到的太赫兹模拟信号。
[0014]进一步说明，本技术涉及的一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，还包括外围电路接口，外围电路接口为飞秒激光器模块、延迟线电路模块、偏置电压源模块、状态监测模块、状态显示模块与信号直接采集装置的通信接口。
[0015]本技术与现有技术相比具有以下有益效果：本技术信号直接采集电路除了能动态的自适应调整滤波器的滤波带宽外，还可以在线调节前置电流放大器增益的放大倍数，实时的通过线性累加算法降低噪声对太赫兹信号的干扰，提升系统的动态范围，信号直接采集电路支持模拟信号和数字信号双路输出，便于用户对信号的分析和处理，信号直接采集电路还具有对太赫兹系统中其他的功能部件进行控制和管理等功能。
附图说明：
[0016]图1为实施例1中所述的太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集方法及装置结构示意图。
具体实施方式：
[0017]下面通过具体实施例并结合附图对本技术作进一步说明。
[0018]实施例1
[0019]本技术利用信号直接采样原理实现对太赫兹电流信号的采集，飞秒激光激发光电导天线产生的光生载流子在太赫兹脉冲电场的作用下形成光电流，因太赫兹电流信号的大小与太赫兹信号强度线性相关，通过探测电流的变化即可实现对太赫兹脉冲强度的测量。
[0020]本实施例涉及的一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置对探测光电导天线产生的微弱的太赫兹电流信号进行放大、调偏、滤波、量化、采集和信号处理，最后将处理后的信号上传到上位机控制软件，实现太赫兹信号的采集。
[0021]如图1所示，本实施例涉及的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，其特征在于，包括信号输入接口、前置电流放大器单元、调偏电路单元、滤波器单元、ADC模数转换单元、FPGA单元、滤波带宽调节电路单元和上位机通信接口，其中，FPGA单元包括滤波带宽自适应配置模块、线性累加平均处理模块；所述信号输入接口输入端外接太赫兹光谱和成像系统的探测天线；所述前置电流放大器单元与输入接口的输出端连接，实现对太赫兹光电流信号的放大，并将其转为电压信号；所述调偏电路单元输入端与前置电流放大器单元输出端连接，用于对前置电流放大器单元输入的信号进行调偏；所述滤波器单元输入端与调偏电路单元输出端连接，滤波器单元的滤波带宽在系统工作后由滤波带宽自适应配置模块和滤波带宽调节电路单元两个单元模块自适应的动态配置，用于滤除输入信号的带外噪声，提高输入信号的信噪比；所述ADC模数转换单元输入端与滤波器单元输出端连接，用于实现对滤波器单元输入信号的采样、保持、量化、编码，并将模拟信号转换为数字信号；所述FPGA单元输入端与ADC模数转换单元输出端连接，其中，滤波带宽自适应配置模块的输入端与ADC模数转换单元输出端连接，滤波带宽自适应配置模块根据输入信号的处理结果动态的调整滤波带宽调节电路单元的滤波带宽，为太赫兹系统选择最优的滤波带宽；所述FPGA单元中的线性累加平均处理模块的输入端与滤波带宽自适应配置模块的输出端连接，当系统适配出最优的滤波带宽后，线性累加平均处理模块通过线性累加平均算法对输入信号进行处理，用以滤除系统中白噪声对信号的干扰；所述上位机通信接口与FPGA单元输出端连接，通过上位机通信接口与上位机进行信息交互；所述滤波带宽调节电路单元与滤波带宽自适应配置模块和滤波器单元分别连接，滤波带宽调节电路单元根据滤波带宽自适应配置模块配置的带宽参数动态的调节滤波器单元的滤波带宽，实现对当前系统的最优滤波。2.根据权利要求1所述的太赫兹系统中自适应调整滤波带宽的信号直接采集装置，其特征在于，还包括增益调节电路单元，对应地，FPGA单元还包括增益配置模块，增益调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝惠，朱新勇，秦政飞，管玉超，初文怡，刘永利，王玉建，刘平安，郭永玲，
申请(专利权)人：青岛青源峰达太赫兹科技有限公司，
类型：新型
国别省市：