本發(fā)明涉及一種太赫茲波導(dǎo)器件，尤其涉及一種基于壓力控制的惰性氣體的太赫茲波導(dǎo)器件及控制方法。
背景技術(shù)：
：太赫茲(THz)是指頻率從0.1～10THz，介于毫米波和紅外光之間的電磁輻射區(qū)域。由于太赫茲波在電磁波譜上的特殊位置，它有很多優(yōu)越的特性和非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。目前對(duì)于太赫茲技術(shù)的研究主要集中在探測(cè)、成像、傳輸、頻譜等幾個(gè)方面。目前波導(dǎo)管以金屬波導(dǎo)管為主，然而，由于金屬波導(dǎo)管內(nèi)表面粗糙度大，均勻性差而引起色散，影響了傳輸?shù)男阅堋Ａ硗?，太赫茲波在金屬波?dǎo)管傳輸?shù)倪^(guò)程中損耗很大，難以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：由此可見(jiàn)，確有必要提供一種具有更好的傳輸性能且能夠用于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶掌澆▽?dǎo)器件。一種太赫茲波導(dǎo)器件，其中，所述太赫茲波導(dǎo)器件包括基管，所述基管的材料為聚合物材料，且所述基管中填充有惰性氣體，所述惰性氣體在基管中形成均勻線性遞減的壓力分布。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述惰性氣體包括氦、氖、氬、氪、氙中的至少一種。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述惰性氣體在基管中形成的高壓端與低壓端之間的差值為1atm-3atm。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述聚合物材料對(duì)太赫茲波的折射率為1.4-2.0。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述聚合物材料為聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯、環(huán)烯烴類(lèi)共聚物中的一種。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述基管為純聚四氟乙烯形成的管狀結(jié)構(gòu)。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述基管的半徑R滿(mǎn)足以傳輸模，λ為太赫茲波的波長(zhǎng)。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所進(jìn)一步包括波導(dǎo)充氣機(jī)，所述波導(dǎo)充氣機(jī)與所述基管連通，用于向基管充入惰性氣體，且所述惰性氣體的氣壓在基管中均勻線性遞減分布。一種太赫茲波導(dǎo)器件的控制方法，包括：獲取基管中不同位置處的當(dāng)前氣壓監(jiān)測(cè)信號(hào)；根據(jù)當(dāng)前氣壓監(jiān)測(cè)信號(hào)獲得當(dāng)前的氣壓分布；根據(jù)當(dāng)前的氣壓分布獲得當(dāng)前氣壓分布的平均值；獲取當(dāng)前氣壓分布的平均值與設(shè)定值之間的氣壓差值；根據(jù)氣壓差值調(diào)整，調(diào)整充氣速率以使基管中的惰性氣體的氣壓形成均勻線性遞減的分布。在其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述當(dāng)前氣壓分布的平均值與設(shè)定值之間的氣壓差值為正時(shí)，降低充氣速率以降低基管中的氣壓，以使氣壓達(dá)到預(yù)定值；當(dāng)所述當(dāng)前氣壓分布的平均值與設(shè)定值之間的氣壓差為負(fù)時(shí)，則提高充氣速率，以提高基管中氣壓，使之達(dá)到預(yù)定值；當(dāng)所述氣壓差值為零時(shí)，則保持當(dāng)前充氣速率。相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明提供的太赫茲波導(dǎo)器件，通過(guò)采用聚合物材料作為基管，并且通過(guò)充入惰性氣體，能夠減小散射，從而具有更高的傳輸性能，能夠應(yīng)用于遠(yuǎn)距離的傳輸。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的通過(guò)波導(dǎo)充氣機(jī)向太赫茲波導(dǎo)器件中輸入惰性氣體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲波導(dǎo)器件的控制方法的流程圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明基管10惰性氣體20波導(dǎo)充氣機(jī)100氣泵110干燥器120氣壓監(jiān)測(cè)器130電源模塊140控制模塊150顯示和執(zhí)行模塊160充氣模塊170具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的基于壓力控制的惰性氣體的太赫茲波導(dǎo)管作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)一并參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于高分子化合物的太赫茲波導(dǎo)器件包括基管10及填充于基管10中的惰性氣體20。所述基管10為圓形的空心管，所述空心管具有光滑的內(nèi)表面。所述空心管的內(nèi)徑R可以根據(jù)傳輸模式進(jìn)行選擇。具體的，一般情況下：空心管中傳輸模的半徑R應(yīng)滿(mǎn)足而在采用模工作時(shí)，應(yīng)使其中3.41、2.61及2.06為根據(jù)截止頻率計(jì)算獲得的經(jīng)驗(yàn)值，以使太赫茲波在基管20中能夠穩(wěn)定的傳播。所述基管20中輸入的太赫茲波的頻率可為0.1～3.0THz，本實(shí)施例中，所述太赫茲波的頻率為1THz。所述基管10的材料為對(duì)太赫茲波透明的聚合物材料，所述聚合物材料的吸收系數(shù)在1THz處小于等于0.5cm-1，并隨頻率近似呈拋物型增加，從而能夠減小損耗，增加傳輸距離；所述聚合物材料對(duì)太赫茲波的折射率為1.4-2.0，優(yōu)選的，所述聚合物材料對(duì)太赫茲波的折射率為1.4-1.6，從而使得所述基管10對(duì)太赫茲波透明的同時(shí)進(jìn)一步減小損耗。所述聚合物材料可為聚乙烯(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基戊烯(TPX)、環(huán)烯烴類(lèi)共聚物(COC)中的一種。進(jìn)一步，所述聚乙烯可為低密度聚乙烯(LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)。所述基管20的一端可與太赫茲波輸入裝置(圖未示)相連，所述太赫茲波輸入裝置用于向基管20中輸入太赫茲波；所述基管20的另一端可與太赫茲波接收裝置(圖未示)相連，所述太赫茲波接收裝置用于接收基管20傳入的太赫茲波。請(qǐng)一并參閱表1，為本發(fā)明所述的太赫茲波導(dǎo)管中基管所采用的材料及其特性。表1.太赫茲波導(dǎo)器件的特性(f≤1THz)聚合物吸收率(單位：cm-1)折射率PTFE<0.451.43–1.44HDPE<0.41.5–1.56COC<0.251.51–1.53由于采用聚合物材料作為基管10，所述基管10的材料對(duì)太赫茲波高度透明、色散小并且具有很好的柔韌性，且物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此可以有效規(guī)避金屬材料基管由于內(nèi)壁粗糙度大，均勻性差而引起的較大散射，具有更好的傳輸性能。可以理解，上述材料僅僅為具體的實(shí)施例，所述聚合物材料對(duì)太赫茲波透明即可。本實(shí)施例中，所述聚合物材料為聚四氟乙烯。請(qǐng)一并參閱圖2，所述惰性氣體20填充于所述基管10中，所述惰性氣體可為氦、氖、氬、氪、氙等單原子氣體中的一種或多種。具體的，所述惰性氣體20可以均勻線性的方式流通于所述基管10中，從而在基管10中形成穩(wěn)定的氣流場(chǎng)。具體的，所述惰性氣體20可在基管10中形成均勻線性遞減的壓力分布，即所述惰性氣體20的高壓端與低壓端之間的壓力分布為線性遞減的，且高壓端與低壓端之間的差值保持恒定?？梢岳斫?，所述高壓端及低壓端是指基管10兩端的相對(duì)氣壓而言。進(jìn)一步，所述基管10的高壓端與低壓端之間壓力差值可為1atm-3atm，例如1atm、2atm等等，并且所述壓力差值保持恒定。本實(shí)施例中，在所述基管10的進(jìn)氣口施加低壓形成低壓端，在所述出氣口施加高壓形成高壓端，以減小損耗、提高輸入效率，所述進(jìn)氣口與出氣口之間的壓力差值為2atm，且保持恒定。進(jìn)一步，通過(guò)采用惰性氣體20作為傳輸介質(zhì)能夠有效規(guī)避空氣中水分對(duì)傳播的影響；另外，由于惰性氣體20在所述基管10中形成均勻線性遞減的壓力分布，能夠減小太赫茲波在基管10中的損耗，因此所述太赫茲波能夠在惰性氣體20中穩(wěn)定的傳播。所述基管10可通過(guò)波導(dǎo)充氣機(jī)100向所述基管10中充入惰性氣體，形成穩(wěn)定的氣場(chǎng)?？梢岳斫猓鰵鈮褐悼蔀樵诔爻籂顟B(tài)(25℃，1atm)下的測(cè)得的數(shù)值。所述波導(dǎo)充氣機(jī)100包括氣泵110、干燥器120、氣壓監(jiān)測(cè)器130、電源模塊140、控制模塊150、顯示和執(zhí)行模塊160及充氣模塊170。所述氣泵110用于輸出惰性氣體；所述干燥器120用于對(duì)輸出的惰性氣體進(jìn)行干燥處理，以去除惰性氣體中的水氣；所述氣壓監(jiān)測(cè)器130用于監(jiān)測(cè)基管10中氣壓的大小，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果輸出至控制模塊150；所述控制模塊150用于對(duì)氣泵110輸出的惰性氣體進(jìn)行控制，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整氣泵110中惰性氣體的輸出；所述顯示和執(zhí)行模塊160用于顯示當(dāng)前的氣壓等，并接收輸入的控制指令，并將控制指令傳輸至控制模塊150以對(duì)氣泵110輸出的氣流進(jìn)行自動(dòng)控制；所述電源模塊140用于提供電源；所述充氣模塊170用于將氣泵110輸出的惰性氣體輸入基管10中。所述惰性氣體20可通過(guò)所述基管10兩端的進(jìn)氣口(圖未示)和排氣口(圖未示)流入流出所述基管10。本實(shí)施例中，所述進(jìn)氣口端施加低壓，而在出氣口端施加高壓，從而在進(jìn)氣口端和出氣口端形成均勻線性遞減的壓力分布。進(jìn)一步，所述波導(dǎo)充氣機(jī)100還可包括一個(gè)手動(dòng)控制單元(圖未示)，所述手動(dòng)控制單元用于對(duì)氣泵110輸出的氣流進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)啟、關(guān)閉等手動(dòng)控制，以在波導(dǎo)充氣機(jī)100在自動(dòng)控制模式下工作不正常時(shí)，對(duì)氣泵110進(jìn)行手動(dòng)控制，以避免對(duì)基管10造成影響。本實(shí)施例中所述惰性氣體20作為太赫茲的傳輸介質(zhì)，能夠有效規(guī)避空氣、水氣等對(duì)太赫茲波傳播的影響，減少太赫茲波在基管10中的色散，從而減小了太赫茲波的損耗，增加了太赫茲波的傳輸距離。請(qǐng)一并參閱圖3，本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一種利用上述波導(dǎo)充氣機(jī)100對(duì)基管100進(jìn)行充氣的流程包括：步驟S10，獲取基管中不同位置處的當(dāng)前氣壓監(jiān)測(cè)信號(hào)；步驟S20，根據(jù)當(dāng)前氣壓監(jiān)測(cè)信號(hào)獲得當(dāng)前的氣壓分布；步驟S30，根據(jù)當(dāng)前的氣壓分布獲得當(dāng)前氣壓分布的平均值；步驟S40，獲取當(dāng)前氣壓分布的平均值與設(shè)定值之間的氣壓差值；步驟S50，根據(jù)氣壓差值調(diào)整，調(diào)整充氣速率以使基管中的惰性氣體的氣壓形成均勻線性遞減的分布。具體的，在步驟S50中，當(dāng)所述當(dāng)前氣壓分布的平均值與設(shè)定值之間的氣壓差值為正時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前氣壓已經(jīng)高于預(yù)定值，則降低充氣速率以降低基管10中的氣壓，以使氣壓穩(wěn)定在預(yù)定值；當(dāng)所述當(dāng)前氣壓分布的平均值與設(shè)定值之間的氣壓差為負(fù)時(shí)，則說(shuō)明當(dāng)前氣壓已經(jīng)低于預(yù)設(shè)值，則提高充氣速率，以提高基管10中氣壓，使之達(dá)到預(yù)定值；類(lèi)似的，當(dāng)所述氣壓差值為零時(shí)，則說(shuō)明當(dāng)前充氣速率已經(jīng)能夠穩(wěn)定基管10中的氣壓差值，從而保持當(dāng)前充氣速率即可。所述方法能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控并反饋基管10中的惰性氣體的氣壓變化，并根據(jù)反饋的結(jié)果調(diào)整充氣氣流，從而實(shí)現(xiàn)基管10中氣場(chǎng)的均勻線性遞減分布。以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3