[發明專利]一種太赫茲連續波掃描成像系統及方法

有效

• 申請號: 201711298227.9
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108267462B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張延波;常天英;張獻生;徐文青;劉陵玉;崔洪亮
• 申請（專利權）人: 山東省科學院自動化研究所
• 主分類號: G01N23/02
• 分類號: G01N23/02;G01N21/84
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種太赫茲連續波掃描成像系統，其特征是，包括矢量網絡分析儀，所述矢量網絡分析儀分別連接至擴頻模塊、掃描臺及上位機，所述掃描臺還連接至上位機；

所述擴頻模塊放置在升降臺上，所述升降臺用于調節擴頻模塊距離測試樣品的水平、垂直位置；

所述掃描臺上固定有測試樣品，由掃描臺驅動實現測試樣品二維平面內連續運動；在測試樣品掃描過程中，每掃過一個設定的步距，掃描臺輸出一個電平脈沖信號，該脈沖信號傳輸到矢量網絡分析儀的觸發信號輸入端口；

所述上位機通過配置測試樣品掃描參數、發送掃描指令、控制掃描臺的運動；所述上位機完成矢量網絡分析儀的參數設置、S參數的讀取及測試樣品掃描成像顯示；

所述上位機對接收的數據進行處理，具體步驟：

步驟(1)：上位機將接收S11數據保存為字符串；

步驟(2)：在字符串中從首字符位置查找分隔符”,”，記錄第一個分隔符在字符串中位置存儲在數組Pose[0]中，記錄第二個分隔符在字符串中位置存儲在數組Pose[1]中，依次查找，記錄第i+1個分隔符位置存儲在數組Pose[i]中，直至查找到字符串結束符，查找結束；

步驟(3)：根據首字符位置和字符長度截取每個頻點的S11幅值；

步驟(4)：計算每個S11對應的頻率F_k，公式為：

其中，F_s為起始頻率、F_t為終止頻率、F_n為頻率點數；步驟(5)：繪制S11頻譜曲線；

步驟(6)：將F_k、S11以二進制格式保存到N.bin文件中，所述N為文件序號，和掃描點數一一對應，N初始化數值為1，根據掃描進度依次遞增；

掃描結束，對比測試樣品缺陷在不同頻段下灰度圖像，確定圖像分辨率最高的頻率數值，具體步驟為：

步驟(1)：讀取全部掃描數據文件N.bin文件，N＝1,2……，將相同頻率F_k的S11提取出來按行重新組合保存到新文件F_k-N.bin文件中，K＝1,2,…Fn，控制文件中每行數據個數RN與樣品行掃描點數一致，所述數據個數，其中，L為樣品長度、s為掃描步距；

步驟(2)：讀取F_k-N.bin文件中偶數行數據，進行數據重排，重排規則為：以中間的數據點為對稱軸，左右兩側數據互相交換，交換后覆蓋原行數據；

步驟(3)：讀取數據重排后F_k-N.bin文件中的S11幅值；

步驟(4)：為提高圖像對比度，將S11幅值轉換為灰度級數據時進行拉伸處理，拉伸公式為：

式中，G₂是拉伸后灰度值、G₁是拉伸的灰度等級、S11_k是第K個S11幅值、S11_min是S11幅值最小值、S11_max是S11幅值最大值；

步驟(5)：繪制灰度圖像，保存為位圖；

步驟(6)：對比測試樣品缺陷在不同頻段下灰度圖像效果，確定圖像分辨率最高的頻率數值。

2.如權利要求1所述的一種太赫茲連續波掃描成像系統，其特征是，所述矢量網絡分析儀提供射頻信號源和本振信號源，包含至少兩個信號輸出端口、一個參考信號接收機端口、一個測量信號接收機端口、一個觸發信號輸入端口；

所述擴頻模塊將矢量網絡分析儀提供的射頻信號進行功放、倍頻處理，倍頻到太赫茲波段，并通過收發共用喇叭天線發射至測試樣品，收發共用喇叭天線接收測試樣品反射回來的太赫茲波回波信號；

所述擴頻模塊將部分太赫茲源信號與本振信號進行混頻后獲取中頻信號作為參考信號輸出至微波矢量網絡分析儀參考中頻接收機端；

所述擴頻模塊將接收的回波信號與本振信號進行混頻后獲取中頻信號作為測量信號傳輸至微波矢量網絡分析儀測量信號接收機端口；

矢量網絡分析儀將測量信號與參考信號對比后測得S參數。