CN111879722A - 一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***及方法，属于检测技术领域通过在太赫兹波聚焦元件后加入光学元件将准直高斯波束生成准零阶贝塞尔波束来实现太赫兹波成像中较长景深和较高的分辨率；并采用共聚焦技术来满足大的动态范围和较高的信噪比，***包括太赫兹波发射端、太赫兹波接收端，以及用于测量太赫兹波发射端、太赫兹波接收端与探测区域距离的激光位移传感器，太赫兹波发射端和太赫兹波接收端中的太赫兹波的方向相异；太赫兹波发射端将太赫兹波投射到探测区域，太赫兹波接收端从探测区域接收太赫兹波；太赫兹波发射端和太赫兹波接收端均包括用于太赫兹波聚焦的聚焦元件以及用于生成准零阶贝塞尔波束的光学元件。
Description
技术领域
本发明属于检测技术领域，具体的，涉及一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围内，对应波长在3mm到0.03mm之间的电磁波。与可见光、X射线、红外和超生波一样，太赫兹波也可以用于物体成像。由于太赫兹波能够透过陶瓷、石墨、高分子复合材料、塑料、泡沫等非金属和非极性材料，可以对这些材料制成的样件内部存在的缺陷、孔洞、夹杂、脱粘、断层、错位和裂缝等清晰成像，实现无损检测。与X射线相比，非致密性材料对太赫兹波的吸收相对较高，使用太赫兹波成像技术可以辨别出非致密性材料的缺陷，且内部缺陷的成像分辨率更高。与超声检测相比，则具有更高的空间分辨率。同时，基于太赫兹(THz)波还能实现频谱成像，可用来甄别材料成份。作为一种新型技术，无损检测技术已经成为X射线和超声无损检测技术的有力补充。太赫兹波能穿透非金属和非极性的电解质材料，而且非致密材料对太赫兹波的吸收相对较高，使用太赫兹波成像技术能辨别非致密性材料的缺陷。此外太赫兹波的光子能量低于损害生物组织的能量阈值，因此可以被用来进行人体安检和生物检测。太赫兹波成像技术可以作为现有成像技术的补充，在无损检测和人体安检等领域有广泛的应用前景。
发明人发现，传统的太赫兹波成像检测技术大多数基于高斯波束难以兼具较长的景深和较高的分辨率，即使出现的太赫兹波结构化波束，但都是使用单通道的形式，存在动态范围小，信噪比较低等问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***及方法，通过在太赫兹波聚焦元件后加入光学元件将准直高斯波束生成准零阶贝塞尔波束来实现太赫兹波成像中较长景深和较高的分辨率；并采用共聚焦技术来满足大的动态范围和较高的信噪比。
本发明的第一目的，是提供一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***。
本发明的第二目的，是提供一种提高太赫兹波无损检测分辨率的方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的技术方案提供了一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，包括太赫兹波发射端、太赫兹波接收端，以及用于测量太赫兹波发射端、太赫兹波接收端与探测区域距离的激光位移传感器，太赫兹波发射端和太赫兹波接收端中的太赫兹波的方向相异；太赫兹波发射端将太赫兹波照射到探测区域，太赫兹波接收端从探测区域接收太赫兹波；太赫兹波发射端和太赫兹波接收端均包括用于太赫兹波聚焦的聚焦元件以及用于生成准零阶贝塞尔波束的光学元件。
第二方面，本发明的技术方案还提供了一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***及方法，使用如第一方面所述的提高太赫兹波无损检测分辨率的***，使用太赫兹波发射端对被测物体的探测区域发射太赫兹波进行照射，使用太赫兹波接收端对被测物体的探测区域进行太赫兹波接收。
本发明原理为，本装置工作原理为，太赫兹波发射模块产生的太赫兹波由太赫兹波天线发射到自由空间中，由聚焦元件进行汇聚，汇聚后的高斯波束经过光学元件产生太赫兹波准零阶贝塞尔波束，该波束照射到被测物体上，被测物体会反射该波束，将太赫兹波探测端放置在反射太赫兹波的传播路线上，使得探测端能够最大化探测到反射的太赫兹波，由第二光学元件接收到的太赫兹波经太赫兹波聚焦元件后最终由太赫兹波接收模块接收。
上述本发明的技术方案的有益效果如下：
1)本发明中，通过在太赫兹波聚焦元件后加入光学元件将准直高斯波束生成准零阶贝塞尔波束来实现太赫兹波成像中较长景深和较高的分辨率；并采用共聚焦技术来满足大的动态范围和较高的信噪比。
2)本发明中，分离了传统的太赫兹波检测装置的功能，通过使用两套太赫兹波装置，可以形成共聚焦的探测方式，提高***的信号动态范围，从而提高检测分辨率。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的总体结构示意图。
图中：1、太赫兹波发射模块；2、太赫兹波发射天线；3、第一太赫兹波聚焦元件；4、第一光学元件；5、激光位移传感器；6、太赫兹波接收模块；7、太赫兹波接收天线；8、第二太赫兹波聚焦元件；9、第二光学元件；10、被测件。
为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***及方法，通过在太赫兹波聚焦元件后加入光学元件将准直高斯波束生成准零阶贝塞尔波束来实现太赫兹波成像中较长景深和较高的分辨率；并采用共聚焦技术来满足大的动态范围和较高的信噪比。
实施例1
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例公开了一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，包括：用于发射太赫兹波的太赫兹波发射模块1、可将太赫兹波发射到自由空间的太赫兹波发射天线2、用于将从太赫兹波天线发射的太赫兹波进行汇聚的第一太赫兹波聚焦元件3和第二太赫兹波聚焦元件8、用于将准直的高斯波束生成准零阶贝塞尔波束的第一光学元件4和第二光学元件9、用于实现收发模块与被测件10之间距离的闭环控制并确保被测件10处于最佳的聚焦位置处的激光位移传感器5、用来接收从被测件10反射的太赫兹波的太赫兹波接收模块6，可从自由空间接收将太赫兹波的太赫兹波接收天线7；其具体连接与位置关系为，太赫兹波发射模块1连接太赫兹波发射天线2，太赫兹波发射天线2发出的太赫兹波经第一聚焦元件3汇聚后从而到达第一光学元件4，经过第一光学元件4后将准直的高斯波束生成准零阶贝塞尔波束，然后准零阶贝塞尔波束到达检测面；太赫兹波接收模块6连接太赫兹波接收天线7，太赫兹波接收天线7接收的波是透过第二光学元件9从而到达第二太赫兹波聚焦元件8的，从检测面经过第二光学元件9后准零阶贝塞尔波束生成准直的高斯波束到达第二太赫兹波聚焦元件8。
被测件10可以为平面和曲面。
本实施例中的太赫兹波聚焦元件，包括但不限于平凸透镜，或双凸透镜，或衍射元件，或超材料透镜。
本实施例中的光学元件包括但不限于锥透镜，或衍射镜。
本实施例中的元件，可以分为太赫兹波发射端和太赫兹波接收端，其中太赫兹波发射端包括太赫兹波发射模块1、太赫兹波发射天线2、第一太赫兹波聚焦元件3和第一光学元件4，太赫兹波接收端包括太赫兹波接收模块6、太赫兹波接收天线7、第二太赫兹波聚焦元件8和第二光学元件9。
本实施例中，采用光学元件产生太赫兹波零阶贝塞尔波束，从而在较长传播距离内保持主瓣宽度几乎不变扩展***的景深。
本实施例中，采用基于激光位移传感器5的闭环控制***，确保被测物体处于太赫兹波聚焦位置处。
本实施例中，调整太赫兹波发射端和接收端之间的角度，使得太赫兹波信号传输效率最大化，并确保收发端处于共聚焦状态。
本装置工作原理为，太赫兹波发射模块1产生的太赫兹波由太赫兹波天线发射到自由空间中，由聚焦元件进行汇聚，汇聚后的高斯波束经过光学元件产生太赫兹波零阶贝塞尔波束，该波束照射到被测物体上，被测物体会反射该波束，将太赫兹波探测端放置在反射太赫兹波的传播路线上，使得探测端能够最大化探测到反射的太赫兹波，由第二光学元件9接收到的太赫兹波经太赫兹波聚焦元件最终由太赫兹波接收模块6接收。
可以理解的是，本实施例中的太赫兹波发射模块可以是实现光电导方法、光整流方法、超短强激光脉冲照射空气方法、光学参量震荡方法的任意一种或几种的模块，其均为现有技术，在此不再赘述。
可以理解的是，本实施例中的太赫兹波接收模块可以是实现光电导方法和/或电光取样方法的模块，其均为现有技术，在此不再赘述。
实施例2
本发明的一种典型的实施方式中，实施例2提供了一种提高太赫兹波无损检测分辨率的方法，使用如实施例1所述的提高太赫兹波无损检测分辨率的***，使用太赫兹波发射端对被测物体的探测区域发射太赫兹波进行测量，使用太赫兹波接收端对被测物体的探测区域进行太赫兹波接收。
这里为保证信号最大化探测，采用激光位移传感器5来保证太赫兹波收发模块和被测物体始终处于最佳距离即太赫兹波聚焦位置处，同时太赫兹波信号发射端和太赫兹波信号接收端摆放角度可为90度，也可根据装置本身调整，但需要保证信号发射端和信号探测端的聚焦位置重合，即共聚焦。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，其特征在于，包括太赫兹波发射端、太赫兹波接收端，以及用于测量太赫兹波发射端、太赫兹波接收端与探测区域距离的激光位移传感器，太赫兹波发射端和太赫兹波接收端中的太赫兹波的方向相异；太赫兹波发射端将太赫兹波投射到探测区域，太赫兹波接收端从探测区域接收太赫兹波；太赫兹波发射端和太赫兹波接收端均包括用于太赫兹波聚焦的聚焦元件以及用于生成准零阶贝塞尔波束的光学元件。
2.如权利要求1所述的一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，其特征在于，所述太赫兹波发射端还包括太赫兹波发射模块和太赫兹波发射天线，所述太赫兹波发射端的光学元件为第一光学元件，所述太赫兹波发射端的太赫兹波聚焦元件为第一太赫兹波聚焦元件，太赫兹波发射模块连接太赫兹波发射天线，太赫兹波发射天线发出的波能够穿过第一太赫兹波聚焦元件从而到达第一光学元件，经过第一光学元件后准直的高斯波束生成准零阶贝塞尔波束到达检测面。
3.如权利要求2所述的一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，其特征在于，所述第一太赫兹波聚焦元件位于所述第一光学元件和所述太赫兹波发射天线之间。
4.如权利要求1所述的一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，其特征在于，所述太赫兹波接收端还包括太赫兹波接收模块和太赫兹波接收天线，所述太赫兹波接收端的光学元件为第二光学元件，所述太赫兹波接收端的太赫兹波聚焦元件为第二太赫兹波聚焦元件，从检测面经过第二光学元件后准零阶贝塞尔波束生成准直的高斯波束到达第二太赫兹波聚焦元件，高斯波束穿过第二太赫兹波聚焦元件以及第二光学元件，太赫兹波接收天线接收穿过第二光学元件的高斯波束，太赫兹波接收模块连接太赫兹波接收天线。
5.如权利要求4所述的一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，其特征在于，所述第二太赫兹波聚焦元件位于所述太赫兹波接收元件和所述第二光学元件之间。
6.如权利要求1所述的一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，其特征在于，所述光学元件为锥光学元件或衍射镜。
7.如权利要求1所述的一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，其特征在于，所述太赫兹波聚焦元件为平凸透镜，或双凸透镜，或衍射元件，或超材料透镜。
8.如权利要求1所述的一种提高太赫兹波无损检测分辨率的***，其特征在于，所述太赫兹波发射端内的太赫兹光路和太赫兹波接收端内的电磁波通路之间呈直角。
9.一种提高太赫兹波无损检测分辨率的方法，其特征在于，使用如权利要求1～8任意一项所述的提高太赫兹波无损检测分辨率的***，使用太赫兹波发射端对被测物体的探测区域发射太赫兹波进行测量，使用太赫兹波接收端对探测区域反射的太赫兹波进行接收。
10.如权利要求9所述的提高太赫兹波无损检测分辨率的方法，其特征在于，采用激光位移传感器测量太赫兹波发射端、太赫兹波接收端与被测物的间距，即太赫兹波聚焦位置处，同时保证太赫兹波发射端和太赫兹波接收端的聚焦位置重合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 266555 No. 98 Xiangjiang Road, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province Applicant after: CLP kesiyi Technology Co.,Ltd. Address before: 266555 No. 98 Xiangjiang Road, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province Applicant before: CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY INSTRUMENTS Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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