一种太赫兹时域光谱数据采集系统的制作方法

本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种太赫兹时域光谱数据采集系统。

背景技术

在过去的30年中，伴随着各种新材料、新技术的不断涌现，为太赫兹辐射提供了新的更高功率的发射源，太赫兹技术已经发生了革命性的变化。太赫兹技术已经被证明在生物医学成像、安全检查、宽带通信与雷达等众多领域有着广阔的科研价值和应用前景。

关于太赫兹波的产生和检测的研究还处于起步阶段。经过近二十年的努力太赫兹波的产生和检测技术已经基本成熟，并有多种商业化的产品。目前主流的脉冲太赫兹时域光谱仪采用光电导的方法产生脉冲太赫兹，而检测则使用光电导或电光取样技术。基于太赫兹时域光谱系统的发展现状，亟需开发一套成熟快速的模数转换的电路系统，进而采集到完整准确的太赫兹时域光谱脉冲信号。

现有的太赫兹时域光谱采集系统采用商业仪器，从而造成体积庞大，不利于系统集成，资源利用率不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种太赫兹时域光谱数据采集系统，采用单板的设计实现太赫兹时域光谱数据采集，具备小型，快速，易于集成的特点。

本发明实施例的第一方面提供了一种太赫兹时域光谱数据采集系统，包括依次连接的锁相放大器、前置放大器、有源滤波器、衰减放大器、模数转换器和数模转换器；

所述锁相放大器,用于放大光电导接收天线产生的微弱电流信号，输出第一弱电压信号；

所述前置放大器，用于补偿所述锁相放大器的放大能力，对所述第一弱电压信号进行放大得到第二弱电压信号；

所述有源滤波器，用于对第二弱电压信号进行低通滤波后进行放大，得到第三弱电压信号；

所述衰减放大器，用于将所述第三弱电压信号转换为第四弱电压信号；

所述模数转换器，用于采集所述第四弱电压信号并转换为数字电压信号；

所述数模转换器，用于将所述数字电压信号转换为模拟电压信号。

基于第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述锁相放大器用于接收来自光电导天线的微弱电流i，输出所述第一弱电压v＝ir，r为所述锁相放大器的跨阻。

基于第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述前置放大器采用单电源或双电源供电，能够驱动无限大容性负载的同时保持信号完整性。

基于第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述有源滤波器通过krc二阶低通滤波电路来实现低通滤波和电压放大功能。

基于第一方面，在第四种可能的实现方式中，所述衰减放大器提供0.4倍和0.8倍的衰减系数，并且能够对共模电平转换，以及单端信号至差分信号的转换。

基于第一方面，在第五种可能的实现方式中，所述模数转换器为全差分18位逐次逼近型模数转换器,当基准电压源为4.096v时信噪比为98db。

基于第一方面，在第六种可能的实现方式中，所述数模转换器采用施密特触发式输入，单电源供电，采取外部参考电压，单通道16位模数转换器，用来完成数模转换，给延时控制系统提供输入信号。

基于第一方面，在第七种可能的实现方式中，所述太赫兹时域光谱数据采集系统还包括：

控制器，用于将采集到的所述数字电压信号传输至计算机进行处理和显示。

基于第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述太赫兹时域光谱数据采集系统还包括：

与所述控制器通信连接的光电开关，用于通过控制电压实现激光器通路或开路，以对应控制激光器的开启或关闭。

基于第一方面，在第九种可能的实现方式中，所述数模转换器还用于控制闭环延时系统。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例中的太赫兹时域光谱数据采集系统，包括：依次连接的锁相放大器、前置放大器、有源滤波器、衰减放大器、模数转换器和数模转换器；所述锁相放大器,用于放大光电导接收天线产生的微弱电流信号，输出第一弱电压信号；所述前置放大器，用于补偿所述锁相放大器的放大能力，对所述第一弱电压信号进行放大得到第二弱电压信号；所述有源滤波器，用于对第二弱电压信号进行低通滤波后进行放大，得到第三弱电压信号；所述衰减放大器，用于将所述第三弱电压信号转换为第四弱电压信号；所述模数转换器，用于采集所述第四弱电压信号并转换为数字电压信号；所述数模转换器，用于将所述数字电压信号转换为模拟电压信号。本发明实施例采用单板的设计实现太赫兹时域光谱数据采集，具备小型，快速，易于集成的特点，具有较强的易用性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的太赫兹时域光谱数据采集系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的太赫兹时域光谱信号采集波形图；

图3是本发明实施例二提供的太赫兹时域光谱数据采集系统的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供一种太赫兹时域光谱数据采集系统，如图1所示，太赫兹时域光谱数据采集系统包括：

依次连接的锁相放大器11、前置放大器12、有源滤波器13、衰减放大器14、模数转换器15和数模转换器16；

在本发明实施例中，锁相放大器11,用于放大光电导接收天线产生的微弱电流信号，输出第一弱电压信号；

前置放大器12，用于补偿所述锁相放大器的放大能力，对所述第一弱电压信号进行放大得到第二弱电压信号；

有源滤波器13，用于对第二弱电压信号进行低通滤波后进行放大，得到第三弱电压信号；

衰减放大器14，用于将所述第三弱电压信号转换为第四弱电压信号；

模数转换器15，用于采集所述第四弱电压信号并转换为数字电压信号；

数模转换器16，用于将所述数字电压信号转换为模拟电压信号。

具体地，锁相放大器11用于放大光电导天线产生的微弱电流信号；前置放大电路12与锁相放大器11的输出信号相接，用于补偿锁相放大器11的放大能力；有源滤波器13与前置放大电路12的输出信号相接，用于低通滤波和电压放大；衰减放大器14和有源滤波器13的输出信号相接，用于精确的共模电平转换和单端至差分转换；模数转换器15和衰减放大器14相接，用于采集放大后的电压信号；数模转换器16和模数转换器15相接，用于将所述数字电压信号转换为模拟电压信号。

具体地，锁相放大器11与光电导天线相接，从光电导天线出来的微弱电流信号通过锁相放大器6之后变成弱电压信号(第一弱电压信号)，然后前置放大器12对第一弱电压信号进一步补偿放大得到第二弱电压信号，之后进入有源低通滤波器13进行滤波得到第三弱电压信号，图2示出了太赫兹时域光谱信号采集波形图。为了使信号满量程的进入模数转换器，提高精度，滤波完的信号先进入衰减放大器14，将电压信号衰减成ad芯片输入满量程电压范围，并将单端信号转成差分信号得到第四弱电压信号，模数转换器15将模拟电压信号(第四弱电压信号)转换成数字电压信号，此过程由控制器(在图1中未示出)控制完成。控制器输出数字信号给数模转换器16，产生模拟信号，送至延时控制系统，用于给太赫兹泵浦光提供可控的延时。

在一个实施例中，所述锁相放大器用于接收来自光电导天线的微弱电流i，输出所述第一弱电压v＝ir，r为所述锁相放大器的跨阻。

在一个实施例中，所述前置放大器采用单电源或双电源供电，能够驱动无限大容性负载的同时保持信号完整性。其中，前置放大器是一款低成本、低功耗、高速运算的放大器，采用单电源或双电源供电，有高输出电流驱动能力，因此能够驱动无限大容性负载的同时保持信号完整性。

在一个实施例中，所述有源滤波器通过krc二阶低通滤波电路来实现低通滤波和电压放大功能。此滤波电路具有极低的失调电压、低输入偏置电流、低噪声、具备输入过压保护功能、过载恢复功能。

在一个实施例中，所述衰减放大器提供0.4倍和0.8倍的衰减系数，并且能够对共模电平转换，以及单端信号至差分信号的转换。

在一个实施例中，所述模数转换器为全差分18位逐次逼近型模数转换器,当基准电压源为4.096v时信噪比为98db。

在一个实施例中，所述数模转换器采用施密特触发式输入，单电源供电，采取外部参考电压，单通道16位模数转换器，用来完成数模转换，给延时控制系统提供输入信号。

由此可见，在本发明实施例中的太赫兹时域光谱数据采集系统，包括：依次连接的锁相放大器、前置放大器、有源滤波器、衰减放大器、模数转换器和数模转换器；所述锁相放大器,用于放大光电导接收天线产生的微弱电流信号，输出第一弱电压信号；所述前置放大器，用于补偿所述锁相放大器的放大能力，对所述第一弱电压信号进行放大得到第二弱电压信号；所述有源滤波器，用于对第二弱电压信号进行低通滤波后进行放大，得到第三弱电压信号；所述衰减放大器，用于将所述第三弱电压信号转换为第四弱电压信号；所述模数转换器，用于采集所述第四弱电压信号并转换为数字电压信号；所述数模转换器，用于将所述数字电压信号转换为模拟电压信号。本发明实施例采用单板的设计实现太赫兹时域光谱数据采集，具备小型，快速，易于集成的特点，具有较强的易用性和实用性。

实施例二

本发明实施例提供一种太赫兹时域光谱数据采集系统。如图3所示，太赫兹时域光谱数据采集系统包括：

依次连接的锁相放大器11、前置放大器12、有源滤波器13、衰减放大器14、模数转换器15、数模转换器16、控制器17、计算机18、光电开关19和延时控制系统20。

在本发明实施例中，锁相放大器11,用于放大光电导接收天线产生的微弱电流信号，输出第一弱电压信号；

前置放大器12，用于补偿所述锁相放大器的放大能力，对所述第一弱电压信号进行放大得到第二弱电压信号；

有源滤波器13，用于对第二弱电压信号进行低通滤波后进行放大，得到第三弱电压信号；

衰减放大器14，用于将所述第三弱电压信号转换为第四弱电压信号；

模数转换器15，用于采集所述第四弱电压信号并转换为数字电压信号；

数模转换器16，用于将所述数字电压信号转换为模拟电压信号。

具体地，锁相放大器11与光电导天线相接，锁相放大器11用于放大光电导天线产生的微弱电流信号；前置放大电路12与锁相放大器11的输出信号相接，用于补偿锁相放大器11的放大能；有源滤波器13与前置放大电路12的输出信号相接，用于低通滤波和电压放大；衰减放大器14和有源滤波器13的输出信号相接，用于精确的共模电平转换和单端至差分转换；模数转换器15和衰减放大器14相接，用于采集放大后的电压信号；数模转换器16和模数转换器15相接，用于将所述数字电压信号转换为模拟电压信号。控制器17，用于将模数转换器15采集到的数字电压信号传输至计算机18进行处理和显示。数模转换器16与激光器(图3中未示出)相接，输出模拟信号，用于控制闭环延时系统20。光电开关19与控制器17(图3中未示出)相接，用于通过控制电压实现激光器通路或开路，以对应控制激光器的开启或关闭。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。