一种基于BWO的太赫兹波透射式检测系统设计

的锁 相 放 大 器 来 进 行 数 据 采 集 工 作 ，两 种 型号 的锁 相放 大 器 仅
面板 显 示 及 个 别 编 程 指 令有 些微 区别 。
２ 硬 件 系 统 设 计
Ｘ
图 ２ 系 统 测得 两 路信 号 波 动 趋 势
硬 件 系 统 示 意 图 如 图 １所 示 ，可 以分 为 差 分 光 路 设 计 与 信
这 样 的设 计 能够 最 大 限 度 地 减 小 避 免 Ｂ ＷＯ 源 的 功 率 波 动 对 实 验 结 果 造 成 的 影 响 ，样 品 探 测 器 与 参 考 探 测 器 测 得 的信 号 值 分 别 归 一 化 后 ， 到 图 ２中 的 变化 趋 势 。 得
系 统 分 为 硬件 系统 和软 件 平 台 两 部 分 ，主 要 应 用 到 的仪 器 设 备 有 ： ｃｏ ｅ ｈ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ＭｉｒＴ ｃ Ｉｓｒ ｕ ｎｓ公 司 的 返 波 振 荡 器 （ Ｏ） Ｂ ， Ｃ ＤＰ公 司 的 焦 热 电探 测 器 （ Ｄ一 ）Ｓａ ｆｒ ｅ ｅ ｒｈ Ｓ ｓ Ｐ １ ， ｔｎ ｄ Ｒ ｓ ａｃ ｙ — ｏ
子学 处 理 的过 渡 频 带 ，也 是 处 在 物 理 学 经 典 理 论 和 量 子 理 论 的 交界 处 ，这 一 频 率 范 围 内的 电磁 波 具 有 丰 富 的 科 学 内 容 和 广 阔 的应 用 前 景 。 赫 兹 波 光 子 能 量 约 为 可 见 光 ， 太 赫 兹 波 做 信 息 太 用
信 ， Ｐ 机 中读 取 。 在 Ｃ
２１ 差 分 光 路设 计 ． 本 测 试 系 统 采用 透 射式 光 路 ，通 过 透 过 率 的变 化 来 检测 样
品 的特 性 。 于 测试 系统 来 讲 ， 测 源 功 率 输 出 的 不 稳 定 将极 大 对 探
的影 响 到 最 后 得 到 的数 据 的 可 靠 性 ， 此 ， 避 免 此 种 情 况 ， 因 为 采
取 ６ Ｈｚ ４ 。
软件 平 台 主要 包 括 接 １ 块 与 数 据 采集 模 块 。接 口模 块 由 ３模
Ｖ ＋Ｎ Ｔ编 译 器 提 供 的 ＭＳ ｏ Ｃ＋ ．Ｅ Ｃ ｍｍ 控 件 通 过 串 行 端 口发 送 与
接 收数 据 ， 上 位 机 与 下位 机 提 供 串行 通 信 功 能 。 为 数 据 采集 主要 进行 数 据 的 采 集 、 储 、 览 等 功 能 ， 建 一 存 预 创 个线 程 专 门用 于数 据 的 采 集 。 软 件 界 面 如 图 ３所 示 ， 可实 现 锁 相 放 大 器 型 号 、 相 放 大 器 锁 及 串 口的 参数 、 储 路 径 、 据 采 集 的 点 数 的设 置 ； 据 采 集 时 存 数 数 界 面下 方 的 数据 预 览 框 内 会 自动预 览 所 采 集 的数 据 ；程 序 根据 采 集 的 点 数 与 采 样 率计 算 数 据 采 集 所 需 要 的 时 间 并 在 Ｒ ｎ按 ｕ
ｔ ｍｓ公 司 的 锁 相 放 大 器 （ Ｒ ３ 、 Ｒ １ ） ｅ Ｓ ８ ０Ｓ ８ ０ 。 返 波 振 荡 器 （ ＷＯ） 一 种 从 微 波 技 术 发 展 而 来 的 真 空 电 Ｂ 是
子 管 。Ｂ ＷＯ 的 电源 主要 由加 热 器 和 高 压 两 部 分 组 成 ， 以通 过 可 调节 加 速 电压 来 改 变 输 出频 率 ， 实验 中选 择 ＯＶ ３ 一 ０型 号 的返 波 振荡 器 作 为 辐 射 源 ， 出连 续 、 频 、 偏 振 的 太 赫 兹 波 ， 出 功 输 单 线 输 率约 为 １ ｍＷ ， 率 范 围 ２ １ ３ ０ ｚ 可 调 ） ５ 频 ３ ～ ８ ＧＨ （ 。 锁 相 放 大 器 是 一 种 可 以 从 干 扰 极 大 的环 境 中 分 离 出 特 定 载 波频 率 信 号 的 放 大 器 ，实 验 中选 择 Ｓ ８ ０型 号 与 Ｓ ８ ０型 号 Ｒ３ Ｒ１
检 、 料 分 析 等 技 术 领 域 内大 显 身 手 。 材 １ 系统 简 介 此系统基 于对样品透过率 的差分检 测来分 析样品特性 ， 在
图 １ 系统 光 电 信 号 流 程 图
取 了差 分 的方 法 来 进 行 光 路 设 计 ， 赫 兹 信 号 经 斩 波 器 调 制 后 ， 太 用 分 光 镜 将 太 赫 兹 信 号 分 为 两 路 ，一 路 聚焦 到 达样 品 最终 由探
ｌｃｋ—ｉ ａ ｐｌｉｒ ． ｏ ｎ ｍ ｉｅ ｓＶＣ ＋＋ Ｎｅ ｂ ｌ ｅ ｖｉ ｍｅｎ ａｎ ｍ ｕｔ－ ｈ ｅ ｄｉｇ ｔ ｈｎ ｏ ｃｏ ｐｌ ｅ ｆ ｔ ｕｉ ｄ ｎ ｒ ｏｎ ｔ ｄ ｌ ｔｒａ ｎ ｉ ｅｃ ｏｌｇｙ． ｍ ｅｔｄ ｄｏｕ ｅ ｌ ｋ－ｉ ａ ｐｌｉｒ ｓ — ｂｌ ｏｃ ｎ ｍ ｉｅ ｓ ｙｎ ｆ
该 系 统 可 以实 现 对 样 品 的透 射 式 检 测 ，图 ４为 本 系 统 在 葡
萄糖 溶 液 浓度 与透 过 率 关 系 的 实验 中得 到 的 实验 结 果 。
ｌ ｆ 言 … ｉ
钮 处 以倒 计 时 方式 提 示 ；数 据 采 集 前程 序会 检查 参 数 设 置 是 否
Ｋｅ ｗｏｒ ： ａｈ ｔ Ｂａ ｗａｒ ｗａ ｅ ｏｓ ｌ ｔ ｒＶＣ＋＋ Ｎｅ ， ｔ ａ ｑｕｉｉｏ Ｌ ｋ ｎ ｙ ｄｓｔ ｅｒ ｅｒ ｚ， ｃｋ ｄ ｖ ｃｉ ｏ ， ｌ ａ ｔｄａａ ｃ ｓｔ ｎ，ｏｃ —ｉ Ａｍ ｐｌｉ ｉ ｉｅｒ ｆ
太赫 兹 （ ｅａ ｅｔ）波 的频 率 位 于 远 红 外 光 与 毫 米 波 之 间 Ｔ ｒｈ ｒ ｚ （ ．～ ０ Ｈ ，Ｔ ｚ １ １ Ｈ ） Ｏ１ １Ｔ ｚ １ Ｈ ＝ ０ ２ ｚ ，在 电磁 波 谱 中 属 于 光 子 学 与 电
施 卫 博 汪 伟 （ 中国｛￣￣院机电工程学院， ４－ － 浙江 杭 州 ３０ １） １０８
摘 要
搭建 了以 Ｂ ＷＯ（ 波 振 荡 器 ） 辐 射 源 的 透 射 式 光 路 太 赫 兹 检 测 系统 ， 计 搭 建 了差 分 式 的 光 路 ， 使 用 两 个锁 相 放 返 为 设 并 大器 ， 完成 了整 个 系统 参 数 的 配 合 及优 化 工 作 ， 用 Ｖ ＋Ｎ ｔ 译 环 境 ， 用 多 线程 技 术 完成 了 对双 锁 相 放 大 器 的 同 步 数 使 Ｃ十 ．ｅ 编 采 据采集 ， 作方便 ， 操 旨在 为今 后 的 太赫 兹 波 传 感 器研 究工 作 奠 定 基 础 。
ｃｈ ｏ ｏｕ ｄａ ａ ｃｑｕｓｔ ， ｓ ｏ ｏｐｅ ａｅ， ｏｒ ｏ ａ ｔｅ ｆ ｕｎ ｔ ｆ ｈ ｒ ｉ ｔｅ ｕ ｕ ｅ． ｒｎ ｓ ｔ ａ ｉｉｏｎｅａ ｙ ｔ ｉ ｒｔ ｉ ｎ ｄｅｒｔ ｌｙ ｈ ｏ ｄａ ｉ ｏｎ ｏｒｔ ｅ ｗｏ ｋ ｎ ｈ ｆｔ ｒ
５ 结 束 语
本 文 讨论 了太 赫 兹 波 技术 在检 测领 域 内 的一 种 应 用 ，设计 搭 建 了 一 个 检 测 系 统 ， Ｖ ＋．Ｅ 在 Ｃ＋ Ｎ Ｔ编 译 环 境 下 ， 制 了 相 应 编 的上 位 机 程序 用 于 参 数 设 置 及 数据 采集 ， 到 了 实 验设 计 要 求 ， 达 为 今 后 开 展相 应 的检 测 实 验工 作 提 供 基 础 。
Ｋ ｏ ｗａ ｅ． Ｔｅ ｕ Ｍｉ ｚａ ｏｄ Ｋａ ｓ ｒｏ ｙａ ｗａ， ａｎ Ｙｕｃ ｉ ｄ ｉｈ Ｏｇａ ｗａ， Ｔｅａ— ｒ ｈ ｒｚ ｅｔ －ｗａｖ ｓ ｐｔ ｎ ｎ ｉ ｉ ｍｅ ｕ ｅ ｕ ｉｇ ｈｅ ｅ ａｎ ｓ ｅ ａｂ ｏｒ ｉ ｉ ｌ ｄｓ ｏ ｑｕ ａｓ ｒ ｄ ｓｎ ｔ ｖ ｅ —
４ 实 验 结 果 分析
ｆｒｔｒｈ ｒ ｍａ ｉｇ ［］ ｃｏ Ｉ ｔ ｎｃ ｏ ｒａ，０ ０ １ ｏ ｅａ ｅｔ ｉ ｇｎ Ｊ Ｍｉｒｅｅ ｒ ｉｓ Ｊ ｕｎ ｌ ０ ，３ ｚ ｃｏ ２
［ ］ ｉＣｈ ｎ ３Ｌ ｅ ｇ，Ｓ ｉ’ ｈｒ ｙ ｓ ｉ ｄ ｉｎ Ｄｏ ｒｉ，Ｃｈｋ ａ ｉ ｈｎ ｉ ｉ Ｈａ ａ ｈ，Ａ ｒ ｂｏｕ ｃ ｏ ａ ｉ Ｏｔｎ． ｏ
号处理两部分。
２２ 信 号 处 理 －
信 号 处 理 主要 就 是 对 锁 相 放 大 器 输 出 信 号 进 行 数 据 采 集 ， 光 强信 号 经 焦 热 电探 测 器 转 化 为 电 压值 ，此 信 号 与 斩 波 器 调 制
信 号 同步 输 入 锁 相 放 大 器 中 ， 相 放 大 器 检 出 载 波 频 率 信 号 ， 锁 并 以设 定 的采 样 频 率 记 录 信 号 值 ， 集 到 设 定 的 点 数 后 ， 串 口通 采 经
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３ 软 件 平 台设 计
一种基于 Ｂ ＷＯ 的太 赫 兹 波 透 射式 检测 系 统设 计 定 理 的 要 求 ， 样 率 至少 应 大 于 低 通 滤 波 器 截 止频 率 的两 倍 ， 采 才 能复 原 信 号 ， 考 虑 到 锁相 放 大 器 的响 应 速 度 ， 验 中采 样 率 值 但 实
关键 词 ： 赫 兹 ， ＷＯ 返 波 振 荡 器 ， Ｃ ＋Ｎ ｔ数 据 采 集 ， 相 放 大器 太 Ｂ Ｖ ＋ ｅ， 锁
Ａｂｓｒ ｃ ｔａ ｔ
Ａ Ｂ Ｗ０ （ ａ ｋ ｒ ｖ ｓ ｉ ｔｒ ｓ ｃ ｏ ｅ ｏ ｈ ａ ｉｔ ｎ ｓ ｕｃ ｆｔｅ Ｔ ｒｎ ｍｉｓ ｎ ｄ ｔｃｏ ｙ ｔｍ．ｓ ｇ ｔ ｂ ｃ ｗａｄ ｗａ ｅ ｏ ｃｌ ｏ）ｉ ｈ ｓ ｎ ｆｒｔｅ ｒｄａｉ ｏ ｒｅ ｏ ｈ Ｈｚ ｔ ｓ ｓ ｉ ｅｅ ｔｒｓ ｓｅ ｕ ｉ ｗｏ ｌ ａ ｏ ａ ｏ ｎ
太 赫 兹 频 段 ，许 多 材料 的透 过 率 是 与 其 本 身 材 料 特 性 密 切 相 关 的， 因此 通 过 透 过 率 的 分 析 ， 以 完 成 对 样 品 的 厚 度 、 度 、 分 可 浓 水
含量等等的检测。
测器接收 ， 为样 品信 号 ， 一 路 直 接 由探 测 器 接 收 ， 参 考 信 号 。 另 为
参 考 文献