CN117347307A - 一种太赫兹检测装置及检测方法 - Google Patents

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张立森
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Abstract

本发明提供一种太赫兹检测装置及检测方法。本发明可通过太赫兹芯片的片上微带谐振单元接收太赫兹信号实现谐振。穿过侧壁通孔置于矩形波导内部的待测溶液，对片上微带谐振单元谐振频率产生扰动。待测溶液的不同浓度改变谐振区域的空间电磁场，在不同空间电磁场下，片上微带谐振单元的谐振频率不同。本发明实施例可基于待测溶液的浓度大小对谐振频率的影响大小确定待测溶液浓度。相对于现有谐振腔检测方式，一方面，片上微带谐振单元的谐振频率提升不受谐振单元尺寸限制，可在提升工作频率的同时应用于大尺寸的溶液浓度检测。另一方面，片上微带谐振单元的谐振频率提高，可提升检测工作频率、提升溶液浓度检测的检测灵敏度。

Description

一种太赫兹检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种太赫兹检测装置及检测方法。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波，在长波段与毫米波相重合，在短波段与红外光相重合。太赫兹波的波段能够覆盖半导体、等离子体、有机体和生物大分子等物质的特征谱，可广泛应用在各种材料的检测。
现有材料检测方式通过将待测样品置于谐振腔内部进行检测。检测时工作频率越高，检测灵敏度越高。但是工作频率越高、谐振腔的尺寸越小，而过小的谐振腔尺寸不适用于对大尺寸材料的检测，例如，不适用于对溶液浓度的检测。进而，导致现有方式在检测溶液浓度时，受限于谐振腔尺寸，工作频率低、检测灵敏度低。
发明内容
本发明实施例提供了一种太赫兹检测装置及检测方法，以解决现有检测方式在检测溶液浓度时，工作频率低、检测灵敏度低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种太赫兹检测装置，包括：矩形波导，以及设置于所述矩形波导的内部的太赫兹芯片。所述太赫兹芯片的中间部位为片上微带谐振单元。所述矩形波导侧壁上与所述片上微带谐振单元对应的位置设有通孔。在进行待测溶液的浓度检测时，盛有待测溶液的试管穿过所述通孔，伸入所述矩形波导的腔体内部，并置于所述片上微带谐振单元所处的谐振区域。所述待测溶液改变所述谐振区域的空间电磁场，使所述太赫兹检测装置的输出端的谐振频率改变。其中，谐振频率的变化量与所述待测溶液的浓度一一对应。
在一种可能的实现方式中，所述太赫兹芯片还包括：连接所述片上微带谐振单元的输入微带线和输出微带线。所述输入微带线通过所述矩形波导的输入端接收多频点的太赫兹信号。所述片上微带谐振单元在所述太赫兹信号的激励下产生受所述待测溶液扰动的谐振信号。所述输出微带线将所述谐振信号通过所述矩形波导的输出端输出至外部检测装置。所述外部检测装置测量所述谐振信号的谐振频率，并基于所述谐振频率与溶液浓度的预设对应关系确定所述待测溶液的浓度。
在一种可能的实现方式中，所述片上微带谐振单元包括环形微带谐振器、工字型微带谐振器或Y型微带谐振器。
在一种可能的实现方式中，所述通孔设置在所述矩形波导正对所述太赫兹芯片正面的侧壁上，且设置在所述片上微带谐振单元的正上方。
在一种可能的实现方式中，所述通孔还设置在在所述矩形波导正对所述太赫兹芯片背面的侧壁上，且设置在所述片上微带谐振单元的正下方。
在一种可能的实现方式中，所述矩形波导的输出端还连接有功率计。所述功率计检测所述谐振信号各频点的功率，并将所述谐振信号各频点的功率输出至外部检测装置。
在一种可能的实现方式中，所述外部检测装置基于所述功率计输出的各频点的功率，将所述谐振信号的插入损耗最大值的频点确定为所述谐振信号的谐振频率。
第二方面，本发明实施例提供了一种太赫兹检测方法，应用于上述任一所述的太赫兹检测装置，其特征在于，所述方法包括：获取所述片上微带谐振单元输入端太赫兹信号在各频点的第一功率集合。获取所述片上微带谐振单元输出端谐振信号在各频点的第二功率集合。基于输入的所述太赫兹信号各频点的第一功率集合、输出的所述谐振信号各频点的第二功率集合，获得各频点的插入损耗。基于所述各频点的插入损耗，确定谐振频率。基于所述谐振频率与溶液浓度的预设对应关系，确定所述待测溶液的浓度。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述各频点的插入损耗，确定谐振频率包括：基于所述各频点的插入损耗，获得插入损耗最大时对应频点的频率。将所述插入损耗最大时对应频点的频率，确定为谐振频率。
在一种可能的实现方式中，在基于所述谐振频率与溶液浓度的预设对应关系，确定所述待测溶液的浓度之前，还包括：步骤一、获取多个预设待测溶液的预设浓度，并将任一预设待测溶液作为目标溶液。步骤二、获取目标溶液对应谐振信号各频点的第二功率集合。所述谐振信号为所述片上微带谐振单元在所述太赫兹信号激励下输出的受所述目标溶液扰动的谐振信号。步骤三、基于所述太赫兹信号各频点的第一功率集合、受目标溶液扰动的所述谐振信号各频点的第二功率集合，获得目标溶液对应的各频点的插入损耗。步骤四、基于目标溶液对应的各频点的插入损耗，确定目标溶液对应的谐振频率。步骤五、将任一未检测的预设待测溶液作为目标溶液，重复步骤二、步骤三和步骤四，获得谐振频率与溶液浓度的预设对应关系。
本发明实施例提供一种太赫兹检测装置及检测方法。本发明可通过太赫兹芯片的片上微带谐振单元接收太赫兹信号实现谐振。穿过侧壁通孔置于矩形波导内部的待测溶液，对片上微带谐振单元谐振频率产生扰动。待测溶液的不同浓度改变谐振区域的空间电磁场，在不同空间电磁场下，所述片上微带谐振单元的谐振频率不同。本发明实施例可基于待测溶液的浓度大小对谐振频率的影响大小确定待测溶液浓度。相对于现有谐振腔检测方式，一方面，片上微带谐振单元的谐振频率提升不受谐振单元尺寸限制，可在提升工作频率的同时应用于大尺寸的溶液浓度检测。另一方面，片上微带谐振单元的谐振频率提高，可提升检测工作频率、提升溶液浓度检测的检测灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的太赫兹检测装置的三维透视结构示意图；
图2是本发明实施例提供的太赫兹芯片的俯视结构示意图；
图3是本发明实施例提供的太赫兹检测装置的截面结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种太赫兹检测装置的截面结构示意图；
图5是本发明实施例提供的太赫兹检测方法的实现流程图；
图6是本发明实施例提供的太赫兹检测系统的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的不同浓度溶液的插入损耗随频率的变化示意图；
图8是本发明实施例提供的不同溶液浓度与谐振频率的关系示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，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，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
本发明实施例提供了一种太赫兹检测装置，通过设置矩形波导和太赫兹芯片，基于设置于矩形波导内部的待测样品的浓度大小对谐振频率的影响大小，确定溶液浓度。由此，可在提升工作频率的同时应用于大尺寸的溶液浓度检测，提升检测工作频率、提升溶液浓度检测的检测灵敏度。
图1是本发明实施例提供的太赫兹检测装置的三维透视结构示意图。在图1中，透过最外侧的矩形波导，示出了其内部的太赫兹芯片与待测溶液。图2是本发明实施例提供的太赫兹芯片的俯视结构示意图。图2是由图1的上方看向太赫兹芯片的俯视结构示意图。图3是本发明实施例提供的太赫兹检测装置的截面结构示意图。图3是太赫兹检测装置在通孔位置的截面结构示意图，其中，上述截面垂直于太赫兹芯片表面。
参照图1、图2和图3，该太赫兹检测装置包括：矩形波导，以及设置于矩形波导的内部的太赫兹芯片。太赫兹芯片的中间部位为片上微带谐振单元。矩形波导侧壁上与片上微带谐振单元对应的位置设有通孔。在进行待测溶液的浓度检测时，盛有待测溶液的试管穿过通孔，伸入矩形波导的腔体内部，并置于片上微带谐振单元所处的谐振区域。待测溶液改变谐振区域的空间电磁场，使太赫兹检测装置的输出端的谐振频率改变。其中，谐振频率的变化量与待测溶液的浓度一一对应。
在一些实施例中，矩形波导是内部波导腔截面为矩形的金属波导。示例性的，矩形波导包括开放式的输入端和输出端。例如，矩形波导的输入端、输出端为标准矩形波导端口。
在一些实施例中，太赫兹芯片的中间部位为片上微带谐振单元。
示例性的，太赫兹芯片包括衬底和设置于衬底上的片上微带谐振单元。例如，衬底上设置有依次连接的输入微带线、片上微带谐振单元和输出微带线，片上微带谐振单元设置在中间部位。
进一步，示例性的，衬底的材料包括硅、氮化镓、砷化镓、磷化铟、石英或氮化铝。示例性的，衬底为绝缘衬底或半绝缘衬底。
示例性的，片上微带谐振单元是由设置于衬底上的微带线构成的谐振结构。例如，参照图2，片上微带谐振单元可以是8字型微带谐振器。再例如，片上微带谐振单元还可以是环形微带谐振器、工字型微带谐振器或Y型微带谐振器。
在一些实施例中，太赫兹芯片设置于矩形波导的内部。
示例性的，太赫兹芯片的输入微带线朝向矩形波导的输入端，太赫兹芯片的输出微带线朝向矩形波导的输出端。
在一些实施例中，矩形波导侧壁上与片上微带谐振单元对应的位置设有通孔。
示例性的，矩形波导包括四个侧壁，矩形波导的任一个侧壁上设置有一个通孔。通孔贯穿矩形波导的侧壁，连通矩形波导的内部和外部。
示例性的，贯穿的通孔朝向矩形波导内部的方向指向片上微带谐振单元对应的位置。
需要说明的是，在本发明中，上述通孔用于在进行待测溶液的浓度检测时，使盛有待测溶液的试管穿过通孔、伸入矩形波导的腔体内部、并置于片上微带谐振单元所处的谐振区域。由此，一方面，盛有待测溶液的试管可通过该通孔固定在矩形波导上，矩形波导可起到固定支撑作用。另一方面，待测溶液通过上述通孔置于矩形波导内部，矩形波导还起到屏蔽外部电磁干扰的作用，使得仅使待测溶液改变谐振区域的空间电磁场。
下面针对浓度检测过程，具体说明：将待测溶液置于试管内。在进行待测溶液的浓度检测时，盛有待测溶液的试管穿过通孔，伸入矩形波导的腔体内部，并置于片上微带谐振单元所处的谐振区域。当待测溶液靠近片上微带谐振单元的谐振区域时，会改变谐振区域的空间电磁场，进而改变片上微带谐振单元的谐振频率，最终使太赫兹检测装置的输出端的谐振频率改变。其中，片上微带谐振单元的谐振频率的变化量与待测溶液的浓度一一对应。由此，可基于放置待测溶液前后谐振频率的变化大小，确定待测溶液的浓度。另外，还可以基于放置待测溶液后的谐振频率，确定待测溶液的浓度。
需要说明的是，待测溶液与片上微带谐振单元的距离不同、方向不同、容量不同均会影响谐振频率的改变。因此，在测试过程中需保持以上条件不变。例如，可以在矩形波导上设置限位装置，限制试管伸入矩形波导内部的长度、方向。再例如，可以使用相同规格的试管，以确保伸入矩形波导内部的溶液容量相同。
另外，试管材料本身也可能对谐振频率产生较大影响。示例性的，试管材料为低介电常数材料，以降低试管材料本身对谐振频率的改变。例如，试管材料可以是石英材料或特氟龙材料。
本发明实施例通过太赫兹芯片的片上微带谐振单元接收太赫兹信号实现谐振。穿过侧壁通孔置于矩形波导内部的待测溶液，对片上微带谐振单元谐振频率产生扰动。待测溶液的不同浓度改变谐振区域的空间电磁场，在不同空间电磁场下，片上微带谐振单元的谐振频率不同。本发明实施例可基于待测溶液的浓度大小对谐振频率的影响大小确定待测溶液浓度。相对于现有谐振腔检测方式，一方面，片上微带谐振单元的谐振频率提升不受谐振单元尺寸限制，可在提升工作频率的同时应用于大尺寸的溶液浓度检测。另一方面，片上微带谐振单元的谐振频率提高，可提升检测工作频率、提升溶液浓度检测的检测灵敏度。
需要说明的是，片上微带谐振单元相对于谐振腔，其本征谐振频率更高，可实现太赫兹频段的谐振。另外，进一步提升谐振频率时，片上微带谐振单元的尺寸会发生变化，但是并不需要矩形波导腔的尺寸变化。而在谐振腔形式中，谐振频率增加，导致谐振腔尺寸不断减小，最终导致无法将待测溶液置于谐振腔内部，以至于无法实现高频下的溶液浓度检测。由此，片上微带谐振单元的谐振频率提升不受谐振单元尺寸限制，可在提升工作频率的同时应用于大尺寸的溶液浓度检测。进一步的，片上微带谐振单元的谐振频率提高，可提升检测工作频率、提升溶液浓度检测的检测灵敏度。
参照图2，图2示出了太赫兹芯片的俯视结构。下面基于图2说明：在一种可能的实现方式中，太赫兹芯片还包括：连接片上微带谐振单元的输入微带线和输出微带线。输入微带线通过矩形波导的输入端接收多频点的太赫兹信号。片上微带谐振单元在太赫兹信号的激励下产生受待测溶液扰动的谐振信号。输出微带线将谐振信号通过矩形波导的输出端输出至外部检测装置。外部检测装置测量谐振信号的谐振频率，并基于谐振频率与溶液浓度的预设对应关系确定待测溶液的浓度。
在一些实施例中，太赫兹芯片包括依次连接的输入微带线、片上微带谐振单元和输出微带线。
在一些实施例中，输入微带线通过矩形波导的输入端接收多频点的太赫兹信号。
示例性的，矩形波导的输入端连接太赫兹功率源，接收多频点的太赫兹信号。例如，矩形波导的输入端连接具有扫频功能的太赫兹功率源。需要说明的是，太赫兹信号的频率范围包括片上微带谐振单元的谐振频率，从而使得片上微带谐振单元能够在太赫兹信号的激励下产生谐振。
在一些实施例中，片上微带谐振单元在太赫兹信号的激励下产生谐振信号。
进一步的，在进行待测溶液的浓度检测时，盛有待测溶液的试管穿过通孔，伸入矩形波导的腔体内部，并置于片上微带谐振单元所处的谐振区域，待测溶液对片上微带谐振单元的谐振产生扰动，产生受待测溶液扰动的谐振信号。即，片上微带谐振单元在太赫兹信号的激励下输出受待测溶液扰动的谐振信号。
进一步的，在一些实施例中，输出微带线将谐振信号通过矩形波导的输出端输出至外部检测装置，以便于进行下一步的谐振频率检测、溶液浓度的确定。
在一些实施例中，矩形波导传输TE10波的信号，太赫兹芯片传输TEM波信号。
具体的，矩形波导的输入端接收TE10波的太赫兹信号，并在矩形波导输入端与太赫兹芯片的输入微带线结合处转换为TEM波的太赫兹信号。进而，输入微带线将TEM波的太赫兹信号传输至片上微带谐振单元。片上微带谐振单元在TEM波的太赫兹信号激励下产生TEM波的谐振信号，并通过输出微带线输出。TEM波的谐振信号在输出微带线与矩形波导的输出端结合处转换为TE10波的谐振信号，并输出至外部检测装置。
由此，通过矩形波导与太赫兹芯片的TE10波TEM波转换，避免直接传输TEM波信号，避免采用探针连接输入微带线、输出微带线，避免探针重复连接易损坏问题，避免探针连接对微带线的损伤，提升测试可靠性。另外，矩形波导实现太赫兹信号输入、输出的方式相对探针方式更加简便。
在一种可能的实现方式中，矩形波导的输出端还连接有功率计。功率计检测谐振信号各频点的功率，并将谐振信号各频点的功率输出至外部检测装置。
本发明实施例通过检测输出的谐振信号各频点的功率，可基于矩形波导的输入功率与输出功率之差，确定谐振信号损耗分布，进而确定谐振频率。
在一种可能的实现方式中，外部检测装置基于功率计输出的各频点的功率，将谐振信号的插入损耗最大值的频点确定为谐振信号的谐振频率。
本发明实施例通过将谐振信号的插入损耗最大值的频点确定为谐振信号的谐振频率，可基于谐振频率与溶液浓度的预设对应关系确定待测溶液的浓度，实现溶液浓度的测量。
在一种可能的实现方式中，片上微带谐振单元包括环形微带谐振器、工字型微带谐振器或Y型微带谐振器。
在一种可能的实现方式中，片上微带谐振单元与试管的距离范围为10至100微米。
参照图3，在一种可能的实现方式中，通孔设置在矩形波导正对太赫兹芯片正面的侧壁上，且设置在片上微带谐振单元的正上方。
图4是本发明实施例提供的另一种太赫兹检测装置的截面结构示意图。参照图4：在一种可能的实现方式中，通孔还设置在在矩形波导正对太赫兹芯片背面的侧壁上，且设置在片上微带谐振单元的正下方。
本发明实施例可通过在片上微带谐振单元的正上方、正下方均设置待测溶液，提升检测结果的准确性。
图5是本发明实施例提供的太赫兹检测方法的实现流程图。参照图5：本发明实施例提供了一种太赫兹检测方法，应用于上述任一的太赫兹检测装置，其特征在于，方法包括：
在步骤501中、获取片上微带谐振单元输入端太赫兹信号在各频点的第一功率集合。
示例性的，太赫兹检测装置的输入端接收的信号为多频点的太赫兹信号。相应的，获取上述多频点的太赫兹信号在各个频点的功率，得到片上微带谐振单元输入端太赫兹信号在各频点的第一功率集合。
在步骤502中、获取片上微带谐振单元输出端谐振信号在各频点的第二功率集合。
示例性的，在步骤502之前，将盛有待测溶液的试管穿过通孔，伸入矩形波导的腔体内部，并置于片上微带谐振单元所处的谐振区域。进而，待测溶液改变谐振区域的空间电磁场，使太赫兹检测装置的输出端的谐振频率改变。
示例性的，谐振信号为片上微带谐振单元在太赫兹信号的激励下输出的受待测溶液扰动的谐振信号。
示例性的，太赫兹检测装置的输入端接收的信号为多频点的太赫兹信号，相应的，输出的谐振信号为多频点的谐振信号。
在一些实施例中，通过功率计检测谐振信号各个频点的功率，获取片上微带谐振单元输出端谐振信号在各频点的第二功率集合。
在步骤503中、基于输入的太赫兹信号各频点的第一功率集合、输出的谐振信号各频点的第二功率集合，获得各频点的插入损耗。
在一些实施例中，将各频点中第一功率集合中对应功率值与第二功率集合中对应功率值相减，获得各频点的插入损耗。
示例性的，这里插入损耗表示太赫兹信号经过太赫兹检测装置后的损耗大小。
在步骤504中、基于各频点的插入损耗，确定谐振频率。
在一种可能的实现方式中，基于各频点的插入损耗，确定谐振频率包括：基于各频点的插入损耗，获得插入损耗最大时对应频点的频率。将插入损耗最大时对应频点的频率，确定为谐振频率。
需要说明的是，太赫兹信号在片上微带谐振单元中产生谐振，功率在谐振中产生损耗。由此，插入损耗最大的频点，即对应谐振最强的频点，即谐振频率。
在步骤505中、基于谐振频率与溶液浓度的预设对应关系，确定待测溶液的浓度。
在步骤504中得到待测溶液对应的谐振频率，进而在步骤505中，基于谐振频率与溶液浓度的预设对应关系，可确定待测溶液对应的谐振频率所对应的溶液浓度，即待测溶液的浓度。
需要说明的是，基于上述太赫兹检测装置，测试多个已知浓度溶液对应的谐振频率，可以得到谐振频率与溶液浓度的预设对应关系。下面详细说明：
在一种可能的实现方式中，在基于谐振频率与溶液浓度的预设对应关系，确定待测溶液的浓度之前，还包括：
步骤一、获取多个预设待测溶液的预设浓度，并将任一预设待测溶液作为目标溶液。
步骤二、获取目标溶液对应谐振信号各频点的第二功率集合。谐振信号为片上微带谐振单元在太赫兹信号激励下输出的受目标溶液扰动的谐振信号。
步骤三、基于太赫兹信号各频点的第一功率集合、受目标溶液扰动的谐振信号各频点的第二功率集合，获得目标溶液对应的各频点的插入损耗。
步骤四、基于目标溶液对应的各频点的插入损耗，确定目标溶液对应的谐振频率。
步骤五、将任一未检测的预设待测溶液作为目标溶液，重复步骤二、步骤三和步骤四，获得谐振频率与溶液浓度的预设对应关系。
下面以一个具体实施例说明本发明提供的基于太赫兹检测装置检测溶液浓度的过程。
图6是本发明实施例提供的太赫兹检测系统的结构示意图。参照图6，太赫兹检测装置的输入端连接太赫兹功率源，输出端连接太赫兹功率计。
1、太赫兹功率计测试频率范围内每个频率点的太赫兹功率源的输出功率。太赫兹功率源具有扫频功能，可以输出包含传感器谐振频率在内的频率范围的太赫兹信号，扫描频率步长可以达到0.1MHz。太赫兹功率源的输出功率即太赫兹检测装置的输入功率，记录为Pin，单位为dBm。
2、将预配制的不同浓度的溶液分不同批次灌入试管中，测试得到太赫兹检测装置的输出功率，记录为Pout，单位为dBm。
3、对不同浓度溶液的测试参数进行数据处理，得到每种浓度溶液在每个频点的传输损耗，记录为LOSS，单位为dB，计算公式如下：
LOSS(dB)＝Pout(dBm)-Pin(dBm)。
基于得到的各浓度溶液在每个频点的传输损耗，将传输损耗的最大值对应的频率确定为该浓度溶液的谐振频率。
4、处理步骤3中得到的溶液浓度与谐振频率的数据，得到二者的线性关系。
5、测试未知浓度溶液的传感器输出功率参数，根据步骤3数据处理得到谐振频率，再根据步骤4中得到的溶液浓度与谐振频率的线性关系，可测得溶液浓度。
下面以NaCl溶液为例。图7是本发明实施例提供的不同浓度溶液的插入损耗随频率的变化示意图，其示出了不同浓度NaCl溶液的插入损耗随频率的变化。横坐标表示谐振信号的频率，单位为GHz。纵坐标表示插入损耗，单位为dB。图中5个曲线为不同浓度NaCl溶液的插入损耗随频率的变化。插入损耗的最大值对应的频率即为该浓度溶液的谐振频率。
图8是本发明实施例提供的不同溶液浓度与谐振频率的关系示意图。横坐标表示溶液浓度，纵坐标为谐振频率。图8示出了NaCl溶液浓度与谐振频率的关系。
在测试溶液浓度时，测试导入未知浓度NaCl溶液的输出功率，得到谐振频率。进而，通过谐振频率即可得到NaCl溶液浓度。
需要说明的是，当被测样品为溶液时，由于不同溶液浓度的介电常数不同、正切角不同，对谐振单元的上方和下方的空间电磁场带来不同的影响，导致谐振频率不同，可以通过不同的谐振频率测出相应的溶液浓度。由于太赫兹频段频率高，波长短，可以实现更小介电常数梯度的测试。
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)

1.一种太赫兹检测装置，其特征在于，包括：
矩形波导，以及设置于所述矩形波导的内部的太赫兹芯片；
所述太赫兹芯片的中间部位为片上微带谐振单元；所述矩形波导侧壁上与所述片上微带谐振单元对应的位置设有通孔；
在进行待测溶液的浓度检测时，盛有待测溶液的试管穿过所述通孔，伸入所述矩形波导的腔体内部，并置于所述片上微带谐振单元所处的谐振区域；所述待测溶液改变所述谐振区域的空间电磁场，使所述太赫兹检测装置的输出端的谐振频率改变；其中，谐振频率的变化量与所述待测溶液的浓度一一对应。
2.如权利要求1所述的太赫兹检测装置，其特征在于，所述太赫兹芯片还包括：连接所述片上微带谐振单元的输入微带线和输出微带线；
所述输入微带线通过所述矩形波导的输入端接收多频点的太赫兹信号；
所述片上微带谐振单元在所述太赫兹信号的激励下产生受所述待测溶液扰动的谐振信号；
所述输出微带线将所述谐振信号通过所述矩形波导的输出端输出至外部检测装置；所述外部检测装置测量所述谐振信号的谐振频率，并基于所述谐振频率与溶液浓度的预设对应关系确定所述待测溶液的浓度。
3.如权利要求1所述的太赫兹检测装置，其特征在于，所述片上微带谐振单元包括环形微带谐振器、工字型微带谐振器或Y型微带谐振器。
4.如权利要求1所述的太赫兹检测装置，其特征在于，所述通孔设置在所述矩形波导正对所述太赫兹芯片正面的侧壁上，且设置在所述片上微带谐振单元的正上方。
5.如权利要求4所述的太赫兹检测装置，其特征在于，所述通孔还设置在在所述矩形波导正对所述太赫兹芯片背面的侧壁上，且设置在所述片上微带谐振单元的正下方。
6.如权利要求2所述的太赫兹检测装置，其特征在于，所述矩形波导的输出端还连接有功率计；
所述功率计检测所述谐振信号各频点的功率，并将所述谐振信号各频点的功率输出至外部检测装置。
7.如权利要求6所述的太赫兹检测装置，其特征在于，所述外部检测装置基于所述功率计输出的各频点的功率，将所述谐振信号的插入损耗最大值的频点确定为所述谐振信号的谐振频率。
8.一种太赫兹检测方法，应用于权利要求1-7中任一所述的太赫兹检测装置，其特征在于，所述方法包括：
获取所述片上微带谐振单元输入端太赫兹信号在各频点的第一功率集合；
获取所述片上微带谐振单元输出端谐振信号在各频点的第二功率集合；
基于输入的所述太赫兹信号各频点的第一功率集合、输出的所述谐振信号各频点的第二功率集合，获得各频点的插入损耗；
基于所述各频点的插入损耗，确定谐振频率；
基于所述谐振频率与溶液浓度的预设对应关系，确定所述待测溶液的浓度。
9.如权利要求8所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述基于所述各频点的插入损耗，确定谐振频率包括：
基于所述各频点的插入损耗，获得插入损耗最大时对应频点的频率；
将所述插入损耗最大时对应频点的频率，确定为谐振频率。
10.如权利要求8所述的太赫兹检测方法，其特征在于，在基于所述谐振频率与溶液浓度的预设对应关系，确定所述待测溶液的浓度之前，还包括：
步骤一、获取多个预设待测溶液的预设浓度，并将任一预设待测溶液作为目标溶液；
步骤二、获取目标溶液对应谐振信号各频点的第二功率集合；所述谐振信号为所述片上微带谐振单元在所述太赫兹信号激励下输出的受所述目标溶液扰动的谐振信号；
步骤三、基于所述太赫兹信号各频点的第一功率集合、受目标溶液扰动的所述谐振信号各频点的第二功率集合，获得目标溶液对应的各频点的插入损耗；
步骤四、基于目标溶液对应的各频点的插入损耗，确定目标溶液对应的谐振频率；
步骤五、将任一未检测的预设待测溶液作为目标溶液，重复步骤二、步骤三和步骤四，获得谐振频率与溶液浓度的预设对应关系。
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