CN217954260U - 一种小型太赫兹样品仓测试模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型太赫兹样品仓测试模块，包括带检测口的外壳、发射组件、接收组件，以及外壳内的输入光路、输出光路；输入光路与发射组件相连；输出光路与接收组件相连；输入光路和输出光路相连且连接点设置在检测口内；发射组件和接收组件分别设置在外壳的左、右两侧，检测口设置在外壳的下侧；输入光路和输出光路通过若干抛面镜形成。本实用新型整体结构简单，各零件的相对位置固定，便于装配；采用了小模块化设计，简化主要组装部件，提高产品的可靠性，适合大批量工业化生产和应用；采用了集成化设计，光路高度集成，体积更小，更灵活便捷；采用了小型化样品仓，节约氮气和充气时间，降低测试成本，提高检测速度。

Description

一种小型太赫兹样品仓测试模块

技术领域

本实用新型涉及太赫兹时域光谱仪领域，更具体地，涉及一种小型太赫兹样品仓测试模块。

背景技术

太赫兹波是介于红外线和毫米波之间的一个特殊频段，通常频率在0.1THz到10THz (1THz＝10¹²Hz)之间。太赫兹波在电磁波谱的位置比较特殊导致其有许多独特性质，具有瞬态性、相干性、宽带性、低能性、部分材料穿透性、指纹谱等特点。

现有的太赫兹光谱主要分为太赫兹时域光谱和太赫兹频域光谱。太赫兹时域光谱技术是一种新兴的、有效的时间分辨相干探测技术，已成为重要的太赫兹技术之一。太赫兹时域光谱系统主要是基于飞秒激光器作用在非线性晶体或光电导天线产生太赫兹脉冲，利用非线性晶体的线性电光效应或光电导天线的超快光电流对产生的太赫兹脉冲进行探测，使用太赫兹时域光谱系统获得的样品的时域信号，经快速傅里叶变换之后得到样品在频域上的振幅和相位信息。太赫兹时域光谱技术在过去十几年里得到了广泛的应用，给通信、雷达、电磁武器、天文学、医学成像、无损检测、安全检查等领域带来了深远的影响。

目前的太赫兹时域光谱设备的体积大，内部安装空间充裕，因而检测系统大多具有较大的搭建空间。太赫兹样品仓检测模块作为太赫兹时域光谱设备中重要的检测装置，为了同时满足反射和透射的功能需要，导致需要占用较大的空间实现两种不同光路的布置。受限于两种光路的搭建体积，现有太赫兹样品仓检测模块所需占用的空间大，并将发射、接收、传输光路和样品都集中在一个密闭的腔室中。而在实际测量过程中，由于光路需要在气体保护的环境下进行，导致所需耗费的气体多，造成浪费。同时，由于太赫兹光谱仪的体积普遍较大，无法移动，因而导致不方便携带及运输，并使得使用场景受限；测试成本高，不利于设备和技术的推广应用。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种小型太赫兹样品仓测试模块，用于解决现有太赫兹样品仓检测模块的体积大导致使用场景受限的问题。

本实用新型采取的技术方案是，一种小型太赫兹样品仓测试模块，包括带检测口的外壳、发射组件、接收组件，以及设置在所述外壳内的输入光路、输出光路；所述输入光路与所述发射组件相连；所述输出光路与所述接收组件相连；所述输入光路和所述输出光路相连且连接点设置在所述检测口内。所述发射组件和接收组件分别设置在所述外壳的左、右两侧，所述检测口设置在所述外壳的下侧；所述输入光路和所述输出光路中包括若干抛面镜。所述发射组件用于产生并发出太赫兹波，所述接收组件用于接收太赫兹波并产生微小的电流信号；所述输入光路与输出光路相连，且集中于所述外壳内，是太赫兹波的传播路径，并在此传播过程中携带上被测样品的信息；所述外壳用于封装所述输入光路、输出光路及光路中的若干抛面镜；所述抛面镜通过镜面反射，改变所述输入光路与输出光路中太赫兹波的传播方向。

所述小型太赫兹样品仓测试模块整体结构简单，并将发射组件和输出组件排出至需要充气密封的外壳外，使得外壳的空间缩小，而采用抛物镜形成的输入光路和输出光路区别与传统的单个镜反射组件，光路的组合更灵活，各零件之间的相对位置能紧凑固定，便于装配；从而实现小模块化的设计。将现有的自由空间太赫兹时域光谱仪简化为发射组件、接收组件、内置各零件的外壳等主要组装部件，提高产品的可靠性，适合大批量工业化生产和应用；采用集成化设计，光路高度集成内置于所述外壳中，整体体积更小，使用更便捷，同时节省了充气的空间。

在本技术方案中，所述输入光路至少包括两个抛面镜的输入镜组，所述输出光路至少包括两个抛面镜的输出镜组；输入镜组和输出镜组的抛面镜的数量相同且对称设置，使得发射组件的发射端与输入光路、接收组件的接收端与输出光路对应连接。抛面镜的反射面为抛物面，如果点光源在它的焦点上，则光为镜面反射后都将与镜的主轴平行射出；反之，如果平行于主轴的光投射到镜面上，则经反射后都将会聚于它的焦点。所述输入镜组和输出镜组的数量和对称设置可以保证太赫兹波自发射组件的点光源发射后通过所述输入镜组和输出镜组的反射在接收组件处聚焦成一个光斑，且避免不对称结构对太赫兹波的传输造成影响、降低测试结果的准确性。

优选地，所述输入镜组包括第一抛面镜和第二抛面镜；所述输出镜组包括第三抛面镜和第四抛面镜；所述第一、二、三、四抛面镜的镜面垂直于同一水平面且倾斜设置；所述发射组件的发射端、接收组件的接收端、输入光路和输出光路位于所述水平面上。此结构和布局保证所述输入光路和输出光路高度集成，缩短光路长度，缩小所占体积。太赫兹波沿所述输入光路经第一抛面镜的镜面反射后形成平行光，与镜的主轴平行射出，经第二抛面镜的镜面反射使平行光到达检测口并在被测样品表面聚焦成一个光斑，被测样品反射回来的光携带着被测样品的信息到达第三抛面镜，经第三抛面镜的镜面反射后再次形成平行光，经第四抛面镜的镜面反射使平行光再次聚焦成一个光斑，沿输出光路射出。

在本技术方案中，所述外壳包括中空的盒状主体和设置在所述盒状主体的左、右两侧的安装套筒；所述安装套筒与所述盒状主体内部连通；所述发射组件和接收组件分别设置在两侧对应的安装套筒内；所述检测口设置在所述盒状主体的下端板上且贯穿下端板；所述输入光路和所述输出光路设置在所述盒状主体内；抛面镜与所述前端板和/或后端板相连。采用了集成化、模块化设计，结构更加紧凑，可极大节省空间，缩小装置的平面尺寸。结构简单，方便快速组装，同时采用盒状主体，形成包含光路的密闭空间，便于携带，可以应用于多种检测场景。

进一步地，所述抛面镜设有安装座，所述安装座的底面为密封平面；所述前端板和/或后端板为多孔安装板；所述密封平面能与所述多孔安装板配合，封闭多孔安装板上的安装孔。密封平面上有三个或以上螺孔，密封平面与多孔安装板用螺钉连接，每个抛面镜以一定的角度安装固定。这一结构使得抛面镜能快速安装到多孔安装板上，同时抛面镜与多孔安装板的连接结构与螺钉从盒状主体的外部进行配合，降低了安装难度，适用于大批量工业化生产和应用；密封平面确保盒状主体的密闭性。

进一步地，所述检测口靠近所述盒状主体的前侧；所述盒状主体的后侧设有安装框，所述安装框与所述盒状主体的后端板相连，所述安装框远离所述盒状主体的一侧设有多孔连接板。检测口的位置应对应样品仓，设置在所述盒状主体可以便于样品仓的摆放，应根据太赫兹波的传播路径和抛面镜的角度设计检测口的大小。安装框和多孔连接板的设置可以使小型太赫兹样品仓测试模块整体快速、稳定地固定在不同高度，也可以将其安装在机械臂或者其他移动测试平台上，对大件样品进行涂层厚度测试，适用于多种检测场景，灵活便捷，实用性强。

进一步地，所述发射组件为发射天线且活动设置在安装套筒内；所述接收组件为接收天线且活动设置在安装套筒内。所述发射组件连接提供飞秒激光的光纤和提供偏置电压的供电线，所述接收组件连接提供飞秒激光的光纤和用于传输微小电流信号的信号接收线。所述发射组件、接收组件可活动调节，采用螺丝孔螺钉配合固定，保证小型太赫兹样品仓测试模块的灵活性和可调节性，安装套筒起到保护、固定发射天线和接收天线的作用，提高整体的稳定性。

进一步地，所述安装套筒内均设有聚焦透镜，所述聚焦透镜分别设置在所述发射天线和输入光路之间、所述接收天线输出光路之间。所述聚焦透镜的材质主要为高分子材料或高阻硅，具有良好的太赫兹透过率，可以将发射天线产生的太赫兹波聚焦成光斑或将聚焦成光斑的太赫兹波变回平行光，根据聚焦透镜的焦距，前后移动或者旋转发射天线和接收天线，可以优化偏振角度，使得发射/接收天线在一个合适的角度发射/接收太赫兹波，达到最佳检测效果。

进一步地，所述盒状主体的下方设有透明的样品仓，所述样品仓正对所述检测口，所述输入光路和所述输出光路的连接点设置在样品仓内。太赫兹波通过检测口在样品仓处完成反射，再通过检测口进入盒状主体中。为了保证太赫兹波能到达被测样品表面且确保测试结果的准确性，样品仓必须透明无色且应该充入氮气，排除样品仓内水汽，减少太赫兹波的吸收衰减。所述样品仓为小型化样品仓，节约氮气消耗量和充气时间，降低测试成本，提高检测速度。

进一步地，所述样品仓设有调节支架。所述调节支架表面平整且设置有样品仓固定结构，可以保障检测过程中样品仓稳定固定。所述调节支架设置有升降结构，可以调节被测样品的高度，使太赫兹波能够恰好聚焦在被测样品表面，以适应多种实际检测场景的需要，增强实用性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

整体结构简单，各零件之间的位置固定灵活，满足紧凑装备，便于组合；采用小模块化设计简化了主要组装部件，提高产品的可靠性，适合大批量工业化生产和应用；采用集成化设计，光路利用抛物镜组成令整体体积更小。整体的体积缩小有助于使用更灵活便捷；设有快速固定安装结构能适用于多种使用场景；采用小型化样品仓，节约氮气消耗量和充气时间，降低测试成本，提高检测速度。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构图。

图2为本实用新型中的盒状主体和安装框的爆炸视图。

图3为本实用新型的局部爆炸视图。

图4为本实用新型中发射组件、接收组件和安装套筒的透视图。

附图标识说明：外壳1，上端板11，下端板12，检测口121，前端板13，后端板14，左端板15，发射端151，右端板16，接收端161，输入镜组17，第一抛面镜171，第二抛面镜172，输出镜组18，第三抛面镜181，第四抛面镜182，发射组件2，安装套筒21，发射天线头22，聚焦透镜23，接收组件3，安装套筒31，接收天线头32，聚焦透镜33，安装框4，多孔连接板41，样品仓5。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例中，一种小型太赫兹样品仓测试模块，包括外壳1、发射组件2、接收组件3，以及设置在外壳1内的输入光路(图未示)、输出光路(图未示)；输入光路与发射组件2相连；输出光路与接收组件3相连。发射组件2和接收组件3分别设置在外壳1 的左、右两侧。整体结构简单，各零件之间的相对位置固定，便于装配；采用小模块化设计，将现有的自由空间太赫兹时域光谱仪简化为发射组件2、接收组件3、内置各零件的外壳1 等主要组装部件，提高产品的可靠性，适合大批量工业化生产和应用；采用集成化设计，光路高度集成内置于外壳1中，整体体积更小，使用更便捷。

如图1所示，本实施例中，盒状主体的后侧设有安装框4，安装框4与盒状主体的后端板14相连，安装框4远离盒状主体的一侧设有多孔连接板41。检测口121的位置应便于样品仓5的摆放，安装框4和多孔连接板41的设置可以使小型太赫兹样品仓测试模块整体快速、稳定地固定在不同高度，也可以将其安装在机械臂或者其他移动测试平台上面对大件样品进行涂层厚度测试，适用于多种使用场景，灵活便捷。

如图2所示，本实施例中，外壳1内的输入光路和输出光路通过四个抛面镜形成。输入光路中设有输入镜组17，输出光路中设有输出镜组18；输入镜组17和输出镜组18的抛面镜的数量相同且对称设置，使得发射组件2的发射端151与输入光路、接收组件3的接收端161 与输出光路对应连接。输入镜组17包括第一抛面镜171和第二抛面镜172；输出镜组18包括第三抛面镜181和第四抛面镜182；第一、二、三、四抛面镜的镜面垂直于同一水平面且倾斜设置；发射组件2的发射端151、接收组件3的接收端161、输入光路和输出光路位于水平面上。输入镜组17和输出镜组18的结构和布局保证输入光路和输出光路高度集成，缩短光路长度，缩小所占体积。

如图3所示，本实施例中，外壳1包括中空的盒状主体和设置在盒状主体的左、右两侧的安装套筒21、31；安装套筒21、31与盒状主体内部连通；发射组件2和接收组件3分别设置在两侧对应的安装套筒21、31内；检测口121设置在盒状主体的下端板12上且贯穿下端板12；输入光路和输出光路设置在盒状主体内；抛面镜与前端板13和/或后端板14相连。采用了集成化设计，结构简单，方便快速组装，同时采用盒状主体，形成包含光路的密闭空间，便于测试。

如图2所示，本实施例中，抛面镜设有安装座，安装座的底面为密封平面；前端板13和/或后端板14为多孔安装板；密封平面能与多孔安装板配合，封闭多孔安装板上的安装孔。密封平面与多孔安装板用螺钉连接，每个抛面镜以一定的角度安装固定。这一结构使得抛面镜能快速安装到多孔安装板上，同时抛面镜与多孔安装板的连接结构与螺钉从盒状主体的外部进行配合，降低了安装难度，适用于大批量工业化生产和应用；密封平面确保盒状主体的密闭性。

如图4所示，本实施例中，发射天线活动设置在安装套筒21内；接收天线活动设置在安装套筒31内，采用螺丝孔螺钉配合固定，保证小型太赫兹样品仓测试模块的灵活性和可调节性，安装套筒21、31起到保护、固定发射天线和接收天线的作用，提高整体的稳定性。安装套筒21、31内均设有聚焦透镜23、33，聚焦透镜23设置在发射天线和输入光路之间，聚焦透镜33接收天线输出光路之间。根据聚焦透镜的焦距，前后移动或者旋转发射天线和接收天线，可以优化偏振角度，使得发射/接收天线在一个合适的角度发射/接收太赫兹波。

如图3所示，本实施例中，盒状主体的下方设有透明的样品仓5，样品仓5正对检测口 121。太赫兹波通过检测口121在样品仓5处完成反射，再通过检测口121进入盒状主体中。为了保证太赫兹波能到达被测样品表面且确保测试结果的准确性，样品仓5须透明无色且应该充入氮气，排除样品仓5内水汽。采用小型化样品仓5，节约氮气消耗量和充气时间，降低测试成本，提高检测速度。

此外，在本实施例中，样品仓5设有调节支架(图未示)，可以调节被测样品的高度，使太赫兹波聚焦在被测样品表面。发射组件2一端连接光纤与供电线，接收组件3远离外壳1的一端连接光纤和信号接收线。

实际使用过程中，发射组件2连接的光纤给发射天线提供飞秒激光，供电线给发射天线提供偏置电压，在激光器和偏置电压的作用下发射天线产生太赫兹波，太赫兹波沿输入光路经第一抛面镜171的镜面反射后形成平行光，与镜的主轴平行射出，经第二抛面镜172的镜面反射使平行光到达检测口121并在被测样品表面聚焦成一个光斑，被测样品反射回来的光携带着被测样品的信息到达第三抛面镜181，经第三抛面镜181的镜面反射后再次形成平行光，经第四抛面镜182的镜面反射使平行光再次聚焦成一个光斑，沿输出光路射出，到达接收天线上面的芯片上，接收组件3连接的光纤给接收天线提供飞秒激光，在飞秒激光和太赫兹波的作用下，芯片产生微小的电流信号，经信号接收线传给控制处理模块，控制处理模块将电流信号进行前置放大处理，再进入锁相放大器中对电流信号进行滤波放大处理，然后进入太赫兹数据采集系统，可以得到被测样品的信息，如样品的特征峰位、涂层厚度、含水量等信息。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型太赫兹样品仓测试模块，包括带检测口的外壳、发射组件、接收组件，以及设置在所述外壳内的输入光路和输出光路；所述输入光路与所述发射组件相连；所述输出光路与所述接收组件相连；所述输入光路和所述输出光路相连且连接点设置在所述检测口内；其特征在于，所述发射组件和接收组件分别设置在所述外壳的左、右两侧，所述检测口设置在所述外壳的下侧；所述输入光路和所述输出光路中包括若干抛面镜。

2.根据权利要求1所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述输入光路至少包括两个抛面镜的输入镜组，所述输出光路至少包括两个抛面镜的输出镜组；输入镜组和输出镜组的抛面镜的数量相同且对称设置。

3.根据权利要求2所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述输入镜组包括第一抛面镜和第二抛面镜；所述输出镜组包括第三抛面镜和第四抛面镜；所述第一、二、三、四抛面镜的镜面垂直于同一水平面且倾斜设置；所述发射组件的发射端、接收组件的接收端、输入光路和输出光路位于所述水平面上。

4.根据权利要求1所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述外壳包括中空的盒状主体和设置在所述盒状主体的左、右两侧的安装套筒；所述安装套筒与所述盒状主体内部连通；所述发射组件和接收组件分别设置在两侧对应的安装套筒内；所述检测口设置在所述盒状主体的下端板上且贯穿下端板；所述输入光路和所述输出光路设置在所述盒状主体内；抛面镜与所述盒状主体的前端板和/或后端板相连。

5.根据权利要求4所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述抛面镜设有安装座，所述安装座的底面为密封平面；所述前端板和/或后端板为多孔安装板；所述密封平面能与所述多孔安装板配合，封闭多孔安装板上的安装孔。

6.根据权利要求4所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述检测口靠近所述盒状主体的前侧；所述盒状主体的后侧设有安装框，所述安装框与所述盒状主体的后端板相连，所述安装框远离所述盒状主体的一侧设有多孔连接板。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述发射组件为发射天线且活动设置在安装套筒内；所述接收组件为接收天线且活动设置在安装套筒内。

8.根据权利要求7所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述安装套筒内均设有聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述发射天线和输入光路之间和/或所述接收天线输出光路之间。

9.根据权利要求4-6任一项所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述盒状主体的下方设有透明的样品仓，所述样品仓正对所述检测口，所述输入光路和所述输出光路的连接点设置在样品仓内。

10.根据权利要求9所述的一种小型太赫兹样品仓测试模块，其特征在于，所述样品仓设有调节支架。

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