(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202123409 270.2 (22)申请日 2021.12.3 0 (73)专利权人 青岛青源峰达 太赫兹科技有限公 司 地址 266000 山东省青岛市崂山区九水东 路600号青岛高层次人才创新创业基 地C座东侧1-3层 (72)发明人 管玉超　朱新勇　张朝惠　刘永利　 初文怡　于盼峰　秦政飞　郭永玲　 (74)专利代理 机构 青岛高晓专利事务所(普通 合伙) 37104 专利代理师 付丽丽 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/3586(2014.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明 专利 (54)实用新型名称 用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信 号检测装置 (57)摘要 本实用新型公开了用于太赫兹光谱和成像 系统的fA级微弱信号检测装置， TIA前置电流放 大器与太赫兹光谱和成像系统的探测天线相连， 前置增益放大器与TIA前置电流放大器连接， 或 与电压型太赫兹光谱和成像系统的探测天线相 连； BPF带通滤波器输入端与前置增益放大器连 接； 带通增益放大器与BPF带通滤波器连接； MODEM调制解调器分别 与带通增益放大器和主控 MCU连接； LPF低通滤波器与MODEM调制解调器连 接； 所述低通增益放大器与LPF低通滤波器连接； AD模数转换器与低通增益放大器连接； 主控MCU 分别与MODEM调制解调器、 AD模数转换器和PC上 位机连接 。 其采集精度和采集范围大幅提升 。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 217484155 U 2022.09.23 CN 217484155 U 1.用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置， 其特征在于， 包括TIA前置电 流放大器、 前置增益放大器、 BPF带通滤波器、 带通增益放大器、 MODEM调制解调 器、 LPF低通 滤波器、 低通增益放大器、 AD模数转换器、 POWER电源模块、 主控MCU和PC上位机； 所述TIA前 置电流放大器输入端与电流型太赫兹光谱和成像系统的探测天线相连， 用于采集并放大探 测天线产生的偏置电流信号； 所述前置增益放大器输入端与TIA前置电流放大器输出端连 接， 或与电压型太赫兹光谱和成像系统的探测天线相连， 用于对输入信号做进一步放大； 所 述BPF带通滤波器输入端与前置增益放大器输出端 连接， 用于滤除高频和低频噪声； 所述带 通增益放大器输入端与BPF带通滤波器输出端连接， 用于对输入信号做进一步放大； 所述 MODEM调制解调器输入端分别与带通增益放大器输出端和主控MCU连接， 用于将主控MCU输 入的参考信号与带通增益放大器输入的信号相乘， 输出直流信号， 所述参考信号与探测天 线的输入信号同频； 所述LPF低通滤波器输入端与MODEM调制解调器输出端连接， 用于滤除 交流噪声信号， 输出直流有用信号； 所述低通增益放大器输入端与LPF低通滤波器输出端连 接， 用于对信号做进一步放大； 所述AD模数转换器输入端与低通增益放大器输出端连接， 用 于将模拟信号变换为数字信号， 并将数字信号输送到主控MCU； 所述主控MCU分别与MOD EM调 制解调器、 AD模 数转换器和P C上位机连接， 用于输出与偏 置电流信号同频的参考信号， 接收 AD模数转换器发来的数字信号并上传到P C上位机， 所述PC上位机进 行数据处理并以时域波 形和频域波形的形式呈现太赫兹光谱图。 2.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置， 其特 征在于， 用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置还包括壳体， TIA前置电流放 大器、 前置增益放大器、 BPF带通滤波器、 带通增益放大器、 MODEM调制解调 器、 LPF低通滤波 器、 低通增益 放大器、 AD模数转换器、 POWER电源 模块和主控M CU均内置 于壳体内。 3.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置， 其特 征在于， POWER电源模块分别与TIA前置电流放大器、 前置增益放大器、 BPF带通滤波器、 带通 增益放大器、 MODEM调制解调器、 LPF低通滤波器、 低通增益放大器、 AD模 数转换器和主控MCU 连接。 4.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置， 其特 征在于， TIA前置电流放大器部分选用fA级运放， 其输入偏置电流可低至20fA， 失调电压可 低至50uV， 具有低失调电压漂移， 增益可调1* 10^4至1*10^9， 电压噪声密度可低至 14nV/√Hz (10KHz)， 可达2M Hz带宽。 5.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置， 其特 征在于， 所述前置增益放大器放大倍数为 1倍、 2倍、 5倍 或10倍， 带通增益放大器放大倍数为 1倍、 2倍、 5倍或10倍， 低通增益放大器放大倍数为2倍、 5倍、 10倍或20倍， LPF低通滤波器截 止频率可选择3 Hz、 10Hz、 30Hz或100Hz。 6.根据权利要求1或5所述的用于太赫兹光谱和成像系统 的fA级微弱信号检测装置， 其 特征在于， P C上位机包括相位调节模块、 三级增益调节模块、 低通截至频率调节模块和显示 模块， 所述相位调节模块用于调节 参考信号的相位， 相位调节范围为0 ‑360°； 所述三级增益 调节模块用于调节前置增益放大器、 带通增益放大器和低通增益放大器的放大倍数； 所述 低通截至频率调节模块用于调节LPF低通滤波器的截止频率， 前置增益放大器、 带通增益放 大器、 低通增益放大器和LPF低通滤波器均与主控MCU连接， 显示模块用于输入并显示调整权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 217484155 U 2的相位度数、 增益 倍速和频率， 并实时显示太赫兹谱图。 7.根据权利要求1或5所述的用于太赫兹光谱和成像系统 的fA级微弱信号检测装置， 其 特征在于， 在壳体面板上设置拨码开关和旋转编码器， 拨码开关分别与前置增益放大器、 带 通增益放大器、 低通增益放大器和LPF低通滤波器连接， 用于前置增益放大器、 带通增益放 大器和低通增益放大器增益调整以及LPF低通滤波器的截止频率的调整， 旋转编码器内接 主控MCU， 用于将调整的相位 值输入到主控M CU， 由主控M CU输出相位调整的参 考信号。 8.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置， 其特 征在于， 壳体面板上设有采集电压输入端口VIN， 采集电流输入端口CIN， 其中， 采集电压输 入端口VIN内接TIA前置电流放大器， 外接输出电流信号的探测天线， 采集电流输入端口CIN 内接前置增益 放大器， 外 接输出电压信号的探测天线。 9.根据权利要求5所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置， 其特 征在于， 壳体面板上设有模拟电压输出端口OUT， 模拟电压输出端口OUT内接低通增益放大 器的输出端， 壳体面板上设有调制信号输出端口CLK， 调制 信号输出端口CLK内接主控MCU参 考信号输出端， 壳体面板上设有USB接口， 主控MCU通过USB接口与PC上位机连接， 壳体面板 上设有设备启动与关闭的OF F/ON按钮， 电源输入端口(24V)以及故障、 电源、 状态指示灯。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 217484155 U 3