[發明專利]一種檢測氣體硝基芳烴類爆炸物的傳感器

無效

• 申請號: 201310446038.7
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103674909A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 初鳳紅
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種傳感器，特別涉及一種利用纖芯露出型微結構光纖作為傳感頭檢測氣體硝基芳烴類爆炸物的傳感器。

背景技術

爆炸物檢測技術可以用于反恐、非金屬地雷探測和環境質量監測等領域。特別是近年來，國際恐怖主義活動日益猖狂，據相關資料統計，僅恐怖爆炸一項占全球恐怖活動的57%。三硝基甲苯(TNT)等硝基芳烴類爆炸物因其爆炸威力大和價格便宜而經常被恐怖分子使用，并且在21種與爆炸物相關的化合物中都含有TNT，它是附帶產物和降解產物。因此為了有效的控制和打擊恐怖活動，維護國家和人民的安全，開發靈敏度高、探測時間短、工作狀態穩定的硝基芳烴類爆炸物檢測新方法、新設備具有重大深遠的經濟和社會意義，成為世界各國關注的熱點。

目前，微痕量硝基芳烴類爆炸物的檢測可以通過電化學方法、分子印跡法、離子遷移譜法、生物傳感法以及光學方法等進行。其中又以光學方法，特別是熒光猝滅方法最受人們關注，這是由于與其他方法相比較，熒光猝滅法具有靈敏度高、選擇性好、檢測速度快、傳感器體積小、成本低、操作簡便等特點，被認為是目前痕量爆炸物檢測方面最理想的技術之一。

如圖1所示纖芯露出型微結構光纖傳感頭截面示意圖，纖芯露出型微結構光纖的中間纖芯4-2直徑為10微米，周圍有2個孔徑為８微米的空氣孔4-1，另外一個空氣孔4-4非閉合進而使部分纖芯露出，外徑4-3為125微米。這種傳感頭的優點是熒光指示劑可以直接涂覆到空氣孔周圍，被檢測的氣體硝基芳烴類爆炸物可以直接與熒光指示劑相互作用，檢測時間短。

目前基于熒光猝滅原理的微痕量爆炸物傳感器的主要技術難題是熒光指示劑的熒光強度較弱，從而增加了探測熒光信號的難度，并且使系統的靈敏度和檢測下限降低。

發明內容

本發明是針對目前基于熒光猝滅原理的微痕量爆炸物傳感器因為熒光指示劑的熒光強度較弱導致檢測靈敏度降低的問題，提出一種檢測氣體硝基芳烴類爆炸物的傳感器，熒光指示劑的強度會隨著爆炸物濃度的增加而降低，通過探測熒光指示劑的熒光強度對爆炸物的濃度進行探測靈敏度降低，由于纖芯露出型微結構光纖的倏逝波強度較大，進而提高熒光指示劑的發光強度，達到提高系統的靈敏度和檢測下限的目的，可很好的解決目前此類傳感器存在的問題。

本發明的技術方案為：一種檢測氣體硝基芳烴類爆炸物的傳感器，包括激光器、兩個聚焦透鏡、擱置聚焦透鏡的調整架、纖芯露出型微結構光纖傳感頭、氣室、高通濾光片、光譜儀，纖芯露出型微結構光纖傳感頭置于氣室中，纖芯露出型微結構光纖傳感頭表面涂覆有對硝基芳烴類類爆炸物敏感的熒光材料MEH-PPV，氣室上有氣體進口和出口，激光器發出的光經第一聚焦透鏡聚焦，第一聚焦透鏡出射的激光經端面偶合法偶合進纖芯露出型微結構光纖傳感頭中，纖芯露出型微結構光纖傳感頭輸出的激光和熒光經截至波長為５１０ｎｍ的高通濾光片濾光，最后經第二透鏡聚焦進入光譜儀，光譜儀探測熒光材料的熒光強度對氣室中氣體爆炸物濃度進行探測。

所述激光器發出的光經第一聚焦透鏡聚焦，調節第一聚焦透鏡下的調整架，使第一聚焦透鏡出射激光偶合到纖芯露出型微結構光纖傳感頭的光纖端面。

本發明的有益效果在于：本發明一種檢測氣體硝基芳烴類爆炸物的傳感器，與同類產品相比可以提高檢測下限和靈敏度。另外，此傳感器由于纖芯外露，涂覆在空氣孔周圍的熒光材料可以直接和氣體爆炸物相互作用，具有檢測速度快、工作性能穩定、所需樣品量小等優點。

附圖說明

圖1為纖芯露出型微結構光纖傳感頭截面示意圖；

圖2為本發明檢測氣體硝基芳烴類爆炸物的傳感器結構示意圖。

具體實施方式

如圖2所示檢測氣體硝基芳烴類爆炸物的傳感器結構示意圖，包括激光器1、聚焦透鏡2、擱置聚焦透鏡2的調整架3、纖芯露出型微結構光纖傳感頭4、氣室5、高通濾光片6、聚焦透鏡7、光譜儀8。其中纖芯露出型微結構光纖傳感器頭如圖2所示截面示意圖。

纖芯露出型微結構光纖傳感頭4的制備：首先將敏感材料MEH-PPV溶解于三氯甲烷中，濃度為0.5mg/ml。然后將2０厘米長的纖芯露出型微結構光纖傳感頭4置于該敏感材料中，放置５分鐘。拿出后置于溫度為8０度的烘箱中放置10分鐘，待三氯甲烷揮發后從烘箱中拿出。

激光器1發出的光經聚焦透鏡2聚焦后，調整調整架3，使聚焦透鏡2出射的激光采用端面偶合法偶合進纖芯露出型微結構光纖傳感頭4中，纖芯露出型微結構光纖傳感頭4的端面如圖1截面示意圖。

將纖芯露出型微結構光纖傳感頭4置于氣室5中，氣室5上有氣體進口和出口，用于通過不同濃度的爆炸物氣體；光纖中的激光和熒光通過截至波長為５１０ｎｍ的高通濾光片6，最后經透鏡聚焦7進入光譜儀8中。通過光譜儀探測熒光材料的熒光強度對氣體爆炸物濃度進行探測。