基于压力控制的惰性气体的太赫兹波导器件及控制方法与流程

本发明涉及一种太赫兹波导器件，尤其涉及一种基于压力控制的惰性气体的太赫兹波导器件及控制方法。
背景技术：
：太赫兹(THz)是指频率从0.1～10THz，介于毫米波和红外光之间的电磁辐射区域。由于太赫兹波在电磁波谱上的特殊位置，它有很多优越的特性和非常重要的学术和应用价值。目前对于太赫兹技术的研究主要集中在探测、成像、传输、频谱等几个方面。目前波导管以金属波导管为主，然而，由于金属波导管内表面粗糙度大，均匀性差而引起色散，影响了传输的性能。另外，太赫兹波在金属波导管传输的过程中损耗很大，难以进行远距离传输。技术实现要素：由此可见，确有必要提供一种具有更好的传输性能且能够用于远距离传输的太赫兹波导器件。一种太赫兹波导器件，其中，所述太赫兹波导器件包括基管，所述基管的材料为聚合物材料，且所述基管中填充有惰性气体，所述惰性气体在基管中形成均匀线性递减的压力分布。在其中一个实施例中，所述惰性气体包括氦、氖、氩、氪、氙中的至少一种。在其中一个实施例中，所述惰性气体在基管中形成的高压端与低压端之间的差值为1atm-3atm。在其中一个实施例中，所述聚合物材料对太赫兹波的折射率为1.4-2.0。在其中一个实施例中，所述聚合物材料为聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯、环烯烃类共聚物中的一种。在其中一个实施例中，所述基管为纯聚四氟乙烯形成的管状结构。在其中一个实施例中，所述基管的半径R满足以传输模，λ为太赫兹波的波长。在其中一个实施例中，所进一步包括波导充气机，所述波导充气机与所述基管连通，用于向基管充入惰性气体，且所述惰性气体的气压在基管中均匀线性递减分布。一种太赫兹波导器件的控制方法，包括：获取基管中不同位置处的当前气压监测信号；根据当前气压监测信号获得当前的气压分布；根据当前的气压分布获得当前气压分布的平均值；获取当前气压分布的平均值与设定值之间的气压差值；根据气压差值调整，调整充气速率以使基管中的惰性气体的气压形成均匀线性递减的分布。在其中一个实施例中，当所述当前气压分布的平均值与设定值之间的气压差值为正时，降低充气速率以降低基管中的气压，以使气压达到预定值；当所述当前气压分布的平均值与设定值之间的气压差为负时，则提高充气速率，以提高基管中气压，使之达到预定值；当所述气压差值为零时，则保持当前充气速率。相对于传统技术，本发明提供的太赫兹波导器件，通过采用聚合物材料作为基管，并且通过充入惰性气体，能够减小散射，从而具有更高的传输性能，能够应用于远距离的传输。附图说明图1为本发明实施例提供的太赫兹波导器件的结构示意图；图2为本发明实施例提供的通过波导充气机向太赫兹波导器件中输入惰性气体的结构示意图；图3为本发明实施例提供的太赫兹波导器件的控制方法的流程图。主要元件符号说明基管10惰性气体20波导充气机100气泵110干燥器120气压监测器130电源模块140控制模块150显示和执行模块160充气模块170具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的基于压力控制的惰性气体的太赫兹波导管作进一步的详细说明。请一并参见图1，本发明实施例提供的基于高分子化合物的太赫兹波导器件包括基管10及填充于基管10中的惰性气体20。所述基管10为圆形的空心管，所述空心管具有光滑的内表面。所述空心管的内径R可以根据传输模式进行选择。具体的，一般情况下：空心管中传输模的半径R应满足而在采用模工作时，应使其中3.41、2.61及2.06为根据截止频率计算获得的经验值，以使太赫兹波在基管20中能够稳定的传播。所述基管20中输入的太赫兹波的频率可为0.1～3.0THz，本实施例中，所述太赫兹波的频率为1THz。所述基管10的材料为对太赫兹波透明的聚合物材料，所述聚合物材料的吸收系数在1THz处小于等于0.5cm-1，并随频率近似呈抛物型增加，从而能够减小损耗，增加传输距离；所述聚合物材料对太赫兹波的折射率为1.4-2.0，优选的，所述聚合物材料对太赫兹波的折射率为1.4-1.6，从而使得所述基管10对太赫兹波透明的同时进一步减小损耗。所述聚合物材料可为聚乙烯(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基戊烯(TPX)、环烯烃类共聚物(COC)中的一种。进一步，所述聚乙烯可为低密度聚乙烯(LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)。所述基管20的一端可与太赫兹波输入装置(图未示)相连，所述太赫兹波输入装置用于向基管20中输入太赫兹波；所述基管20的另一端可与太赫兹波接收装置(图未示)相连，所述太赫兹波接收装置用于接收基管20传入的太赫兹波。请一并参阅表1，为本发明所述的太赫兹波导管中基管所采用的材料及其特性。表1.太赫兹波导器件的特性(f≤1THz)聚合物吸收率(单位：cm-1)折射率PTFE<0.451.43–1.44HDPE<0.41.5–1.56COC<0.251.51–1.53由于采用聚合物材料作为基管10，所述基管10的材料对太赫兹波高度透明、色散小并且具有很好的柔韧性，且物理化学性质稳定，因此可以有效规避金属材料基管由于内壁粗糙度大，均匀性差而引起的较大散射，具有更好的传输性能。可以理解，上述材料仅仅为具体的实施例，所述聚合物材料对太赫兹波透明即可。本实施例中，所述聚合物材料为聚四氟乙烯。请一并参阅图2，所述惰性气体20填充于所述基管10中，所述惰性气体可为氦、氖、氩、氪、氙等单原子气体中的一种或多种。具体的，所述惰性气体20可以均匀线性的方式流通于所述基管10中，从而在基管10中形成稳定的气流场。具体的，所述惰性气体20可在基管10中形成均匀线性递减的压力分布，即所述惰性气体20的高压端与低压端之间的压力分布为线性递减的，且高压端与低压端之间的差值保持恒定。可以理解，所述高压端及低压端是指基管10两端的相对气压而言。进一步，所述基管10的高压端与低压端之间压力差值可为1atm-3atm，例如1atm、2atm等等，并且所述压力差值保持恒定。本实施例中，在所述基管10的进气口施加低压形成低压端，在所述出气口施加高压形成高压端，以减小损耗、提高输入效率，所述进气口与出气口之间的压力差值为2atm，且保持恒定。进一步，通过采用惰性气体20作为传输介质能够有效规避空气中水分对传播的影响；另外，由于惰性气体20在所述基管10中形成均匀线性递减的压力分布，能够减小太赫兹波在基管10中的损耗，因此所述太赫兹波能够在惰性气体20中稳定的传播。所述基管10可通过波导充气机100向所述基管10中充入惰性气体，形成稳定的气场。可以理解，所述气压值可为在常温常压状态(25℃，1atm)下的测得的数值。所述波导充气机100包括气泵110、干燥器120、气压监测器130、电源模块140、控制模块150、显示和执行模块160及充气模块170。所述气泵110用于输出惰性气体；所述干燥器120用于对输出的惰性气体进行干燥处理，以去除惰性气体中的水气；所述气压监测器130用于监测基管10中气压的大小，并将监测结果输出至控制模块150；所述控制模块150用于对气泵110输出的惰性气体进行控制，并根据监测结果实时调整气泵110中惰性气体的输出；所述显示和执行模块160用于显示当前的气压等，并接收输入的控制指令，并将控制指令传输至控制模块150以对气泵110输出的气流进行自动控制；所述电源模块140用于提供电源；所述充气模块170用于将气泵110输出的惰性气体输入基管10中。所述惰性气体20可通过所述基管10两端的进气口(图未示)和排气口(图未示)流入流出所述基管10。本实施例中，所述进气口端施加低压，而在出气口端施加高压，从而在进气口端和出气口端形成均匀线性递减的压力分布。进一步，所述波导充气机100还可包括一个手动控制单元(图未示)，所述手动控制单元用于对气泵110输出的气流进行手动开启、关闭等手动控制，以在波导充气机100在自动控制模式下工作不正常时，对气泵110进行手动控制，以避免对基管10造成影响。本实施例中所述惰性气体20作为太赫兹的传输介质，能够有效规避空气、水气等对太赫兹波传播的影响，减少太赫兹波在基管10中的色散，从而减小了太赫兹波的损耗，增加了太赫兹波的传输距离。请一并参阅图3，本发明实施例进一步提供一种利用上述波导充气机100对基管100进行充气的流程包括：步骤S10，获取基管中不同位置处的当前气压监测信号；步骤S20，根据当前气压监测信号获得当前的气压分布；步骤S30，根据当前的气压分布获得当前气压分布的平均值；步骤S40，获取当前气压分布的平均值与设定值之间的气压差值；步骤S50，根据气压差值调整，调整充气速率以使基管中的惰性气体的气压形成均匀线性递减的分布。具体的，在步骤S50中，当所述当前气压分布的平均值与设定值之间的气压差值为正时，说明当前气压已经高于预定值，则降低充气速率以降低基管10中的气压，以使气压稳定在预定值；当所述当前气压分布的平均值与设定值之间的气压差为负时，则说明当前气压已经低于预设值，则提高充气速率，以提高基管10中气压，使之达到预定值；类似的，当所述气压差值为零时，则说明当前充气速率已经能够稳定基管10中的气压差值，从而保持当前充气速率即可。所述方法能够实时的监控并反馈基管10中的惰性气体的气压变化，并根据反馈的结果调整充气气流，从而实现基管10中气场的均匀线性递减分布。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3