针对P4-42热释电探测器的太赫兹成像数据采集系统

目前，用光学产生太赫兹激光的方法主要有以下几种，太赫兹气体激光器；利用超短激光脉冲光电导或光整流产生太赫兹辐射；利用非线性差频过程(DFG)和参量过程产生太赫兹波。国内建立的扫描式太赫兹成像系统中。太赫兹辐射源采用的是小型商用连续CO2激光泵浦太赫兹激光器，它已获得推广应用，是一种远红外激光源，结构紧凑，输出较稳定，功率较高。
扫描式太赫兹成像系统的原理是：太赫兹激光器产生连续的THz激光，光波首先通过斩波器，从而产生一系列的太赫兹脉冲。为了消除太赫兹光的发散，一般要采用一个聚乙烯透镜准直光路，将激光聚焦在待测样品上。样品被置于一个由计算机编程控制的、可沿x，y方向扫描的线性步进平台上，平台载着待测样品在光焦处二维移动。为了实现较好的成像效果，系统通过一个透射率高，损耗小的聚乙烯透镜将带有样品信息的THz光聚焦在探测器上，将光波的光强转换为电压值；转换后的电信号经过采样、A／D转化，然后传输给计算机构建太赫兹图像。
这里的主要工作是利用凌华公司生产的PCI-9812数据采集卡，针对美国相干公司生产的P4-42探测器，设计出用于太赫兹成像系统的数据采集系统。

l PCI-9812数据采集卡介绍
PCI-9812是台湾凌华科技公司推出的基于32位PCI总线的四通道高速数据采集卡，12位的模拟量输入分辨率，板内带有32 KB的FIFO缓冲器，最高采样频率可以达到20 MHz，这就保证了数据采集电路较高的精度和速度。它具有软件触发、前触发、后触发、中间触发和延时触发五种触发方式，可以通过软件编程选择。此外，它还具有内部脉冲、外部脉冲和外部正弦三种可供编程选择的A／D时钟源。在本文的采集系统中，采用了软触发的触发模式，采用了内部脉冲时钟源。
采集卡能达到的最高采样率与采样的通道数、采集的数据量以及PCI总线带宽有关。当单次触发采集的所有通道数据总量不超过32 KB的FIFO缓存时，每通道都可以按最高的20 MHz A／D采样速度来采样。当数据总量超过32 KWord的FIFO缓存区时，要以DMA方式直接传送数据到计算机内存。在本文的采集系统中，使用了一个通道，选择的是通道0，可供FIFO达到32 KB，最大数据传输能力为40 MB／s。需要注意的是，在电路连接时不仅要考虑PCI-9812输入电压的范围，还应该考虑输入阻抗的问题，PCI-9812具有四个能同时高速采集双极性信号的A／D转换器，输入电压范围为-1～+1 V或-5～+5 V，可通过硬件的焊封进行选择，输入阻抗也可通过电路板上的硬件焊封来选择。可以选择的阻抗值有：当-1～+1 V输入时的15 MΩ和50 Ω(默认值)；当-5～+5 V输入时的1．25 kΩ和50 Ω(默认值)。P4-42探测器采用的是15 V电压源，输出电阻为50 Ω，其输出最大电压值约为12 V，所以在连接采集卡前要串联一个分压电阻。本文的采集卡输入范围为-5 V～+5 V，输入电阻为1．25 kΩ，串联的分压电阻为1．8 kΩ。此时，输入到采集卡的最大电压值为4．84 V。

2 软件系统的设计
PCI-9812采集卡支持VC／C++，VB，BorlandC++，Borland Delphi，Labview等软件开发平台，主要使用VC++6．0。主要包括扫描控制模块、数据采集模块和数据处理模块，软件系统设计的流程图如图1所示。对于逐点扫描的太赫兹成像系统，其成像过程就是一个循环扫描过程。平台载着待测样品移动到待测位置后，计算机控制THz源发射激光，探测器接收光信号并转换成电压值，数据采集卡采集电压值，并传输给计算机，由计算机将数据进行处理，生成该位置点(x，y)的像素值并存储，然后再控制平台移动向下一个待测位置进行扫描。扫描控制模块用于实现对光路部分的控制，它主要包括了激光频率的选择，斩波频率的设置，二维移动平台的设置等功能。为了保证各个像素点之间信息无错乱，信息传输的过程中就要确保二维平台的移动与数据采集记录的同步。计算机通过串口来控制平台伺服系统，设置步幅和方向。为了节省扫描时间，移动平台则采取“S”型移动，系统运行时，由参数z的符号决定平台的移动方向，将Z的初始数值设置为1，通过Y+Z就可以得出此时采集点的准确像素点坐标，这就保证了计算机存储数据的各个像素点(x，y)与扫描样品中各个投射位置是对应的，不会出现像素点混乱的现象。