探测太赫兹信号的装置、系统、方法、介质和程序产品

文档序号:1950956 发布日期:2021-12-10 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 探测太赫兹信号的装置、系统、方法、介质和程序产品 (Apparatus, system, method, medium, and program product for detecting terahertz signal ) 是由 赵自然 姜寿禄 马旭明 于 2021-11-12 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种探测太赫兹信号的装置、系统、方法、介质和程序产品,可以应用于太赫兹探测技术领域。本发明实施例的探测太赫兹信号的装置包括多个滤波器,多个滤波器中至少部分滤波器分别具有不同的透射频段,其中,至少部分滤波器各自的金属镂空结构中镂空部分的最大尺寸与透射频段的中心频段和频段带宽之间正相关;检测器,检测器包括天线,天线被配置为接收太赫兹波;以及位置调节器,设置于天线的一侧,被配置为驱动多个滤波器运动,以改变多个滤波器的位置;其中,通过改变多个滤波器的位置使得多个滤波器中的至少一个滤波器对准天线,以由对准天线的滤波器对来自探测对象的太赫兹波进行滤波,使得检测器能够获取与经滤波的太赫兹波对应的太赫兹信号。(The invention provides a device, a system, a method, a medium and a program product for detecting terahertz signals, which can be applied to the technical field of terahertz detection. The device for detecting the terahertz signal comprises a plurality of filters, wherein at least part of the filters in the plurality of filters are respectively provided with different transmission frequency bands, and the maximum size of the hollow part in the metal hollow structure of at least part of the filters is positively correlated with the central frequency band and the frequency band bandwidth of the transmission frequency band; a detector including an antenna configured to receive terahertz waves; and a position adjuster disposed at one side of the antenna and configured to drive the plurality of filters to move to change positions of the plurality of filters; wherein the terahertz signal from the detection object is filtered by the filter aligned with the antenna by changing the position of the plurality of filters such that at least one of the plurality of filters is aligned with the antenna, so that the detector can acquire the terahertz signal corresponding to the filtered terahertz wave.)

探测太赫兹信号的装置、系统、方法、介质和程序产品

技术领域

本发明涉及太赫兹探测技术领域,更具体地涉及一种探测太赫兹信号的装置、系统、方法、介质和程序产品。

背景技术

太赫兹波是指振荡频率在0.1太赫兹(THz)至10THz之间的电磁波。太赫兹波具有穿透性好、单光子能量低、光谱信息丰富等特点,在安检成像、光谱探测、信息通讯等领域具有重要的应用价值。

相关技术中,可以采用基于太赫兹波的单频段成像技术或者基于太赫兹波的多频段成像技术,来满足安全检测等应用场景的需求。然而,基于太赫兹波的单频段成像技术无法获取频率信息,并且对不同环境的适应能力无法满足用户需求。基于太赫兹波的多频段成像技术,每一种探测频段均需对应一种类型的检测器,随着探测频段的增加,会极大地增加系统的硬件成本,如增加检测器及其配套电路的成本,并且使得系统的复杂性增加,可靠性下降。

发明内容

鉴于上述问题,本发明提供了一种探测太赫兹信号的装置、系统、方法、介质和程序产品,可以在满足多频段成像需求的基础上,能够降低硬件成本和提升系统可靠性。

根据本发明的第一个方面提供了一种探测太赫兹信号的装置,包括:多个滤波器,多个滤波器中至少部分滤波器分别具有不同的透射频段,其中,至少部分滤波器各自的金属镂空结构中镂空部分的最大尺寸与所述透射频段的中心频段和频段带宽之间正相关;检测器,检测器包括天线,天线被配置为接收太赫兹信号;以及位置调节器,设置于天线的一侧,被配置为驱动多个滤波器运动,以改变多个滤波器的位置;其中,通过改变多个滤波器的位置使得多个滤波器中的至少一个滤波器对准天线,以由对准天线的滤波器对来自探测对象的太赫兹信号进行滤波,使得检测器能够获取与经滤波的太赫兹波对应的太赫兹信号。

在本发明的一些实施例中,位置调节器包括旋转部件,多个滤波器分别设置在旋转部件上的与多个角度范围对应的区域;和/或,位置调节器包括平移部件,多个滤波器分别设置在平移部件上的与多个位置范围对应的区域。

在本发明的一些实施例中,旋转部件包括:支撑部分,与旋转部件转动时所围绕的轴心相交;以及多个镂空部分,位于支撑部分远离轴心的一侧,多个镂空部分分别位于旋转部件的与多个角度范围对应的区域,至少部分镂空部分设置滤波器。

在本发明的一些实施例中,滤波器包括介质衬底,以及位于介质衬底表面的具有第一指定厚度的金属镂空结构;和/或,滤波器包括具有第二指定厚度的金属镂空结构,第二指定厚度大于第一指定厚度。

在本发明的一些实施例中,滤波器还包括以下至少一种:第一介质透镜,设置在具有第一指定厚度的金属镂空结构的远离介质衬底的一侧;第二介质透镜,设置在介质衬底的远离具有第一指定厚度的金属镂空结构的一侧;或者,第三介质透镜,设置在具有第二指定厚度的金属镂空结构的一侧。

在本发明的一些实施例中,金属镂空结构中镂空部分的最大尺寸与透射频段的中心频段和频段带宽之间正相关。

在本发明的一些实施例中,金属镂空结构的镂空部分包括十字形镂空形状,十字形镂空形状的最大横截尺寸与透射频段的中心频段之间正相关,十字形镂空形状的凸出部分的宽度与透射频段的频段带宽之间正相关。

在本发明的一些实施例中,滤波器包括带通滤波器和/或带阻滤波器;以及与天线对准的滤波器对应的金属镂空结构,在天线所在平面的投影覆盖天线。

在本发明的一些实施例中,上述装置还包括:动力源,动力源的可运动部分被配置为驱动位置调节器运动,可运动部分的位置和/或角度与透射频段之间具有对应关系。

在本发明的一些实施例中,天线包括螺旋天线,螺旋天线远离螺旋天线的中心的一端的第一宽度,大于螺旋天线靠近螺旋天线的中心的一端的第二宽度。

本发明的第二方面提供了一种探测太赫兹信号的系统,包括:如上的探测太赫兹信号的装置;位置确定装置,被配置为确定多个滤波器的位置;处理器,分别与位置确定装置和检测器电连接;检测器还包括与天线电连接的敏感单元,敏感单元被配置将来自天线的经滤波的太赫兹波转换为太赫兹信号;其中,处理器被配置为基于来自位置确定装置的多个滤波器的位置确定透射频段,并且基于透射频段和来自检测器的太赫兹信号,得到探测信号。

在本发明的一些实施例中,上述系统还包括:偏置读出电路,输入端与检测器的输出端电连接,被配置为对来自检测器的太赫兹信号进行信号放大;以及模数转换电路,输入端与偏置读出电路的输出端电连接,被配置为对经放大的太赫兹信号进行采样,并且将采样信息发送给处理器,以便处理器基于采样信息进行多频段太赫兹图像融合或者物质识别中至少一种功能。

在本发明的一些实施例中,上述系统还包括:动力源,动力源包括电机,电机的转动部分的转动速度和转动角度与以下至少一种因素相关:检测器的响应速度、检测器的波瓣宽度、多个滤波器在位置调节器的分布方式、多个滤波器各自的透射频段或者滤波器的数量。

本发明的第三方面提供了一种探测太赫兹信号的方法,应用于上述装置,或者应用于上述系统,上述方法包括:控制位置调节器运动,来改变多个滤波器的位置,使得多个滤波器中的至少一个滤波器对准天线,以由对准天线的滤波器对来自探测对象的太赫兹信号进行滤波,使得检测器能够获取与经滤波的太赫兹波对应的太赫兹信号。

在本发明的一些实施例中,上述方法还包括:确定对准天线的滤波器的透射谱;以及融合透射谱和与经滤波的太赫兹波对应的太赫兹信号,得到针对探测对象的指定频段的太赫兹信号。

在本发明的一些实施例中,上述方法还包括:对针对探测对象的指定频段的太赫兹信号进行成像,得到针对探测对象的指定频段太赫兹图像。

在本发明的一些实施例中,上述方法还包括:控制位置调节器运动,使得多个滤波器分别在不同时段对准天线,以获取针对探测对象的多个不同指定频段的太赫兹信号;对针对探测对象的多个不同指定频段的太赫兹信号分别进行成像,得到针对探测对象的多个指定频段各自的太赫兹图像;以及融合针对探测对象的多个指定频段各自的太赫兹图像,得到针对探测对象的多频段太赫兹融合图像。

本发明的第四方面提供了一种非暂时性计算机可读介质,包括记录在其上且能够由处理器运行的计算机程序产品,计算机程序产品包括为实现根据上述方法的程序代码指令。

本发明的第五方面提供了一种计算机程序产品,能够从通信网络下载和/或记录在能够由计算机读取的介质上和/或能够由处理器执行,计算机程序产品包括为实现根据上述方法的程序代码指令。

根据本发明上述各种实施例的探测太赫兹信号的装置、系统、方法、介质和程序产品,通过将位置调节器和具有不同透射频段的多个滤波器的组合使用,形成了能够调整透射频段的超材料滤波器,进而结合使用该超材料滤波器和具有宽频段的太赫兹检测器,有效实现了多频段信号探测。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述,本发明的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:

图1示意性示出了根据本发明实施例的探测太赫兹信号的装置的示意图;

图2示意性示出了根据本发明实施例的位置调节器的结构示意图;

图3示意性示出了根据本发明实施例的透射频率与角度之间对应关系的示意图;

图4示意性示出了根据本发明另一实施例的位置调节器的结构示意图;

图5示意性示出了根据本发明另一实施例的位置调节器的结构示意图;

图6示意性示出了根据本发明实施例的位置调节器的滤波器的俯视图;

图7示意性示出了根据本发明实施例的位置调节器的滤波器的A-A’截面图;

图8示意性示出了根据本发明实施例的滤波器的微结构示意图;

图9示意性示出了根据本发明实施例的不同尺寸的滤波器的透射谱的示意图;

图10示意性示出了根据本发明实施例的位置调节器的介质透镜的结构示意图;

图11示意性示出了根据本发明实施例的天线的结构示意图;

图12示意性示出了根据本发明实施例的探测太赫兹信号的系统的示意图;

图13示意性示出了根据本发明另一实施例的探测太赫兹信号的系统的示意图;

图14示意性示出了根据本发明实施例的探测太赫兹信号的方法的示意图;以及

图15示意性示出了根据本发明另一实施例的探测太赫兹信号的方法的示意图。

具体实施方式

以下,将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而,明显地,一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例,而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义,除非另外定义。应注意,这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义,而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

相关技术中,基于太赫兹波的检测技术可以是采用单频段检测的技术方案。为了实现多频率检测,相关技术中也可以通过布置探测频率不同的检测器,从而实现多频检测的目的。

然而,相关技术中的单频段成像探测的技术方案,可以获取来自探测对象的太赫兹波的强度信息,但是不易获取到太赫兹波的频率信息。因此,不易对危险品进行分类,并且单频段成像探测对不同环境的适应性较差。

相关技术中的多频段成像的技术方案,每一种探测频段均需对应一种类型的检测器。随着探测频段的增加,检测器数目也需成倍的增加,这会极大的增加系统的硬件(检测器、配套的电路)成本,使得多频段成像的技术方案的复杂性增加,可靠性下降。

本发明的实施例提供了一种探测太赫兹信号的装置、系统、方法、介质和程序产品,通过将具有宽频段的太赫兹检测器与超材料滤波器相结合的方式,来实现多频段信号探测。其中,所采用的检测器可以为高灵敏度宽带检测器。多种频率的超材料滤波器的位姿可调,通过调整超材料滤波器的位置,来改变对准天线的滤波器,以实现改变对准天线的滤波频率,从而实现多频率信号的快速探测。

图1示意性示出了根据本发明实施例的探测太赫兹信号的装置的示意图。

参考图1和图6所示,该探测太赫兹信号的装置可以包括以下部件。

多个滤波器10,多个滤波器10中至少部分滤波器10分别具有不同的透射频段,其中,至少部分滤波器10各自的金属镂空结构中镂空部分的最大尺寸与所述透射频段的中心频段和频段带宽之间正相关。

检测器20包括天线21,天线21被配置为接收太赫兹波。

位置调节器30设置于天线21的靠近探测对象的一侧,被配置为驱动多个滤波器10运动,以改变多个滤波器10的位置。

其中,通过改变多个滤波器10的位置使得多个滤波器10中的至少一个滤波器10对准天线21,以由对准天线21的滤波器10对来自探测对象的太赫兹波进行滤波,使得检测器20能够获取与经滤波的太赫兹波对应的太赫兹信号。

在某些实施例中,滤波器10可以是介质衬底金属网格结构。此外,滤波器10还可以采用无衬底的金属网格结构。

检测器20可以是高灵敏度宽带检测器(如超导热电子测辐射热计(Superconductivity Bolometer,简称HEB)、超导天线耦合微测辐射热检测器(简称ACMB)等)。

位置调节器30可以用于改变设置于其上的滤波器10的位置,以便在使得不同的滤波器10在不同时段逐个对准检测器20的天线21。例如,位置调节器30可以用于驱动设置于其上的滤波器10发生在水平面内的移动、在垂直于水平面的移动、相对于某个(或某些)轴的转动等中至少一种,以实现改变设置于位置调节器30上的滤波器10的位置。

在某些实施例中,位置调节器30包括旋转部件,多个滤波器10分别设置在旋转部件上的与多个角度范围对应的区域。其中,多个角度范围可以是0°~360°范围内不重叠或部分重叠的角度范围。例如,旋转部件可以包括一个圆环区域,该圆环区域被划分为与多个角度范围对应的区域。例如,旋转部分可以包括多个同心圆环区域,每个圆环区域被划分为与多个角度范围对应的区域,其中,不同的圆环的多个角度范围各自可以相同或者不同。例如,第一圆环区域可以按照90°范围划分为4个区域,第二圆环区域可以按照60°范围划分为6个区域,第三圆环区域可以按照45°范围划分为8个区域。例如,第一圆环区域、第二圆环区域和第三圆环区域各自都按照90°范围分别划分为4个区域。

在某些实施例中,旋转部件可以是圆形结构,并且围绕圆心转动。具体地,旋转部件可以包括:支撑部分31和多个镂空部分32。

图2示意性示出了根据本发明实施例的位置调节器的结构示意图。

如图2所示,支撑部分31与旋转部件转动时所围绕的轴心相交。多个镂空部分32位于支撑部分远离轴心的一侧,多个镂空部分32分别位于旋转部件的与多个角度范围对应的区域,至少部分镂空部分32设置滤波器10。支撑部分31可以由人力驱动,也可以是电力等驱动,在此不做限定。

图2中示出的旋转部件包括一个金属圆盘支架,金属圆盘支架可以用于固定不同频率滤波器10。其中,支架内径为R1,外径为R2。中心位置有一个通孔用于与电机相连。其中半径为R1以内的圆为金属材料构成,R1与R2之间留有通孔,该通孔用于固定滤波器10。图2中将圆环形通孔分为4部分,每一部分分别放置一种指定滤波频率的滤波器10。例如,透射频率分别为f 1f 2f 3f 4。实际使用时可根据情况将圆环分为更多部分以实现更多频率滤波器10的放置。

图3示意性示出了根据本发明实施例的透射频率与角度之间对应关系的示意图。

图3中示出了旋转角度与对应的透射峰的中心频率之间的对应关系。随着旋转角度的改变,当旋转角度在一定范围内透射频率是一定的,大于一定角度便进入下一个透射频率。其中角度间隔的设计需要综合考虑电机的转速、检测器的响应速度、检测器的波瓣宽度、旋转滤波器10频谱范围及滤波器个数等因素进行选择。

如图3中旋转角度θ1对应于透射频率f 1,旋转角度θ2对应于透射频率f 2,旋转角度θ3对应于透射频率f 3,旋转角度θ4对应于透射频率f 4。例如,当检测到金属圆盘支架当前的旋转角度是θ2,则可以确定当前的透射频率是f 2

需要注意的是,图2和图3所示仅为位置调节器30的结构的示例,以帮助本领域技术人员理解本发明的技术内容,但并不意味着本发明实施例不可以具有其他的结构。

本发明实施例中,通过将具有不同透射频率的滤波器10依次固定于一个旋转圆盘的不同角度位置,构成可以针对不同频段太赫兹波进行滤波的旋转滤波器。通过圆盘的旋转调节入射的太赫兹信号的透射频率从而实现多频率信号的快速探测。

在某些实施例中,旋转部件还可以围绕多个轴转动,以实现更精细地、更多范围地调整滤波器10。

图4示意性示出了根据本发明另一实施例的位置调节器的结构示意图。

如图4所示,该位置调节器30可以包括:至少一个转轴结构和至少两个电机33。其中,转轴结构可以包括至少两个能够相对活动的轴臂311、312,转轴结构用于支撑滤波器10。至少两个电机33,分别用于驱动对应的轴臂运动,以调整滤波器10的姿态。

例如,俯仰轴电机和俯仰轴臂相配合以驱动滤波器10绕俯仰轴转动。滚动轴电机和滚动轴臂相配合以驱动滤波器10绕滚动轴转动。偏航轴电机和偏航轴臂相配合以驱动滤波器10绕偏航轴转动。

其中,俯仰轴电机可以带动俯仰轴臂的运动,滚动轴电机可以带动滚动轴臂的运动,偏航轴电机可以带动偏航轴臂的运动。例如,偏航轴臂可以连接于滚动轴臂的一端,滚动轴臂的另一端连接于俯仰轴臂,但是本发明实施例并不限于此,偏航轴臂、滚动轴臂和俯仰轴臂也可以以其它顺序进行连接。

应当理解的是,位置调节器30也可以使得滤波器10仅能围绕一个、两个或四个轴等进行转动,在此不做限定。

在某些实施例中,为了提升改变位置后的多个滤波器10的位置的准确度,可以在支撑部分31上设置多个定位结构和/或到位传感器。如定位结构可以包括相互配合的凸起和凹陷。到位传感器输出到位信号后,可以确定与该到位传感器对应的滤波器10已对准天线,此时可以保证采集的信号的可靠度。

在某些实施例中,位置调节器30包括平移部件,多个滤波器10分别设置在平移部件上的与多个位置范围对应的区域。

图5示意性示出了根据本发明另一实施例的位置调节器的结构示意图。

如图5所示,位置调节器30可以包括支架,该支架上可以呈阵列地设置多个过滤器10。例如,在支架上可以设置有一排或者多排过滤器10。支架可以通过手动或者自动驱动支架沿指定方向移动。例如,可以驱动支架沿X向移动或者沿Y向移动。

图6示意性示出了根据本发明实施例的位置调节器的滤波器的俯视图。

如图6所示,一个过滤器10可以包括多个呈阵列排布的微结构11。其中,微结构11可以是金属镂空结构,例如,“十”形、圆形、椭圆形、矩形、方形、“L”形、“T”形等,在此不再列举。

在某些实施例中,滤波器10包括介质衬底,以及位于介质衬底表面的具有第一指定厚度的金属镂空结构。其中,由于介质衬底会存在前后表面干涉以及界面反射的影响,使得具有介质衬底的滤波器的透射谱较窄。介质衬底的厚度和金属镂空结构的厚度可以是根据所需的透射谱来确定的,如通过仿真、标定等方式来确定。需要说明的是,介质衬底可以给金属镂空结构提供一定的保护功能,使得第一指定厚度相对于没有介质衬底的金属镂空结构的厚度更薄一些,减小因金属厚度过厚导致镂空结构的侧表面对太赫兹信号的影响。介质衬底和较薄的金属镂空结构的组合使用有助于实现更窄的透射谱和更小的信号干扰,提升过滤后的太赫兹信号的针对性。

图7示意性示出了根据本发明实施例的位置调节器的滤波器的A-A’截面图。

如图7的左图所示,滤波器10包括叠层设置的介质衬底111和位于介质衬底111一侧的金属层112。介质衬底111的材料包括但不限于:高电阻的硅材料、有机材料、二氧化硅材料、氮化硅材料等。介质衬底111需要给金属层112提供支撑力,需要具有一定的厚度。金属层112可以具有第一指定厚度h1。

在某些实施例中,如图7的右图所示,滤波器10包括具有第二指定厚度h2的金属镂空结构,第二指定厚度h2大于第一指定厚度h1。

如图7的右图所示,滤波器10包括金属层112。该金属层112需要给自身提供足够的支撑力。由于缺少衬底提供的支撑力,相对于图7左图所示的金属层,右图所示的金属层的厚度更厚。

具体地,滤波器10可以是介质衬底金属网格结构,滤波器10也可以采用无衬底的金属网格结构。其中,介质衬底金属网格结构可以通过使用微米纳米加工的方式制备相应的结构图形。由于介质衬底111会存在前后表面干涉以及界面反射的影响,因此其透射谱较窄并且对太赫兹波的损耗也较大。所以采用介质衬底111制备滤波器10时需要根据滤波器10的透射谱,选择合适厚度的介质材料(例如,各种透射频段的滤波器的介质厚度可以不同,以提升滤波效果,但是会导致滤波器的制造过程较繁杂),并且介质材料的介电常数尽量小以降低其与空间阻抗的失配程度以减小表面反射。金属网格滤波器由于没有衬底,所以不存在介质带来的干涉影响,因此其对目标透射频率的透过率较高。此外,由于不同滤波频率的滤波器10可以采用相同厚度的金属薄膜,这就降低了多频率滤波器设计(如为各种透射频段分别设计介质厚度)、加工的复杂性。

无衬底的金属网格滤波器制备方法主要有LIGA(Lithographie GalvanoformungAbformung)技术、激光加工技术、光刻微米纳米加工技术三种方法。实际应用时对工艺的选择需要综合考虑加工成本、加工精度、表面粗糙度等因素。以下以滤波器10采用的是金属网格滤波器,采用激光加工工艺进行加工来举例说明。

在某些实施例中,金属镂空结构中镂空部分的最大尺寸与透射频段的中心频段和频段带宽之间正相关。例如,镂空部分的最大尺寸越大,则透射频段的中心频段越高,并且频段带宽越宽。

在某些实施例中,金属镂空结构的镂空部分包括十字形镂空形状,十字形镂空形状的最大横截尺寸与透射频段的中心频段之间正相关,十字形镂空形状的凸出部分的宽度与透射频段的频段带宽之间正相关。

图8示意性示出了根据本发明实施例的滤波器的微结构示意图。

结合图6和图8所示,滤波器10主要由金属材料与其上面的周期排列的微结构11(如通孔等金属镂空结构)构成。例如,可以选用结构模型为“十”形,实际可根据使用需求选择不同结构模型(如耶路撒冷十字、Y形、圆形等)的滤波器结构模型以满足使用需求。以“十”形的微结构为例,该滤波器10的单元结构可由参数:a,b,c唯一的确定。其中a为单元之间的周期间距,b为十字架槽的长度,c为十字架槽的宽度。滤波器10的透射频率主要受到b的影响,b越大其透射频率的中心峰频率越高。滤波器透射谱的带宽主要受到c的影响,c越大其透射谱带宽越宽。其中a、b、c的取值可以通过高频结构仿真(High FrequencyStructure Simulator,简称HFSS)或者三维电磁场仿真软件(CST)进行仿真优化,以选择合适的尺寸。

图9示意性示出了根据本发明实施例的不同尺寸的滤波器的透射谱的示意图。

如图9所示,为了避免透射频率交叠影响测试的效果,设计滤波器10时应尽量使得透射频率均匀分布。图9的左图示出了具有相同十字架槽的宽度c,并且具有四种不同的十字架槽的长度b对应的透射频率f 1~f 4

图9的右图是使用HFSS仿真软件对5种尺寸的滤波器10进行仿真得到的各自透射谱。图9的右图示出了五种具有不同十字架槽的宽度c,并且具有五种不同的十字架槽的长度b对应的透射频率1~透射频率5。

在某些实施例中,滤波器10包括带通滤波器和/或带阻滤波器。在某些实施例中,与天线对准的滤波器10对应的金属镂空结构,在天线所在平面的投影覆盖天线。这样可以有效降低天线接收的太赫兹波中的噪声。

在一个具体实施例中,加工得到的超材料滤波器,通过剪裁成合适的形状固定于金属圆环支架上便可完成旋转滤波器的加工制作。旋转滤波器的不同角度范围对应着不同滤波频率的滤波器10。使用过程中,可通过测试旋转滤波器的角度信息实时获取对应的滤波器10从而推测出此时的滤波频率。

相关技术中能够用于探测人体本身辐射的微弱太赫兹信号的宽带检测器种类很有限。如常温的辐射计、肖特基二极管混频器,它们的带宽均在100GHz以内,并不能满足宽频段范围内的多频段太赫兹信号融合的使用要求。VDI公司基于肖特基二极管的准光学直接检波器频率较宽(200GHz左右),但由于其灵敏度较差(pW/Hz0.5量级),并不能满足被动信号检测的需要。本实施例中可以采用超导检测器进行太赫兹波探测,如HEB、ACMB等。超导检测器由于灵敏度很高,足以用于探测人体本身辐射的微弱太赫兹信号。并且其带宽很宽(可达数THz),并且可根据需要灵活的设计频率范围,因此可以采用超导检测器作为探测单元与旋转滤波器结合使用,来探测太赫兹波。

多个检测器20形成检测器阵列。检测器20包括设置在中心位置敏感单元22以及天线21。敏感单元22用于对接收的信号进行转换,天线21用于接收信号,其中天线21的形状可以设置成螺旋天线、双缝天线等等,以满足不同信号接收的需求。

图11示意性示出了根据本发明实施例的天线的结构示意图。

如图11所示,天线21包括螺旋天线,螺旋天线远离螺旋天线的中心的一端的第一宽度,大于螺旋天线靠近螺旋天线的中心的一端的第二宽度。由于两端的宽度不同,使得可以提供多个不同的等效天线长度(如从一端的中间到另一端的中间和边缘的长度不同),进而实现能够具有较宽的带宽。螺旋天线可以将接收的太赫兹波馈入敏感单元22。

在某些实施例中,为了实现宽频谱的太赫兹信号的探测,可以采用天线耦合测辐射热检测器作为敏感单元。其中检测器所用的天线为超宽带的对数螺旋天线。螺旋天线的内径决定了其工作的上限透射频率f H,天线的外径决定了其工作的下限透射频率f L。由于硅衬底上的螺旋天线阻抗为75欧姆,实际设计检测器的敏感单元22时需要考虑阻抗匹配问题。检测器的敏感单元可以选择铌、氮化铌、铌钛氮等超导材料。根据测试的需要检测器即可以采用HEB的结构实现高速响应的特点(响应时间ps量级),也可以采用悬浮桥的结构的ACMB实现高灵敏度的特点(灵敏度为fW/Hz0.5量级)。检测器可采用硅工艺流程进行制备。其中HEB类型检测器由于加工制备难度较大,不易实现阵列化,适于应用于单通道或者小阵列的应用场景。采用ACMB类型检测器响应速度适中,并且其加工难度较低,易于实现阵列化,因此适用于大阵列应用的场景,如实时太赫兹被动人体安检的应用场合。

为了提高检测器天线的接收效率并提高检测器的方向性,可以为检测器配置合适的透镜或者喇叭天线。由于喇叭天线的带宽较窄,不适合用于大带宽应用的场景。

在某些实施例中,滤波器10还包括以下至少一种介质透镜。

例如,第一介质透镜,设置在具有第一指定厚度的金属镂空结构的远离介质衬底的一侧。

例如,第二介质透镜,设置在介质衬底的远离具有第一指定厚度的金属镂空结构的一侧。

例如,第三介质透镜,设置在具有第二指定厚度的金属镂空结构的一侧。

图10示意性示出了根据本发明实施例的位置调节器的介质透镜的结构示意图。

如图10所示,滤波器10可以包括介质衬底111,介质衬底111具有相对设置的第一表面和第二表面。其中,在介质衬底111的第一表面设置有多个检测器,每个检测器可以包括至少一个敏感单元22。在介质衬底111的第二表面设置有多个介质透镜80。介质透镜80是通过在介质衬底111上的透镜安装部113安装的。透镜安装部113将介质透镜80固定安装在介质衬底111上,并且介质透镜80位于与检测器相对的位置,从而使介质透镜80可以增强检测器的信号接收能力,提高检测器的响应率。

为了使得介质透镜80与检测器对准,可以设定介质透镜80与检测器之间的对准阈值,该对准阈值可以是设定阈值。例如,设定阈值例如在0至10微米的范围内。例如,2微米、5微米或者10微米。即只要透镜安装部113的中心与检测器的中心的偏移量在该阈值范围内,则可以保证检测器的信号接收能力,提高检测器的响应率。

参考图1和图10所示,检测器20可以包括天线21和敏感单元22。检测器20在介质衬底111上的投影(包括敏感单元22以及天线21)位于透镜安装部113在介质衬底111上的投影内,由此,介质透镜80可以有效地将信号聚集至检测器20,提高检测器20信号收集的能力。

在某些实施例中,检测器20的中心与敏感单元22的中心重合。通过将检测器20的中心与敏感单元22的中心重合,使介质透镜80进行信号收集时,能够更好的被敏感单元22所接收。此外,在进行检测器20与透镜安装部113进行定位时,可以通过双面光刻机进行对准,例如,通过分别设置于介质衬底111的两面的第一对准标记与第二对准标记进行对准,将检测器20的中心与透镜安装部113的中心进行对准,能够更好的实现将偏移量控制在设定阈值内,提高对准精度。

例如,在介质衬底111的一表面的某些区域通过双面光刻工艺光定义多个检测器20,形成检测器阵列。通过双面光刻机和对准标记来进行对准,确定透镜安装部113与对准标记的距离坐标参数,从而确定要进行光刻的透镜安装部113的位置,以使检测器20的中心与透镜安装部113的中心的偏移量在设定阈值内。即在与每一个检测器20相对的位置设置透镜安装部113,通过采用双面光刻机进行对准,可以提高介质透镜80安装的精确度,增强检测器20的信号接收能力,提高检测器20的响应率。

在某些实施例中,介质透镜80的类型包括次半球透镜、半球透镜和超半球透镜中的至少一种,其可以根据实际的需要进行选择。例如,在检测器阵列中,根据不同的需要,将全部介质透镜80设置为半球透镜,或者将部分介质透镜80设置为半球透镜,部分设置为次半球透镜或者超半球透镜。其中,介质透镜80可以为硅透镜。

例如,采用超半球透镜能有效地汇聚太赫兹信号和消除介质表面波。采用次半球透镜,可以利用微加工工艺实现大规模检测器阵列,通过利用次半球透镜的汇聚作用,提高器件的信噪比。

在某些实施例中,采用介质透镜80与检测器20结合。由于检测器20基于高电阻的硅衬底加工而成,为了提升信号传输的效率,因此,介质透镜80的材质可以采用高阻硅。

在某些实施例中,上述装置还可以包括:动力源,上述动力源的可运动部分被配置为驱动位置调节器30运动,可运动部分的位置和/或角度与透射频段之间具有对应关系。

例如,动力源可以是电机,电机的转子的转轴与位置调节器30固定连接。当转子转动时,转轴会带动位置调节器30转动,以改变多个滤波器10的位置。

本发明的另一方面还提供了一种探测太赫兹信号的系统。

图12示意性示出了根据本发明实施例的探测太赫兹信号的系统的示意图。

如图12所示,该探测太赫兹信号的系统可以包括:如上的探测太赫兹信号的装置、位置确定装置40和处理器50。

位置确定装置40被配置为确定多个滤波器10的位置。

处理器50分别与位置确定装置和检测器电连接。

具体地,检测器20还包括与天线21电连接的敏感单元22,敏感单元22被配置将来自天线21的经滤波的太赫兹波转换为太赫兹信号。其中,处理器50被配置为基于来自位置确定装置40的多个滤波器10的位置确定透射频段,并且基于透射频段和来自检测器20的太赫兹信号,得到探测信号。

例如,位置确定装置可以是编码器。该编码器可以设置在动力源中。此外,位置确定装置也可以是软件,通过对速度或者加速度等进行积分运算,来确定的位置信息。

图13示意性示出了根据本发明另一实施例的探测太赫兹信号的系统的示意图。

如图13所示,上述系统还可以包括:偏置读出电路60和模数转换电路70。

其中,偏置读出电路60的输入端与检测器的输出端电连接,被配置为对来自检测器的太赫兹信号进行信号放大。

模数转换电路70的输入端与偏置读出电路的输出端电连接,被配置为对经放大的太赫兹信号(模拟信号)进行采样,并且将采样信息(数字信号)发送给处理器,以便处理器基于采样信息进行多频段太赫兹图像融合或者物质识别中至少一种功能。

在某些实施例中,上述系统还可以包括:动力源。上述动力源包括电机,电机的转动部分的转动速度和转动角度与以下至少一种因素相关:检测器的响应速度、检测器的波瓣宽度、多个滤波器10在位置调节器30的分布方式、多个滤波器10各自的透射频段或者滤波器10的数量。

例如,探测太赫兹信号的系统可以包括滤波器10、位置调节器30、电机控制器、介质透镜、检测器20、偏置读出电路60、模数转换电路(ADC电路)70以及处理器50。其中位置调节器30通过中心的通孔固定于一个电机上。电机旋转的角度信息通过电机控制器获取并传递至计算机,处理器可根据角度信息判断此时旋转滤波器工作区域的透射频率。电机的旋转速度可根据实际需要灵活调节(几Hz至几kHz)。探测对象发射的微弱太赫兹信号通过滤波器10后被检测器20接收。偏置读出电路60为检测器20提供合适的偏置电压并对检测器20的响应信号进行放大并送入ADC电路70,ADC电路70将信号进行采样后传入处理器50。处理器50将同一时刻的角度信息所对应的透射频率与探测到的信号强度进行组合,通过位置调节器30的转动便可得到探测对象不同频率所对应的强度,从而可以进行不同频率信号的融合以实现应用的目的。

本发明实施例提供的探测太赫兹信号的装置和系统,只需采用一种宽频段的检测器便可实现多频率信号的快速检测。该装置结构简单、易于操作,可快速获取待检物体的频谱信息,利用这些信息可以实现多频段太赫兹图像融合、物质识别等功能。

本发明的另一方面还提供了一种探测太赫兹信号的方法。

该探测太赫兹信号的方法应用于如上述的探测太赫兹信号的装置,或者应用于如上述的探测太赫兹信号的系统。

图14示意性示出了根据本发明实施例的探测太赫兹信号的方法的示意图。

如图14所示,上述方法还可以包括操作S1410~操作S1420。

在操作S1410,控制位置调节器运动,来改变多个滤波器的位置。

在操作S1420,使得多个滤波器中的至少一个滤波器对准天线,以由对准天线的滤波器对来自探测对象的太赫兹信号进行滤波,使得检测器能够获取与经滤波的太赫兹波对应的太赫兹信号。

在某些实施例中,上述方法还可以包括如下操作:首先,确定对准天线的滤波器的透射谱。然后,融合透射谱和与经滤波的太赫兹波对应的太赫兹信号,得到针对探测对象的指定频段的太赫兹信号。其中,可以将滤波器的透射谱和与经滤波的太赫兹波对应的太赫兹信号进行叠加的方式来确定针对探测对象的指定频段的太赫兹信号。

在某些实施例中,上述方法还可以包括如下操作:对针对探测对象的指定频段的太赫兹信号进行成像,得到针对探测对象的指定频段太赫兹图像。这样可以通过指定频段太赫兹图像应用于诸如安检等应用场景中。

图15示意性示出了根据本发明另一实施例的探测太赫兹信号的方法的示意图。

如图15所示,上述方法还可以包括操作S1510~操作S1530。

在操作S1510,控制位置调节器运动,使得多个滤波器分别在不同时段对准天线,以获取针对探测对象的多个不同指定频段的太赫兹信号。具体地,可以通过控制电机的转子的转动角度来控制位置调节器运动。

在操作S1520,对针对探测对象的多个不同指定频段的太赫兹信号分别进行成像,得到针对探测对象的多个指定频段各自的太赫兹图像。

在操作S1530,融合针对探测对象的多个指定频段各自的太赫兹图像,得到针对探测对象的多频段太赫兹融合图像。

具体地,进行图像融合时可以采用多种图像融合技术,在此不再赘述。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的装置/系统中所包含的;也可以是单独存在,而未装配入该装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序,当上述一个或者多个程序被执行时,实现根据本发明实施例的方法。

根据本发明的实施例,计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质,例如可以包括但不限于:便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中,计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如,根据本发明的实施例,计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM和/或RAM和/或ROM和RAM以外的一个或多个存储器。

本发明的实施例还包括一种计算机程序产品,其包括计算机程序,该计算机程序包含用于执行本发明实施例所提供的方法的程序代码,当计算机程序产品在电子设备上运行时,该程序代码用于使电子设备实现本发明实施例所提供的图像模型训练方法或聚合标识码的方法。

在该计算机程序被处理器执行时,执行本发明实施例的系统/装置中限定的上述功能。根据本发明的实施例,上文描述的系统、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

在一种实施例中,该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中,该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发,并通过通信部分被下载和安装,和/或从可拆卸介质被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输,包括但不限于:无线、有线等等,或者上述的任意合适的组合。

根据本发明的实施例,可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例提供的计算机程序的程序代码,具体地,可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如Java,C++,python,“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户计算设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本领域技术人员可以理解,本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合,即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地,在不脱离本发明精神和教导的情况下,本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是,这些实施例仅仅是为了说明的目的,而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例,但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围,本领域技术人员可以做出多种替代和修改,这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

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