用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路及系统技术方案

本发明专利技术公开了用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路及系统，涉及太赫兹光谱和成像测量技术领域；本发明专利技术在现有的信号检测电路基础上进行结构上的改进，包括用于将太赫兹天线输出的电流信号转换成电压信号的I

【技术实现步骤摘要】
用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路及系统


[0001]本专利技术涉及太赫兹光谱和成像测量
，具体涉及用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路及系统。

技术介绍

[0002]太赫兹波的范围从0.1
‑
10THz，介于微波与红外之间，太赫兹波既具有物质穿透特性又具有物质指纹谱识别特性，在物质识别与透射成像方面具有广泛应用；此外太赫兹波单光子的能量低，只有几毫电子伏特，远低于X射线，因此不会因电离而破坏物质特性。太赫兹光谱和成像测量由于其穿透性、指纹识别和安全性，在各行各业都具有巨大的应用潜力。
[0003]太赫兹光谱和成像测量系统采用最广的是基于机械延迟线（振荡延迟线或旋转延迟线）的 THz
‑
TDS 技术，但由于机械惯性，机械延迟线的扫描速度受到限制；基于异步采样的太赫兹成像光谱技术，由于摒弃了机械延迟线的结构，可以较轻松地突破扫描速度的限制，但对信号检测电路提出了更高要求，传统的信号检测电路带宽有限，噪声较大，无法适用于基于异步采样的太赫兹成像光谱技术中。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：传统的信号检测电路的带宽有限，噪声较大，难以应用于基于异步采样的太赫兹成像光谱技术中；本专利技术目的在于提供用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路及系统，在现有的信号检测电路基础上进行结构上的改进，通过将I
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V转换模块与程控信号调理电路剥离，并将I
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V转换模块装设在太赫兹天线上，减少太赫兹天线与信号检测电路之间的寄生电容，显著提高信号检测电路在带宽和信噪比方面的性能，以满足基于异步采样的太赫兹成像光谱技术的要求。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：本方案通过一种用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路，包括：I
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V转换模块，用于将太赫兹天线输出的电流信号转换成电压信号，所述I
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V转换模块装设在太赫兹天线上；程控信号调理电路，用于去除I
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V转换模块输出电压信号中的直流偏压，并根据程控信号调整电压信号的增益和滤波带宽，所述程控信号调理电路与I
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V转换模块通过同轴线连接。
[0006]本方案工作原理：传统的信号检测电路的带宽有限，噪声较大，难以应用于基于异步采样的太赫兹成像光谱技术中；本专利技术目的在于提供用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测系统方法及系统，在现有的信号检测电路基础上进行结构上的改进，通过将I
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V转换模块与程控信号调理电路分离，并将I
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V转换模块装设在太赫兹天线上，减少太赫兹天线与信号检测电路之间的寄生电容，显著提高信号检测电路在带宽和信噪比方面的性能，使得信号检测电路可以满足基于异步采样的太赫兹成像光谱技术的要求。
[0007]传统的信号检测电路从太赫兹天线到信号采集电路板上的电流放大器之间的同
轴线上存在较大的寄生电容，导致电流放大电路带宽低，以及电流放大电路输入端的长同轴线极易引入噪声，可以满足常规基于机械延迟线的太赫兹成像光谱技术，但是对于基于异步采样的太赫兹成像光谱技术中，其宽低和噪声弊端就非常明显，基于异步采样的太赫兹成像光谱技术要求跨阻增益高（一般要求至少为105V/A）的同时，要求有较宽的模拟信号通道的带宽（一般大于5MHz），模拟通道的高增益高带宽特性对噪声性能也提出了较高的要求，因此传统的信号检测电路需要额外添加更多繁琐的展宽设备、跨阻增益设备以及降噪处理，鉴于此，本方案设计独立于程控信号调理电路的I
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V转换模块，并将其直接配置于太赫兹天线上，并相应重新改进程控信号调理电路和I
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V转换模块的电路结构和物理结构，解决了现有技术中从太赫兹天线到信号采集电路板上的电流放大器之间的同轴线上寄生电容导致电流放大电路带宽低，以及电流放大电路输入端的长同轴线极易引入噪声的问题。
[0008]所述I
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V转换模块包括：跨阻放大器电路、电压放大器电路和第一电源管理电路；所述太赫兹天线连接跨阻放大器电路的输入端，跨阻放大器电路的输出端连接电压放大器电路的输入端，电压放大器电路的输出端连接同轴线。
[0009]所述跨阻放大器电路包括：第一电容、第一电阻和第一运算放大器；第一运算放大器的负极输入口作为跨阻放大器电路的输入端，第一电阻一端连接第一运算放大器的负极输入口，另一端连接第一运算放大器的输出口，第一电容并联在第一电阻两侧；所述电压放大器电路包括：第三电阻、第二电阻和第二运算放大器；第二运算放大器的正极输入口作为电压放大器电路的输入端，第二电阻一端连接第二运算放大器的负极输入口，另一端连接第二运算放大器的输出口，第二运算放大器的负极输入口连接第三电阻后接地；第二运算放大器的输出口作为I
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V转换模块的输出端；所述第一电源管理电路包括开关稳压器和第一低压降线性稳定器，外部电源接入开关稳压器，开关稳压器连接第一低压降线性稳定器，第一低压降线性稳定器为跨阻放大器电路和电压放大器电路供电。
[0010]跨阻放大器用于将太赫兹天线输出的电流信号转换成电压，电压放大器电路用于对跨阻放大器输出信号进行再次放大；所述I
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V转换模块还包括壳体，在壳体的上部和下部分别形成两个腔体，所述跨阻放大器电路和电压放大器电路设置在同一个腔体内，所述第一电源管理电路设置在另一个腔体内。
[0011]所述程控信号调理电路包括：程控增益电路、程控滤波电路和第二电源管理电路；程控增益电路的输出端连接程控滤波电路，程控滤波电路的输出端作为程控信号调理电路的输出端；第二电源管理电路为程控信号调理电路供电。
[0012]所述程控信号调理电路还包括DC耦合去偏电路；所述DC耦合去偏电路的输入端作为程控信号调理电路的输入端，DC耦合去偏电路的输出端连接程控增益电路的输入端；所述DC耦合去偏电路包括：数模转换器DAC、基准源、第六电阻、第八电阻、第九电阻、第四运算放大器、第四电阻、第七电阻、第五电阻和第三运算放大器；DC耦合去偏电路的输入端串联第四电阻后连接第三运算放大器的负极输入端；第五电阻一端连接第三运算放大器的负极输入端，另一端连接第三运算放大器的输出端；第
三运算放大器的正极输入端接地；第三运算放大器的输出端连接程控增益电路的输入端；基准源串联第六电阻后连接至第四运算放大器的负极输入端，第四运算放大器的正极输入端接地，第四运算放大器的输出端串联第七电阻后接入第三运算放大器的负极输入端；数模转换器DAC串联第八电阻后连接至第四运算放大器的负极输入端，程控信号接入数模转换器DAC；第九电阻一端连接第四运算放大器的负极输入端，另一端连接第四运算放大器的输出端。
[0013]所述程控增益电路包括：第十电阻、第一单刀多掷开关、第五运算放大器和电阻阵列；第五运算放大器的正极输入端作为程控增益电路的输入端，第五运算放大器的负极输入端串联第十电阻后接地，第一单刀多掷开关的动端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路，其特征在于，包括：I
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V转换模块（2），用于将太赫兹天线（1）输出的电流信号转换成电压信号，所述I
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V转换模块（2）装设在太赫兹天线（1）上；程控信号调理电路（4），用于去除I
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V转换模块（2）输出电压信号中的直流偏压，并根据程控信号调整电压信号的增益和滤波带宽，所述程控信号调理电路（4）与I
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V转换模块（2）通过同轴线（3）连接。2.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路，其特征在于，所述I
‑
V转换模块（2）包括：跨阻放大器电路（21）、电压放大器电路（22）和第一电源管理电路（23）；所述太赫兹天线（1）连接跨阻放大器电路（21）的输入端，跨阻放大器电路（21）的输出端连接电压放大器电路（22）的输入端，电压放大器电路（22）的输出端连接同轴线（3）。3.根据权利要求2所述的用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路，其特征在于，所述跨阻放大器电路（21）包括：第一电容（211）、第一电阻（212）和第一运算放大器（213）；第一运算放大器（213）的负极输入口作为跨阻放大器电路（21）的输入端，第一电阻（212）一端连接第一运算放大器（213）的负极输入口，另一端连接第一运算放大器（213）的输出口，第一电容（211）并联在第一电阻（212）两侧；所述电压放大器电路（22）包括：第三电阻（221）、第二电阻（222）和第二运算放大器（223）；第二运算放大器（223）的正极输入口作为电压放大器电路（22）的输入端，第二电阻（222）一端连接第二运算放大器（223）的负极输入口，另一端连接第二运算放大器（223）的输出口，第二运算放大器（223）的负极输入口连接第三电阻（221）后接地；第二运算放大器（223）的输出口作为I
‑
V转换模块（2）的输出端；所述第一电源管理电路（23）包括开关稳压器（232）和第一低压降线性稳定器（231），外部电源接入开关稳压器（232），开关稳压器（232）连接第一低压降线性稳定器231，第一低压降线性稳定器（231）为跨阻放大器电路（21）和电压放大器电路（22）供电。4.根据权利要求2所述的用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路，其特征在于，所述I
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V转换模块（2）还包括壳体，在壳体的上部和下部分别形成两个腔体，所述跨阻放大器电路（21）和电压放大器电路（22）设置在同一个腔体内，所述第一电源管理电路（23）设置在另一个腔体内。5.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路，其特征在于，所述程控信号调理电路（4）包括：程控增益电路（42）、程控滤波电路（43）和第二电源管理电路（44）；程控增益电路（42）的输出端连接程控滤波电路（43），程控滤波电路（43）的输出端作为程控信号调理电路（4）的输出端；第二电源管理电路（44）为程控信号调理电路（4）供电。6.根据权利要求5所述的用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路，其特征在于，所述程控信号调理电路（4）还包括DC耦合去偏电路（41）；所述DC耦合去偏电路（41）的输入端作为程控信号调理电路（4）的输入端，DC耦合去偏电路（41）的输出端连接程控增益电路（42）的输入端；
所述DC耦合去偏电路（41）包括：数模转换器DAC（410）、基准源（411）、第六电阻（412）、第八电阻（413）、第九电阻（414）、第四运算放大器（415）...

【专利技术属性】
技术研发人员：何徽，钟森城，朱礼国，李江，刘乔，温伟峰，翟召辉，杜良辉，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：