一种太赫兹连续波三维层析成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种太赫兹连续波三维层析成像装置及方法，该装置主要包括：太赫兹波收发模块，其中包括:双路微波源、同步采集单元、倍频模块与收发天线，用于产生、探测和分析太赫兹波信号；太赫兹波光路扫描模块，其中包括:离轴抛物面，用于形成太赫兹光路，对天线辐射出的太赫兹波聚焦成为高斯波束。三维载物移动平台，用于模拟传统层析成像扫描模式，移动成像目标；主控主机模块，包括主控计算机与单片机，用于控制太赫兹波收发模块与太赫兹波光路扫描模块对成像目标物体扫描，对获得的太赫兹波透射物体数据采用滤波反投影或者联合代数重建法进行数据反演成像，得到成像目标物体的三维内部结构图。三维内部结构图。三维内部结构图。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹连续波三维层析成像装置及方法


[0001]本专利技术属于太赫兹成像
，具体涉及一种太赫兹连续波三维层析成像装置及方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波段是频率高于毫米波，低于红外波的电磁波，一般认为其频率在 100GHz到10THz，相对应的波长从3mm到30μm。由于该波段是电子学和光学之间的过渡频段，所以其具有一些独特的性质，很多大分子物质的振动频率和转动能级是落在太赫兹频段的，所以这些物质对太赫兹波是有一些吸收峰，这意味着利用太赫兹TDS系统可以检测到这些物质。同时对于非极性材料太赫兹波相较于微波具有更强的穿透性，散射场更小，相较于X射线，光子能量更低，对材料和人体不会造成电离效应更加的安全，所以在同种层析成像原理下，成像分辨率高于微波成像，穿透性强于红外波。相较X射线，太赫兹波对低密度材料成像对比度更高且太赫兹波的光子能量低不会对材料造成电离，可做到无损成像。因此太赫兹成像可以作为现有成像技术的重要补充，应用于无损检测，生物医学等领域。现在太赫兹成像技术已经发展出了很多成像模式，例如主动式和被动式，连续波和TDS成像，反射式和透射式成像等等。
[0003]目前太赫兹三维成像技术中，比较成熟的技术是太赫兹波计算机辅助层析成像(CT)。但是X射线在物质中的传播过程和太赫兹波的传播过程是有很大差别的，X射线是沿着直线传播的。但太赫兹波是会引起电荷的运动，所以在不同材料界面斜入射时，会产生反射和折射，材料的介电对比度越高的话，反射和折射就越严重。目前多数的太赫兹层析成像系统都是通过一个太赫兹源发射太赫兹波后用透镜或抛物面聚焦太赫兹波束，然后扫描待测样品再聚焦后由一个太赫兹探测器进行接收。这种系统只能得到一个单频发射的幅频信息和一个接收的幅度信息，信息量单一，想要获得频谱信息还需要用斩波器进行调制，斩波器调制信号的局限性也比较大，且当太赫兹源不稳定时，测得的接收幅度会有误差产生。而且这种系统成像速度很慢，因为需要逐点扫描记录数据，以及该系统动态范围小，缺乏其他参考数据量对结果数据量进行优化。

技术实现思路

[0004]为了解决以上现有的技术不足，本专利技术提供了一种太赫兹连续波三维层析成像装置及方法，该装置采用太赫兹连续波收发一体装备，实现对成像目标的快速扫描；记录太赫兹连续波透射物体后的数据，进而使用滤波反投影以及联合代数重建算法对成像目标进行内部结构成像，实现对目标的无损探伤检测。
[0005]按照本专利技术的一个方面，提供了一种太赫兹连续波三维层析成像装置的技术方案：
[0006]一种太赫兹连续波三维层析成像装置，该装置包括太赫兹收发模块、太赫兹光路扫描模块和主控主机模块；
[0007]太赫兹收发模块包括双路微波源、同步采集单元、倍频模块以及收发天线，将收发模块一体化。双路微波源用于产生一路微波信号，与一路参考信号；同步采集单元用于同步采集接收与发射的信号；倍频模块用于将微波源的微波信号倍频至太赫兹波段，以及将接收的太赫兹波信号降频至微波波段；收发天线用于发射与接收太赫兹波。
[0008]太赫兹光路扫描模块包括离轴抛面镜与三维载物转台，离轴抛面反射镜的作用是，天线发射的太赫兹波聚焦成穿透力强的太赫兹高斯波束，从而透射成像目标，并将透射后发散的太赫兹波汇聚到接收天线处，形成太赫兹扫描光路；三维载物移动平台可在水平，垂直和旋转三个维度移动，用于使单发单收的成像系统模拟传统CT成像模式，对成像目标进行三维移动。
[0009]主控主机模块包括主控主机与单片机，主控主机用的作用是，连接太赫兹收发模块读取扫描数据和采用滤波反投影或联合代数重建方法处理数据对成像目标物体进行三维结构成像；单片机的作用是与主控主机连接三维载物移动平台，控制三维载物移动平台的运动。
[0010]本专利技术另一方面提供的一种太赫兹连续波三维层析成像装置控制方法技术方案是：
[0011]一种太赫兹连续波三维层析成像装置控制方法，该方法包括一下步骤：
[0012]S1.设置太赫兹收发模块的输出频率、扫描模式、扫描点数和扫描时间；
[0013]S2.根据成像目标，设置三维扫描范围，扫描的步长，扫描时间；
[0014]S3.将成像目标置于三维载物移动平台上，并将三维载物移动平台设置于初始位置；
[0015]S4.三维载物移动平台水平移动到预设范围的同时矢量网络分析仪由发射天线一束太赫兹连续波，并由接收天线记录穿过成像目标物体的透射波数据，再将数据记录到一个二维数组中的第一列，随后三维载物移动平台再该平面转动一个角度步长；
[0016]S5.重复S4的步骤，将下一个角度的透射波数据记录到二维数组的下一列，以此类推，直至旋转角度完成预设范围的全部角度扫描。该数组记录的透射波数据存入主控主机模块，记录为当前高度的横截面成像目标物体的平面扫描数据，进而使用滤波反投影或联合代数法进行二维层析图的反演重建，获得成像目标物体再改横截面的内部结构图像；
[0017]S6.将三维载物移动平台再垂直方向上升一个步长距离，重复S4,S5的步骤，获得该垂直方向上的成像目标物体的二维层析图像；以此类推，直至三维转台上升至预设高度。完成全部垂直方向上的步长扫描和相应的二维层析图像。最后，将所有截面的二维层析图像在垂直方向上进行三维堆叠重建，得到成像目标物体的三维结构图。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例一种太赫兹连续波三维层析成像装置的结构图
[0019]图2是本专利技术实施例一种太赫兹连续波三维层析成像装置控制方法流程图
[0020]图3是本专利技术实施例提供采用本专利技术装置测量的一个物体截面成像结果图
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0022]如图1所示的按照本专利技术的一个方面，提供了一种太赫兹连续波三维层析成像装置的技术方案：
[0023]一种太赫兹连续波三维层析成像装置，该装置包括太赫兹收发模块1、太赫兹光路扫描模块2和主控主机模块3。
[0024]所述太赫兹收发模块包括双路微波源、同步采集单元、倍频模块以及收发天线，将收发模块一体化。双路微波源用于产生一路微波信号，与一路参考信号；同步采集单元用于同步采集接收与发射的信号；倍频模块用于将微波源的微波信号倍频至太赫兹波段，以及将接收的太赫兹波信号降频至微波波段；收发天线用于发射与接收太赫兹波。
[0025]在本实施例中，所述双路微波源产生信号的方法包括：
[0026]采用矢量网络分析仪等通用测试仪器，产生步进或点频的连续波微波信号；
[0027]或者，采用频率合成技术，产生连续微波信号。
[0028]所述太赫兹光路扫描模块包括离轴抛面镜与三维载物转台，离轴抛面反射镜的作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹连续波三维层析成像装置及方法，其特征是，该装置包括：太赫兹波收发模块，用于产生与接收太赫兹信号，并直接分析发射与接收到的太赫兹波，得到太赫兹波透射成像目标物体后的数据；太赫兹波光路扫描模块，用于将太赫兹收发模块中发射天线辐射出的太赫兹波聚焦为高斯波束，其中三维载物移动平台对物体移动从而进行三维扫描，并将扫描后发散的波束聚焦至太赫兹收发模块中接收天线；主控主机模块，用于控制太赫兹波收发模块收发太赫兹波，以及控制太赫兹波光路扫描模块使成像目标物体三维移动。并对扫描数据采用滤波反投影或联合代数重建法进行成像目标内部结构图像重建。该方法包括以下步骤：S1.设置太赫兹收发模块的太赫兹波输出频率、扫描模式、扫描点数和扫描时间；S2.根据成像目标，设置太赫兹光路扫描模块的三维扫描范围，扫描的步长，扫描时间；S3.将成像目标置于三维载物移动平台上，并将三维载物移动平台设置于初始位置；S4.三维载物移动平台水平移动到预设范围的同时太赫兹波收发模块发射一束太赫兹波，同时接收并记录太赫兹波穿过目标物体后的透射波数据，再将该数据记录到一个二维数组中的第一列，随后三维载物移动平台在该平面转动一个角度步长；S5.重复S4的步骤，将下一个角度的透射波数据记录到二维数组的下一列，以此类推，直至旋转角度完成预设范围的全部角度扫描。该数组记录的数据存入主控主机模块，记录为当前高度的横截面成像目标物体的平面扫描数据，进而使用滤波反投影方法或联合代数方法进行二维层析图像的反演重建，获得成像目标物体在该截面的内部结构图像；S6.将三维载物移动平台再垂直方向上升移动一个步长距离，重复S4,S5的步骤，获得该垂直方向上的成像目标物体的二维层析图像；以此类推，直至三维转台上升至预设高度，完成全部垂直方向上的步长扫描和相应的二维层析图像。最后，将说有截面的二维层析图像在垂直方向上进行三维堆叠重建，得到成...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖大坤，安红宇，番雄彬，冯天琦，侯钟伟，马岳，高勇，李恩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：