[发明专利]一种检测气体硝基芳烃类爆炸物的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别涉及一种利用纤芯露出型微结构光纤作为传感头检测气体硝基芳烃类爆炸物的传感器。

背景技术

爆炸物检测技术可以用于反恐、非金属地雷探测和环境质量监测等领域。特别是近年来，国际恐怖主义活动日益猖狂，据相关资料统计，仅恐怖爆炸一项占全球恐怖活动的57%。三硝基甲苯(TNT)等硝基芳烃类爆炸物因其爆炸威力大和价格便宜而经常被恐怖分子使用，并且在21种与爆炸物相关的化合物中都含有TNT，它是附带产物和降解产物。因此为了有效的控制和打击恐怖活动，维护国家和人民的安全，开发灵敏度高、探测时间短、工作状态稳定的硝基芳烃类爆炸物检测新方法、新设备具有重大深远的经济和社会意义，成为世界各国关注的热点。

目前，微痕量硝基芳烃类爆炸物的检测可以通过电化学方法、分子印迹法、离子迁移谱法、生物传感法以及光学方法等进行。其中又以光学方法，特别是荧光猝灭方法最受人们关注，这是由于与其他方法相比较，荧光猝灭法具有灵敏度高、选择性好、检测速度快、传感器体积小、成本低、操作简便等特点，被认为是目前痕量爆炸物检测方面最理想的技术之一。

如图1所示纤芯露出型微结构光纤传感头截面示意图，纤芯露出型微结构光纤的中间纤芯4-2直径为10微米，周围有2个孔径为８微米的空气孔4-1，另外一个空气孔4-4非闭合进而使部分纤芯露出，外径4-3为125微米。这种传感头的优点是荧光指示剂可以直接涂覆到空气孔周围，被检测的气体硝基芳烃类爆炸物可以直接与荧光指示剂相互作用，检测时间短。

目前基于荧光猝灭原理的微痕量爆炸物传感器的主要技术难题是荧光指示剂的荧光强度较弱，从而增加了探测荧光信号的难度，并且使系统的灵敏度和检测下限降低。

发明内容

本发明是针对目前基于荧光猝灭原理的微痕量爆炸物传感器因为荧光指示剂的荧光强度较弱导致检测灵敏度降低的问题，提出一种检测气体硝基芳烃类爆炸物的传感器，荧光指示剂的强度会随着爆炸物浓度的增加而降低，通过探测荧光指示剂的荧光强度对爆炸物的浓度进行探测灵敏度降低，由于纤芯露出型微结构光纤的倏逝波强度较大，进而提高荧光指示剂的发光强度，达到提高系统的灵敏度和检测下限的目的，可很好的解决目前此类传感器存在的问题。

本发明的技术方案为：一种检测气体硝基芳烃类爆炸物的传感器，包括激光器、两个聚焦透镜、搁置聚焦透镜的调整架、纤芯露出型微结构光纤传感头、气室、高通滤光片、光谱仪，纤芯露出型微结构光纤传感头置于气室中，纤芯露出型微结构光纤传感头表面涂覆有对硝基芳烃类类爆炸物敏感的荧光材料MEH-PPV，气室上有气体进口和出口，激光器发出的光经第一聚焦透镜聚焦，第一聚焦透镜出射的激光经端面偶合法偶合进纤芯露出型微结构光纤传感头中，纤芯露出型微结构光纤传感头输出的激光和荧光经截至波长为５１０ｎｍ的高通滤光片滤光，最后经第二透镜聚焦进入光谱仪，光谱仪探测荧光材料的荧光强度对气室中气体爆炸物浓度进行探测。

所述激光器发出的光经第一聚焦透镜聚焦，调节第一聚焦透镜下的调整架，使第一聚焦透镜出射激光偶合到纤芯露出型微结构光纤传感头的光纤端面。

本发明的有益效果在于：本发明一种检测气体硝基芳烃类爆炸物的传感器，与同类产品相比可以提高检测下限和灵敏度。另外，此传感器由于纤芯外露，涂覆在空气孔周围的荧光材料可以直接和气体爆炸物相互作用，具有检测速度快、工作性能稳定、所需样品量小等优点。

附图说明

图1为纤芯露出型微结构光纤传感头截面示意图；

图2为本发明检测气体硝基芳烃类爆炸物的传感器结构示意图。

具体实施方式

如图2所示检测气体硝基芳烃类爆炸物的传感器结构示意图，包括激光器1、聚焦透镜2、搁置聚焦透镜2的调整架3、纤芯露出型微结构光纤传感头4、气室5、高通滤光片6、聚焦透镜7、光谱仪8。其中纤芯露出型微结构光纤传感器头如图2所示截面示意图。

纤芯露出型微结构光纤传感头4的制备：首先将敏感材料MEH-PPV溶解于三氯甲烷中，浓度为0.5mg/ml。然后将2０厘米长的纤芯露出型微结构光纤传感头4置于该敏感材料中，放置５分钟。拿出后置于温度为8０度的烘箱中放置10分钟，待三氯甲烷挥发后从烘箱中拿出。

激光器1发出的光经聚焦透镜2聚焦后，调整调整架3，使聚焦透镜2出射的激光采用端面偶合法偶合进纤芯露出型微结构光纤传感头4中，纤芯露出型微结构光纤传感头4的端面如图1截面示意图。

将纤芯露出型微结构光纤传感头4置于气室5中，气室5上有气体进口和出口，用于通过不同浓度的爆炸物气体；光纤中的激光和荧光通过截至波长为５１０ｎｍ的高通滤光片6，最后经透镜聚焦7进入光谱仪8中。通过光谱仪探测荧光材料的荧光强度对气体爆炸物浓度进行探测。