CN103792520B - 太赫兹目标散射特性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太赫兹的特性测试领域，具体涉及一种太赫兹目标散射特性测试装置，其包括光学实验台，所述光学实验台上设置自动旋转光学平台、龙门架、运动控制器、太赫兹波源、透镜以及数据读取装置；所述龙门架横跨所述自动旋转光学平台，所述龙门架上设置水平的滑轨，所述滑轨上连接一立式自动旋转台，所述立式自动旋转台上设置被测物；所述自动旋转光学平台上设置探测器，所述探测器与所述数据读取装置电连接。测试方法是通过对金属盘或塑料盘的散射试验，分析太赫兹目标散射特性。本发明太赫兹目标散射特性测试装置简便、易安装、成本低。测试方法简便易行，数据误差小。

Description

太赫兹目标散射特性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及太赫兹的特性测试领域，尤其涉及一种太赫兹目标散射特性测试装置及测试方法。

背景技术

太赫兹波散射实验的研究对于研究太赫兹雷达目标特性，进而实现太赫兹雷达散射截面及散射成像的研究都具有重要的价值。近些年国内外围绕太赫兹波目标的透射和反射特性研究工作取得了多项研究成果，并带动了有关反射成像和透射成像的研究工作的开展，针对太赫兹波目标散射特性的研究工作国外已经取得了一些成果，国内有关太赫兹雷达目标散射特性的理论研究尽管也受到关注，但由于受到太赫兹雷达体系等因素的限制，实验研究工作起步较晚，还没有看到有关太赫兹目标散射特性实验的相关报道。

发明实用新型内容

本发明目的是提供一种太赫兹目标散射特性测试装置。

本发明另一目的是提供一种太赫兹目标散射特性测试方法。

本发明实施例提供一种太赫兹目标散射特性测试装置，其包括光学实验台，所述光学实验台上设置自动旋转光学平台、龙门架、运动控制器、太赫兹波源、透镜以及数据读取装置；所述龙门架横跨所述自动旋转光学平台，所述龙门架上设置水平的滑轨，所述滑轨上连接一立式自动旋转台，所述立式自动旋转台上设置被测物；所述自动旋转光学平台上设置探测器，所述透镜设置在所述太赫兹波源出射口，所述立式自动旋转台可调节方向，所述探测器设置在所述立式自动旋转台散射光射出的方向，所述探测器与所述数据读取装置电连接。

优选地，所述太赫兹波源为返波管振荡器源，所述探测器为焦热电探测器，

优选地，所述透镜为聚四氟乙烯透镜。

优选地，所述运动控制器包括CPU、液晶显示器以及操作键盘。

对上述技术方案的进一步改进为，所述龙门架的两侧架上设置有尺寸刻度。

优选地，所述自动旋转光学平台由细分步进电机驱动，其精度达到0.005r，转速为20r/S。

对上述技术方案的进一步改进为，所述立式自动旋转台通过一调节机构与所述滑轨连接，并采用涡轮蜗杆机构传动，所述调节机构下部连接立式自动旋转台。

对上述技术方案的进一步改进为，所述自动旋转光学平台上设置有用于固定光学部件的螺孔。

对上述技术方案的进一步改进为，所述太赫兹波源与所述透镜之间设置一斩波器。

用上述太赫兹目标散射特性测试装置测试太赫兹目标散射特性的方法，其包括：在所述立式自动旋转台上连接一金属或塑料盘，开启电源，太赫兹波源发出光束，出射到斩波器，经斩波器调制后，再经透镜变成平行光波后照射到金属或塑料盘上，在金属或塑料盘上形成光斑，通过运动控制器移动或转动龙门架，调整金属或塑料盘的法向与入射光法向的夹角以及探测器的空间方位，调整至探测器接收端口距铜盘中心的距离为140～160mm，从而探测器接收金属或塑料盘散射出的光信号，数据读取装置获取探测器的输出电压和频率；通过检测金属或塑料盘在不同入射角度以及不同散射角度时的输出电压值，对比分析太赫兹目标散射特性。

优选地，上述试验环境温度为20～24℃，湿度为30%～32%。

本发明太赫兹目标散射特性测试装置，有益效果是：

巧妙地利用输出稳定的太赫兹波源，并配以能够准确提供精确角度的旋转光学平台，使目标距离探测器较近的区域内的测试工作得以完成，从而通过对金属或塑料盘的散射试验，完成对太赫兹目标散射特性的测试分析，本装置简便、易安装、成本低。测试方法简便易行，数据误差小。

附图说明

附图1为本发明太赫兹目标散射特性测试装置结构示意图；

附图2为本发明太赫兹目标散射特性测试装置中自动旋转光学平台结构示意图；

附图3为本发明太赫兹目标散射特性测试装置中运动控制器的结构示意图；

附图4为垂直入射时细铜板散射实验曲线；

附图5为斜入射时粗、细铜板合成散射实验曲线。

其中：

1、光学实验台 2、自动旋转光学平台 3、龙门架

4、运动控制器 5、太赫兹波源 6、透镜

7、数据读取装置 8、滑轨 9、立式自动旋转台

10、探测器 11、电源 12、液晶显示器

13、操作键盘 15、调节机构

17、螺孔 18、斩波器 19、铜盘

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1：

本发明所述太赫兹目标散射特性测试装置，如附图1所示，其包括光学实验台1，光学实验台1上设置直径为600mm的小型的自动旋转光学平台2、龙门架3、运动控制器4、返波管振荡器源5（BOW）、斩波器18、聚四氟乙烯透镜6以及数据读取装置7。光学实验台1上还设置电源11。

本实施例使用的返波管振荡器源5，其工作频率使用206.2GHz，输出功率为40mw。斩波器18频率为10Hz，聚四氟乙烯透镜6焦距为15cm。

龙门架3横跨自动旋转光学平台2，其两侧架在自动旋转光学平台2侧面，两侧架上设置有尺寸刻度，其横杆上设置水平的滑轨8，滑轨8上连接一调节机 构15，其采用涡轮蜗杆机构（图中未标出）传动，并可调节上下位置。调节机构15下部连接立式自动旋转台9，被测物连接到立式自动旋转台9上。

自动旋转光学平台2由细分步进电机驱动，其精度可达到0.005r，转速为20r/S。自动旋转光学平台2上设置有用于固定光学部件的螺孔17，自动旋转光学平台2上通过螺孔17固定一焦热电探测器10，聚四氟乙烯透镜6设置在返波管振荡器源5的出射口，立式自动旋转台9上连接被测物，其可调节方向。

焦热电探测器10设置在立式自动旋转台9散射光射出的方向，焦热电探测器器10与数据读取装置7电连接。焦热电探测器10调制频率为10～30Hz，工作光谱范围为0.1～10THz，像素尺寸大小为2mm*3mm。

运动控制器4包括一32位CPU（图中未标出）、液晶显示器12以及操作键盘13，液晶显示器12显示部件的运动情况，操作键盘13可用于手动选择控制部件等。CPU用于控制自动旋转光学平台2及立式自动旋转台9分别360度旋转。运动控制器4可实现定位、直线插补等操作，具有循环跳转及简易PLC等功能。

利用上述装置研究金属或塑料盘对太赫兹的散射，分析其散射特性。

本实施例太赫兹目标散射特性测试装置测试太赫兹目标散射特性的方法，利用不同粗糙度的铜盘作分析，方法如下：

调节室温至22.5℃，湿度30.3%，在立式自动旋转台上连接一粗糙的铜盘19，开启电源，返波管振荡器源5发出波束，出射到10Hz的斩波器18上，经斩波器18调制后，再经焦距为15cm的聚四氟乙烯透镜6变成平行光波后照射到铜盘19上，在铜盘上形成半径为5cm左右的光斑，通过运动控制器移动或转动龙门架3，调整铜盘19的法向与入射光法向的夹角以及焦热电探测器10的空间方位，龙门架3侧架上的刻度可助于调整立式自动旋转台9高度，测试时调整至焦热电探测器10接收端口距铜盘中心的距离为150mm，从而焦热电探测器10接收铜盘19散射出的光信号，数据读取装置7相当于一个锁相放大器，其获取焦热电探测器10的输出电压和频率；

本发明通过对两种不同粗糙度的铜盘19，其表面粗糙度的平均值分别为：细铜盘R_z1=15.2μm,粗铜盘R_z2=28.6μm，检测两种不同粗糙度的铜盘在不同 入射角度以及不同散射角度时的输出电压值，对比分析太赫兹目标散射特性。

测试结果与分析：

利用本发明测试装置分别对上述两种铜盘垂直入射、斜入射进行实验，由于散射角度达到50度以后散射信号几乎衰减成0，因此测试范围选在从0～55度，每次设置自动旋转光学平台2带动焦热电探测器10自动转动5度，并重复测量两次，取两次的平均值作为测试数据。由于放置在散射角β小于5度的位置的探测器会对BOW出射光束有遮挡，因此从10度开始测量。

表1给出了垂直入射，即入射角为时细铜盘散射数据，图4则给出了相应的散射曲线。

表1垂直入射时细铜盘的散射数据表

以下表2、表3、表4为入射角分别为15度、30度时细铜盘和20度时粗铜盘的散射数据。图5为表2、表3、表4的散射数据合成在一张图上的散射曲线。

表2入射角为15度细铜盘的散射数据表

表3入射角为30度时细铜盘的散射数据表

表4入射角为20度时粗铜盘的散射数据表

以散射角β为横坐标，以数据读取装置中所显示的输出电压（mv）为纵坐标的拟合曲线如图2。

结论：

利用本发明太赫兹目标散射特性测试装置和测试方法太赫兹光的散射测量是可以实现的。太赫兹对粗糙金属目标的散射特性与微波对金属平板梳状散射曲线的包络相类似，并具有红外朗伯体散射曲线呈余弦规律下降的趋势，表明金属粗糙目标散射中电磁散射与朗伯体散射是同时存在的，但由于本次测试选用的BOW源的频率较低，只是一个与非常靠近微波边缘的太赫兹部分,且实验中太赫兹波源的波长远大于目标粗糙度，因此实验结果与微波频段的电磁散射的表征更接近一些；在斜入射时粗糙表面的直接反射的效果非常明显，因此在这一波长领域这种近似于朗伯体的金属粗糙表面几乎可以被看成镜体，但随着目标表面的粗糙度变大，反射变弱，散射增强；在垂直入射的情况下，散射角小于40度时散射曲线下降较快，超过40度散射曲线变化变得很缓慢，但在50度附近会出现一个小的峰值；本次实验中由于目标散射到探测器的传输距离只有150mm左右，相对较短，靠近目标的光学平台及目标支架等散射会对测量带来一些的影响，从而对测试结果带来偏差。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种太赫兹目标散射特性测试装置，其特征在于：

包括光学实验台(1)，所述光学实验台(1)上设置自动旋转光学平台(2)、龙门架(3)、运动控制器(4)、太赫兹波源(5)、透镜(6)以及数据读取装置(7)；

所述龙门架(3)横跨所述自动旋转光学平台(2)，所述龙门架(3)的两侧架上设置有尺寸刻度，所述龙门架(3)上设置水平的滑轨(8)，所述滑轨(8)上连接一立式自动旋转台(9)，所述立式自动旋转台(9)上设置被测物；

所述自动旋转光学平台(2)上设置探测器(10)，所述透镜(6)设置在所述太赫兹波源(5)出射口，所述立式自动旋转台(9)可调节方向，所述探测器(10)设置在所述立式自动旋转台(9)散射光射出的方向，所述探测器(10)与所述数据读取装置(7)电连接；

所述立式自动旋转台(9)通过一调节机构(15)与所述滑轨(8)连接，并采用涡轮蜗杆机构传动，所述调节机构(15)下部连接立式自动旋转台(9)。

2.如权利要求1所述太赫兹目标散射特性测试装置，其特征在于：

所述太赫兹波源(5)为返波管振荡器源，所述探测器(10)为焦热电探测器，所述透镜(6)为聚四氟乙烯透镜。

3.如权利要求1所述太赫兹目标散射特性测试装置，其特征在于：

所述运动控制器(4)包括CPU、液晶显示器(12)以及操作键盘(13)。

4.如权利要求1所述太赫兹目标散射特性测试装置，其特征在于：

所述自动旋转光学平台(2)由细分步进电机驱动，其精度达到0.005r，转速为20r/S。

5.如权利要求1所述太赫兹目标散射特性测试装置，其特征在于：

所述自动旋转光学平台(2)上设置有用于固定光学部件的螺孔(17)。

6.如权利要求1所述太赫兹目标散射特性测试装置，其特征在于：

所述太赫兹波源(5)与所述透镜(6)之间设置一斩波器(18)。

7.一种用权利要求1～6任一项所述太赫兹目标散射特性测试装置测试太赫兹目标散射特性的方法，其特征在于：

在所述立式自动旋转台(9)上连接金属或塑料盘，开启电源，太赫兹波源(5)发出光束，出射到斩波器(18)，经斩波器(18)调制后，再经透镜(6)变成平行光波后照射到金属或塑料盘上，在金属或塑料盘上形成光斑，通过运动控制器(4)移动或转动龙门架(3)，调整金属或塑料盘的法向与入射光法向的夹角以及探测器(10)的空间方位，调整至探测器(10)接收端口距金属或塑料盘中心的距离为140～160mm，从而探测器(10)接收金属或塑料盘散射出的光信号，数据读取装置(7)获取探测器(10)的输出电压和频率；

通过检测金属盘或塑料盘在不同入射角度以及不同散射角度时的输出电压值，对比分析太赫兹目标散射特性。

8.如权利要求7所述一种测试太赫兹目标散射特性的方法，其特征在于：试验环境温度为20～24℃，湿度为30％～32％。