专利名称：一种太赫兹波探测器、探测系统及探测方法
技术领域：
本发明属于太赫兹波探测技术领域，尤其涉及一种太赫兹波探测器、探测
系统及^:测方法。
背景技术：
太赫兹(Terahertz, THz， lTHz=1012Hz)波指频率在O.lTHz ~ 10THz (即 波长为3mm 3(Him)区间的电,兹波，其波段位于微波和红外光之间，属于远 红外线和亚毫米波范畴。THz波对很多介电材料和非极性液体有很好的穿透性， 可对不透明物体进行透视探测；其光子能量很低，对生物体很安全；THz波包 含了丰富的光i普信息，具有良好的光谱分辨特性。因而THz技术在生物医学、 安全监测等领域都有独特的优势。
太赫兹波辐射源和太赫兹波探测技术影响着其他一切太赫兹波科学和技术 研究的发展。然而现有技术没有公开太赫兹波的探测技术。

发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种能探测太赫兹波的太赫兹波探测器。 本发明实施例是这样实现的， 一种太赫兹波探测器，所述探测器包括 透镜，用于接收第一光信号，进行滤波后聚焦输出第二光信号； 探测元件，.将所述透镜输出的第二光信号转换成电信号输出； 信号放大电路，将所述探测元件输出的电信号进行滤波后放大输出；以及 电源，用于给所述探测元件以及所述信号放大电路提供工作电压。 本发明实施例的另一目的在于提供一种太赫兹波探测系统，包括太赫兹 波辐射源，辐射光信号；抛物面镜，收集所述光信号，并入射至样品上；斩光
器，当所述光信号入射至样品上时，调制所述光信号；太赫兹波探测器，接收 所述调制后加载了样品信息的光信号，进行处理后输出；以及示波器，将所述 太赫兹波探测器的输出进行显示；所述太赫兹波探测器进一步包括 透镜，用于接收第一光信号，进行滤波后聚焦输出第二光信号； 探测元件，将所述透镜输出的第二光信号转换成电信号输出； 信号放大电路，将所述探测元件输出的电信号进行滤波后放大输出； 电源，用于给所述探测元件以及所述信号放大电路提供工作电压。 本发明实施例的另一目的还在于提供一种采用上述太赫兹波探测系统探测 太赫兹波的方法，所述方法包括下述步骤
收集太赫兹波源辐射的光信号，并入射至样品上； 当所述光信号入射至样品上时，调制所述光信号； 接收所迷调制后加载了样品信息的光信号，进行处理后输出； 将所述输出进行显示。
本发明实施例提供的太赫兹波探测器、探测系统及探测方法能够探测到太 赫兹波，从而有利于其他一切太赫兹波科学和技术研究的发展。


图1是本发明实施例提供的太赫兹波探测系统的结构示意图； 图2是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的结构示意图； 图3是本发明实施例提供的信号放大电路的电路图； 图4是本发明实施例提供的基于太赫兹波探测系统探测太赫兹波的探测方 法的流程的流程图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附闺及实
施例，对本发明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
仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例采用太赫兹波探测器可以很好的探测到太赫兹波。
本发明实施例提供的太赫兹波探测器主要应用于太赫兹波探测系统中，图
1示出了太赫兹波探测系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例
相关的部分，详述如下。
太赫兹波探测系统包括太赫兹波辐射源6，辐射光信号；抛物面镜7，收 集太赫兹波辐射源6辐射的光信号，并入射至样品9上；斩光器8，当光信号 入射至样品上时，调制光信号；太赫兹波探测器IO,接收调制后加载了样品信 息的光信号，进行处理后输出；以及示波器11,将太赫兹波探测器10的输出 进行显示。
其中，太赫兹波探测器10的结构如图2所示，为了便于说明，仅示出了与 本发明实施例相关的部分，详迷如下。
太赫兹波探测器10包括透镜IOI,用于接收第一光信号，进行滤波后聚 焦输出第二光信号；探测元件102,将透镜101输出的第二光信号转换成电信 号输出；信号放大电路103,将探测元件102输出的电信号进行滤波后放大输 出；电源104，用于给探测元件102以及信号放大电路103提供工作电压。作 为本发明的一个实施例，太赫兹波探测器IO还包括机械装置(图中未示出)， 用于承载并固定探测元件102、透镜101、信号放大电路103以及电源104,减 少环境干扰。
作为本发明的一个实施例，探测元件102为红外热释电传感器。而红外热 释电传感器可以为LHI778, LHI968, RE200B等，其中LHI778响应特性最好， 灵敏度可达4000V/W, NEP可达7.5x 10-1()WHz-2。透镜101为菲涅耳透镜，而 菲涅耳透镜可以为Fresnel8120, Fresnel7709等，其中本发明实施例采用 Fresnel8120,其尺寸大小刚好可以直接安放在LHI778红外热释电传感器上。
作为本发明的另 一个实施例，电源104为3-12V直流电源均可，本发明实施例 采用+9V层叠电池。
在本发明实施例中，机械装置的结构为密封的立方体，立方体的前端和顶 端可拆卸；立方体的前面板上有小孔，用于固定透镜101和导入光波；立方体 的前端还有凹槽，用于放置信号放大电路103和探测元件102;立方体的上端 也有凹槽，用于放置+9V层叠电池，中部有两个小凹槽用于信号放大电路103 和层叠电池及开关SW的导线连接，以及信号放大电路103和输出BNC插座 J2间的导线连接。开关SW和输出插座J2固定在后面板上。该机械装置采用铝 制材料。
作为本发明的一个实施例，探测元件102与信号放大电路103可以通过焊 接的方式连接；也可以直接用导线连接。
在本发明实施例中，信号放大电路103为毫伏级到伏级电压放大电路，其 具体电路如图3所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分， 详述如下。
信号放大电路103包括直流电压转换器31，将直流正电压转换为直流负 电压；滤波电路32,将探测元件Jl (即图2中的探测元件102)输出的电信号 进行滤波；以及运算放大器33,其负电压输入端连接至直流电压转换器31的 输出端，接收直流负电压；其正电压输入端连接至第一节点SO，接收电源104 输出的直流正电压；其信号输入端连接至滤波电路32的输出端，将滤波后的电 信号进行正向放大后输出。
直流电压转换器31可以为ICL7660系列芯片，包括7660、 7660S、 7662等， 而本发明实施例采用7660S,可将+1.5—IOV之间的正电压镜像变换为负电压， 以供运算放大器33使用。作为本发明的一个实施例，直流电压转换器31包括 8个引脚，PIN1为升压引脚，PIN2为外接电荷泵电容C5的正极，PIN3为输入 低电位、接地端，PIN4为外接电荷泵电容C5的负极，PIN5为输出脚、可与输 出电容负极相连，PIN6为低电压选择端，PIN7为外置时钟或外接电容端，PIN8为电源端，输入高电位。
探测元件Jl包括3个引脚，PIN1为G端，接地；PIN2为S端，即信号 输出端；PIN3为D端，接至第一节点S0。作为本发明的一个实施例，探测元 件Jl焊接在信号放大电路103上。
作为本发明的一个实施例，滤波电路32进一步包括滤波电容C4以及滤 波电阻R3;滤波电容C4的一端连接至探测元件Jl的输出端PIN2，另一端连 接至运算放大器33的信号输入端IN+,还通过滤波电阻R3接地。滤波电阻R3 和滤波电容C4用于滤去探测元件Jl输出的电信号中的低频噪声。
运算放大器33可以为OP07系列芯片及uA741、 uA709、 LM301、 LM308、 LF356、 OP37、 max427等芯片，而本发明实施例采用OP07AH,具有很低的输 入失调电压和漂移，特别适合放大微弱信号。作为本发明的一个实施例，运算 放大器33包括8个引脚，PIN1和PIN8是调零端，用在1脚和8脚间接可调电 阻，可调电阻的中间抽头接至电源脚，PIN2为反相输入端，PIN3为同相输入 端、接地端，PIN4为负电源端，PIN5为空脚管，PIN6为输出端，PIN7为正电 源端，PIN8是调零端。
BNC插座J2包括2个引脚，PIN1接地；PIN2接运算放大器33的PIN6; BNC插座J2固定在机械外壳上，并与信号放大电路103通过导线连接。两端 带BNC标准插头的同轴电缆线通过BNC标准插座J2与示波器连接。
在本发明实施例中，信号放大电路103还进一步包括电阻R1、 R2、 R4、 R5以及电容C1、 C2、 C3、 C5，其中，电容C5连接至直流电压转换器31的 PIN2与PIN4之间，电容C5为外接电荷泵电容也叫储能电容，辅助直流电压 转换器31的内部结构实现正电压到负电压的变换。电阻R5的一端通过开关SW 连接到电源104,另一端作为第一节点SO连接至直流电压转换器31的电源端 PIN8,另一端还通过电容C2接地；电阻R5起到限流和限压作用，而电容C2 用来减少直流电源波动、起到平滑电源波形的作用。直流电压转换器31的PIN5 连接至运算放大器33的PIN4，还通过电容C3接地；电容C3用来减少直流电
压转换器31产生的负极性直流电源波动、起到平滑负极性直流电源波形的作 用。直流电压转换器31的PIN3接地，而PIN1、 PIN6、 PIN7悬空不接。电阻 R4的一端连接至探测元件Jl的输出端，另一端连接至运算放大器33的PIN4， 电阻R4起到钳位作用。运算放大器33的PIN7接第一节点S0;运算放大器33 的PIN2通过电阻Rl接地；运算放大器33的PIN6依次通过电阻R2、 Rl接地， 电容C1与电阻R2并联连接；电容C1起到滤去放大信号中高频分量的作用， 通过电阻R1和R2的阻值可以确定电信号的放大倍数，其倍数约为R2/R1。运 算放大器33的PIN3接滤波电路32的输出，而PIN1、 PIN5、 PIN8悬空不接。 本发明实施例提供的太赫兹波探测系统的工作原理描述如下从太赫兹源 6出射的太赫兹波^皮抛物面镜7收集并入射到样品台上的样品9上，同时该光 被斩光器8(SR504， 4-40Hz)调制，从样品9透射或反射的太赫兹光加载了样 品的信息，此信号光被收集并入射到透镜101上，透镜101滤掉环境中的可见 光等干扰光，并聚焦信号光到探测元件102上，探测元件102把光信号转变为 电信号，输入到信号放大电路103上，信号放大电路103先实现正电源(+9V) 到负电源的变换，以获得运算放大器工作所需的正负电源(±9V)然后对电信号 进行滤波和放大，并在示波器11上显示探测结果。
图4示出了本发明实施例提供的基于太赫兹波探测系统探测太赫兹波的探 测方法的流程图，详述如下。
在步骤S41中，收集太赫兹波源辐射的光信号，并入射至样品上。 在步骤S42中，当光信号入射至样品上时，调制光信号。 在步骤S43中，接收调制后加载了样品信息的光信号，进行处理后输出； 作为本发明的一个实施例，步骤S43具体的流程如图5所示，在步骤S431中， 接收调制后加载了样品信息的第一光信号，进行滤波后聚焦输出第二光信号； 在步骤S432中，将第二光信号转换为电信号；在步骤S433中，将电信号滤波 后放大输出。
在步骤S44中，将上述输出进行显示。
本发明实施例提供的太赫兹波探测器可以对弱信号太赫兹波进行探测，同 样，在增加了其它装置和软件的情况下，本发明实施例提供的太赫兹波探测器 还适用于对隐藏在报纸等包裹物内金属品(如刀具等)的扫描成像和无损探测。
本发明实施例提供的太赫兹波探测器、探测系统及探测方法能够探测到太
赫兹波，从而有利于其他一切太赫兹波科学和技术研究的发展；同时，本发明 实施例提供的太赫兹波探测器采用红外热释电传感器，使得太赫兹波探测响应 速度快、灵敏度高，成本低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1、一种太赫兹波探测器，其特征在于，所述太赫兹波探测器包括:透镜，用于接收第一光信号，进行滤波后聚焦输出第二光信号；探测元件，将所述透镜输出的第二光信号转换成电信号输出；信号放大电路，将所述探测元件输出的电信号进行滤波后放大输出；以及电源，用于给所述探测元件以及所述信号放大电路提供工作电压。
2、 如权利要求1所述的太赫兹波^:测器，其特征在于，所述太赫兹波探测 器还包括机械装置，用于承载并固定所述探测元件、所述透镜、所述信号放 大电路以及所述电源。
3、 如权利要求1所述的太赫兹波探测器，其特征在于，所述探测元件为红 外热释电传感器。
4、 如权利要求1所述的太赫兹波^:测器，其特征在于，所述透镜为菲涅耳 透镜。
5、 如权利要求1所述的太赫兹波:探测器，其特征在于，所述信号放大电路包括直流电压转换器，将直流正电压转换为直流负电压；滤波电路，将所述探测元件输出的电信号进行滤波；运算放大器，其负电压输入端连接至所述直流电压转换器的输出端，接收 所述直流负电压；其正电压输入端连接至第一节点，接收电源输出的直流正电 压；其信号输入端连接至所述滤波电路的输出端，将所述滤波后的电信号进行正向》文大后输出。
6、 一种太赫兹波探测系统，包括太赫兹波辐射源，辐射光信号；抛物面 镜，收集所述光信号，并入射至样品上；斩光器，当所述光信号入射至样品上 时，调制所述光信号；太赫兹波探测器，接收所述调制后加载了样品信息的光 信号，进行处理后输出；以及示波器，将所述太赫兹波#:测器的输出进行显示； 其特征在于，所述太赫兹波^:测器进一步包括透镜，用于接收第一光信号，进行滤波后聚焦输出第二光信号； 探测元件，将所述透镜输出的第二光信号转换成电信号输出； 信号放大电路，将所述探测元件输出的电信号进行滤波后放大输出；以及 电源，用于给所述探测元件以及所述信号放大电路提供工作电压。
7、 如权利要求6所述的太赫兹波探测系统，其特征在于，所述太赫兹波探 测器还包括机械装置，用于承载并固定所述探测元件、所述透镜、所述信号 放大电路以及所述电源。
8、 如权利要求6所述的太赫兹波^:测系统，其特征在于，所述探测元件为 红外热释电传感器。
9、 一种采用权利要求6或7的太赫兹波探测系统探测太赫兹波的方法，其 特征在于，所述方法包括下述步骤收集太赫兹波源辐射的光信号，并入射至样品上； 当所述光信号入射至样品上时，调制所述光信号； 接收所述调制后加载了样品信息的光信号，进行处理后输出； 将所述输出进行显示。
10、 如权利要求9所述的方法，其特征在于，接收所述调制后加载了样品 信息的光信号，进行处理后输出的步骤进一步包括接收所述调制后加载了样品信息的第一光信号，进行滤波后聚焦输出第二 光信号；将所述第二光信号转换为电信号； 将所述电信号滤波后放大输出。
全文摘要
本发明适用于太赫兹波探测技术领域，提供了一种太赫兹波探测器、探测系统及探测方法，所述太赫兹波探测器包括透镜，用于接收第一光信号，进行滤波后聚焦输出第二光信号；探测元件，将所述透镜输出的第二光信号转换成电信号输出；信号放大电路，将所述探测元件输出的电信号进行滤波后放大输出；以及电源，用于给所述探测元件以及所述信号放大电路提供工作电压。本发明提供的太赫兹波探测器、探测系统及探测方法能够探测到太赫兹波，从而有利于其他一切太赫兹波科学和技术研究的发展。
文档编号G01J1/42GK101377462SQ20081021631
公开日2009年3月4日 申请日期2008年9月18日 优先权日2008年9月18日
发明者刘文权, 敏 张, 珺 杨, 红 苏, 闫培光, 阮双琛 申请人:阮双琛;杨 珺;张 敏;苏 红;闫培光;刘文权;深圳大学