一種痕量彈藥探測裝置及探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種痕量彈藥探測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種痕量彈藥探測裝置及探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著全球恐怖主義活動(dòng)的日益猖獗以及局部地區(qū)沖突的逐步加劇，在維和維穩(wěn)、防暴處突過程中面臨大量定時(shí)炸彈、地雷等隱藏彈藥以及其它多種形式炸藥裝置的威脅?？植婪肿佑绕湎矚g在地鐵、機(jī)場、車站、商場等公共場所安置彈藥，以制造大規(guī)模的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失等恐怖事件。為保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，反恐人員需要對這些隱藏彈藥等進(jìn)行搜索及定向定位。一旦發(fā)現(xiàn)彈藥，就要爭取時(shí)間及時(shí)排爆排炸，以消除危機(jī)。因此，如果能夠迅速探測出空氣中的痕量彈藥，就可以快速跟蹤、確定爆炸物的安置位置，以給排爆排炸工作爭取更多的時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一就是提供一種痕量彈藥探測裝置，該裝置可快速探測空氣中是否含有痕量彈藥分子，且探測靈敏度高。
[0004]本發(fā)明的目的之二就是提供一種與上述痕量彈藥探測裝置相對應(yīng)的痕量彈藥探測方法。
[0005]本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種痕量彈藥探測裝置，包括:
空氣抽運(yùn)模塊，與痕量彈藥探測模塊相接，用于對待探測空氣進(jìn)行抽取，并通過抽運(yùn)氣體通道將待探測空氣輸送至痕量彈藥探測模塊；
金屬溶膠注入模塊，與痕量彈藥探測模塊相接，用于向痕量彈藥探測模塊內(nèi)注入金屬溶膠；
痕量彈藥探測模塊，分別與所述空氣抽運(yùn)模塊、所述金屬溶膠注入模塊、激光發(fā)射模塊和拉曼分析儀相接，用于使注入的金屬溶膠吸附輸送的待探測空氣中或存的痕量彈藥分子;
激光發(fā)射模塊，與所述痕量彈藥探測模塊相接，用于發(fā)射激光，以激發(fā)微流道內(nèi)吸附了待探測空氣中或存痕量彈藥分子的金屬溶膠產(chǎn)生拉曼散射光譜；
拉曼分析儀，分別與所述痕量彈藥探測模塊和數(shù)據(jù)分析及顯示模塊相接，用于采集微流道內(nèi)吸附了待探測空氣中或存的痕量彈藥分子的金屬溶膠在激光作用下所產(chǎn)生的拉曼散射光譜數(shù)據(jù)，并將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)分析及顯示模塊；以及
數(shù)據(jù)分析及顯示模塊，與所述拉曼分析儀相接，用于對所接收到的拉曼散射光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，以確定待探測空氣中是否含有痕量彈藥分子，并在待探測空氣中含有痕量彈藥分子時(shí)確定痕量彈藥的類型，同時(shí)對探測結(jié)果進(jìn)行顯示；
所述痕量彈藥探測模塊由至少一條微流道構(gòu)成，在所述微流道的頂部沿軸向開有長條形開口，所述長條形開口與抽運(yùn)氣體通道相接；由所述金屬溶膠注入模塊注入的金屬溶膠在所述微流道內(nèi)流動(dòng)，并吸附由抽運(yùn)氣體通道輸送的待探測空氣中或存的痕量彈藥分子。
[0006]在所述空氣抽運(yùn)模塊中，采用計(jì)量栗對待探測空氣進(jìn)行抽取，所述計(jì)量栗的輸出端通過空氣過濾網(wǎng)篩與抽運(yùn)氣體通道相接。
[0007]所述金屬溶膠注入模塊中包含有金屬溶膠存儲容器，在所述金屬溶膠存儲容器中盛放有待注入的金屬溶膠，所述待注入的金屬溶膠為金或銀的納米顆粒溶膠。
[0008]本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種痕量彈藥探測方法，包括如下步驟:
a、由空氣抽運(yùn)模塊抽取待探測空氣，所抽取的待探測空氣通過抽運(yùn)氣體通道輸送至痕量彈藥探測模塊；
b、由金屬溶膠注入模塊向痕量彈藥探測模塊內(nèi)注入金屬溶膠；
C、痕量彈藥探測模塊由至少一條微流道構(gòu)成，在所述微流道的頂部沿軸向開有長條形開口，所述長條形開口與抽運(yùn)氣體通道相接；由金屬溶膠注入模塊注入的金屬溶膠在痕量彈藥探測模塊的微流道內(nèi)流動(dòng)，并吸附由抽運(yùn)氣體通道輸送的待探測空氣中或存的痕量彈藥分子;
d、在痕量彈藥探測模塊的末端采用激光照射微流道內(nèi)吸附了待探測空氣中或存的痕量彈藥分子的金屬溶膠，以使其產(chǎn)生拉曼散射光譜；
e、采用拉曼分析儀采集微流道內(nèi)吸附了待探測空氣中或存的痕量彈藥分子的金屬溶膠在激光作用下所產(chǎn)生的拉曼散射光譜數(shù)據(jù)，并將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)分析及顯示豐吳塊；
f、數(shù)據(jù)分析及顯示模塊對所接收到的拉曼散射光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，以確定待探測空氣中是否含有痕量彈藥分子，并在待探測空氣中含有痕量彈藥分子時(shí)確定痕量彈藥的類型，最后對探測結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0009]步驟a中，采用計(jì)量栗對待探測空氣進(jìn)行抽取，計(jì)量栗所抽取的待探測空氣首先經(jīng)空氣過濾網(wǎng)篩過濾后，再由抽運(yùn)氣體通道輸送至痕量彈藥探測模塊。
[0010]步驟b中，所述金屬溶膠注入模塊中包含有金屬溶膠存儲容器，在所述金屬溶膠存儲容器中盛放有待注入的金屬溶膠，所述待注入的金屬溶膠為金或銀納米顆粒溶膠。
[0011]步驟C中，通過調(diào)整微流道內(nèi)金屬溶膠的流速及溫度，以使金屬溶膠中的金屬納米顆粒在微流道的末端形成雙聚體或三聚體。
[0012]步驟d中，所采用的激光的波長為658nm，激光功率為35mW。
[0013]本發(fā)明所提供的痕量彈藥探測裝置及探測方法是仿生物嗅覺的SERS (SurfaceEnhanced Raman Scattering，表面增強(qiáng)拉曼散射)-MEMS (MicroelectromechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))痕量彈藥探測裝置及探測方法，其采用SERS和MEMS有機(jī)融合的技術(shù)模仿了生物嗅覺的功能。從犬類鼻子的生物解剖可以發(fā)現(xiàn)，在鼻子內(nèi)部具有許多貝殼狀半圓形結(jié)構(gòu)，在半圓形結(jié)構(gòu)中分布著許多復(fù)雜的分叉和漩渦形結(jié)構(gòu)。上述復(fù)雜結(jié)構(gòu)為犬類鼻道內(nèi)熱量、水份、氣味分子的傳播提供了極大的區(qū)域。本發(fā)明中痕量彈藥探測模塊由至少一條微流道構(gòu)成，優(yōu)選的，可以由若干呈分叉狀結(jié)構(gòu)的微流道構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)置正是模仿了犬類鼻子的結(jié)構(gòu)。
[0014]通過金屬溶膠注入模塊向痕量彈藥探測模塊的微流道內(nèi)注入金屬溶膠，金屬溶膠一般為金或銀等金屬納米顆粒溶膠。金屬納米顆粒溶膠在流動(dòng)一定的距離后會因?yàn)樽越M裝發(fā)生團(tuán)聚形成雙聚體或三聚體等，而吸附在金屬納米顆粒溶膠上的樣品分子則有助于團(tuán)聚物的形成。對于形成雙聚體的情況，則在雙聚體的中間位置，電磁場增強(qiáng)最大，采用激光照射就會形成SERS熱點(diǎn)，而待探測的樣品分子恰好位于這個(gè)位置，其拉曼信號將獲得19?101°倍的增強(qiáng)。三聚體相對雙聚體可能電磁場增強(qiáng)稍弱一點(diǎn)，但在激光照射下同樣會形成SERS熱點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明是模仿生物嗅覺器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合SERS-MEMS融合技術(shù)，通過設(shè)置分叉結(jié)構(gòu)的微流道，使金屬溶膠在微流道內(nèi)吸附待探測空氣中或存的痕量彈藥分子，調(diào)整金屬溶膠的流速及溫度等，以使金屬溶膠中的金屬納米顆粒溶膠在微流道末端形成雙聚體或三聚體；對于待探測空氣中含有痕量彈藥分子的情況，彈藥分子與金屬納米顆粒溶膠共同形成雙聚體或三聚體，采用激光照射就會形成特征峰非常明顯的拉曼散射光譜。在微流道末端采用激光照射吸附了待探測空氣中或存的痕量彈藥分子的金屬溶膠，以產(chǎn)生拉曼散射光譜，由拉曼分析儀采集拉曼散射光譜數(shù)據(jù)，后續(xù)由數(shù)據(jù)分析及顯示模塊對拉曼分析儀所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，將微流道內(nèi)吸附了待探測空氣中或存的痕量彈藥分子的金屬溶膠所產(chǎn)生的拉曼散射光譜與數(shù)據(jù)分析及顯示模塊中所存儲的現(xiàn)有已知彈藥分子的拉曼散射光譜進(jìn)行對比、分析，以確定待探測空氣中是否含有痕量彈藥分子，并在待探測空氣中含有痕量彈藥分子時(shí)確定痕量彈藥的類型，最后對探測結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0016]本發(fā)明所提供的痕量彈藥探測裝置具有高集成度、高靈敏度、高精度、輕便可靠、易操作等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了彈藥探測儀器的小型化、高性能以及便攜化。采用本發(fā)明能夠?qū)]發(fā)空氣中的痕量彈藥分子進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)精確探測，因此可以用于未爆危險(xiǎn)彈、地雷、隱藏爆炸物等的搜索以及定向定位，庫存彈藥的安全檢測及預(yù)警，機(jī)場、車站等公共場所安保工作的排爆排炸等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明中痕量彈藥探測裝置的模塊化結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明中痕量彈藥探測裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是圖2中圓圈所示結(jié)構(gòu)的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1和圖2所示，本發(fā)明中的痕量彈藥探測裝置包括空氣抽運(yùn)模塊1、痕量彈藥探測模塊2、金屬溶膠注入模塊3、激光發(fā)射模塊4、拉曼分析儀5和數(shù)據(jù)分析及顯示模塊6。
[0021]空氣抽運(yùn)模塊I通過抽運(yùn)氣體通道18與痕量彈藥探測模塊2相接，空氣抽運(yùn)模塊I用于抽取待探測空氣，并通過抽運(yùn)氣體通道18將待探測空氣輸送至痕量彈藥探測模塊2。具體抽運(yùn)待探測空氣時(shí)，可采用計(jì)量栗對待探測空氣進(jìn)行抽取，計(jì)量栗所抽取的待探測空氣可首先經(jīng)空氣過濾網(wǎng)篩16將所抽取的待探測空氣中的粉塵等大顆粒物過濾后，再由抽運(yùn)氣體通道18將過濾后的待探測空氣輸送至痕量彈藥探測模塊2，空氣過濾網(wǎng)篩16可設(shè)置在抽運(yùn)氣體通道18上。
[0022]金屬溶膠注入模塊3用于向痕量彈藥探測模塊2內(nèi)注入金屬溶膠。金屬溶膠注入模塊3中包含有金屬溶膠存儲容器14，在金屬溶膠存儲容器14內(nèi)盛放有待注入的金屬溶膠，待注入的金屬溶膠一般為金或銀等金屬納米顆粒溶膠。
[0023]痕量彈藥探測模塊2分別與空氣抽運(yùn)模塊1、金屬溶膠注入模塊3、激光發(fā)射模塊4和拉曼分析儀5相接。痕量彈藥探測模塊2由至少一條微流道構(gòu)成，微流道即是指流道孔徑為微米量級的流道。本實(shí)施例中，痕量彈藥探測模塊2包括前端的金屬溶膠注入流道17、中間的反應(yīng)微流道13及后端的金屬溶膠輸出流道10。金屬溶膠注入流道17及金屬溶膠輸出流道10均為孔徑為20~40 μ m的流道，且金屬溶膠注入流道17及金屬溶膠輸出流道10均呈管狀結(jié)構(gòu)。在金屬溶膠注入模塊3的金屬溶膠存儲容器14中所存儲的待注入的金屬溶膠，可由微栗栗出，然后經(jīng)金屬溶膠注入孔11進(jìn)入金屬溶膠注入流道17，經(jīng)金屬溶膠注入流道17后進(jìn)入反應(yīng)微流道13，金屬溶膠在反應(yīng)微流道13內(nèi)作為反應(yīng)作用介質(zhì)吸附待探測空氣中或存的痕量彈藥分子后，進(jìn)入金屬溶膠輸出流道10，后經(jīng)金屬溶膠流出孔12流出?？稍诮饘偃苣z注入模塊3內(nèi)再設(shè)置一個(gè)金屬溶膠回收容器15，由金屬溶膠流出孔12流出的廢棄了的金屬溶膠可回收至金屬溶膠回收容器15內(nèi)，以保證環(huán)保性。
[0024]反應(yīng)微流道13是用于實(shí)現(xiàn)金屬溶膠與待探測空氣中或存