一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法技术

本发明专利技术属于太赫兹功率测量技术领域，提供了一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法，热补偿传感器接收太赫兹功率，测量补偿端的直流偏置功率变化；根据测量的所述补偿端的直流偏置功率变化得到工作端的直流偏置功率变化；根据所述工作端的直流偏置功率变化对所述工作端的初始直流偏置功率进行补偿。其中工作端和补偿端具有相同的波导结构和传感芯片，从而对于环境温度变化具有相同的响应，根据补偿端的直流偏置功率变化与工作端的初始直流偏置功率的对应关系，对工作端的初始直流偏置功率进行补偿，降低因温度变化等因素而导致对太赫兹功率测量的误差，从而可提高太赫兹功率测量的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法
本专利技术涉及太赫兹功率测量
，尤其涉及一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法。
技术介绍
太赫兹(TeraHertz，THz)是波动频率单位之一，又称为太赫，或太拉赫兹，用于表示电磁波频率，是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常大的机遇，可能引发科学技术的革命性发展。太赫兹波是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波，太赫兹波的波长处于微波及红外光之间，因此在应用方面，相对于其他波段的电磁波具有非常强的互补特征。与微波、毫米波相比，太赫兹探测系统可以获得更高的分辨率，具有突出的抗干扰能力和独特的反隐身能力；太赫兹系统具有视场范围宽、搜索能力好、适用于恶劣气象条件等优点。太赫兹波所具有的优越特性使其具有非常重要的学术和应用价值，也使得世界各国都对太赫兹科学技术研究和应用给予了极大的关注。太赫兹测量是太赫兹技术的产学研用各个环节的技术基础，太赫兹功率是太赫兹器件、部件、仪器、系统的基本参数，太赫兹功率测量是上述部分的关键测量。目前直流替代性传感器广泛应用于太赫兹功率测量中，采用的是直流替代法，直流替代法是量热型太赫兹功率传感器中常用的技术，需要将热敏电阻接入四线自平衡电桥中以保证热敏电阻的阻值恒定，通过无微波功率时的初始直流偏置功率和加入微波功率后的直流偏置功率计算得到热敏电阻吸收的微波功率。但是在测量过程中由于温度的变化等因素导致初始直流偏置功率会发生波动，从而影响到微波功率测量的准确性。因此，直流替代法在应用于太赫兹功率测量中，存在易受温度影响的问题，包括室温的波动甚至传感器表面温度的变化都会引起太赫兹功率测量值的变化，从而导致太赫兹功率测量结果不准确。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法，可以对温度变化导致的初始直流偏置功率变化进行补偿修正，减小由于温度变化带来的测量误差，从而提高太赫兹功率传感器在复杂温度环境下的太赫兹测量的精确度。一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法，包括：接收太赫兹功率，测量补偿端的直流偏置功率变化；根据测量的所述补偿端的直流偏置功率变化得到工作端的直流偏置功率变化；根据所述补偿端的直流偏置功率变化和所述工作端的直流偏置功率变化对所述工作端的初始直流偏置功率进行补偿。本专利技术申请中，在热补偿传感器内部新增设置了补偿端，其中工作端和补偿端具有相同的波导结构和传感芯片，并且在补偿端和工作端之间增加了包围着第一波导和第二波导的第一铜片和第二铜片作为热短路结构；当热补偿传感器接收太赫兹功率，测量补偿端的直流偏置功率变化；根据测量的所述补偿端的直流偏置功率变化得到工作端的直流偏置功率变化；根据所述工作端的直流偏置功率变化对所述工作端的初始直流偏置功率进行补偿。其中工作端和补偿端具有相同的波导结构和传感芯片，从而对于环境温度变化具有相同的响应，根据补偿端的直流偏置功率变化与工作端的初始直流偏置功率的对应关系，对工作端的初始直流偏置功率进行补偿，降低因温度变化等因素而导致对太赫兹功率测量的误差，从而可提高太赫兹功率测量的精确度因此，使工作端和补偿端的传感芯片具有相同的热结构，从而对于环境温度变化具有相同的响应，则可以通过补偿端的直流偏置功率变化得到任意时刻工作端的初始直流偏置功率，从而根据补偿端的直流偏置功率变化与工作端的初始直流偏置功率的对应关系，对工作端的初始直流偏置功率进行补偿，降低因温度变化等因素而导致对太赫兹功率测量的误差，从而可提高太赫兹功率测量的精确度。附图说明1、图1为现有技术中直流功率传感器的内部结构示意图；2、图2为本专利技术实施例提供的一种基于热补偿的传感器的结构示意图；3、图3为本专利技术实施例提供的基于热补偿传感器中直流偏置功率波动图；4、图4为本专利技术实施例提供的一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法的流程示意图；5、图5为本专利技术实施例提供的基于热补偿传感器中加入太赫兹功率前后直流偏置功率变化图；6、图6为本专利技术实施例提供的基于热补偿传感器的直流偏置功率曲线以及预测的工作端热敏电阻偏置功率曲线对比图。最佳实施方式为了使本领域技术人员更清楚的理解本专利技术所提供的高精度流量标定设备，下面将结合附图对其进行详细的说明。如图1所示，现有技术中的直流功率传感器的内部结构包括传感芯片和波导，传感芯片包括吸波层、电路层、屏蔽层和绝缘层，其中，吸波层用于吸收太赫兹波，并将太赫兹功率转换成热效应；电路层包括热敏电阻，热敏电阻被置于四线电流自平衡电桥的电路中以保持其阻值恒定，当加入太赫兹功率时吸波层产生热效应传递至电路层，为了保持热敏电阻阻值恒定就需要保持其温度恒定，因此其直流偏置功率会对应减小；如果未加入太赫兹功率之前，预先以直流偏置功率Pdc1将热敏电阻偏置在特定阻值R上，并以闭环控制的方式保持特定阻值R不变，则当加入太赫兹功率后，闭环电路将自动减少直流偏置功率Pdc1以维持电路平衡，设传感芯片吸收的功率为Pmw，新的直流平衡功率为Pdc2，通常将直流偏置功率Pdc1的变化量称作直流替代功率，记作Psub，即有Psub＝Pdc1-Pdc2(1)由于传感芯片面积很小，热敏电阻对毫米波功率与直流功率具有相同的响应，因而有Psub＝Pmw(2)但是当环境温度变化时，为了保持热敏电阻阻值恒定所需的初始直流偏置功率Pdc1也在始终发生变化。由于在测量过程中加入了微波功率无法获得实时的Pdc1，而且由于加入功率或关掉功率系统达到热平衡状态需要一定的时间，通过不断地关掉功率检测当前时刻的Pdc1不具有可行性。将测量开始前的Pdc1作为后续测量中的初始直流偏置功率，或者在测量开始前或开始后分别测量一次Pdc1并使用内插的方法获得测量过程中每时每刻的初始直流功率，但是显然这两种方法均会引入较大的不确定性。因此本专利技术实施例在上述直流功率传感器的内部加入了补偿端，从而提供了一种基于热补偿的传感器，用以解决由于温度变化等因素导致对太赫兹功率测量存在误差的技术问题，如图2所示，所述传感器具体包括：外壳；所述外壳内部设置工作端和补偿端，所述工作端包括第一波导和第一传感芯片，所述补偿端包括第二波导和第二传感芯片；第一铜片和第二铜片，所述第一铜片和所述第二铜片均包围着所述第一波导和所述第二波导；所述第一波导与所述第二波导相同，所述第一传感芯片与所述第二传感芯片相同，其中，所述第一传感芯片包括第一热敏电阻，所述第二传感芯片包括第二热敏电阻。当然根据本领域公知常识，该传感器还应包括波导法兰，用于安装第一波导和第二波导。本专利技术实施例中提供的传感器在内部新增设置了补偿端，其中工作端和补偿端具有相同的波导结构和传感芯片，并且在补偿端和工作端之间增加了包围着第一波导和第二波导的第一铜片和第二铜片作为热短路结构；因此，使工作端和补偿端的传感芯片具有相同的热结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法，其特征在于，包括：/n接收太赫兹功率，测量补偿端的直流偏置功率变化；/n根据测量的所述补偿端的直流偏置功率变化得到工作端的直流偏置功率变化；/n根据所述补偿端的直流偏置功率变化和所述工作端的直流偏置功率变化对所述工作端的初始直流偏置功率进行补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹功率测量的热补偿方法，其特征在于，包括：
接收太赫兹功率，测量补偿端的直流偏置功率变化；
根据测量的所述补偿端的直流偏置功率变化得到工作端的直流偏置功率变化；
根据所述补偿端的直流偏置功率变化和所述工作端的直流偏置功率变化对所述工作端的初始直流偏置功率进行补偿。


2.根据权利要求1所述的基于太赫兹功率测量的热补偿方法，其特征在于，所述接收太赫兹功率，测量补偿端的直流偏置功率变化，具体包括：
接收太赫兹功率，计算所述补偿端的直流偏置功率与所述太赫兹功率之和PB：



其中TA和TB分别为所述工作端的第一热敏电阻温度和所述补偿端的第二热敏电阻温度，C为工作端的第一传感芯片或补偿端的第二传感芯片的热容，TG为外壳的温度，h为外壳表面传热系数，A为散热的等效面积，RG,B为补偿端对外壳的等效热阻，RAB为工作端和补偿端之间的等效热阻，PW为第一波导或第二波导壁损耗的功率，k为其对直流偏置功率的等效系数；
当外界环境温度TG变化时，则补偿端的直流偏置功率变化ΔPB为：



其中，ΔPW为第一波导或第二波导壁损耗的功率变化。


3.根据权利要求2所述的一种基于太赫兹...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷若晨，袁文泽，丁晟，崔孝海，吴昭春，赵巍，刘潇蒙，丁建新，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11