[發明專利]光纖爆炸物傳感器熒光敏感薄膜制備方法、光纖爆炸物傳感器及爆炸物蒸氣檢測系統

有效

• 申請號: 201911156713.6
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110823852B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 楊建春;沈睿;晏培新;李小冰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G02B6/00;G02B6/02
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

本發明公開了一種光纖爆炸物傳感器熒光敏感薄膜制備方法、光纖爆炸物傳感器及爆炸物蒸氣檢測系統。熒光敏感薄膜制備方法包括對光纖的纖芯空氣孔內壁進行清洗，活化石英表面上的羥基，將光纖置于乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中處理，制備熒光混合溶液，采用氣壓驅動裝置將熒光混合溶液通入纖芯空氣孔中形成爆炸物蒸氣熒光敏感薄膜。光纖爆炸物傳感器包括空芯光子晶體光纖和爆炸物蒸氣熒光敏感薄膜。爆炸物蒸氣檢測系統包括半導體激光器、光纖爆炸物傳感器、測試氣室、光譜儀和計算機。本發明中的熒光敏感薄膜的熒光量子產率高，熒光光強穩定；當爆炸物蒸氣分子與熒光敏感薄膜充分接觸時，會使熒光強度發生顯著的變化，傳感器靈敏度高。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種獲取爆炸物蒸氣濃度的基于熒光猝滅的空芯光子晶體光纖爆炸物蒸氣傳感裝置。

背景技術

在全球范圍內，恐怖份子活動猖獗，恐怖爆炸事件呈逐年上升趨勢，嚴重威脅人民的生命財產安全。據相關資料統計，在大部分恐怖爆炸事件中使用的是常見易得的三硝基甲苯(TNT)，二硝基甲苯(DNT)等硝基芳烴類爆炸物，但是此類爆炸物的飽和蒸氣壓極低，不易被探測到。因此，實現快速，遠程，安全，痕量檢測TNT，DNT等，對國家安全，社會安全及人民財產安全具有重要的意義。

目前，對爆炸物揮發出的蒸氣和黏附于爆炸物容器表面以及任何接觸過爆炸物的人和物表面所殘留的痕量爆炸物檢測的技術主要分為非光學法和光學法。非光學法包括：氣相色譜法，離子遷移譜法，聲表面波法，MEMS傳感技術，質譜法和生物傳感技術等。光學法包括：太赫茲光譜法，拉曼光譜法和熒光光譜法等。許多物質的太赫茲光譜包含了豐富的物理和化學信息，如分子的振動和轉動光譜。太赫茲在爆炸物及其相關材料檢測研究中的優勢主要有：①不同爆炸物材料在太赫茲波段具有不同的特征吸收，可以進行爆炸物的鑒別；②太赫茲波可以穿透非金屬和非極性材料，可以探測隱藏在這些包裝材料中的爆炸物；③太赫茲波的能力比較低，可以對人體和生物材料等進行無損檢測。但是這種方法存在技術不成熟，還處于實驗室階段且空氣水蒸氣對太赫茲光的吸收限制了檢測距離等缺點。拉曼光譜法具有樣品不需要預處理、是非侵入非破壞性的測量、需要樣品很少等優勢，但存在拉曼光譜較弱，易受熒光干擾，儀器笨重等缺點。熒光光譜法響應速度快，靈敏度高，穩定性好，體積小，特別適合痕量檢測。

隋峰(艦船電子工程,2017,37(2):121-125)使用聚苯撐乙炔(PPE)熒光薄膜對TNT進行檢測。紫外LED光源發出的激發光通過準直透鏡耦合到樣品池中并與樣品池上的熒光聚合物薄膜相互作用從而發射出熒光，并通過濾波片將多余的激發光濾除掉，減少激發光對熒光強度測量的干擾，最后已濾波的熒光通過準直透鏡耦合到光電探測器中進行探測。同時TNT樣品通過進樣口進入樣品池中并與熒光聚合物薄膜相互作用產生熒光猝滅效應，通過加入TNT樣品前后熒光強度的檢測可以得到TNT的濃度。該方法最低檢出限為10ppb。陜西師范大學的杜海英(化學通報,2011,74(10):881-889.)開發了一種基于自組裝單層膜的化學熒光薄膜熒光傳感器，通過界面反應將共軛熒光高分子或其寡聚物化學單層組裝到玻璃基質表面得到熒光傳感薄膜，該傳感器對水相中硝基苯(NB)表現出極高的傳感選擇性和傳感靈敏度。但是傳統熒光爆炸物傳感器存在不能遠程檢測，電磁干擾影響大，實時檢測實現困難等缺點。

光纖傳感技術是上世紀年代末隨著光纖的實用化和光通信技術的發展而形成的,它綜合了物理、化學、生物和信息處理等多學科技術,具有廣闊的應用前景。光纖傳感器能夠實現“傳”和“感”的合二為一,具有其他傳感器所不具有的許多優點。首先,可以抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕；其次,重量輕、體積小、靈活彎曲,易于加工做成各種形狀,可以實現某些特殊條件下的測量工作；第三,由于光纖本身以及光纖放大器的高質量傳輸、低衰減率,使得光纖傳感器可以進行遠距離測量,這種特性對危險區的檢測是十分必要的。