CN111879238B - 一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置及方法，包括太赫兹天线、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、主反射镜、第一电移台、第二电移台和调整部件，第一、第二电移台均架设在光学平台上，太赫兹天线架设在第一电移台上，第一、第三反射镜分别架设在两个调整部件上，两个调整部件分别架设在第一、第二电移台上，第二反射镜固连在第二电移台一侧的光学平台上，主反射镜固连在第二电移台另一侧的光学平台上；第一反射镜移动将太赫兹天线发射的波束反射到第二反射镜或第三反射镜上，第二反射镜和第三反射镜反射波束至主反射镜上，本发明提高太赫兹时域光谱散射测量系统目标测试尺寸选择灵活性的优点。

Description

一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置及方法

技术领域

本发明涉及静区范围改变技术领域，尤其涉及一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置及方法。

背景技术

太赫兹波通常是指频率在0.1～10THz区间的电磁波，其光子的能量约为1～10meV。在太赫兹时域光谱散射特性测量系统中，由于太赫兹波束能量较弱且呈高斯分布，静区为波束中心附近幅度起伏1dB的范围。静区范围与能量密度难以协调，如果将高斯波束扩束至较大的静区范围，则静区波束能量密度不足，无法测试较小尺寸的目标；反之，无法测试大尺寸目标。因此如何快速调整静区范围以测试不同尺寸的目标成为太赫兹时域光谱目标散射测量的关键技术。

通常测量系统搭建完，系统静区尺寸也随之确定，不会改变，目前没有涉及快速调整太赫兹时域光谱散射特性测量系统静区尺寸的方法及装置。

因此，针对以上不足，需要提供一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置及方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的太赫兹时域光谱散射特性测量系统无法调整静区范围以测试不同尺寸的目标的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，包括太赫兹天线、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、主反射镜、第一电移台、第二电移台和调整部件，第一电移台和第二电移台均架设在光学平台上，太赫兹天线架设在第一电移台上，第一反射镜与第三反射镜分别架设在两个调整部件上，装有第一反射镜的调整部件架设在第一电移台上，装有第三反射镜的调整部件架设在第二电移台上，第二反射镜固连在第二电移台一侧的光学平台上，主反射镜固连在第二电移台另一侧的光学平台上；第一反射镜移动以将太赫兹天线发射的波束反射到第二反射镜或第三反射镜上，第二反射镜和第三反射镜反射波束至主反射镜上。

通过采用上述技术方案，设置第一电移台和第二电移台，利用第一反射镜和第三反射镜移动位置的不同，使得输入光路有所改变，实现太赫兹波束在不同焦距的反射镜处进行反射，导致波束发散角增大或缩小，使得系统静区范围增加或缩小，达到可测不同大小目标尺寸的目的，不仅调节方式简单快捷，而且调节装置虽然结构简单但调节精度高，具有较高的经济性。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和主反射镜均为离轴抛物面镜且外径相同，第二反射镜反射焦距大于第三反射镜。

通过采用上述技术方案，当波束通过第一反射镜反射到第二反射镜时，因第二反射镜焦距较大，导致在主反射镜焦点处波束发散角较小，主反射镜可完全覆盖太赫兹波束。而太赫兹波束能量呈高斯分布，导致系统静区范围较小，可测目标尺寸较小；当波束通过第一反射镜反射到第三反射镜时，因第三反射镜焦距较小，导致在主反射镜焦点处波束发散角较大，太赫兹波束中心部分覆盖主反射镜、边缘部分射出主镜。使得系统静区范围较大，可测目标尺寸变大。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一反射镜与第三反射镜移动方向相互垂直，第一反射镜与第三反射镜移动距离均大于第二反射镜的外径。

通过采用上述技术方案，可避免第二反射镜和第三反射镜的光路相互干涉，保证通过第二反射镜或第三反射镜的太赫兹波束能够完全传导至主反射镜处。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一电移台上滑动连接有第一底座，第二电移台上滑动连接有第二底座，第一底座和第二底座均由丝杠传动控制移动；装有第一反射镜的调整部件固连在第一底座上，装有第三反射镜的调整部件固连在第二底座上。

通过采用上述技术方案，利用丝杠传动可实现精准调节第一反射镜和第三反射镜的位置，进而保证波束能够全部在第三反射镜的焦点周围进行均匀反射。

作为对本发明的进一步说明，优选地，调整部件包括底板、套筒支架和调节旋钮，底板底部一侧固连有转轴，转轴为铁质圆柱体，两组调整部件上的转轴分别插入第一底座和第二底座内，两组调整部件上的套筒支架分别固连在底板一侧的第一底座和第二底座上，套筒支架位于底板远离转轴的一侧，两个调节旋钮螺纹连接在套筒支架上下两端，调节旋钮伸出套筒支架外并转动连接在底板内。

通过采用上述技术方案，可利用旋动调节旋钮的方式，使底板沿转轴转动一定角度，以弥补在实际装配时因零件尺寸与设计时有所不同而导致的误差，提高波束传播以及可测目标尺寸的准确性。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一底座上的底板上固连有两组红色激光灯，两组红色激光灯出射光线相互平行且与底板垂直；第二底座上的底板上开设有两个孔，所述孔外径与红色激光灯发射口外径相同，两个所述孔分布位置与两个红色激光灯分布位置相同。

通过采用上述技术方案，红色激光灯具有可视化高、光路传播笔直的特点，在底板上安装两组分布位置不同的红色激光灯，当红色激光灯照射完全照射到第二底座上底板的孔内时，即可说明第一反射镜和第三反射镜焦点对正，实现对第一反射镜移动位置的精确定位。

作为对本发明的进一步说明，优选地，红色激光灯的发射波束不与第一反射镜反射波束重合或相交。

通过采用上述技术方案，利用两个红色激光灯配合反射镜的焦点构成一个三角形的定位平面，当红色激光灯将光线投射在第二底座上底板的孔内，且底板之间相互平行，则能绝对保证第一反射镜和第三反射镜焦点对正，提高调节精度。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一底座内一侧开设有调节槽，调节槽长度大于转轴外径，调节槽宽度等于转轴外径，转轴插入调节槽内；第一底座一侧螺纹连接有螺杆，螺杆螺距小于第一电移台上的丝杠螺距，螺杆一端伸出第一底座外且固连有微调旋钮，螺杆另一端转动连接有磁箍，磁箍为带有弧形槽的磁块，磁箍的弧形槽与转轴外壁抵接。

通过采用上述技术方案，利用旋动微调旋钮，使磁箍推动转轴移动，进而使第一反射镜位置有些许变化，以起到微调第一反射镜位置的作用，同时采用带有磁性的磁箍，利用磁性吸附的方式牵拉转轴和底板，不仅能降低制造难度还可实现往复调节转轴的作用，一举两得。

本发明还提供一种太赫兹时域光谱散射特性测量静区尺寸装置的调节方法，包括以下步骤，

Ⅰ.通过第二电移台将第三反射镜移出光路，并通过第一电移台将第一反射镜移动至与第二反射镜轴线重合处；

Ⅱ.启动太赫兹天线，使波束通过第一反射镜反射至第二反射镜处，再由第二反射镜反射至主反射镜处，最后由主反射镜反射至目标；

Ⅲ.通过第二电移台将第三反射镜移入光路，并通过第一电移台将第一反射镜移动至与第三反射镜轴线重合处；

Ⅳ.启动太赫兹天线，使波束通过第一反射镜反射至第三反射镜处，再由第三反射镜反射至主反射镜处，最后由主反射镜反射至目标。

通过采用上述技术方案，实现在不同工作方式之间可快速切换不同焦距的反射镜，使测量设备能够测量更多尺寸的目标，提高装置的实用性；同时，该调节方式简单，而且大部分均依靠电气设备进行自动调节，响应速度快。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一反射镜移动至与第三反射镜处时，启动红色激光灯旋动微调旋钮调节底板的位置，以使红色激光灯波束照入第二底座上底板的孔内。

通过采用上述技术方案，配合手工微调底板的位置和角度，保证反射波束能够平行照射在第二或第三反射镜处，提高第一底座的移动精度。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过在光学平台上设置利用丝杠传动的第一电移台和第二电移台，并分别在第一电移台和第二电移台上放置第一反射镜和第三反射镜，配合固定在光学平台上的不同于第三反射镜焦距的第二反射镜，不仅实现了提高太赫兹时域光谱散射测量系统的可测目标尺寸范围，还实现在静区范围内的快速准确调整反射镜位置，提升了系统测试灵活度。

附图说明

图1是本发明的总装效果图；

图2是本发明的第一反射镜安装结构图；

图3是本发明的第一底座局部剖面图；

图4是本发明的第二电移台安装位置图；

图5是本发明的测量小尺寸目标工作状态图；

图6是本发明的测量大尺寸目标工作状态图。

图中：1、太赫兹天线；2、第一反射镜；3、第二反射镜；4、第三反射镜；5、主反射镜；6、第一电移台；61、第一底座；62、调节槽；7、第二电移台；71、第二底座；8、调整部件；81、底板；82、套筒支架；83、调节旋钮；84、转轴；85、红色激光灯；86、微调旋钮；87、螺杆；88、磁箍。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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的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。

一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，如图1所示，包括太赫兹天线1、第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜4、主反射镜5、第一电移台6、第二电移台7和调整部件8，第一电移台6和第二电移台7均架设在光学平台上，太赫兹天线1架设在第一电移台6上，第一反射镜2与第三反射镜4分别架设在两个调整部件8上，装有第一反射镜2的调整部件8架设在第一电移台6上，装有第三反射镜4的调整部件8架设在第二电移台7上，第二反射镜3固连在第二电移台7一侧的光学平台上，主反射镜5固连在第二电移台7另一侧的光学平台上。

结合图1、图2，太赫兹天线1为发射太赫兹波束信号的仪器，其采用频率80MHz、脉宽100fs激光器进行激励，得到谱宽0.1～2.7THz的太赫兹波束，第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜4和主反射镜5均为离轴抛物面镜且外径相同(附图中各个反射镜外径有所不同，仅为表示不同焦距)，第二反射镜3反射焦距大于第三反射镜4，通过采用不同反射焦距的反射镜，在需要对不同尺寸的目标进行测量时只需更换光路上不同的焦距反射镜即可，操作简单方便。结合图4，第一反射镜2与第三反射镜4移动方向相互垂直，第一反射镜2与第三反射镜4移动距离均大于第二反射镜3的外径，可避免第二反射镜3和第三反射镜4的光路相互干涉，保证通过第二反射镜3或第三反射镜4的太赫兹波束能够完全传导至主反射镜5处。

结合图2、图4，第一电移台6上滑动连接有第一底座61，第二电移台7上滑动连接有第二底座71，第一底座61和第二底座71均由丝杠传动控制移动，所述丝杠一端可连接伺服电机，以使第一底座61和第二底座71均能实现自主移动；装有第一反射镜2的调整部件8固连在第一底座61上，装有第三反射镜4的调整部件8固连在第二底座71上，利用丝杠传动可实现精准调节第一反射镜2和第三反射镜4的位置，进而保证波束能够全部在第三反射镜4的焦点周围进行均匀反射。

结合图2、图3，调整部件8包括底板81、套筒支架82和调节旋钮83，底板81底部一侧固连有转轴84，转轴84为铁质圆柱体，两组调整部件8上的转轴84分别插入第一底座61和第二底座71内，两组调整部件8上的套筒支架82分别固连在底板81一侧的第一底座61和第二底座71上，套筒支架82位于底板81远离转轴84的一侧，两个调节旋钮83螺纹连接在套筒支架82上下两端，调节旋钮83伸出套筒支架82外并转动连接在底板81内；设置调整部件8，可利用旋动调节旋钮83的方式，使底板81沿转轴84转动一定角度，以弥补在实际装配时因零件尺寸与设计时有所不同而导致的第一反射镜2或第三反射镜4反射面偏移误差，使波束的传播方向保持相互垂直的状态，提高波束传播以及可测目标尺寸的准确性。

结合图2、图3，第一底座61上的底板81上固连有两组红色激光灯85，红色激光灯为发射红色光线的半导体激光器，具有可视化高、光路传播笔直的特点，两组红色激光灯85出射光线相互平行且与底板81垂直，红色激光灯85的发射波束不与第一反射镜5反射波束重合或相交；第二底座71上的底板81上开设有两个孔，所述孔外径与红色激光灯85发射口外径相同，两个所述孔分布位置与两个红色激光灯85分布位置相同。通过在底板81上安装两组分布位置不同的红色激光灯85，当红色激光灯85照射完全照射到第二底座71上底板81的孔内时，即可说明第一反射镜2和第三反射镜4焦点对正，实现对第一反射镜2移动位置的精确定位。同时利用两个红色激光灯85配合反射镜的焦点构成一个三角形的定位平面，当红色激光灯85将光线投射在第二底座71上底板81的孔内，且底板81之间相互平行，则能绝对保证第一反射镜2和第三反射镜4焦点对正，提高调节精度。

结合图2、图3，第一底座61内一侧开设有调节槽62，调节槽62长度大于转轴84外径，优选地调节槽62长度为转轴84外径的1.2倍，调节槽62宽度等于转轴84外径，转轴84插入调节槽62内；第一底座61一侧螺纹连接有螺杆87，螺杆87螺距小于第一电移台6上的丝杠螺距，螺杆87一端伸出第一底座61外且固连有微调旋钮86，螺杆87另一端转动连接有磁箍88，磁箍88为带有弧形槽的磁块，磁箍88的弧形槽与转轴84外壁抵接。在第一底座61移动后以及调节完底板81的角度后，通过旋动微调旋钮86，使磁箍88推动或牵拉转轴84移动，进而使第一反射镜2位置有些许变化，以起到微调第一反射镜2位置的作用，保证红色激光灯85能完全照入孔中，使得第一反射镜2对第二反射镜3或第三反射镜4均能够正相对且位置准确；同时采用带有磁性的磁箍88，利用磁性吸附的方式牵拉转轴84和底板81，不仅能降低制造难度还可实现往复调节转轴84的作用，一举两得。

综上所示，本发明通过设置第一电移台6和第二电移台7，利用第一反射镜2和第三反射镜4移动位置的不同，使得输入光路有所改变，实现太赫兹波束在不同焦距的反射镜处进行反射，导致波束发散角增大或缩小，使得系统静区范围增加或缩小，达到可测不同大小目标尺寸的目的，不仅调节方式简单快捷，而且调节装置虽然结构简单但调节精度高，具有较高的经济性。

本发明还提供一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸装置的调节方法，包括以下步骤，

Ⅰ.如图5所示，通过第二电移台7将第三反射镜4移出光路，并通过第一电移台6将第一反射镜2移动至与第二反射镜3轴线重合处；

Ⅱ.启动太赫兹天线1，使波束通过第一反射镜2反射至第二反射镜3处，再由第二反射镜3反射至主反射镜5处，最后由主反射镜5反射至目标；当波束通过第一反射镜2反射到第二反射镜3时，因第二反射镜3焦距较大，导致在主反射镜5焦点处波束发散角较小，主反射镜5可完全覆盖太赫兹波束，而太赫兹波束能量呈高斯分布，导致系统静区范围较小，此时可测目标尺寸较小；

Ⅲ.通过第二电移台7将第三反射镜4移入光路，并通过第一电移台6将第一反射镜2移动至与第三反射镜4轴线重合处；第一反射镜2移动至与第三反射镜4处时，启动红色激光灯85旋动微调旋钮86调节底板81的位置，以使红色激光灯85波束照入第二底座71上底板81的孔内，

Ⅳ.启动太赫兹天线1，使波束通过第一反射镜2反射至第三反射镜4处，再由第三反射镜4反射至主反射镜5处，最后由主反射镜5反射至目标；当波束通过第一反射镜2反射到第三反射镜4时，因第三反射镜4焦距较小，导致在主反射镜5焦点处波束发散角较大，太赫兹波束中心部分覆盖主反射镜5、边缘部分射出主镜。使得系统静区范围较大，此时可测目标尺寸变大。

通过采用上述方法，实现在不同工作方式之间可快速切换不同焦距的反射镜，使测量设备能够测量更多尺寸的目标，提高装置的实用性；同时，该调节方式简单，而且大部分均依靠电气设备进行自动调节，响应速度快；且配合手工微调底板81的位置和角度，保证反射波束能够平行照射在第二或第三反射镜处，提高第一底座61的移动精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，其特征在于：包括太赫兹天线(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第三反射镜(4)、主反射镜(5)、第一电移台(6)、第二电移台(7)和调整部件(8)，第一电移台(6)和第二电移台(7)均架设在光学平台上，太赫兹天线(1)架设在第一电移台(6)上，第一反射镜(2)与第三反射镜(4)分别架设在两个调整部件(8)上，装有第一反射镜(2)的调整部件(8)架设在第一电移台(6)上，装有第三反射镜(4)的调整部件(8)架设在第二电移台(7)上，第二反射镜(3)固连在第二电移台(7)一侧的光学平台上，主反射镜(5)固连在第二电移台(7)另一侧的光学平台上；第一反射镜(2)移动以将太赫兹天线(1)发射的波束反射到第二反射镜(3)或第三反射镜(4)上，第二反射镜(3)和第三反射镜(4)反射波束至主反射镜(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，其特征在于：第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第三反射镜(4)和主反射镜(5)均为离轴抛物面镜且外径相同，第二反射镜(3)反射焦距大于第三反射镜(4)。

3.根据权利要求2所述的一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，其特征在于：第一反射镜(2)与第三反射镜(4)移动方向相互垂直，第一反射镜(2)与第三反射镜(4)移动距离均大于第二反射镜(3)的外径。

4.根据权利要求1所述的一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，其特征在于：第一电移台(6)上滑动连接有第一底座(61)，第二电移台(7)上滑动连接有第二底座(71)，第一底座(61)和第二底座(71)均由丝杠传动控制移动；装有第一反射镜(2)的调整部件(8)固连在第一底座(61)上，装有第三反射镜(4)的调整部件(8)固连在第二底座(71)上。

5.根据权利要求1所述的一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，其特征在于：调整部件(8)包括底板(81)、套筒支架(82)和调节旋钮(83)，底板(81)底部一侧固连有转轴(84)，转轴(84)为铁质圆柱体，两组调整部件(8)上的转轴(84)分别插入第一底座(61)和第二底座(71)内，两组调整部件(8)上的套筒支架(82)分别固连在底板(81)一侧的第一底座(61)和第二底座(71)上，套筒支架(82)位于底板(81)远离转轴(84)的一侧，两个调节旋钮(83)螺纹连接在套筒支架(82)上下两端，调节旋钮(83)伸出套筒支架(82)外并转动连接在底板(81)内。

6.根据权利要求5所述的一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，其特征在于：第一底座(61)上的底板(81)上固连有两组红色激光灯(85)，两组红色激光灯(85)出射光线相互平行且与底板(81)垂直；第二底座(71)上的底板(81)上开设有两个孔，所述孔外径与红色激光灯(85)发射口外径相同，两个所述孔分布位置与两个红色激光灯(85)分布位置相同。

7.根据权利要求6所述的一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，其特征在于：红色激光灯(85)的发射波束不与第一反射镜(3)反射波束重合或相交。

8.根据权利要求5所述的一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸的装置，其特征在于：第一底座(61)内一侧开设有调节槽(62)，调节槽(62)长度大于转轴(84)外径，调节槽(62)宽度等于转轴(84)外径，转轴(84)插入调节槽(62)内；第一底座(61)一侧螺纹连接有螺杆(87)，螺杆(87)螺距小于第一电移台(6)上的丝杠螺距，螺杆(87)一端伸出第一底座(61)外且固连有微调旋钮(86)，螺杆(87)另一端转动连接有磁箍(88)，磁箍(88)为带有弧形槽的磁块，磁箍(88)的弧形槽与转轴(84)外壁抵接。

9.一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸装置的调节方法，其特征在于：包括以下步骤，

Ⅰ.通过第二电移台(7)将第三反射镜(4)移出光路，并通过第一电移台(6)将第一反射镜(2)移动至与第二反射镜(3)轴线重合处；

Ⅱ.启动太赫兹天线(1)，使波束通过第一反射镜(2)反射至第二反射镜(3)处，再由第二反射镜(3)反射至主反射镜(5)处，最后由主反射镜(5)反射至目标；

Ⅲ.通过第二电移台(7)将第三反射镜(4)移入光路，并通过第一电移台(6)将第一反射镜(2)移动至与第三反射镜(4)轴线重合处；

Ⅳ.启动太赫兹天线(1)，使波束通过第一反射镜(2)反射至第三反射镜(4)处，再由第三反射镜(4)反射至主反射镜(5)处，最后由主反射镜(5)反射至目标。

10.根据权利要求9所述的一种快速调整太赫兹时域光谱测量静区尺寸装置的调节方法，其特征在于：第一反射镜(2)移动至与第三反射镜(4)重合处时，启动红色激光灯(85)旋动微调旋钮(86)调节底板(81)的位置，以使红色激光灯波束照入第二底座(71)上底板(81)的孔内。

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