一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)檢測領(lǐng)域，特別是指一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波(terahertz，THz)是介于微波和紅外光之間的電磁波，因其良好的透視性、安全性以及較高光譜分辨能力，已成為在線、無損的成分檢測手段之一。由于THz射線能量遠低于X射線，可用于人體或物品無損成像，在生物領(lǐng)域可分析多聚糖、肽、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建完整的三維乃至四維圖像；其次THz射線對于電介質(zhì)材料、復(fù)合材料及塑料等有很好的透射性，可對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進行無損探傷、郵政等包裝內(nèi)物品進行安全檢查。
[0003]太赫茲實驗屬于光學(xué)實驗，對于實驗環(huán)境要求較高，尤其水對太赫茲吸收明顯，因此實驗過程中溫度、濕度以及實驗箱體內(nèi)氣壓的變化都將影響太赫茲實驗數(shù)據(jù)，進而影響實驗結(jié)果的準確性。
[0004]太赫茲實驗箱體采用半密閉結(jié)構(gòu)，使用99.999%高純氮氣作為實驗箱體保護氣。在實驗過程中持續(xù)向箱體內(nèi)充入氮氣，由于腔體不絕對密封，少量氣體可通過上部蓋體縫隙逸出。通氣初期高純氮氣可以置換出箱體中原有的空氣，特別是水蒸氣成分，進而減少水蒸氣對太赫茲射線的影響；由于箱體內(nèi)持續(xù)通入高純氮氣，箱體內(nèi)絕對壓力略高于外界大氣壓，箱體兩端太赫茲射線入射口與射線出射口幾何位置發(fā)生微小形變，造成光路的變化；可見，太赫茲實驗數(shù)據(jù)采集的實時性要求較高，尤其在準備實驗過程中，需要待實驗箱體內(nèi)的溫度、濕度、絕對壓力滿足實驗條件要求并穩(wěn)定后，才可以進行實驗。故對箱體內(nèi)濕度、實驗箱體內(nèi)絕對壓力及光路微小形變的實時是太赫茲實驗中十分重要的環(huán)節(jié)，但是，目前還未有能夠有效實時監(jiān)測太赫茲實驗箱體內(nèi)溫度、濕度、氣壓和光路微小形變的方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有能夠?qū)崟r監(jiān)測太赫茲實驗箱體內(nèi)溫度、濕度、氣壓和光路微小形變的方案的問題，本發(fā)明提供一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，該智能監(jiān)測系統(tǒng)及方法能夠?qū)崿F(xiàn)太赫茲實驗箱體內(nèi)溫度、濕度、氣壓和光路微小形變的實時監(jiān)測，提高了太赫茲光學(xué)實驗的測量精度。
[0006]本發(fā)明提供的一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括:至少一個濕度傳感器、至少一個溫度傳感器、一個絕對壓力傳感器、兩個應(yīng)變測量模塊、智能控制裝置和上位機；每個所述濕度傳感器、溫度傳感器、絕對壓力傳感器分別設(shè)置于當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)的預(yù)定場測量點，且每個濕度傳感器、溫度傳感器、絕對壓力傳感器的輸出端均與智能控制裝置相連接；兩個所述應(yīng)變測量模塊分別設(shè)置于當(dāng)前太赫茲實驗箱體兩側(cè)的太赫茲射線入射口和射線出射口位置，所述應(yīng)變測量模塊用于測量太赫茲射線入射口與射線出射口位置的形變并將測量值發(fā)送給與其輸出端連接的所述智能控制裝置；所述智能控制裝置的輸出端與所述上位機無線連接。
[0007]其中，所述應(yīng)變測量模塊為一個全橋差動電路，所述全橋差動電路的每個橋臂上串聯(lián)有一片電阻應(yīng)變片。
[0008]其中，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)還包括藍牙發(fā)送模塊和藍牙接收模塊；所述藍牙發(fā)送模塊的輸入端與所述智能控制裝置的輸出端連接，輸出端與所述藍牙接收模塊的輸入端無線連接；所述藍牙接收模塊的輸出端與所述上位機連接，所述智能控制裝置通過藍牙發(fā)送模塊和藍牙接收模塊實現(xiàn)與所述上位機的無線連接。
[0009]其中，所述藍牙發(fā)送模塊和藍牙接收模塊為HC-05嵌入式藍牙串口通訊模塊，采用自動連接工作模式。
[0010]其中，該智能監(jiān)測系統(tǒng)中的溫度傳感器和濕度傳感器的個數(shù)均為4。
[0011]其中，所述智能控制裝置為以STM32芯片為核心的處理器電路，所述濕度傳感器的輸出端通過I2C接口與所述STM32芯片通信。
[0012]其中，所述智能監(jiān)測系統(tǒng)還包括與所述智能控制裝置連接的蜂鳴器，所述智能控制裝置在所述絕對壓力傳感器監(jiān)測到的當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)的絕對壓力值大于預(yù)先存儲的絕對壓力閾值時，控制所述蜂鳴器鳴叫示警。
[0013]本發(fā)明還提供一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測方法，該方法包括步驟:
[0014]S1:在當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)的若干個預(yù)定場測量點處設(shè)置至少一個濕度傳感器、至少一個溫度傳感器、一個絕對壓力傳感器，在太赫茲射線入射口與射線出射口位置分別設(shè)置應(yīng)變測量模塊，并將各濕度傳感器、溫度傳感器、絕對壓力傳感器和應(yīng)變測量模塊的輸出端與智能控制裝置的輸入端連接，將所述智能控制裝置的輸出端與上位機無線連接；
[0015]S2:為各濕度傳感器、溫度傳感器、絕對壓力傳感器、應(yīng)變測量模塊和智能控制裝置進行上電檢測；
[0016]S3:智能控制裝置控制各濕度傳感器、溫度傳感器、絕對壓力傳感器和應(yīng)變測量模塊對當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)的濕度、溫度、壓力以及太赫茲射線入射口、射線出射口的形變值進行輪詢檢測；
[0017]S4:智能控制裝置將當(dāng)前一輪檢測到的當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)的濕度、溫度、壓力以及太赫茲射線入射口、射線出射口的形變數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，上位機根據(jù)收到的數(shù)據(jù)結(jié)束檢測或通知智能控制裝置開始下一輪檢測。
[0018]其中，所述S3包括以下步驟:
[0019]S31:智能控制裝置開始當(dāng)前一輪檢測，首先判斷所述濕度傳感器監(jiān)測到的當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)濕度是否正常，若是，則執(zhí)行S32，否則返回執(zhí)行S2 ;
[0020]S32:判斷所述應(yīng)變測量模塊監(jiān)測到的太赫茲射線入射口、射線出射口的形變是否正常，若是，則執(zhí)行S33，否則返回執(zhí)行S2 ;
[0021]S33:判斷所述溫度傳感器監(jiān)測到的當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)溫度是否正常，若是，則執(zhí)行S34，否則返回執(zhí)行S2;
[0022]S34:判斷所述絕對壓力傳感器監(jiān)測到的當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)的絕對壓力是否正常，若是，則執(zhí)行S4，否則返回執(zhí)行S2。本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0023]上述方案中，通過集成電路芯片采集設(shè)置于實驗箱體內(nèi)預(yù)定位置處的溫度、濕度、壓力傳感器所采集的相應(yīng)數(shù)據(jù)以及射線出、入射口的形變，并將上述監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給上位機，能夠?qū)崿F(xiàn)太赫茲實驗箱體內(nèi)溫度、濕度、氣壓和光路微小形變的實時監(jiān)測，為研宄太赫茲射線提供了實驗環(huán)境參考數(shù)據(jù)，為精確測量并分析太赫茲實驗結(jié)果奠定了基礎(chǔ)，提高了太赫茲光學(xué)實驗的測量精度?？梢詽M足當(dāng)代太赫茲精密實驗的需要。且該實智能監(jiān)測系統(tǒng)同時可應(yīng)用于其他相關(guān)實驗場所，實用性強。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為圖1中應(yīng)變測量模塊4的優(yōu)選實施結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實施例提供的太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)的各部件與太赫茲實驗箱體的相對位置示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實施例提供的一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測方法流程圖；
[0029]圖6為圖5中步驟S3的優(yōu)選實施方式。
[0030][主要附圖標(biāo)記說明]
[0031]1、濕度傳感器；
[0032]2、溫度傳感器；
[0033]3、絕對壓力傳感器；
[0034]4、應(yīng)變測量模塊；
[0035]5、智能控制裝置；
[0036]6、上位機；
[0037]7、電阻應(yīng)變片；
[0038]8、藍牙發(fā)送模塊；
[0039]9、藍牙接收模塊；
[0040]10、太赫茲射線入射口 ；
[0041]11、太赫茲射線出射口 ；
[0042]12、實驗樣品鏡架。
【具體實施方式】
[0043]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0044]如圖1為本發(fā)明實施例提供的一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1中所示，該系統(tǒng)包括:至少一個濕度傳感器1、至少一個溫度傳感器2、一個絕對壓力傳感器3、兩個應(yīng)變測量模塊4、智能控制裝置5和上位機6。其中，每個濕度傳感器1、溫度傳感器2、絕對壓力傳感器3分別設(shè)置于當(dāng)前太赫茲實驗箱體內(nèi)的預(yù)定場測量點，且每個濕度傳感器1、溫度傳感器2、絕對壓力傳感器3的輸出端均與智能控制裝置5相連接。兩個應(yīng)變測量模塊4分別設(shè)置于當(dāng)前太赫茲實驗箱體兩側(cè)的太赫茲射線入射口和出射口的位置，應(yīng)變測量模塊4用于測量太赫茲射線入射口與射線出射口位置的形變并將測量值發(fā)送給與其輸出端連接的智能控制裝置5。智能控制裝置5的輸出端與上位機6無線連接。多個溫度傳感器、濕度傳感器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的空間坐標(biāo)位置進行均勻布設(shè)，用于測量實驗箱體的溫度場、濕度場分布。將上述傳感器與箱體內(nèi)智能控制裝置相連，完成數(shù)據(jù)監(jiān)測及處理，智能控制裝置5將實時監(jiān)測到的各項數(shù)據(jù)無線傳輸給上位機6進行存儲或提供給管理人員。
[0045]優(yōu)選地，如圖2所示，本發(fā)明提供的監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)變測量模塊4為一個全橋差動電路，全橋差動電路的每個橋臂上串聯(lián)有一片電阻應(yīng)變片7。用于測量形變的電阻應(yīng)變片7布設(shè)在實驗箱體的太赫茲射線入射口與出射口，經(jīng)全橋差動電路處理，將全橋差動電路輸出的電壓差Utl輸出至智能控制裝置，完成射線入射口和出射口的數(shù)據(jù)處理。
[0046]優(yōu)選地，該系統(tǒng)中智能控制裝置通過藍牙模塊將各傳感器數(shù)據(jù)以無線傳輸?shù)姆绞絺鹘o上位機。如圖3所示為本發(fā)明實施例提供的一種太赫茲實驗環(huán)境的智能監(jiān)測系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3中所示，本發(fā)明提供的智能監(jiān)測系統(tǒng)還包括藍牙發(fā)送模塊8和藍牙接收模塊9 ;藍牙發(fā)送模塊8的輸入端與智能控制裝置5的輸出端連接，輸出端與藍牙接收模塊9的輸入端無線連接；藍牙接收模塊9的輸出端與上位機6連接，智能控制裝置5通過藍牙發(fā)送模塊和藍牙接收模塊實現(xiàn)與上位機6的無線連接，從而實現(xiàn)將封閉實驗箱體內(nèi)實驗數(shù)