CN106647883A - 太赫兹试验环境监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太赫兹试验环境监控系统。太赫兹试验环境监控系统包括温度控制电路、气压检测电路、湿度检测电路以及主控器，主控器。通过结合温度控制电路和主控器，可以对太赫兹实验箱的温度信息进行实时采集和调节控制，并将温度保持在恒温状态；还通过结合气压检测电路、气阀和主控器，对太赫兹实验箱内的氮气压力值进行实时采集和调节控制并保持压力值的恒定；还通过湿度检测电路检测箱体内部的相对湿度，并结合温度控制电路和气阀保证太赫兹试验箱的湿度值。该系统可以实时检测太赫兹试验箱内的温度信息、气压信息和湿度信息，同时还可以将温度信息、气压信息和湿度信息保持在标准状态下，进而保证了太赫兹试验箱环境参数的准确性。

Description

太赫兹试验环境监控系统

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，特别是涉及太赫兹试验环境监控系统。

背景技术

太赫兹(THz)波是电磁波，波长短，没有电离辐射产生，在医疗、食品、安全监测、军事等领域具有很大的应用前景。大多数极性分子如水分子，对太赫兹波具有强烈的吸收。在太赫兹技术中，利用对水的强烈吸收特性可分辨生物组织的不同状态，如对人体烧伤部位的损伤程度进行诊断，还可以进行产品质量控制，如测量食品表面水分含量以确定其新鲜程度。因此在太赫兹测试、实验中，对实验或测试环境要求较高，温度、湿度、压力将影响测量数据。

通常使用的太赫兹实验箱采用的是箱体内部填充高纯度的氮气，将实验箱体内部的水分等气体排出，使测试结果不受干扰，保证实验的准确性。而此时试验箱中的温度、湿度、空气压强等实验环境参数未知，不能准确的判定实验的正确性。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以检测和能够保持太赫兹试验箱内温度信息、气压信息和湿度信息环境参数的恒定，从而确保太赫兹试验箱环境参数准确性的太赫兹试验环境监控系统。

一种太赫兹试验环境监控系统，包括：

温度控制电路，用于采集和调节太赫兹试验箱内的温度信息；

气压检测电路，通过气阀与氮气罐连接，用于采集所述太赫兹试验箱内的气压信息；

湿度检测电路，用于采集所述太赫兹实验箱内的湿度信息；

主控器，分别与所述温度控制电路、气压检测电路、湿度检测电路连接，所述主控器用于根据所述采集的温度信息控制所述温度控制电路使所述太赫兹试验箱内的温度恒定；还用于根据所述气压检测电路的采集的气压信息控制所述气阀调节所述氮气流量使所述太赫兹试验箱内的气压恒定。

在其中一个实施例中，所述温度控制电路包括温度采集模块和温度控制模块；其中，

所述温度采集模块包括恒流源和温度传感器；所述温度控制模块包括帕尔贴；主控器分别与所述温度传感器、帕尔贴连接；

所述恒流源为所述温度传感器提供恒流激励信号；所述温度传感器将采集的实时温度信号传输至所述主控器，所述主控器根据所述实时温度信号控制所述帕尔贴的加热或制冷，使所述太赫兹实验箱的温度恒定。

在其中一个实施例中，所述温度传感器的数量为多个，所述温度采集模块还包括多路选通器、第一放大单元以及第一模数转换器，

多个所述温度传感器均与所述多路选通器连接；所述多路选通器用于选择导通所述温度传感器与所述恒流源；

所述恒流源的第一输出端、第一放大单元、第一模数转换器依次电连接；所述恒流源的第二输出端与第一放大单元连接，为所述第一放大单元提供基准参考电压。

在其中一个实施例中，所述温度传感器为电阻式温度传感器。

在其中一个实施例中，所述温度控制模块包括继电器、第一三极管、第二三极管和第一电阻；

所述第一三极管的基极与所述主控器连接，所述第一三极管的集电极与电源连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；

所述第二三极管的发射极分别与所述第一电阻、主控器连接，所述第一电阻的另一端接地，所述第二三极管的集电极与所述继电器的常闭触点连接；

所述继电器的常开触点与电源连接，所述继电器的动端与所述帕尔贴连接，所述继电器线圈的两端分别与所述主控器、电源连接。

在其中一个实施例中，所述温度控制模块还包括缓冲保护单元，所述缓冲保护单元包括第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述第一三极管的发射极依次经所述第二电阻、第三电阻、第一电容接地；所述第二电阻与第三电阻的公共端与所述第二三极管的基极连接。

在其中一个实施例中，所述气压检测电路包括压力传感器、恒流驱动单元、第二放大单元、第二模数转换器；

所述压力传感器分别与所述恒流驱动单元、第二放大单元的输入端连接；

所述第二放大单元的输出端、第二模数转换器、主控器、气阀依次电连接。

在其中一个实施例中，所述恒流驱动单元包括恒压源和第四电阻，所述恒压源的第一连接端与所述压力传感器的输入端连接，所述恒压源的第二连接端分别与所述压力传感器的输出端、第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端、恒压源的第三连接端均接地。

在其中一个实施例中，所述湿度检测电路包括湿度传感器和湿度信号处理单元；所述湿度传感器、湿度信号处理单元、主控器依次电连接；

所述湿度传感器用于采集所述太赫兹试验箱的湿度信号，并将所述湿度信号传输至所述湿度处理单元放大处理。

在其中一个实施例中，还包括显示装置，所述显示装置与所述主控器连接，用于显示所述太赫兹试验箱的温度信息、气压信息和湿度信息。

上述太赫兹试验环境监控系统包括温度控制电路、气压检测电路、湿度检测电路以及主控器，主控器。通过结合温度控制电路和主控器，可以对太赫兹实验箱的温度信息进行实时采集和调节控制，并将温度保持在恒温状态；还通过结合气压检测电路、气阀和主控器，对太赫兹实验箱内的氮气压力值进行实时采集和调节控制并保持压力值的恒定；还通过湿度检测电路检测箱体内部的相对湿度，并结合温度控制电路和气阀保证太赫兹试验箱的湿度值。通过该系统可以实时检测太赫兹试验箱内的温度信息、气压信息和湿度信息相关环境参数，同时还可以将温度信息、气压信息和湿度信息保持在标准状态下，进而保证了太赫兹试验箱的准确性。

附图说明

图1为一实施例太赫兹试验环境监控系统的框架示意图；

图2为一实施例温度采集模块的电路示意图；

图3为一实施例温度控制模块的电路示意图；

图4为一实施例太赫兹试验箱气压检测控制电路示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示的为太赫兹试验环境监控系统的框架示意图，太赫兹试验环境监控系统包括温度控制电路10、气压检测电路20、湿度检测电路30以及主控器40。主控器40分别与温度控制电路10、气压检测电路20、湿度检测电路30连接。其中，温度控制电路10用于采集和调节太赫兹试验箱内的温度信息并将采集的温度信息输出给主控器40处理，其主控器40根据预设温度值反馈调节温度控制电路10使太赫兹试验箱内的温度保持恒定。气压检测电路20，通过气阀60与氮气罐(图中未示)连接，用于采集太赫兹试验箱内的气压信息；并将采集的气压信息传输给主控器40，主控器40根据预设气压值控制气阀，反馈控制气阀，调节氮气流量，使使太赫兹试验箱内的气压恒定。湿度检测电路30，用于采集太赫兹实验箱内的湿度信息；并将采集的湿度信息传输给主控器40，主控器40根据预设湿度值，反馈控制温度控制电路10和调节气阀的流量，在一定时间内，使太赫兹试验箱内的温度值、气压值和湿度值均保持恒定，从而确保试验箱内的试验环境的准确性。

在一实施例中，温度控制电路10包括温度采集模块110和温度控制模块120。图2为一实施例温度采集模块的电路示意图，图3为一实施例温度控制模块的电路示意图。其中，温度采集模块110包括恒流源U1和温度传感器。温度控制模块120包括帕尔贴U5。主控器40分别与温度传感器、帕尔贴U5连接。恒流源U1为温度传感器提供恒流激励信号；温度传感器将采集的实时温度信号传输至主控器40，主控器40根据实时温度信号控制帕尔贴U5的加热或制冷，使太赫兹实验箱的温度恒定。

为保证试验箱内部温度均匀分布，不出现局部温度不平衡，根据箱体结构及体积，采用一个或多个温度传感器和帕尔贴U5的组合。在本实施例中，温度传感器的数量为两个。其中，温度传感器为电阻式温度传感器，在-10～80℃范围内，电阻值变化范围为1K～2KΩ左右，可选用PT100或TP1000的温度传感器对太赫兹试验箱温度的检测。

参考图2，温度采集模块110还包括多路选通器U2、第一放大单元115以及第一模数转换器U3。两个温度传感器(111、113)均与多路选通器U2连接。多路选通器U2用于选择导通温度传感器(111、113)与恒流源U1。恒流源U1的第一输出端1L、第一放大单元115、第一模数转换器U3依次电连接；恒流源U1的第二输出端2L与第一放大单元115连接，为第一放大单元115提供基准参考电压。

进一步地，具有两路输出的恒流源U1，其第一输出端1L输出至多路选通器U2的X端，再由多路选通器U2的Y端经电阻R8输入至仪第一放大单元115。同时，多路选通器U2还分别温度传感器111和温度传感器113连接，直接将恒流源U1的电流信号选择一路输入至温度传感器111或温度传感器113作为激励信号。由于选用的温度传感器为电阻式温度传感器，随着温度的变化，其温度传感器的电阻也会随之变化，当为温度传感器增加一路恒流作为激励信号时，其变化的温度将以变化的电阻值的形式呈现出来，变化的电阻以变化的电压形式表现，从而实现了对温度信号的采集。

若温度传感器的数量多于两个时，其多路选通器U2，根据实际的需求，会同时导通两个温度传感器与恒流源U1的连接，其具体的导通方式可根据实际的需求来设定，并不限于此。

恒流源U1的第二输出端2L作为0℃的参考信号。其中，恒流源U1的另一路输出经电阻R5、电阻R6接地。电阻R5为检测电路的0℃的基准电阻，当恒流源U1电流流过电阻R5引起的电压，作为0℃的基准参考电压。

第一放大单元115包括差分仪表放大器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C2、电容C3、电容C4。温度传感器111和温度传感器113的输出端均与电阻R5、电阻R6的公共端连接。其温度传感器111和温度传感器113的输出信号相对于第一放大单元115中的差分仪表放大器U3，工作在一个偏低的输入范围内，通过增加电阻R6，为差分仪表放大器U3的输入信号提供一定的共模电压，使输入信号符合仪表运放的输入范围要求。其中，电阻R9和电容C2、电阻R10和电容C4组成差分仪表放大器U3的差分输出信号的共模滤波电路，电容C3滤除差分信号中的差模干扰信号，同时，差分仪表放大器U3的增益由外部电阻R11决定。差分仪表放大器U3输出信号送至第一模数转换器U3进行模数转换，同时将转换后的温度信号通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)传输至主控器40，由主控器40读取温度传感器采集到的温度信号。

参考图3，温度控制模块120包括继电器K、第一三极管Q1、第二三极管Q2和第一电阻R1。其中，继电器K为双刀双掷继电器K。第一电阻R1为限流保护电阻，为了保护流过帕尔贴U5的电流过大而被损害或烧毁。第一三极管Q1的基极与主控器40连接，第一三极管Q1的集电极与电源连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的基极连接。第二三极管Q2的发射极分别与第一电阻R1、主控器40连接，第一电阻R1的另一端接地，第二三极管Q2的集电极与继电器K的常闭触点连接。继电器K的常开触点与电源连接，继电器K的动端与帕尔贴U5连接，继电器K线圈的两端分别与主控器40、电源连接。

温度控制模块120还包括缓冲保护单元121，缓冲保护单元121包括第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1。第一三极管Q1的发射极依次经第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1接地；第二电阻R2与第三电阻R3的公共端与第二三极管Q2的基极连接。

当主控器40检测到太赫兹试验箱内的温度信号时，其主控器40将检测到的温度信号与预设温度值进行比较判定，若其检测到的温度信号低于设于温度值时，其主控器40就会输出升温控制信号，其升温控制信号经过电阻R12控制第一三极管Q1导通，升温控制信号第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1构成的缓冲保护单元121后，继而控制第二三极管Q2导通，从而实现对继电器K的控制，使帕尔贴U5加载正向电压，进入加热工作状态，直到太赫兹试验箱的温度达到预设温度值并保持恒温状态。若检测的实际温度信号高于预设温度值时，通过其主控器40发出降温控制信号，通过温度控制模块120使帕尔贴U5加载一个反向电压，进入冷却工作状态，直到太赫兹试验箱的温度达到预设温度值并保持恒温状态。

图4为一实施例太赫兹试验箱气压检测控制电路示意图，气压检测电路20包括压力传感器210、恒流驱动单元220、第二放大单元230、第二模数转换器U7。压力传感器210分别与恒流驱动单元220、第二放大单元230的输入端连接。第二放大单元230的输出端、第二模数转换器U7、主控器40、气阀60依次电连接。其中，恒流驱动单元220包括恒压源U8和第四电阻R4，恒压源U8的第一连接端与压力传感器210的输入端连接，恒压源U8的第二连接端分别与压力传感器210的输出端、第四电阻R4的一端连接；第四电阻R4的另一端、恒压源U8的第三连接端均接地。

其中，压力传感器210，采用惠斯通电桥设计。第二放大单元230包括差分仪表放大器U6、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电容C5。电阻R13、电阻R14和电容C5组成滤波电路，为输入端滤波，同时作为差分仪表放大器U6输入端的保护电阻，具有限流的作用。电容C5还具有消除差分信号中的差模干扰信号。

根据压力传感器210是采用惠斯通电桥模式的，给电桥一个恒流驱动，则压力的变化将以电流的形式输出。根据压力传感器210的参数选择不同的组合，如压力传感器210的驱动电流为2mA，结合增益电阻R15满量程输出时，其气压值为100psia，输出电压经放大后为3.521V。恒压源U8与第四电阻R4组成的恒流驱动单元220将决定气压压强为100psia满量程输出时的实际输出电压值。在本实施例中，采用2.5V的恒压源U8，第四电阻R4的阻值为2K欧姆，即会生成1.25mA的驱动电流，气压压强为100psia满量程输出时的实际输出电压为(3.521*1.25/2)＝2.2V。其输出的电压值与气压值成正比例关系，通过输出的电压值即可知晓对应的气压值。主控器40实时检测试验箱内的气压信号，并与预设的气压值进行比较，若检测到太赫兹试验箱内的气压值过高或多低时，则控制氮气气阀60气体进入的流量，使太赫兹实验箱内的气压值保持稳定。

参考图4，湿度检测电路30包括湿度传感器310和湿度信号处理单元320；湿度传感器310、湿度信号处理单元320、主控器40依次电连接。湿度传感器310用于采集太赫兹试验箱的湿度信号，并将湿度信号传输至湿度处理单元放大处理。湿度传感器310将采集的湿度信号经湿度处理单元处理后传输至主控器40。当湿度值过高，严重影响实验结果的准确性。主控器40通过比价实时采集的湿度信号与预设的湿度值进行比较。当湿度值过高，可通过主控器40控制气阀60，适应的增加氮气量，或通过主控器40控制帕尔贴U5，微弱的增加箱体内部的温度，从而降低相对湿度，最终使太赫兹试验箱内的温度值、气压值及湿度值均保持在标准状态。

还包括显示装置50，显示装置50与主控器40连接，用于显示太赫兹试验箱的温度信息、气压信息和湿度信息。其中，该显示装置50可以为LED装置、LCD显示装置或PC终端。其主控器40将检测的温度信号、气压信号以及湿度信号同时在显示装置50上显示，方便用户知晓当前太赫兹试验箱的试验环境参数，若出现异常，也可以及时处理。同时还可以通过其显示装置50对太赫兹试验箱的环境参数进行设定，针对不同的试验对象，设定合适的环境参数。

上述太赫兹试验环境监控系统通过温度控制电路10、帕尔贴U5和主控器40，可以对太赫兹实验箱的温度信息进行实时采集和调节控制，并将温度保持在恒温状态；还通过结合气压检测电路20、气阀60和主控器40，对太赫兹实验箱内的氮气压力值进行实时采集和调节控制并保持压力值的恒定；还通过湿度检测电路30检测箱体内部的相对湿度，并结合温度控制电路10和气阀60保证太赫兹试验箱的湿度值，同时，将检测到温度信息、气压信息和湿度信息相关环境参数在显示装置50中进行实时显示。通过该系统可以实时检测和显示太赫兹试验箱内的温度信息、气压信息和湿度信息相关环境参数，同时还可以将温度信息、气压信息和湿度信息保持在标准状态下，进而保证了太赫兹试验箱的准确性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，包括：

温度控制电路，用于采集和调节太赫兹试验箱内的温度信息；

气压检测电路，通过气阀与氮气罐连接，用于采集所述太赫兹试验箱内的气压信息；

湿度检测电路，用于采集所述太赫兹实验箱内的湿度信息；

主控器，分别与所述温度控制电路、气压检测电路、湿度检测电路连接，所述主控器用于根据所述采集的温度信息控制所述温度控制电路使所述太赫兹试验箱内的温度恒定；还用于根据所述气压检测电路的采集的气压信息控制所述气阀，调节所述氮气流量使所述太赫兹试验箱内的气压恒定。

2.根据权利要求1所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，所述温度控制电路包括温度采集模块和温度控制模块；其中，

所述温度采集模块包括恒流源和温度传感器；所述温度控制模块包括帕尔贴；主控器分别与所述温度传感器、帕尔贴连接；

所述恒流源为所述温度传感器提供恒流激励信号；所述温度传感器将采集的实时温度信号传输至所述主控器，所述主控器根据所述实时温度信号控制所述帕尔贴的加热或制冷，使所述太赫兹实验箱的温度恒定。

3.根据权利要求2所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，所述温度传感器的数量为多个，所述温度采集模块还包括多路选通器、第一放大单元以及第一模数转换器，

多个所述温度传感器均与所述多路选通器连接；所述多路选通器用于选择导通所述温度传感器与所述恒流源；

所述恒流源的第一输出端、第一放大单元、第一模数转换器依次电连接；所述恒流源的第二输出端与第一放大单元连接，为所述第一放大单元提供基准参考电压。

4.根据权利要求2所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，所述温度传感器为电阻式温度传感器。

5.根据权利要求2所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，所述温度控制模块包括继电器、第一三极管、第二三极管和第一电阻；

所述第一三极管的基极与所述主控器连接，所述第一三极管的集电极与电源连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；

所述第二三极管的发射极分别与所述第一电阻、主控器连接，所述第一电阻的另一端接地，所述第二三极管的集电极与所述继电器的常闭触点连接；

所述继电器的常开触点与电源连接，所述继电器的动端与所述帕尔贴连接，所述继电器线圈的两端分别与所述主控器、电源连接。

6.根据权利要求5所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，所述温度控制模块还包括缓冲保护单元，所述缓冲保护单元包括第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述第一三极管的发射极依次经所述第二电阻、第三电阻、第一电容接地；所述第二电阻与第三电阻的公共端与所述第二三极管的基极连接。

7.根据权利要求1所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，所述气压检测电路包括压力传感器、恒流驱动单元、第二放大单元、第二模数转换器；

所述压力传感器分别与所述恒流驱动单元、第二放大单元的输入端连接；

所述第二放大单元的输出端、第二模数转换器、主控器、气阀依次电连接。

8.根据权利要求7所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，所述恒流驱动单元包括恒压源和第四电阻，所述恒压源的第一连接端与所述压力传感器的输入端连接，所述恒压源的第二连接端分别与所述压力传感器的输出端、第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端、恒压源的第三连接端均接地。

9.根据权利要求1所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，所述湿度检测电路包括湿度传感器和湿度信号处理单元；所述湿度传感器、湿度信号处理单元、主控器依次电连接；

所述湿度传感器用于采集所述太赫兹试验箱的湿度信号，并将所述湿度信号传输至所述湿度处理单元放大处理。

10.根据权利要求1所述的太赫兹试验环境监控系统，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述主控器连接，用于显示所述太赫兹试验箱的温度信息、气压信息和湿度信息。