CN104296879A - 一种太赫兹单元探测器 - Google Patents

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黎威志
樊霖
李宁亮
丁杰
王军
蒋亚东
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一种太赫兹单元探测器，属于太赫兹探测与成像领域。包括底座、外壳和从底座内部向上下延伸的引脚，底座与外壳形成封闭式结构，其特征在于，所述从底座向上延伸的引脚上还焊接有双层PCB板，所述双层PCB板的一面设置敏感元电极及金属支撑块，另一面设置读出电路，所述双层PCB板与底座之间有间隔，PCB板带读出电路的一面面对底座；所述双层PCB板上还设置有引脚焊盘，所述敏感元电极与金属支撑块电连接，所述金属支撑块与读出电路电连接，所述读出电路与引脚焊盘电气连接并引出，所述双层PCB板进行了PCB金属包边，从而实现了读出电路的电磁屏蔽，有效消除了噪声，提高了探测器的可靠性，使输出的信号更稳定。

Description

一种太赫兹单元探测器
技术领域
本发明属于太赫兹探测与成像领域，具体涉及一种太赫兹单元探测器。
背景技术
太赫兹辐射与其它波段的电磁辐射相比，具有频带宽、脉宽窄、相干性好、穿透性高及能量低等独特、优异的性能，因此太赫兹波段非常适合成像，在众多领域受到了人们的广泛关注和重视，如在立体成像、爆炸物探测、医学人体成像、环境监测、地质勘查、考古及文物鉴定等方面有重大的科学价值和广阔的应用前景。
太赫兹探测器是太赫兹成像的一种途径。相对于其他类型的太赫兹探测器，热释电太赫兹探测器具有小型化、宽光谱探测、成本低、响应快等优势，是目前研究较为广泛的一种太赫兹探测技术。
发明内容
本发明提供了一种太赫兹单元探测器，该探测器结构简单、加工成本低，且可以实现读出电路的电磁屏蔽，消除噪声，使探测器提供高可靠性的信号输出，使信号输出更稳定。
本发明的技术方案如下：
一种太赫兹单元探测器，包括底座、外壳和从底座内部向上下延伸的引脚，底座与外壳形成封闭式结构，其特征在于，所述从底座向上延伸的引脚上还焊接有双层PCB板，所述双层PCB板的一面设置敏感元电极及金属支撑块，另一面设置读出电路，所述双层PCB板焊接在底座向上延伸的引脚上并与底座之间有间隔，PCB板带读出电路的一面面对底座；所述双层PCB板上还设置有引脚焊盘，所述敏感元电极与金属支撑块电连接，所述金属支撑块与读出电路电连接，所述读出电路与引脚焊盘电连接并引出，所述双层PCB板进行了PCB金属包边，从而实现了读出电路的电磁屏蔽，有效消除了噪声，提高了探测器的可靠性，使输出的信号更稳定。
其中，所述金属支撑块设置在PCB板上，所述敏感元电极设置在金属支撑块上。所述金属支撑块与读出电路通过导电银浆实现电连接。
进一步地，所述引脚焊盘为2～12个，根据电路结构确定。所述引脚通过引脚焊盘与PCB板电气连接，引脚的数量与引脚焊盘的数量对应，为2～12个。
进一步地，所述太赫兹单元探测器采用TO-39或TO-8的封装形式进行封装。
进一步地，所述读出电路为电流读出电路。所述外壳为顶部带滤光窗口的金属外壳。
进一步地，所述敏感元电极为热释电敏感元，敏感元电极通过金属支撑块与读出电路电连接，以实现敏感元电极与基板之间的接触面积最小，降低信号损失。敏感元电极与金属支撑块之间采用导电银浆固定形成可靠机械粘接和电气连接。
当引脚焊盘和引脚的数量为4时，本发明的技术方案为：
一种太赫兹单元探测器，包括底座、外壳和从底座内部向上下延伸的引脚，底座与外壳形成封闭式结构，其特征在于，所述从底座向上延伸的引脚上还焊接有双层PCB板，所述双层PCB板的一面设置敏感元电极及金属支撑块，另一面设置读出电路，所述双层PCB板焊接在底座向上延伸的引脚上并与底座之间有间隔，PCB板带读出电路的一面面对底座；所述双层PCB板上还设置有4个引脚焊盘，分别为引脚焊盘Ⅰ、引脚焊盘Ⅱ、引脚焊盘Ⅲ和引脚焊盘Ⅳ，所述从底座内部向上下延伸的引脚数量为4，且与引脚焊盘一一对应，所述敏感元电极与金属支撑块电连接，所述金属支撑块与读出电路电连接，所述读出电路与引脚焊盘电气连接并引出，所述双层PCB板进行了PCB金属包边。
进一步地，所述读出电路包括贴片电阻、贴片电容和运算放大器，运算放大器的正相输入端接地，贴片电阻和贴片电容并联组成的反馈回路连接在运算放大器的反相输入端和输出端之间，太赫兹敏感元电极通过金属支撑块的电连接与运算放大器的反相输入端相连，引脚焊盘Ⅰ与运算放大器的输出端电连接并引出，为信号端，引脚焊盘Ⅱ与引脚焊盘Ⅲ分别与运算放大器的正负电源端连接，引脚焊盘Ⅳ接地。
以上元器件的电气连接采用PCB板布线实现，并采用TO-39或TO-8的封装形式封装。进一步地，所述运算放大器的偏置电流为亚pA数量级，以尽量不索取敏感元输出的电流；运算放大器为小型贴片封装结构，以使得其能封装在封装管壳内。进一步地，所述运算放大器反馈回路中的贴片电阻的阻值为数百MΩ～GΩ，从而可实现亚pA量级电流到可量测电压的转换；所述运算放大器反馈回路中的贴片电容的电容值为pF～fF量级，用于消除工频干扰信号；电阻及电容为小型贴片封装结构，以使得其能封装在封装管壳内。
进一步地，所述外壳为顶部带滤光窗口的金属外壳。
进一步地，所述底座和外壳采用TO-39或TO-8的封装形式封装。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的探测器可以实现读出电路的电磁屏蔽，消除噪声，使探测器提供高可靠性的信号输出，使信号输出更稳定。
2、本发明提供的探测器结构简单，采用传统的TO-39或TO-8封装形式，降低了管壳的加工成本。
3、本发明的电子器件采用贴片形式的运放、电阻以及电容，保障了探测器的紧凑性和高的可靠性。
4、本发明电子元件之间的电气连接采用PCB布线实现，较传统的陶瓷板布线加工成本低廉，周期短、更新快。
5、本发明的读出电路采用电流读出电路，较传统的电压读出电路具有更好的抗干扰性和更大的输出范围；且本发明的引脚焊盘和引脚的数目根据内部电路结构需要选择，极大地增加了探测器结构的灵活性，应用范围更广。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电流型太赫兹探测器的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的电流型太赫兹探测器的B-B面的仰视图。
图3为本发明实施例提供的电流型太赫兹探测器的A-A面的俯视图。
其中，1为滤光窗口，2为外壳，3为热释电敏感元，4为金属支撑块，5为贴片电阻，6为贴片电容，7为AD8625运算放大器，8为金属包边，9为引脚，10为底座，11-1为引脚焊盘Ⅰ，11-2为引脚焊盘Ⅱ，11-3为引脚焊盘Ⅲ，11-4为引脚焊盘Ⅳ，12为PCB板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本实施例的电流型太赫兹单元探测器包括底座10、外壳2和从底座内部向上下延伸的4个引脚9，外壳2与底座10采用TO-8的封装形式封装，形成封闭式结构，所述从底座向上延伸的4个引脚上还焊接有双层PCB板12，所述双层PCB板12的材料为酚醛试纸基覆铜箔层压板(FR-1，XPC)、环氧玻纤布基覆铜箔层压板(FR-4)或复合基覆铜箔层压板(CEM-1，CEM-3)，并对双层PCB板进行了PCB金属包边8工艺，使PCB板的外侧金属与上下层地覆铜工艺电气连接；外壳2为带滤光窗口1的金属外壳，该金属外壳与PCB底座形成封闭式结构，所述双层PCB板上设置有4个引脚焊盘，分别为引脚焊盘Ⅰ11-1、引脚焊盘Ⅱ11-2、引脚焊盘Ⅲ11-3和引脚焊盘Ⅳ11-4，从底座上延伸的4个引脚与4个引脚焊盘一一对应连接并实现了双层PCB板与引脚的焊接，所述双层PCB板的一面设置有敏感元电极和金属支撑块，所述金属支撑块设置在PCB板上，所述敏感元电极设置在金属支撑块上，敏感元电极与金属支撑块之间采用导电银浆固定，所述敏感元电极为热释电敏感元电极3；所述双层PCB板的另一面设置读出电路，所述读出电路包括贴片电阻、贴片电容和AD8625运算放大器，所述双层PCB板焊接在底座向上延伸的4个引脚上并与底座之间有间隔，PCB板带读出电路的一面面对底座。
其中，AD8625运算放大器的正相端接地，贴片电阻和贴片电容并联组成的反馈回路连接在AD8625运算放大器的反相输入端和输出端之间，太赫兹热释电敏感元电极通过金属支撑块的电连接与AD8625运算放大器的反相输入端相连，金属支撑块通过PCB板上预留的贴片焊盘与运算放大器的反相输入端实现电气连接。引脚焊盘Ⅰ与AD8625运算放大器的输出端电连接并引出，为信号端，引脚焊盘Ⅱ与引脚焊盘Ⅲ分别与AD8625运算放大器的正负电源端连接，引脚焊盘Ⅳ接地。
太赫兹源信号通过滤光窗口1照射到热释电敏感元电极3上，敏感元产生微弱电流信号，微弱电流信号通过PCB板上的金属支撑块将信号传输给读出电路中的AD8625运算放大器的反相输入端，运放的正负电源由外部提供，读出电路实现微弱电流到电压的转换并进行信号放大，放大的信号最终通过与引脚焊盘Ⅰ对应的引脚，将信号传输出去。在该过程中，信号的接收、处理和传输都在密封的管壳中实现，可将噪声干扰降到最小。

Claims (9)

1.一种太赫兹单元探测器，包括底座、外壳和从底座内部向上下延伸的引脚，底座与外壳形成封闭式结构，其特征在于，所述从底座向上延伸的引脚上还焊接有双层PCB板，所述双层PCB板的一面设置敏感元电极及金属支撑块，另一面设置读出电路，所述双层PCB板焊接在底座向上延伸的引脚上并与底座之间有间隔，PCB板带读出电路的一面面对底座；所述双层PCB板上还设置有引脚焊盘，所述敏感元电极与金属支撑块电连接，所述金属支撑块与读出电路电连接，所述读出电路与引脚焊盘电气连接并引出，所述双层PCB板进行了PCB金属包边。
2.根据权利要求1所述的太赫兹单元探测器，其特征在于，所述引脚焊盘为2～12个，所述引脚通过引脚焊盘与PCB板电气连接，引脚的数量与引脚焊盘的数量对应，为2～12个。
3.根据权利要求1所述的太赫兹单元探测器，其特征在于，所述太赫兹单元探测器采用TO-39或TO-8的封装形式进行封装。
4.根据权利要求1所述的太赫兹单元探测器，其特征在于，所述读出电路为电流读出电路，所述敏感元电极为热释电敏感元电极，敏感元电极通过金属支撑块与读出电路电连接，敏感元电极与金属支撑块之间采用导电银浆连接。
5.根据权利要求1所述的太赫兹单元探测器，其特征在于，所述外壳为顶部带滤光窗口的金属外壳。
6.根据权利要求1所述的太赫兹单元探测器，其特征在于，所述金属支撑块设置在PCB板上，所述敏感元电极设置在金属支撑块上。
7.根据权利要求1所述的太赫兹单元探测器，其特征在于，所述引脚与引脚焊盘的数量均为4且一一对应连接。
8.根据权利要求7所述的太赫兹单元探测器，其特征在于，所述双层PCB板上设置的4个引脚焊盘分别为引脚焊盘Ⅰ、引脚焊盘Ⅱ、引脚焊盘Ⅲ和引脚焊盘Ⅳ，所述读出电路包括贴片电阻、贴片电容和运算放大器，运算放大器的正相输入端接地，贴片电阻和贴片电容并联组成的反馈回路连接在运算放大器的反相输入端和输出端之间，太赫兹敏感元电极通过金属支撑块的电连接与运算放大器的反相输入端相连，引脚焊盘Ⅰ与运算放大器的输出端电连接并引出，为信号端，引脚焊盘Ⅱ与引脚焊盘Ⅲ分别与运算放大器的正负电源端连接，引脚焊盘Ⅳ接地。
9.根据权利要求8所述的太赫兹单元探测器，其特征在于，所述运算放大器的偏置电流为亚pA数量级，所述贴片电阻的阻值为数百MΩ～GΩ，所述贴片电容的电容值为pF～fF量级。
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