一种脉冲太赫兹波金属成像检测装置的制作方法

本实用新型属于太赫兹成像无损检测技术领域，涉及一种成像检测装置，具体地涉及一种脉冲太赫兹波金属成像检测装置。

背景技术：

太赫兹辐射(Terahertz，THz)是指频率在0.1THz-10THz(波长在3mm-30μm)范围内的电磁波，辐射量子能量很低，不会对生物组织产生有害电离，太赫兹波段包含了丰富的光谱信息，具有良好的光谱分辨特性，并且太赫兹波对大多数非极性电介质材料(塑料、陶瓷、衣物等)具有良好的穿透性，而对于金属材料则无法穿过，因此太赫兹波可以对隐藏在不透明物体中的金属进行成像，基于太赫兹波的成像及探测技术在基础研究、国防安全、工业检测、无损探伤等领域中有巨大应用前景。

目前，太赫兹成像技术分为脉冲太赫兹波成像和连续太赫兹波成像两大类。脉冲太赫兹时域光谱成像是研究最广泛的太赫兹成像技术，主要是利用超短脉冲激发产生脉冲太赫兹波，脉冲太赫兹波经过时域到频域的转换可以同时获得成像样品的振幅和相位信息。在脉冲太赫兹成像技术中，太赫兹辐射源和激光器可以采用自由空间的光电导天线和飞秒激光器，但是自由空间的光电导天线和飞秒激光器占用空间体积大，稳定性差；还可以采用光纤型的光电导天线和光纤飞秒激光器，通过保偏光纤来传输飞秒激光，其优点是占用空间体积小，稳定性好。从成像方式来说，太赫兹成像技术可以分为透射式成像和反射式成像，透射式成像对样品的厚度有一定的局限性，而且对样品的放置要求很高；反射式成像装置可以做成手持式成像装置，可以很方便的检测隐藏在不透明物体中的金属。

技术实现要素：

为解决现有金属成像装置结构复杂、易受电磁干扰、稳定性差、体积大的技术问题，本实用新型提供一种结构紧凑、抗电磁干扰强、稳定性高、体积小、操作方便的脉冲太赫兹波金属成像检测装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现发明目的：

一种脉冲太赫兹波金属成像检测装置，其特征在于：该装置包括计算机、NI板卡、锁相模块、电流放大器、飞秒光纤激光器、电压放大器、一分二光纤耦合器、太赫兹发射器、太赫兹探测器、双面抛光硅片、笼式系统固定架、太赫兹聚焦透镜和二维电动平移台；

所述太赫兹发射器和太赫兹探测器固定在笼式系统固定架相邻的两个圆孔上，太赫兹探测器连接电流放大器；

所述电流放大器连接锁相模块；

所述锁相模块连接NI板卡；

所述NI板卡同时连接锁相模块、电压放大器和计算机；

所述电压放大器连接太赫兹发射器；

所述飞秒光纤激光器连接一分二光纤耦合器；

所述一分二光纤耦合器分别连接太赫兹发射器和太赫兹探测器；

所述双面抛光硅片以45°角对角放置在笼式系统固定架内；

所述太赫兹聚焦透镜固定在笼式系统固定架上；

所述笼式系统固定架固定在二维电动平移台上。

进一步的，所述太赫兹发射器和太赫兹探测器为夫琅禾费光纤型光电导天线。

进一步的，所述飞秒光纤激光器为CALMAR小型飞秒光纤激光器。

进一步的，所述一分二光纤耦合器分束前的光纤为色散补偿光纤和保偏光纤，分束后的光纤为长度不同的保偏光纤。

进一步的，所述双面抛光硅片的厚度h＝400μm，边长d＝30mm，电阻率ρ＝10000Ω·cm。

进一步的，所述笼式系统固定架为C4W30mm笼式立方体、B4CRP/M精密旋转调节平台和FFM1笼式兼容安装座三者的组合。

进一步的，所述NI板卡为NI-USB6211多功能DAQ。

进一步的，所述太赫兹聚焦透镜为Teflon透镜，直径d＝25.4mm，焦距f＝50mm。

进一步的，所述锁相模块为HB-292(I-2)型高性能双相锁相放大器。

本实用新型的优点和有益效果在于：

(1)采用脉冲太赫兹波扫描成像技术，抗电磁干扰能力强，分辨率高。

(2)采用非接触的无损检测方式，能够对所检测的物体起到很好的保护作用。

(3)采用的检测装置体积小，便于携带，易于推广，具有很广阔的应用前景。

(4)采用的太赫兹波能量低，装置实用、安全，不会对人体造成任何辐射威胁，不存在放射性污染。

附图说明

图1为脉冲太赫兹波金属成像检测装置结构图

图2为混凝土中插入金属钉的实物图

图3为混凝土中插入金属钉的成像图

图4为隐藏在牛皮纸袋中的金属剪刀实物图

图5为隐藏在牛皮纸袋中的金属剪刀成像图

附图标记：计算机(1)、NI板卡(2)、锁相模块(3)、电流放大器(4)、飞秒光纤激光器(5)、电压放大器(6)、一分二光纤耦合器(7)、太赫兹发射器(8)、太赫兹探测器(9)、双面抛光硅片(10)、笼式系统固定架(11)、太赫兹聚焦透镜(12)、二维电动平移台(13)、待测物体(14)、金属钉一(15)、金属钉二(16)、金属钉一成像图(17)、金属钉二成像图(18)、金属剪刀(19)和金属剪刀成像图(20)。

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

具体实施方式

所描述的实施例仅仅是本实用新型中的一部分实施例，并不代表全部的实施例。在实用新型实施例范围之内的，在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为脉冲太赫兹波金属成像检测装置结构图，如附图1所示，该检测装置包括计算机1、NI板卡2、锁相模块3、电流放大器4、飞秒光纤激光器5、电压放大器6、一分二光纤耦合器7、太赫兹发射器8、太赫兹探测器9、双面抛光硅片10、笼式系统固定架11、太赫兹聚焦透镜12和二维电动平移台13。

其中所述太赫兹发射器8和太赫兹探测器9固定在笼式系统固定架11相邻的两个圆孔上，太赫兹探测器9连接电流放大器4；所述电流放大器4连接锁相模块3；所述锁相模块3连接NI板卡2；所述NI板卡2同时连接锁相模块3、电压放大器6和计算机1。所述电压放大器6连接太赫兹发射器8；所述飞秒光纤激光器5连接一分二光纤耦合器7；所述一分二光纤耦合器7分别连接太赫兹发射器8和太赫兹探测器9。所述双面抛光硅片10以45°角对角放置在笼式系统固定架11内；所述太赫兹聚焦透镜12固定在笼式系统固定架11上；所述笼式系统固定架11固定在二维电动平移台13上。

本发明实施方式中，太赫兹发射器8和太赫兹探测器9为夫琅禾费光纤型光电导天线。

飞秒光纤激光器5为CALMAR小型飞秒光纤激光器。一分二光纤耦合器7分束前为色散补偿光纤和保偏光纤，分束后为两个长度不同的保偏光纤。双面抛光硅片10的厚度h＝400μm，边长d＝30mm，电阻率ρ＝10000Ω·cm。笼式系统固定架11为C4W30mm笼式立方体、B4CRP/M精密旋转调节平台和FFM1笼式兼容安装座的组合。NI板卡2为NI-USB6211多功能DAQ。太赫兹聚焦透镜12为Teflon透镜，直径d＝25.4mm，焦距f＝50mm。锁相模块3为HB-292(I-2)型高性能双相锁相放大器。

本发明中，太赫兹发射器8发射的脉冲太赫兹波第一次经过双面抛光硅片10后，脉冲太赫兹波被分成两束，一束被反射到垂直方向，另一束沿直线路径到达待测物体上，经过待测物体后按原路径反射回去，再次经过双面抛光硅片10后，携带待测物体信息的脉冲太赫兹波再次被分成两束，一束沿直线路径进入太赫兹发射器8，另一束被反射到垂直方向的太赫兹探测器9中，然后经过电流放大器4、锁相模块3和NI板卡2处理并采集成像数据，最后将成像数据输入到计算机10中进行保存和显示，同时利用计算机10控制二维电动平移台13进行二维扫描，进而实现对整个待测物体的太赫兹二维扫描成像。

所述NI板卡2同时实现成像数据采集、提供太赫兹发射器8的偏压信号和提供锁相模块3的参考信号。

实施例1、本实用新型应用于桥梁基桩钢筋笼长度无损检测领域

如图2所示，为混凝土中插入金属钉的实物图，将本实用新型装置对混凝土中插入的金属钉进行二维扫描成像，检测金属钉插入混凝土中的深度。通过对混凝土的左侧进行成像，获得了金属钉的太赫兹图像。如图3所示，为混凝土中插入金属钉的成像图，从图3中，可以很清楚的看到金属钉插入混凝土的深度。桥梁基桩中的钢筋笼起着非常关键的作用，如果基桩的钢筋笼长度不能满足基本的设计要求，将会造成桥梁的安全隐患，探测基桩的钢筋笼长度已成为监督桥梁质量非常重要的问题，因此，本实用新型对桥梁工程建设事业的发展具有重要实用意义。

实施例2、本实用新型应用于隐藏的危险金属物品无损检测领域

如图4所示，隐藏在牛皮纸袋中的金属剪刀实物图，将本实用新型装置对隐藏在不透明物体中的金属品进行二维扫描成像，检测金属品的形状，以此来判断金属品是否具有危险性。通过对隐藏在牛皮纸袋中的金属剪刀进行成像，获得了金属剪刀的太赫兹图像。如图5所示，为隐藏在牛皮纸袋中的金属剪刀成像图。从图5中，可清楚的看到隐藏在牛皮纸袋中的金属剪刀。本实用新型在安检领域有着十分重要的应用前景。