CN110736987A - 一种太赫兹主动成像扫描*** - Google Patents

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陈永华
卢禹
陈根
杨庆喜
丁开忠
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Abstract

本发明公开了一种太赫兹主动成像扫描***，包括太赫兹接收装置、信号处理装置、成像装置和显示装置，所述太赫兹接收装置包括二维旋转平台、扫描平面镜和探测器；所述太赫兹接收装置用于太赫兹束的聚焦并通过扫描平面镜将聚焦后的太赫兹束反射到被检测物体上，被检测物体接收到太赫兹束后将其进行反射汇聚至探测器上并转化为电信号；所述二维旋转平台使扫描平面镜在竖直方向旋转和在水平方向移动；扫描平面镜在竖直方向旋转过程中使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径，本发明通过对被检测物体形成椭圆形的扫描路径，缩短了扫描被检测物体的时间，因此提高了对被检测物体的扫描效率。

Description

一种太赫兹主动成像扫描***
技术领域
本发明涉及太赫兹成像技术领域，具体是一种太赫兹主动成像扫描***。
背景技术
太赫兹波广义上是指频率范围在0.1～10THz范围内的电磁波，太赫兹波在频谱上处于微波和红外光之间，是宏观电子学向微观电子学过渡的区域，被称为电磁波谱的“太赫兹空隙”，太赫兹波具有许多独特的优越性，与可见光和红外光相比，太赫兹波能够轻松穿透诸如塑料、衣物、木板等非极性材料的遮蔽物；与低频段的微波和毫米波相比，太赫兹波成像可以获得更高的图像分辨率；与x射线相比，太赫兹波光子能量低，只有毫电子伏特，对人体是无害的，由于具备上述众多优点，近些年来，太赫兹技术在安全检查、无损检测等领域得到了广泛的应用。
随着太赫兹技术研究的深入，太赫兹成像收到越来越多的关注，根据太赫兹源的辐照与否，太赫兹成像***一般分为主动成像***和被动成像***两类；被动成像不适用信号源辐照，完全依靠被检测物体自身的太赫兹辐射或者被检测物体反射自然环境中的其他辐射的能量差异进行对比成像，而主动成像利用信号源辐射照待测物体，依靠反射或透射的信号成像。由于物体自身的辐射相对微弱，所以被动成像对***探测器灵敏度要求较高，导致***分辨率较低，图像不够清晰，主动成像由于太赫兹源的存在可以解决被动成像所存在的问题。
传统的扫描成像***通常采用沿水平方向从左到右，垂直方向从上到下一次扫描的光栅扫描方式，该方式虽然测量结果分辨率较高，但是扫描时间较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太赫兹主动成像扫描***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种太赫兹主动成像扫描***，包括太赫兹接收装置、信号处理装置、成像装置和显示装置，所述太赫兹接收装置包括二维旋转平台、扫描平面镜和探测器；
所述太赫兹接收装置用于太赫兹束的聚焦并通过扫描平面镜将聚焦后的太赫兹束反射到被检测物体上，被检测物体接收到太赫兹束后将其进行反射汇聚至探测器上并转化为电信号；
所述二维旋转平台使扫描平面镜在竖直方向旋转和在水平方向移动；扫描平面镜在竖直方向旋转过程中使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径，扫描平面镜在水平方向移动过程中实现了对整个被检测物体的扫描；
所述信号处理装置用于将探测器检测到的电信号转变为数字信号，信号处理装置用于将探测器检测到的电信号转变为数字信号，信号处理***可使用NI采集卡，将太赫兹源的调制信号机以及太赫兹探测器检测到的电压信号转变为数字信号；
所述成像装置用于根据数字信号及其成像位置，对数字信号进行融合处理，从而对所扫描被检测物体生成图像；
所述显示装置用于将成像装置中所成的图像显示在显示器中。
作为本发明进一步的方案：还包括太赫兹源和反射镜面，所述太赫兹源经过反射镜面反射后形成太赫兹束。
作为本发明进一步的方案：所述太赫兹源为光学太赫兹源、电子太赫兹源、等离子太赫兹源中的一种，太赫兹源用于产生太赫兹波，太赫兹波的产生原理可基于光学方法、电子学方法和等离子方法，因此太赫兹源可以为基于光学方法的光学太赫兹源、基于电子学方法的电子太赫兹源或者基于等离子原理的等离子太赫兹源。
作为本发明进一步的方案：所述太赫兹接收装置还包括高阻硅片、卡塞格伦主镜、卡塞格伦副镜；
所述高阻硅片接收到太赫兹束后穿过卡塞格伦主镜中间的圆孔并照射到卡塞格伦副镜上，所述卡塞格伦副镜将接受到的太赫兹束反射至卡塞格伦主镜的反射面被扫描平面镜接收，所述扫描平面镜将接收到的太赫兹束反射至被检测物体上，被检测物体接收到太赫兹束后将其进行反射至扫描平面镜后经卡塞格伦主镜、卡塞格伦副镜后被探测器接收。
作为本发明进一步的方案：所述二维旋转平台包括竖直转动机构和水平转动机构；
所述竖直转动机构用于将扫描平面镜在竖直方向进行快速的旋转，从而使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径；
所述水平转动机构用于将旋转台在水平方向缓慢旋转使椭圆形的扫描路径进行水平移动，实现了对整个检测物体的扫描，二维旋转平台通过控制该伺服电机的转轴快速转动，令扫描平面镜在竖直方向上进行快速的偏轴旋转，从而使聚焦在被检测物体上的光斑形成椭圆形的扫描路径，与此同时，另一电机控制旋转台在水平方向上缓慢旋转，从而使椭圆形的扫描路径水平移动，这样就实现了对整个检测物体的扫描。
作为本发明进一步的方案：所述高阻硅片的下方设置有吸波片。
作为本发明进一步的方案：所述吸波片的材质为吸波材料，，可以降低整个***的噪声。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、通过高阻硅片接收到太赫兹束后穿过卡塞格伦主镜中间的圆孔并照射到卡塞格伦副镜上，卡塞格伦副镜将接受到的太赫兹束反射至卡塞格伦主镜的反射面被扫描平面镜接收，卡塞格伦主镜和卡塞格伦副镜的结构紧凑，通过卡塞格伦副镜对太赫兹束进行校正，在卡塞格伦主镜反射面的口径上产生更均匀的分布，从而提高了卡塞格伦主镜反射面的口径效率。
二、通过二维旋转平台使扫描平面镜在竖直方向旋转和在水平方向移动；扫描平面镜在竖直方向旋转过程中使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径，扫描平面镜在水平方向移动过程中实现了对整个被检测物体的扫描，从而便于对整个被检测物体的扫描。
三、通过设置反射镜面，当太赫兹源经过反射镜面反射后形成太赫兹束，因此反射镜面的设置便于将太赫兹源形成太赫兹束。
本发明通过对被检测物体形成椭圆形的扫描路径，缩短了扫描被检测物体的时间，因此提高了对被检测物体的扫描效率。
附图说明
图1为一种太赫兹主动成像扫描***的模块示意图；
图2为一种太赫兹主动成像扫描***的光路示意图；
图中：1、扫描平面镜；2、卡塞格伦副镜；3、卡塞格伦主镜；4、吸波片；5、高阻硅片；6、探测器；7、反射镜面；8、太赫兹源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明实施例中，一种太赫兹主动成像扫描***，，包括太赫兹接收装置、信号处理装置、成像装置和显示装置，太赫兹接收装置包括二维旋转平台、扫描平面镜1和探测器6；
太赫兹接收装置用于太赫兹束的聚焦并通过扫描平面镜1将聚焦后的太赫兹束反射到被检测物体上，被检测物体接收到太赫兹束后将其进行反射汇聚至探测器6上并转化为电信号；
二维旋转平台使扫描平面镜1在竖直方向旋转和在水平方向移动；扫描平面镜1在竖直方向旋转过程中使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径，扫描平面镜1在水平方向移动过程中实现了对整个被检测物体的扫描；
信号处理装置用于将探测器6检测到的电信号转变为数字信号，信号处理***可使用NI采集卡，将太赫兹源的调制信号机以及太赫兹探测器检测到的电压信号转变为数字信号；
成像装置用于根据数字信号及其成像位置，对数字信号进行融合处理，从而对所扫描被检测物体生成图像；
显示装置用于将成像装置中所成的图像显示在显示器中。
还包括太赫兹源8和反射镜面7，太赫兹源8经过反射镜面7反射后形成太赫兹束。
太赫兹源8为光学太赫兹源8、电子太赫兹源8、等离子太赫兹源8中的一种。
太赫兹源8用于产生太赫兹波，太赫兹波的产生原理可基于光学方法、电子学方法和等离子方法，因此太赫兹源8可以为基于光学方法的光学太赫兹源、基于电子学方法的电子太赫兹源或者基于等离子原理的等离子太赫兹源。
太赫兹接收装置还包括高阻硅片5、卡塞格伦主镜3、卡塞格伦副镜2；
高阻硅片5接收到太赫兹束后穿过卡塞格伦主镜3中间的圆孔并照射到卡塞格伦副镜2上，卡塞格伦副镜2将接受到的太赫兹束反射至卡塞格伦主镜3的反射面被扫描平面镜1接收，扫描平面镜1将接收到的太赫兹束反射至被检测物体上，被检测物体接收到太赫兹束后将其进行反射至扫描平面镜1后经卡塞格伦主镜3、卡塞格伦副镜2后被探测器6接收。
二维旋转平台包括竖直转动机构和水平转动机构；
竖直转动机构用于将扫描平面镜1在竖直方向进行快速的旋转，从而使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径；
水平转动机构用于将旋转台在水平方向缓慢旋转使椭圆形的扫描路径进行水平移动，实现了对整个检测物体的扫描。
二维旋转平台通过控制该伺服电机的转轴快速转动，令扫描平面镜在竖直方向上进行快速的偏轴旋转，从而使聚焦在被检测物体上的光斑形成椭圆形的扫描路径，与此同时，另一电机控制旋转台在水平方向上缓慢旋转，从而使椭圆形的扫描路径水平移动，这样就实现了对整个检测物体的扫描。
高阻硅片5的下方设置有吸波片4。
吸波片4的材质为吸波材料，可以降低整个***的噪声。
太赫兹源8经过反射镜面7反射后形成太赫兹束，高阻硅片5接收到太赫兹束后穿过卡塞格伦主镜3中间的圆孔并照射到卡塞格伦副镜2上，卡塞格伦副镜2将接受到的太赫兹束反射至卡塞格伦主镜3的反射面被扫描平面镜1接收，扫描平面镜1将接收到的太赫兹束反射至被检测物体上，被检测物体接收到太赫兹束后将其进行反射至扫描平面镜1后经卡塞格伦主镜3、卡塞格伦副镜2后被探测器6接收，探测器6将其转化为电信号，成像装置用于根据数字信号及其成像位置，对数字信号进行融合处理，从而对所扫描被检测物体生成图像；显示装置用于将成像装置中所成的图像显示在显示器中。
二维旋转平台使扫描平面镜1在竖直方向旋转和在水平方向移动；扫描平面镜1在竖直方向旋转过程中使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径，扫描平面镜1在水平方向移动过程中实现了对整个被检测物体的扫描，从而便于显示装置呈现整个被检测物体的图像在显示器中。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种太赫兹主动成像扫描***，其特征在于，包括太赫兹接收装置、信号处理装置、成像装置和显示装置，所述太赫兹接收装置包括二维旋转平台、扫描平面镜和探测器；
所述太赫兹接收装置用于太赫兹束的聚焦并通过扫描平面镜将聚焦后的太赫兹束反射到被检测物体上，被检测物体接收到太赫兹束后将其进行反射汇聚至探测器上并转化为电信号；
所述二维旋转平台使扫描平面镜在竖直方向旋转和在水平方向移动；扫描平面镜在竖直方向旋转过程中使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径，扫描平面镜在水平方向移动过程中实现了对整个被检测物体的扫描；
所述信号处理装置用于将探测器检测到的电信号转变为数字信号；
所述成像装置用于根据数字信号及其成像位置，对数字信号进行融合处理，从而对所扫描被检测物体生成图像；
所述显示装置用于将成像装置中所成的图像显示在显示器中。
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹主动成像扫描***，其特征在于，还包括太赫兹源和反射镜面，所述太赫兹源经过反射镜面反射后形成太赫兹束。
3.根据权利要求2所述的一种太赫兹主动成像扫描***，其特征在于，所述太赫兹源为光学太赫兹源、电子太赫兹源、等离子太赫兹源中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹主动成像扫描***，其特征在于，所述太赫兹接收装置还包括高阻硅片、卡塞格伦主镜、卡塞格伦副镜；
所述高阻硅片接收到太赫兹束后穿过卡塞格伦主镜中间的圆孔并照射到卡塞格伦副镜上，所述卡塞格伦副镜将接受到的太赫兹束反射至卡塞格伦主镜的反射面被扫描平面镜接收，所述扫描平面镜将接收到的太赫兹束反射至被检测物体上，被检测物体接收到太赫兹束后将其进行反射至扫描平面镜后经卡塞格伦主镜、卡塞格伦副镜后被探测器接收。
5.根据权利要求1所述的一种太赫兹主动成像扫描***，其特征在于，所述二维旋转平台包括竖直转动机构和水平转动机构；
所述竖直转动机构用于将扫描平面镜在竖直方向进行快速的旋转，从而使被检测物体接收到太赫兹束形成椭圆形的扫描路径；
所述水平转动机构用于将旋转台在水平方向缓慢旋转使椭圆形的扫描路径进行水平移动，实现了对整个检测物体的扫描。
6.根据权利要求4所述的一种太赫兹主动成像扫描***，其特征在于，所述高阻硅片的下方设置有吸波片。
7.根据权利要求6所述的一种太赫兹主动成像扫描***，其特征在于，所述吸波片的材质为吸波材料。
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