CN109031448A - 采用wr4波导的被动超导太赫兹人体安检仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用WR4波导的被动超导太赫兹人体安检仪，涉及安检仪技术领域。所述安检仪通过所述喇叭天线和低噪声放大器接收人体太赫兹辐射，并对其进行放大，同时送入后端的跃迁边缘传感器，然后通过超导量子干涉器将跃迁边缘传感器采集的电流信号读出并放大，产生可以进行电学处理的电压信号，电压信号经过数据采集后送入控制计算机，在控制计算机的显示屏上形成人体的太赫兹图像。所述安检仪能够实现百米级别的太赫兹人体安检，检测距离远，使用效果好。

Description

采用WR4波导的被动超导太赫兹人体安检仪

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种采用WR4波导的被动超导太赫兹人体安检仪。

背景技术

太赫兹波是指频率在 100GHz-10THz范围内的电磁波，与毫米波的高端、亚毫米波及远红外有所交叠，处于宏观电子学向微观光子学的过度领域。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置。太赫兹是一种新的、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诱人的机遇。太赫兹波天然具有对非金属和非极性物质的穿透性，非常适用于探测人体，探测人体皮肤及衣服中间所隐藏的各种危险品。同时太赫兹波具有人体安全性，这是因为太赫兹波的光子能量非常小，对人体细胞不会造成电离性伤害，对人体是安全的。相比低频的微波毫米波频段，太赫兹波波长更短，兹具有高分辨率特性。许多物质在太赫兹波段具有指纹谱特性，类似于人的指纹，可应用于物质无损识别和探测。在太赫兹众多应用中，目前与人类生活息息相关的就是太赫兹安检技术。太赫兹人体安检技术是利用太赫兹波对日常衣物材料（棉、麻、化纤等）特殊的穿透性，填补了人体安检领域的空白，是对当前人体安检手段的重要补充。

目前常用的安全检测手段为金属探测门和X光机，金属探测们无法有效探测除金属外的违禁品，典型的危险品探不出（陶瓷刀具、粉末炸药、液体炸药、汽油柴油煤油），探得出的不是危险品（手机、钢镚、钥匙、金属化妆用具），X光由于其光子能量太大，可对人体细胞造成电离性伤害，人体危害性极大。目前欧美已禁用。因此太赫兹安检有很大的潜在市场价值。

目前太赫兹波的安检系统主要分为两大类，一类是被动式安检系统，一类是主动式安检系统。被动式安检特点：一是非接触，不用搜身，尊重被检人员个人隐私；二是检测效率高，速度快、无停留，被检人员在指定的安检通道内正常行走通过即能完成安检，大大提高安检效率；三是安全无辐射，类似普通照相机、监控摄像头，不产生电磁、电离辐射，对人体无害。其缺点是分辨率不高，信噪比不高。主动式安检系统是通过主动发射一定剂量的毫米波/太赫兹波（可接收范围剂量内），对人体进行成像，较被动式安检仪来讲，信噪比更高。虽有一定的辐射剂量，但由于毫米波/太赫兹光子能量小，不会对人体细胞造成电离性伤害。目前常用的主被系统，多是基于室温微电子器件进行工作，大多存在图像不清晰，采集速率不够高，不能实时成像，需要3到5秒才能成像。

目前被动式的太赫兹安检系统以其无辐射较容易被普通民众所接受，因此该类型的被动式安检系统得到了长足的发展。目前较成熟的被动式太赫兹安检系统安检距离在0.5m到25m距离。但是即使是25m的探测距离，尚且属于中等探测距离范围内的人体安全检测。如果实现百米级的人体探测，是一个世界难题。如果实现百米的探测，则可以更加快速的处理携带违禁品的可疑恐怖分子，更好的实现对安检人员的保护，具有重大的社会意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够实现百米级别的太赫兹人体安检的被动超导太赫兹人体安检仪。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种采用WR4波导的被动超导太赫兹人体安检仪，包括机架，所述机架上设置有脉冲制冷器、控制计算机、主反射镜和副反射镜，所述主反射镜与所述副反射镜相对设置，所述主反射镜和副反射镜用于汇聚人体产生的太赫兹波，其特征在于：所述安检仪还包括具有WR4波导接口的喇叭天线，所述喇叭天线用于接收汇聚后的太赫兹波，所述喇叭天线的输出端经低噪声放大器后与跃迁边缘传感器的信号输入端连接，所述喇叭天线以及低噪声放大器的工作频率为170GHz到260GHz，跃迁边缘传感器的输出端与超导量子干涉器的信号输入端连接，超导量子干涉器的输出端与所述控制计算机的信号输入端连接，通过所述喇叭天线和低噪声放大器接收人体太赫兹辐射，并对其进行放大，同时送入后端的跃迁边缘传感器，然后通过超导量子干涉器将跃迁边缘传感器采集的电流信号读出并放大，产生可以进行电学处理的电压信号，电压信号经过数据采集后送入控制计算机，在控制计算机的显示屏上形成人体的太赫兹图像。

进一步的技术方案在于：所述低噪声放大器为放大倍数大于16的低噪声放大器。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述太赫兹安检仪在现有太赫兹安检仪的基础上增加前端放大装置，前端放大装置同时替代现有系统中的滤波器装置，并使其在低温恒温器内工作，以降低噪声，同时与后端的超导边界跃迁传感器相结合，既简化了滤波系统，同时提高了待测信号的增益，可实现百米级别的太赫兹人体安检，且较现有安检仪，成本更低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述太赫兹安检仪的原理框图；

其中：1、机架；2、脉冲制冷器；3、控制计算机；4、主反射镜；5、副反射镜；6、喇叭天线；7、低噪声放大器；8、跃迁边缘传感器；9、超导量子干涉器。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明实施例公开了一种采用WR4波导的被动超导太赫兹人体安检仪，所述安检仪工作频率为220GHz，工作带宽为90GHz。所述安检仪包括机架1，所述机架1上设置有脉冲制冷器2、控制计算机3、主反射镜4和副反射镜5，所述主反射镜4与所述副反射镜5相对设置，所述主反射镜4和副反射镜5用于汇聚人体产生的太赫兹波。所述安检仪还包括具有WR4波导接口的喇叭天线6，所述喇叭天线6用于接收汇聚后的太赫兹波，所述喇叭天线6的输出端经低噪声放大器7后与跃迁边缘传感器8（TES传感器件）的信号输入端连接，所述喇叭天线6以及低噪声放大器7的工作频率为170GHz到260GHz，跃迁边缘传感器8的输出端与超导量子干涉器9（SQUID器件）的信号输入端连接，超导量子干涉器9的输出端与所述控制计算机3的信号输入端连接。TES传感器件和SQUID器件工作在液氦温度下。

通过所述喇叭天线6和低噪声放大器7接收人体太赫兹辐射，并对其进行放大，同时送入后端的跃迁边缘传感器8，然后通过超导量子干涉器9将跃迁边缘传感器8采集的电流信号读出并放大，产生可以进行电学处理的电压信号，电压信号经过数据采集后送入控制计算机3，在控制计算机3的显示屏上形成人体的太赫兹图像。为了实现百米的探测，即为现有探测的距离的4倍，由于功率与距离的平方成反比，因此低噪声放大器的增益原则上不低于16倍的增益放大。

所述太赫兹安检仪允许最小的成像距离为25m，最远距离大于等于100米。

所述太赫兹安检仪具有以下特点：

（1）可实现探测距离大于等于100米。

（2）采用前端放大装置替代现有装置中的滤波器装置，既简化了滤波系统，同时提高了待测信号的增益。

（3）较现有系统相比，成本更低。

所述太赫兹人体安检系统将极大的提高安检距离，可在更远距离实现危险品的发现。

Claims (2)

1.一种采用WR4波导的被动超导太赫兹人体安检仪，包括机架（1），所述机架（1）上设置有脉冲制冷器（2）、控制计算机（3）、主反射镜（4）和副反射镜（5），所述主反射镜（4）与所述副反射镜（5）相对设置，所述主反射镜（4）和副反射镜（5）用于汇聚人体产生的太赫兹波，其特征在于：所述安检仪还包括具有WR4波导接口的喇叭天线（6），所述喇叭天线（6）用于接收汇聚后的太赫兹波，所述喇叭天线（6）的输出端经低噪声放大器（7）后与跃迁边缘传感器（8）的信号输入端连接，所述喇叭天线（6）以及低噪声放大器（7）的工作频率为170GHz到260GHz，跃迁边缘传感器（8）的输出端与超导量子干涉器（9）的信号输入端连接，超导量子干涉器（9）的输出端与所述控制计算机（3）的信号输入端连接，通过所述喇叭天线（6）和低噪声放大器（7）接收人体太赫兹辐射，并对其进行放大，同时送入后端的跃迁边缘传感器（8），然后通过超导量子干涉器（9）将跃迁边缘传感器（8）采集的电流信号读出并放大，产生可以进行电学处理的电压信号，电压信号经过数据采集后送入控制计算机（3），在控制计算机（3）的显示屏上形成人体的太赫兹图像。

2.如权利要求1所述的采用WR4波导的被动超导太赫兹人体安检仪，其特征在于：所述低噪声放大器（7）为放大倍数大于16的低噪声放大器。