(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210227045.7 (22)申请日 2022.03.08 (71)申请人 山西大同大 学 地址 037009 山西省大同市平城区兴 云街 405号物理与电子科 学学院 (72)发明人 孟田华　刘红梅　李文宇　赵国忠　 (74)专利代理 机构 天津耀达律师事务所 12 223 专利代理师 侯力 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/3581(2014.01) G01N 21/3586(2014.01) G01B 11/02(2006.01) (54)发明名称 一种辅助太赫兹成像的高灵敏3D位移传感 器 (57)摘要 一种辅助太赫兹成像的高灵敏3D位移传感 器。 该传感器由固定层(包括柔性衬底层与其上 的金属开口谐振环)和位移指示层(包括柔性衬 底层与其上的金属指示线)两部分组成。 借助这 种独特的双层结构， 通过测量位移传感器太赫兹 透射波谷变化所对应金属指示线位置的变化量， 便可实现对位移的高灵敏度测量， 进而对太赫兹 成像过程中目标体位置进行精确标定、 特别是对 太赫兹缺陷成像检测、 成像目标体边缘轮廓的精 确表征， 及成像目标体微运动测量提供有效助 力。 相比于成熟的商业位移传感器和激光位移传 感器， 该太赫兹位移传感器具有结构紧凑、 制备 工艺简单、 灵敏度高、 可弯曲等特点， 可为将来高 精度、 微型化以及分布式传感系统的实现提供一 定的参考。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114813558 A 2022.07.29 CN 114813558 A 1.一种辅助太赫兹成像的高灵敏3D位移传感器， 其特征在于： 该位移传感器结构包括 固定层和 位移指示层两部分； 固定层是 由柔性衬底层与其表面上蒸镀的C形金属 开口谐振 环构成， 位移指示层是由柔 性衬底层与其表面上蒸镀的金属指示线构成。 2.根据权利要求1所述的位移传感器， 其特征在于： 所述固定层的柔性衬底层边长范围 为45‑55μm， 厚度范围为10 ‑30μm； 金属开口谐振环边长范围为33 ‑43μm， 厚度范围为0.15 ‑ 0.3 μm， 环宽范围为2 ‑5 μm， 开口狭缝宽度为2 μm。 3.根据权利要求2所述的位移传感器， 其特征在于： 所述金属开口谐振环的开口位于其 中一边的正中间。 4.根据权利要求1所述的位移传感器， 其特征在于： 所述位移指示层的柔性衬底层边长 范围为45 ‑55 μm， 厚度范围为10 ‑30 μm； 位移指示层上的金属指示线初始位置与固定层开口 谐振环的开口所在边平行， 金属指示线长度范 围为23‑33 μm， 厚度范 围为0.15 ‑0.3 μm之间， 线宽为2 μm。 5.根据权利要求1所述的位移传感器， 其特征在于： 所述的柔性衬底层材料选自 以下一 种介电常数较低的柔性高分子薄膜材料： 聚酰亚胺(Polyimide， PI)、 麦拉片(Mylar)、 聚对 二甲苯(Parylene ‑C)、 聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene  terephthalate， PET)、 聚二甲 酸乙二醇酯(Polyethylene  Naphthalate， PEN)、 氟化镁(MgF2)、 苯并环丁烯 (Benzocyclobutene， BCB)、 聚苯乙烯(Polystyrene， PS)、 环烯烃共聚物(Cycloolefin   Copolymer， COC)或聚甲基丙烯酸甲酯(Po lymethyl Methacrylate， PM MA)。 6.根据权利要求1所述的位移传感器， 其特征在于： 所述的金属开口谐振环和金属指示 线的材料选自以下一种具有良好 导电性能的金属： Au、 Ag、 Nb、 Cu或Al。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114813558 A 2一种辅助太赫兹 成像的高灵敏3D位移传感器 技术领域 [0001]本发明属于人工电磁材料领域， 具体涉及利用高灵敏3D位移传感器来辅助太赫兹 成像系统实现高精度成像。 背景技术 [0002]太赫兹(Terahertz,THz)波在电磁波谱中占据的位置非常特殊， 其频段处在电子 学向光子学过渡的特殊区域， 正是这种特殊的频率位置不仅使THz波具备低频微波特性和 光子特性， 还展现出光子能量低、 对非金属和非极性物质有较强穿透性、 可同时获得脉冲电 场振幅和相位信息、 较好的抗干扰能力等独特性质， 使其在安全检测、 无损探测、 波谱分析、 成像、 医疗等领域展现出广阔的应用前景， 特别 是高性能THz成像技术的迫切 应用需求。 但 在THz成像系统硬件方面， 缺乏大面积、 均匀且强度可控的THz辐射源、 高灵敏度太赫兹探测 器件及由于在THz频段较高热辐射背景噪声等的限制而使所获得的THz图像产生相干条纹 及激光散斑； THz图像处理软件方面， 常规所使用的基于参考源的定标类校正算法 (Calibration ‑BasedNUC,CBNUC)、 基于场景的自适应类校正算法(Scene ‑Based NUC, SBNUC)， 及图像预处理和融合技术又不可避免地会使THz图像产生边缘损失、 拖影及鬼影等 问题。 发明内容 [0003]本发明的目的在于解决现有太赫兹成像技术中存在的太赫兹图像产生相干条纹、 激光散斑、 边缘损失、 拖影及 鬼影等问题， 提出一种高灵敏3D位移传感器以实现对成像目标 体边缘的有效定位。 [0004]解决这些难题的关键在于对成像目标边缘的精确定位， 通过对THz成像系统辅助 一个高灵敏度位移传感器便可解决这一难题。 人工微结构可以改变电磁波传输过程中电磁 参数的空间分布， 有效操控电磁波的传输与局 域， 从而大幅提高传感的灵敏度。 尽管目前， 基于柔性衬底THz超 材料的传感测量技术还不够成熟， 大多 数THz波检测与分析都基于太赫 兹时域光谱系统(THz ‑time domain spectroscop y， THz‑TDS)， 灵敏度还不够高， 但其技术 解决方式已经越来越清晰。 基本的方法是， 通过对THz超 材料结构的调控实现高密度电场或 磁场集聚效应， 使其对待测物理量所引起的微小扰动产生放大作用， 从而实现对被测物理 量高灵敏度检测的目标。 [0005]本发明的技 术方案： [0006]一种辅助太赫兹成像的高灵敏3D位移传感器， 该位移传感器结构包括固定层和位 移指示层两部 分； 固定层是由柔性衬底层与其表 面上蒸镀的C形金属开口谐振环构成， 位移 指示层是由柔性衬底层与其表面上蒸镀的金属指示线构成， 其中金属开口谐振环与金属指 示线设置在相对平行 的平面上； 借助这种独特 的双层结构， 通过测量位移传感器太赫兹透 射波谷变化所对应的金属指示线的变化量， 便可实现对位移的高灵敏度测量， 进而对太赫 兹成像过程中目标体进行精准定位。说　明　书 1/5 页 3 CN 114813558 A 3