[发明专利]一种爆炸物探测器和制作方法

摘要

一种爆炸物探测器和制作方法，所述探测器包括采样装置、硅敏感阵列对和信号控制与处理电路。采样装置包括超声波发射器、负压进气风机和超声振动管道，用于采集爆炸物微粒并将其输送到硅敏感阵列对表面。硅敏感阵列对是安装在超声振动管道内部的两个相互错位的硅双端固支梁阵列，其特点是既增大了采集到爆炸物微粒的几率，同时又不影响管道中气体的流动。硅敏感阵列采用微电子机械系统技术制作，它利用爆炸物的熔解吸热特性进行检测。硅梁的输出信号经选通电路读取后被差分放大，并与储存在存储器中的无爆炸物微粒时的信号进行比对，进而判断硅梁上是否存在爆炸物。该探测器能检测多种固态爆炸物，可用于各种公共场所的安全检查。

主权项

1、一种爆炸物探测器，由采样装置、硅敏感阵列对、信号控制与处理电路(12)三部分组成，其特征在于：所述的第一部分采样装置包括超声波发射器(3)、负压进气风机(4)和超声振动管道(5)，用于完成爆炸物微粒的采集并将其输送到硅敏感阵列(7)的表面，其中：超声波发射器(3)由多个排列成环形的压电陶瓷片(2)组成，压电陶瓷片(2)的频率为1兆赫兹，将其组装成一个压电陶瓷环；负压进气风机(4)的进气口(1)在压电陶瓷环的中间，风机的出气口与超声振动管道(5)的入口对接；超声振动管道(5)与硅敏感阵列(7)都采用正方形设计，管道内壁边长与硅敏感阵列(7)的边长相当，将管道加热元件(13)均匀布置在管道外壁的四个面上，用于对管壁进行加热，在管道外壁的四个面上还粘贴有压电陶瓷片(2)，用于对管壁进行超声激励并使其产生振动；在超声振动管道(5)的末端有两个管道插槽(8)，在管道插槽(8)中制作有电极，这些电极与硅敏感阵列环形衬底(9)的外电极一一对应，用于连接硅敏感阵列(7)与外围的信号控制和处理电路(12)；制作超声振动管道(5)所用的材料可以是石英、陶瓷、耐热硬塑料、金属，当采用金属材料制作超声振动管道(5)时，需要将管道与管道加热元件(13)、压电陶瓷片(2)、管道插槽(8)中的电极进行绝缘处理；超声振动管道(5)的入口处和出口处各有一个阀门，采样时两个阀门同时开启以便于采样，采样结束后两个阀门同时关闭，使管道中的两个硅敏感阵列(7)处于与外界相对隔离的环境中，减少外界气流及温度变化引起的干扰；在管道出口阀门(10)的外侧还安装有一个排气风扇(11)，用以加强采样时气流在管道中的单向流动，超声波发射器(3)、负压进气风机(4)、排气风扇(11)、管道加热元件(13)与超声激励元件、管道入口阀门(6)及管道出口阀门(10)均采用连动电气开关控制；在打开超声波发射器(3)的开关发射超声波的同时，超声振动管道(5)中的两个阀门同时打开，风机启动并开始进气，排气风扇(11)开始排气，超声振动管道(5)开始加热并进行超声振动；当关闭超声波发射器(3)时，负压进气风机(4)和排气风扇(11)也同时停止工作，超声振动管道(5)进出口阀门全部关闭，并且管道停止加热及超声振动；所述的第二部分硅敏感阵列对是：两个硅敏感阵列(7)固定在两个管道插槽(8)中，将其垂直于进气方向安装在超声振动管道(5)中，一前一后组成硅敏感阵列对，安装时相互错位，使得后一个硅敏感阵列中的硅梁(14)正对着前一个硅敏感阵列中硅梁之间的间隙(15)；硅敏感阵列(7)由多个相互平行且尺寸相同的双端固支硅梁(14)构成，在每个硅梁(14)上均制作有加热元件和测温元件，在硅梁(14)之间有间隙(15)并且其间距相等；由于硅敏感阵列(7)结构不是一个完整连续的平面，在硅梁(14)之间有间隙(15)，因而不会堵塞管道，保证在超声振动管道(5)中含有爆炸物微粒的气体能进行单向流通，便于爆炸物微粒能够落到硅梁(14)的表面；一部分爆炸物微粒会穿过第一个硅敏感阵列(7)中硅梁之间的间隙(15)，由于该间隙(15)正对着第二个硅敏感阵列(7)的硅梁(14)，因此穿过第一个硅敏感阵列(7)的爆炸物微粒将直接落到第二个硅敏感阵列(7)的硅梁(14)上，这样既增大了采集到爆炸物微粒的几率，同时又不影响超声振动管道(5)中气体的流动；通过加热元件对硅梁(14)进行加热，使有可能落到硅梁(14)表面的爆炸物微粒发生熔解或蒸发反应并产生相变吸热，然后通过测温元件测量出相变吸热所引起的硅梁(14)表面的温度变化信号，并将该信号送入信号控制与处理电路(12)中加以放大和处理；所述的第三部分信号控制与处理电路(12)主要包括电源、测温信号反馈与加热控制电路、开关选通电路、差分放大电路、积分电路、信号比较电路、单片机、存储器、报警电路，通过超声振动管道(5)末端管道插槽(8)中的电极对硅梁(14)的温度信号进行读取并进行精确控温加热，将硅梁(14)加热至爆炸物微粒的熔点或蒸发点，然后通过开关选通电路读取每个硅梁(14)上由于爆炸物微粒熔解或蒸发引起的的温度变化信号，经过差分放大后与存储器中已经存储的无爆炸物微粒时的硅梁(14)温度变化信号进行对比，进而判断硅梁(14)上是否存在爆炸物微粒以及是否报警。