一種太赫茲波檢測系統(tǒng)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于食品檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種太赫茲波檢測系統(tǒng)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的儲(chǔ)糧主要為小麥、稻谷和玉米等谷物，由于這些谷物都有固定標(biāo)準(zhǔn)的儲(chǔ)存時(shí)間，在超出儲(chǔ)存時(shí)間后，谷物的品質(zhì)、口感均是陳述變化。其中，特別是稻谷，由于儲(chǔ)存期只有一年，很容易超出標(biāo)準(zhǔn)超出時(shí)間。因此，有必要及時(shí)準(zhǔn)確地了解儲(chǔ)藏谷物品質(zhì)變化，及時(shí)對品質(zhì)發(fā)生變化或即將發(fā)生變化的儲(chǔ)藏稻谷進(jìn)行處理。
[0003]對谷物品質(zhì)的鑒別，采用生化檢測方法進(jìn)行鑒別并不準(zhǔn)確，這主要生化檢測方法鑒別是的谷物的成分，而谷物的成分與谷物品質(zhì)兩者差別較多，品質(zhì)改變不代表成分上的變化。因此，生化檢測方法不能滿足谷物品質(zhì)的精準(zhǔn)檢測需要。目前，對谷物品質(zhì)的變化仍然多采用人工判斷的方法，判斷結(jié)果受主觀因素和經(jīng)驗(yàn)影響大，因而與實(shí)際情況偏差較大。
[0004]由于受現(xiàn)有鑒別技術(shù)的限制，不法商販很容易選擇容易超出一年儲(chǔ)藏期限的稻谷(大米)通過拋光技術(shù)后，往往能作為新米在市場上銷售，以次充好，從中牟取暴利。
[0005]因此，研發(fā)適合谷物，尤其是稻谷品質(zhì)檢測的新技術(shù)、裝置，準(zhǔn)確檢測出大米新陳度，對于規(guī)范市場秩序，打擊不法商販以次充好，維護(hù)糧食安全和群眾身體健康具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種太赫茲波檢測系統(tǒng)及其應(yīng)用，旨在利用太赫茲波檢測技術(shù)，解決現(xiàn)有谷物，尤其是稻米檢測技術(shù)精度不夠，導(dǎo)致谷物質(zhì)量監(jiān)控出現(xiàn)漏洞的問題。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種太赫茲波檢測系統(tǒng)，包括分光模塊、延時(shí)模塊、發(fā)射模塊以及接收模塊，其中，
[0008]分光模塊，用于將輸入的飛秒激光束分解為栗浦光和探測光；
[0009]延時(shí)模塊，用于接收所述探測光并對該探測光進(jìn)行延時(shí)輸出，以確保探測光和由栗浦光產(chǎn)生的太赫茲光在到達(dá)接收模塊時(shí)的相位一致；
[0010]發(fā)射模塊，用于將分光模塊輸出的栗浦光轉(zhuǎn)換為太赫茲波，在太赫茲光經(jīng)過樣品后射入到接收模塊中，且在測量噪聲時(shí)阻塞太赫茲波；
[0011]接收模塊，用于將經(jīng)過樣品后的太赫茲光與延時(shí)模塊射出的探測光共線整合傳輸，再進(jìn)行電光聚焦后檢測THz波束電場的極化變化，并將該電場進(jìn)行鎖相放大。
[0012]優(yōu)選地，所述太赫茲波檢測系統(tǒng)還包括處理模塊以及顯示模塊；其中，處理模塊，用于對所述接收模塊鎖相放大的THz波束電場轉(zhuǎn)換為太赫茲波形；顯示模塊，用于將處理模塊轉(zhuǎn)換的太赫茲波形在屏幕上進(jìn)行顯示。
[0013]優(yōu)選地，所述太赫茲波檢測系統(tǒng)還包括第一導(dǎo)光模塊、第二導(dǎo)光模塊、第三導(dǎo)光模塊以及第四導(dǎo)光模塊；其中，
[0014]所述第一導(dǎo)光模塊，用于將系統(tǒng)外部射入的飛秒激光束導(dǎo)入所述分光模塊中；
[0015]所述第二導(dǎo)光模塊，用于將分光模塊射出的栗浦光導(dǎo)入到發(fā)射模塊中；
[0016]所述第三導(dǎo)光模塊，用于將所述延時(shí)模塊射出的探測光導(dǎo)入到接收模塊中；
[0017]所述第四導(dǎo)光模塊，用于將所述發(fā)射模塊射出的太赫茲波導(dǎo)入到接收模塊中。
[0018]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)光模塊包括第一光路校準(zhǔn)器、第二光路校準(zhǔn)器、第三光路校準(zhǔn)器、第一轉(zhuǎn)向鏡和第二轉(zhuǎn)向鏡；其中，外部飛秒激光束分別經(jīng)第一光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)、第一轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向、第二光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)、第三光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)以及第二轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向后，射入分光模塊；
[0019]所述第二導(dǎo)光模塊包括第四光路校準(zhǔn)器、第五光路校準(zhǔn)器以及第三轉(zhuǎn)向鏡；所述分光模塊射出的栗浦光經(jīng)第四光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)、第三轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向以及第五光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)后，射入發(fā)射模塊；
[0020]所述第三導(dǎo)光模塊包括第四轉(zhuǎn)向鏡、第五轉(zhuǎn)向鏡、第六光路校準(zhǔn)器、第七光路校準(zhǔn)器；其中，所述延時(shí)模塊射出的探測光經(jīng)第四轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向、第六光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)、第五轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向、第七光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)后，射入接收模塊；
[0021 ] 所述第四導(dǎo)光模塊包括第一太赫茲轉(zhuǎn)向鏡和第二太赫茲轉(zhuǎn)向鏡，所述發(fā)射模塊射出的太赫茲波經(jīng)過第一太赫茲轉(zhuǎn)向鏡、第二太赫茲轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向后射入接收模塊，在第一太赫茲轉(zhuǎn)向鏡和第二太赫茲轉(zhuǎn)向鏡之間的太赫茲波傳輸線路上設(shè)有用于放置樣品的樣品放置區(qū)。
[0022]優(yōu)選地，所述分光模塊包括半波片、偏振分束器，其中，所述飛秒激光束經(jīng)第一導(dǎo)光模塊導(dǎo)入后，射入半波片中，通過控制半波片的旋轉(zhuǎn)角度對確定栗浦光和探測光的功率比例，然后再射入偏振分束器，將激光束分為栗浦光和探測光；
[0023]所述延時(shí)模塊包括第一四分之一波片、反射器、反射鏡以及鰭狀鏡；其中，所述分光模塊的偏振分束器射出的探測光依次射入第一四分之一波片、反射器以及反射鏡，探測光經(jīng)反射鏡反射，反射的探測光依次射入反射器、第一四分之一波片、偏振分束器后，偏振分束器再將探測光折射到鰭狀鏡中，所述鰭狀鏡將探測光折射到接收模塊中。
[0024]優(yōu)選地，所述延時(shí)模塊還包括第六轉(zhuǎn)向鏡、第七轉(zhuǎn)向鏡、第八轉(zhuǎn)向鏡、第八光路校準(zhǔn)器以及第九光路校準(zhǔn)器；其中，當(dāng)樣品區(qū)域的太赫茲光程超過350毫米時(shí)，所述鰭狀鏡折疊，折射到鰭狀鏡中的探測光經(jīng)第八光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)、第六轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向、第七轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向、第九光路校準(zhǔn)器校準(zhǔn)、第八轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向后，重新射入鰭狀鏡中，鰭狀鏡將再次接收的探測光折射到接收模塊中。
[0025]優(yōu)選地，所述發(fā)射模塊包括用于產(chǎn)生太赫茲的發(fā)射器、第九轉(zhuǎn)向鏡、第十轉(zhuǎn)向鏡、第一透鏡、第二透鏡以及用于在測量噪聲時(shí)阻塞太赫茲波的太赫茲波噪聲開關(guān)；其中，所述栗浦光經(jīng)第二導(dǎo)光模塊導(dǎo)入后，經(jīng)第九轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向、第十轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向、第一透鏡聚焦后射入發(fā)射器，所述發(fā)射器將栗浦光轉(zhuǎn)換為太赫茲波后經(jīng)第二透鏡聚焦后射出，在該太赫茲波射出方向上設(shè)有太赫茲波噪聲開關(guān)。
[0026]優(yōu)選地，所述接收模塊包括:第三透鏡、第四透鏡、第十一轉(zhuǎn)向鏡、納米銦錫、電光晶體THz檢測器、第二四分之一波片、沃爾什棱鏡、平衡檢測器；其中，
[0027]探測光經(jīng)第三導(dǎo)光模塊導(dǎo)入后，經(jīng)第三透鏡聚焦、第十一轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)向后，射入到納米銦錫上；
[0028]太赫茲波經(jīng)第四導(dǎo)光模塊導(dǎo)入后，經(jīng)第四透鏡聚焦后，射入到納米銦錫上；
[0029]所述納米銦錫將接收到的探測光、太赫茲波進(jìn)行整合為共線波束傳輸，所述共線波束依次射入電光晶體THz檢測器、第二四分之一波片、沃爾什棱鏡以及平衡檢測器后，由平衡檢測器探測共線波束在電光晶體THz檢測器中變化的電場。
[0030]本發(fā)明進(jìn)一步提供了上述太赫茲波檢測系統(tǒng)在谷物新陳度檢測方面的應(yīng)用。
[0031]近年來出現(xiàn)了多種太赫茲光譜分析技術(shù)，其中，以太赫茲時(shí)域光譜分析技術(shù)(THz-TDS)的應(yīng)用最為成熟。與傳統(tǒng)的分析方法相比，THz-TDS能夠給出被測樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)及生化變化過程的整體信息，由多個(gè)光學(xué)參量(特征譜、吸收率、折射率、相位變化、介電常數(shù)等)提供了一個(gè)關(guān)于生物系統(tǒng)基本特性的綜合指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)的具體生物學(xué)含義，關(guān)聯(lián)到被測樣品本身的種類、狀態(tài)以及環(huán)境因素等。太赫茲光譜分析技術(shù)進(jìn)行谷物新陳度檢測的優(yōu)點(diǎn)在于快速、靈敏、可靠。
[0032]本發(fā)明利用太赫茲光譜檢測技術(shù)，并提供了太赫茲波檢測系統(tǒng)及其在谷物新陳度檢測方面的應(yīng)用。相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0033](I)檢測速度快，符合糧食品質(zhì)檢測便捷化、快速化的發(fā)展趨勢。特別對于是糧食和食品的現(xiàn)場檢測，這一點(diǎn)尤為重要；
[0034](2)靈敏度高。大量研究表明，太赫茲光譜對生物分子的變化具有高度的敏感性。
[0035](3)易獲得高維度的生物特征信息，利用太赫茲光譜檢測可以獲得特征譜、吸收率、折射率、相位變化等多維度的生物特征信息，容易實(shí)現(xiàn)基于最優(yōu)類間距離度量的聚類分析。
[0036](4)太赫茲檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、結(jié)果可靠、重復(fù)性強(qiáng)。
[0037](5)檢測過程簡單，過程控制容易實(shí)現(xiàn)、易于標(biāo)準(zhǔn)化。
[0038](6)人工干預(yù)少，易于實(shí)現(xiàn)智能化處理，分析結(jié)果更具客觀性。
【附圖說明】
[0039]圖1是本