[发明专利]一种用于爆轰气相产物水成分动态检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹光谱检测技术领域，具体涉及光混频太赫兹产生技术、电光调制技术、太赫兹波差分光谱检测技术、以及快响应太赫兹波探测技术，本发明适用于绝大部分爆轰产物水成分动态检测应用。

背景技术

C、H、N、O四种元素组成的炸药爆轰后主要产物是N2、H2O和CO2。爆轰产物的成分含量的实时检测，将为分析爆轰过程、确定状态方程以及建立爆轰过程的动力学模型提供有价值信息。

目前爆轰产物的常规检测手段主要有气相色谱以及离子色谱两种。气相色谱分析爆轰产物主要是利用爆轰产物中不同组成成分之间的沸点、极性及吸附性的差异来实现爆轰产物成分识别以及定量检测，其检测爆轰产物的主要过程为在爆轰过程完成后，对爆轰产物进行采样制成待测样品，然后将样品放入气相色谱的气体腔室，在惰性气体的引领下，进入色谱柱(柱内含有液体或固体固定相)，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组份都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由于载气(惰性气体)的流动性导致这种平衡难以建立，故可使样品组分在载气运动过程中多次反复进行分配或吸附/解吸附，最后使样品中浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出，从而实现爆轰气体产物组成成份定性检测以及定量检测。离子色谱的分离机理主要是离子交换，检测爆轰产物的主要过程为在爆轰过程完成后，对爆轰产物进行采样制成待测样品，通过高效离子交换色谱(通过离子交换实现组成成分分离)、离子排斥色谱(通过离子排斥实现组成成份分离)或离子对色谱(通过吸附和离子对的形成实现组成成份分离)三种方式实现样品组成成份分离，最后通过电化学或者光化学手段对个组成成份进行定量检测。由上述可知，气相色谱和离子色谱均能实现爆轰产物的定性检测以及高灵敏度的定量检测，但两者对于爆轰产物的检测，均只能在爆轰过程完成后，对爆轰产物进行采样制样后才能实现爆轰产物的检测，不具备实时检测的能力，且不能实现爆轰反应过程中爆轰产物含量的动态检测，因此难以为分析爆轰过程、确定状态方程以及建立爆轰过程的动力学模型提供有价值动态信息。

发明内容

本发明的目的是为了实现爆轰产物水成分的动态实时测量，提供一种用于爆轰产物水成分动态检测的太赫兹波差分光谱技术，利用太赫兹波对于爆轰附加产物粉尘的高穿透性，以及水对于太赫兹波的高吸收特性，结合远红外差分光谱技术的高检测灵敏性，实现对爆轰产物水成分的动态定量实时检测，并给出信号提取处理方法。

为实现上述发明目的，采用以下技术方案：

一种基于太赫兹波差分光谱的爆轰气相产物水成分动态检测方法，该方法包括光混频太赫兹波、振幅调制、快响应太赫兹探测三个部分，具体步骤如下：

光混频太赫兹波和振幅调制：采用两路频率不同的激光，其中一路激光作为本地振荡源，另一路激光通过光电调制器进行振幅调制产生两个变频带，通过光纤耦合器将两路激光同时注入快响应的光电二极管中，发生光混频效应，辐射出频率相近的传播方向相同的不同频率的太赫兹波；

辐射出的不同频率的太赫兹波，其中一个频率位于水特征吸收峰，另一个频率在水特征吸收峰之外的相近频率；

快响应太赫兹探测：由天线辐射出的两路太赫兹波快速进入并穿过爆炸区域，由太赫兹探测器接收穿过爆炸区域的两路太赫兹波，太赫兹探测器将接收到两路激光的损耗信息传送给计算机，由计算机将信息解码还原，实现对爆炸区域的水成分含量的动态定量检测。

在上述技术方案中，所述的不同频率的激光输出由工作波长在1550nm波段的两台可调谐半导体激光器分别输出。

在上述技术方案中，所述频率位于水特征吸收峰的太赫兹波在传输过程中会被爆炸区域内的水大量吸收及粉尘等颗粒散射损耗，导致该频率太赫兹波在被太赫兹探测器接收时出现衰减。

在上述技术方案中，其特征在于所述频率位于水特征吸收峰外的相近频率太赫兹波在传输过程中会被爆炸区域内的粉尘等颗粒散射损耗，导致该频率太赫兹波在太赫兹探测器接收时同样会出现衰减。

在上述技术方案中，通过对比所述频率位于水特征吸收峰的太赫兹波的信号衰减和频率位于水特征吸收峰之外的太赫兹波的信号衰减，可得到频率位于水特征吸收峰的太赫兹波信号仅由水吸收而造成的衰减。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

基于光混频原理产生太赫兹波，其优点在于泵浦激光采用1550nm波段的中红外激光，可在商用的通信光纤低损耗传输，能实现激光泵浦泵浦源和太赫兹发射端的远距离分离，保证操作人员的安全性。