CN207798672U - 多频太赫兹检测装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多频太赫兹检测装置和系统。该装置包括：用于发射不同频率的太赫兹波、出光端口设置有准直透镜的多频太赫兹发射装置；设置于多频太赫兹发射装置的太赫兹波发射路径上、用于反射太赫兹波至被测物品以对被测物品进行扫描的扫描装置；设置于被测物品的透射光路方向上的成像装置；设置于被测物品至成像装置的传输光路方向上、用于可疑物品检测时将被测物品透射的不同频率的太赫兹波反射至功率检测模块的反射装置；设置于被测物品透射的不同频率的太赫兹波的反射光路方向上的功率检测装置。通过上述多频太赫兹检测装置，无需对被测物品进行拆封处理，实现了对被测物品的无损检测。

Description

多频太赫兹检测装置和系统

技术领域

本实用新型涉及安检技术领域，特别是涉及一种多频太赫兹检测装置和系统。

背景技术

安检系统广泛应用于各客运场所、商场以及物流行业等，通过安检系统检测人们随身携带的行李物品或者快递包裹的安全性，成为保证良好的社会治安的重要手段。

目前使用的安检手段是基于传统的X射线成像技术，利用X射线穿透包装对包裹内的违禁物进行成像，当从所成图像中发现疑似违禁物时，对被检包裹进行拆封并进行人为检测。也即，利用传统的安检手段无法对疑似违禁物的物质成分进行无损识别。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的安检手段无法对疑似违禁物的物质成分进行无损识别的问题，提供一种多频太赫兹检测装置和系统。

一种多频太赫兹检测装置，包括：

用于发射不同频率的太赫兹波、出光端口设置有准直透镜的多频太赫兹发射装置；

设置于所述多频太赫兹发射装置的太赫兹波发射路径上、用于反射所述太赫兹波至被测物品以对所述被测物品进行扫描的扫描装置；

设置于所述被测物品的透射光路方向上的成像装置；

设置于所述被测物品至所述成像装置的传输光路方向上、用于可疑物品检测时将所述被测物品透射的不同频率的太赫兹波反射至功率检测模块的反射装置；

设置于所述被测物品透射的不同频率的太赫兹波的反射光路方向上的功率检测装置。

在其中一个实施例中，所述反射装置包括可调反射镜以及驱动所述可调反射镜以调整所述可调反射镜的反射角度的第一驱动装置。

在其中一个实施例中，所述扫描装置包括相互垂直设置的第一振镜和第二振镜，

所述第一振镜设置于所述多频太赫兹发射装置的太赫兹波发射路径上，用于将所述太赫兹波反射至所述第二振镜；

所述第二振镜设置于所述第一振镜反射的太赫兹波传输路径上，用于将所述第一振镜反射的太赫兹波反射至被测物品。

在其中一个实施例中，所述第一振镜包括第一扫描反射镜，以及驱动所述第一扫描反射镜以调整所述第一扫描反射镜的位置和反射角度的第二驱动装置；所述第二振镜包括第二扫描反射镜，以及驱动所述第二扫描反射镜以调整所述第二扫描反射镜的位置和反射角度的第三驱动装置。

在其中一个实施例中，所述多频太赫兹发射装置包括至少两种不同频率的太赫兹量子级联激光器。

在其中一个实施例中，还包括设置于所述被测物品透射的不同频率的太赫兹波的反射光路方向上、以及所述功率检测装置接收面方向上的汇聚透镜。

在其中一个实施例中，还包括设置于所述被测物品至所述成像装置的传输光路上的衰减镜。

在其中一个实施例中，还包括设置于所述衰减镜至所述成像装置的传输光路上的成像透镜。

在其中一个实施例中，所述成像装置为太赫兹焦平面二维成像面阵。

一种多频太赫兹检测系统，包括任一项实施例所述的多频太赫兹检测装置，以及与所述多频太赫兹检测装置连接的计算机设备。

上述多频太赫兹检测装置和系统，利用太赫兹波扫描被测物品，基于太赫兹成像原理对被测物品进行成像，在进行可疑物品检测时，对被测物品透射的不同频率的太赫兹波的功率进行检测，根据检测到的功率即可实现对可疑物品的有效检测及识别。基于上述太赫兹检测手段，太赫兹波既能穿透包裹表面对内部物品进行扫描成像，又能在检测到可疑物品时，对可疑物品的物质特性进行检测，而无需对被测物品进行拆封处理，实现了对被测物品的无损检测。

附图说明

图1为一实施例中多频太赫兹检测装置的结构示意图；

图2为一实施例中QCL集成控制结构的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

在一实施例中，提供一种多频太赫兹检测装置，如图1所示，该装置包括：多频太赫兹发射装置1、扫描装置3、成像装置7、反射装置7和功率检测装置9。

多频太赫兹发射装置1中包括多个太赫兹波发射器件，各太赫兹波发射器件发射出不同频率的太赫兹波。具体参照图2，多频太赫兹发射装置1中并排排列有多个太赫兹波发射器，且在出光端口设置有准直透镜14，通过准直透镜14将太赫兹波发射器发出的散射光束变成平行光束后输出，以减少光损耗。具体地，准直透镜为黑硅透镜，直径为50.8mm。

在进行物品成像过程中，仅需要多频太赫兹发射装置1中一个太赫兹波发射器工作，具体可根据被测物品的外包装材料，选取对外包装材料透射率最大的频率的太赫兹波对应的发射器，基于该频率的太赫兹波进行成像。在成像后确认了可疑物品位置后，则需要多个太赫兹波发射器工作以发射不同频率的太赫兹波，基于可疑物品对不同频率的太赫兹波的吸收特性，实现对可疑物品成分的检测。

扫描装置3设置于多频太赫兹发射装置1的太赫兹波发射路径上，用于反射太赫兹波至被测物品10以对被测物品进行扫描，使经扫描装置反射的太赫兹波可覆盖被测物品的整体区域，确保成像的完整性。在本实施例中，被测物体到达指定位置后，即可保持位置不变，而由扫描装置3调整扫描范围即可，相比于传统的对被测物品进行机械扫描的方式，降低了物品传送机构的结构复杂性。

成像装置7设置于被测物品的透射光路方向上，太赫兹波经被测物品透射之后，由成像装置7接收，成像装置7对所接收的太赫兹波进行处理，将太赫兹波转换为对应的光谱数据，以便计算机设备根据光谱数据得到被测物体的图像数据，完成物品成像。

具体地，成像装置7为太赫兹焦平面二维成像面阵。太赫兹焦平面二维成像面阵是具有二维像素分布的太赫兹信号接收装置，通过对接收的太赫兹信号进行处理，将其转换为对应的光谱数据。并且，太赫兹焦平面二维成像面阵无需制冷即可工作，进一步提高了多频太赫兹检测装置的性能。在一具体实施例中，可将太赫兹焦平面二维成像面阵的像素点设置为320x240或以上，以提高成像精确性。

反射装置4设置于被测物品至成像装置的传输光路方向上、用于可疑物品检测时将被测物品透射的不同频率的太赫兹波反射至功率检测模块9。具体地，在进行物品成像时，调整反射装置4的反射角度，以确保被测物品透射的太赫兹波能够全部传输至成像装置7，被成像装置7接收；在进行可疑物品检测时，则再次调整反射装置4的反射角度，所调整的反射角度需确保此时被测物品透射的太赫兹波能够全部反射至功率检测装置9。也即，反射装置4的作用在于改变被测物品透射的太赫兹波的传输光路，使得被测物品透射的太赫兹波能够达到不同的接收装置。

功率检测装置9设置于被测物品透射的不同频率的太赫兹波的反射光路方向上。功率检测装置9的作用在于对被测物品透射的不同频率的太赫兹波分别进行功率检测，以便后续根据不同频率的太赫兹波的功率损耗程度，对可疑物品的成分进行分析。具体地，功率检测装置9只要不设置在被测物品传送机构与成像装置7中间即可。具体地，功率检测装置9可以为量热功率检测装置。

上述多频太赫兹检测装置、系统及其方法，利用太赫兹波扫描被测物品，基于太赫兹成像原理对被测物品进行成像，在进行可疑物品检测时，对被测物品透射的不同频率的太赫兹波的功率进行检测，进而根据功率获得可疑物品的吸收频谱，并基于可疑物品对太赫兹波的吸收特性，实现对可疑物品的有效检测及识别。基于上述太赫兹检测手段，太赫兹波既能穿透包裹表面对内部物品进行扫描成像，又能在检测到可疑物品时，对可疑物品的物质特性进行检测，而无需对被测物品进行拆封处理，实现了对被测物品的无损检测。

进一步地，继续参照图1，反射装置4包括可调反射镜以及驱动可调反射镜以调整可调反射镜的反射角度的第一驱动装置(图中未示出)。在进行物品成像时，第一驱动装置用于驱动可调反射镜以调整其反射角度，确保被测物品透射的太赫兹波能够全部传输至成像装置7，被成像装置7接收；在进行可疑物品检测时，第一驱动装置驱动可调反射镜以调整其反射角度，所调整的反射角度确保此时被测物品透射的太赫兹波能够全部反射至功率检测装置9。

继续参照图1，扫描装置3包括相互垂直设置的第一振镜3A和第二振镜3B，第一振镜3A设置于多频太赫兹发射装置1的太赫兹波发射路径上，用于将太赫兹波反射至第二振镜3B。第二振镜3B设置于第一振镜3A反射的太赫兹波传输路径上，用于将第一振镜3A反射的太赫兹波反射至被测物品10。

进一步地，第一振镜3A包括第一扫描反射镜，以及驱动第一扫描反射镜以调整第一扫描反射镜的位置和反射角度的第二驱动装置。第二振镜3B包括第二扫描反射镜，以及驱动第二扫描反射镜以调整第二扫描反射镜的位置和反射角度的第三驱动装置。

具体地，第一扫描反射镜和第二扫描反射镜均镀铝反射镜或镀金反射镜，以提高太赫兹波的反射率。进一步地，距多频太赫兹发射装置1较近的振镜，也即如图1所示的第一振镜3A，其振动频率可设置在50Hz以内，距多频太赫兹发射装置1较远的振镜，也即如图1所示的第二振镜3B，振动频率为第一振镜3A的X.25或X.75倍，其中，X为2-6之间的整数，两者的波形均为三角波。此外，每个扫描振镜的厚度尺寸可以设置在1mm以内，以降低振镜的重量，减轻扫描装置的负载承重。

通过由第一振镜3A和第二振镜3B组成的二维光束扫描装置，将单束的光束在成像装置平面上快速进行扫描，扫描速度远快于成像装置的反应时间，使得对于成像装置而言，在一次成像时间内可认为光束平均分布于整个成像时长内，提高了成像效率。并且，通过这种时域平均的方法，每个时刻太赫兹波束均以平行光束的形式透射过行李，避免了使用聚焦式探测的纵向探测能力不足的缺点。

通过扫描反射镜的电扫描方式，而不是被测物品的机械运动扫描方式，不仅能大大加快扫描速度，而且行李可以停留在常规流水线传送带结构上，因而适合流水线行李输送装置。同时，可以通过调整扫描反射镜至行李的竖直方向距离从而在不改变扫描角度的情况下增大扫描区域，因而可以通过扫描装置驱动以快速覆盖常规行李的横向长宽尺寸，提升成像效果。

在一具体实施例中，多频太赫兹发射装置1包括至少两种不同频率的太赫兹量子级联激光器。

QCL(quantum cascade lasers,量子级联激光器)是基于电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁和声子辅助共振隧穿原理的新型单极半导体器件。在本实施例中，采用多个不同频率的太赫兹量子级联激光器，从而可覆盖多数违禁品在太赫兹波段的吸收范围，实现多数违禁品的检测。并且，QCL辐射源的功率通常可以达到W量级，可作为主动辐射源对于非金属的物体进行探测，降低了对于成像装置的信噪比需求。

具体地，多频太赫兹发射装置1由多个基于AlGaAs/GaAs的量子级联结构的QCL集成构成，每个QCL的中心频率在0.1THz-10THz范围内，每个QCL具有±200GHz的中心频率调谐能力，每个QCL的线宽在1MHz，每个QCL的工作温度可以在150K左右。具体地，QCL的数量为10个或10个以上，中心频率在1.5THz-10THz之间均匀分布。

如图2所示，为多频太赫兹发射装置1中的QCL集成控制结构，多个不同频段的太赫兹QCL在其焦平面处形成水平方向的一维线列16，每个QCL的出光均指向准直透镜14中心，每个QCL的安装和调试通过承载的底座15实现，内置的控制电路板17通过四条引线与QCL驱动电源2相连。四条引线分别是位于导线结构18中的模拟驱动电流或电压信号线和模拟驱动地线、位于导线结构19中的数字信号线与数字地线。具体地，QCL集成控制结构可设置为一的小型制冷机，以便为各QCL工作提供低温工作环境。

进一步地，多频太赫兹发射装置1还包括外置于QCL集成控制结构的QCL驱动电源2，通过两组接口共四条引线提供QCL的驱动信号以及不同QCL之间的切换控制信号，四条引线分别是位于导线结构12中的模拟驱动电流或电压信号线和模拟驱动地线、位于导线结构13中的数字信号线与数字地线，实际上，导线结构12为导线结构18外置于QCL集成控制结构的部分，导线结构13为导线结构19外置于QCL集成控制结构的部分。其中，切换控制信号为数字信号，用于决定哪一个QCL获得驱动电流进行工作。

在一具体实施例中，可以通过直接电流驱动或改变负载两端电压对QCL进行供电驱动，两者的本质均是改变流过QCL的电流，具体地，驱动电压最大值为30V，驱动电流最大值为1A。在另一具体实施例中，可以通过方波脉冲或连续供电方式提供驱动。具体的，在脉冲驱动时，驱动电信号的重复频率可为20kHz以上，占空比在20％以内。此外，两组接口输出可以是SMA公头接口线，且模拟驱动信号的地与数字控制信号的地互相隔离，以降低相关噪声和串扰。

通过QCL驱动电源2控制并驱动QCL工作，任一QCL均可通过QCL驱动电源2调整驱动电流的方式进行频率调谐，从而使得各QCL可发射出不同频率的太赫兹波。在驱动电流增加的情况下，QCL的频率会上升，且功率也会增加，在门限后均呈现线性关系。因此，可预先根据每个QCL的频段和调谐量，计算相应的功率校正系数，以减少在进行频率调谐过程中，由于输出功率的不一致而造成吸收频谱的误差，进而影响对可疑物品的物质成分分析的准确性。此外，QCL的频率调谐分辨率可以达到1GHz以内，具有相当高的频谱分辨率，进一步能提高可疑物品的物质成分分析的准确性。

进一步地，继续参照图1，多频太赫兹检测装置还包括设置于被测物品透射的不同频率的太赫兹波的反射光路方向上、以及功率检测装置9接收面方向上的汇聚透镜8。汇聚透镜8用于使反射装置4反射的太赫兹波汇聚后传输至功率检测装置9。具体地，汇聚透镜8是由对1.5THz-10THz的太赫兹波吸收较小的材料加工形成的球面透镜，具体可以是直径至少为400mm的凸透镜。

进一步地，多频太赫兹检测装置还包括设置于被测物品至成像装置的传输光路上的衰减镜5。通过衰减镜5对透射过被测物品的太赫兹波进行吸收，以提供必要的衰减，避免在汇聚入射至成像装置7时，由于功率过大导致饱和或是造成成像装置7的损坏。具体的，衰减镜5的衰减系数范围为3-10dB，具体可根据被测物品的厚度进行设置。衰减镜5还可选择介质吸收型或极化栅格型。在一具体实施例中，可设置多档不同衰减系数的衰减片，根据需求选择合适的衰减系数进行使用。

进一步地，多频太赫兹检测装置还包括设置于衰减镜5至成像装置的传输光路上的成像透镜6，通过成像透镜6将被测物品的透射光汇聚至成像装置7进行成像。具体地，还包括与成像透镜6连接的调焦装置，通过调焦装置对成像透镜6的焦距进行机械调焦或电控调焦，以应对不同厚度的行包的内部检测需求。

通过上述多频太赫兹检测装置，利用太赫兹波扫描被测物品，基于太赫兹成像原理对被测物品进行成像，在进行可疑物品检测时，对被测物品透射的不同频率的太赫兹波的功率进行检测，根据检测到的功率即可实现对可疑物品的有效检测及识别。基于上述太赫兹检测手段，太赫兹波既能穿透包裹表面对内部物品进行扫描成像，又能在检测到可疑物品时，对可疑物品的物质特性进行检测，而无需对被测物品进行拆封处理，实现了对被测物品的无损检测。

在另一实施例中，还提供一种多频太赫兹检测系统，该系统包括任一项实施例的多频太赫兹检测装置，以及与多频太赫兹检测装置连接的计算机设备。

计算机设备用于对多频太赫兹检测装置中所有装置进行控制，并接收成像装置发送的光谱数据，将光谱数据转换为对应的图像数据，接收功率检测装置发送的功率数据，并基于功率数据建立吸收频谱，以对可疑物品进行物质成分的分析。

进一步地，还包括与计算机设备连接的位置测量传感器，位置测量传感器用于对被测物品的位置进行检测，在被测物品到达固定的成像位置时，发送到达信息至计算机设备，以便计算机设备控制多频太赫兹检测装置进行检测。具体地，位置测量传感器可以为光栅尺、位置编码器、限位开关中的一种。

下面以一具体实施例对多频太赫兹检测系统的工作过程进行说明：当被测物品到达固定的成像位置时，多频太赫兹发射装置1发射一种频率的太赫兹波，同时反射装置4的第一驱动装置驱动可调反射镜调整反射角度，以便使太赫兹波透射过被测物品后到达成像装置7，第二驱动装置和第三驱动装置分别根据驱动信号调整第一扫描反射镜的位置和反射角度、第二扫描反射镜的位置和反射角度，使得多频太赫兹发射装置发射的太赫兹波经第一扫描反射镜和第二扫描反射镜反射后，对被测物品进行扫描，透射过被测物品的太赫兹波经衰减镜5衰减后，由成像透镜6聚焦至成像装置7进行成像，基于所获得的成像图像即可得到可疑物品的位置信息，此时使多频太赫兹发射装置1发射多种不同频率的太赫兹波，同时根据位置信息调整第二驱动装置和第三驱动装置的驱动信号，使得多频太赫兹发射装置1发射的太赫兹波对准可疑物品，并且调整可调反射镜的反射角度，使得透射过可疑物品的太赫兹波经可调反射镜反射至汇聚透镜8，由汇聚透镜8将太赫兹波汇聚至功率检测装置9进行功率检测，计算机设备基于所测的功率得到该可疑物品的吸收频谱，实现对可疑物品成分的检测及识别。整个检测过程无需对被测物品进行拆封处理，实现了对被测物品的无损检测。

以上所述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。

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

Claims (10)

1.一种多频太赫兹检测装置，其特征在于，包括：

用于发射不同频率的太赫兹波、出光端口设置有准直透镜的多频太赫兹发射装置；

设置于所述多频太赫兹发射装置的太赫兹波发射路径上、用于反射所述太赫兹波至被测物品以对所述被测物品进行扫描的扫描装置；

设置于所述被测物品的透射光路方向上的成像装置；

设置于所述被测物品至所述成像装置的传输光路方向上、用于可疑物品检测时将所述被测物品透射的不同频率的太赫兹波反射至功率检测模块的反射装置；

设置于所述被测物品透射的不同频率的太赫兹波的反射光路方向上的功率检测装置。

2.根据权利要求1所述的多频太赫兹检测装置，其特征在于，所述反射装置包括可调反射镜以及驱动所述可调反射镜以调整所述可调反射镜的反射角度的第一驱动装置。

3.根据权利要求1所述的多频太赫兹检测装置，其特征在于，所述扫描装置包括相互垂直设置的第一振镜和第二振镜，

所述第一振镜设置于所述多频太赫兹发射装置的太赫兹波发射路径上，用于将所述太赫兹波反射至所述第二振镜；

所述第二振镜设置于所述第一振镜反射的太赫兹波传输路径上，用于将所述第一振镜反射的太赫兹波反射至被测物品。

4.根据权利要求3所述的多频太赫兹检测装置，其特征在于，所述第一振镜包括第一扫描反射镜，以及驱动所述第一扫描反射镜以调整所述第一扫描反射镜的位置和反射角度的第二驱动装置；所述第二振镜包括第二扫描反射镜，以及驱动所述第二扫描反射镜以调整所述第二扫描反射镜的位置和反射角度的第三驱动装置。

5.根据权利要求1所述的多频太赫兹检测装置，其特征在于，所述多频太赫兹发射装置包括至少两种不同频率的太赫兹量子级联激光器。

6.根据权利要求1所述的多频太赫兹检测装置，其特征在于，还包括设置于所述被测物品透射的不同频率的太赫兹波的反射光路方向上、以及所述功率检测装置接收面方向上的汇聚透镜。

7.根据权利要求1所述的多频太赫兹检测装置，其特征在于，还包括设置于所述被测物品至所述成像装置的传输光路上的衰减镜。

8.根据权利要求7所述的多频太赫兹检测装置，其特征在于，还包括设置于所述衰减镜至所述成像装置的传输光路上的成像透镜。

9.根据权利要求1所述的多频太赫兹检测装置，其特征在于，所述成像装置为太赫兹焦平面二维成像面阵。

10.一种多频太赫兹检测系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的多频太赫兹检测装置，以及与所述多频太赫兹检测装置连接的计算机设备。