专利名称：简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置。
背景技术：
1928年印度物理学家拉曼首次发现拉曼散射效应(即当光穿过透明介质被分子 散射的光发生频率变化)并因此荣获1930年诺贝尔物理学奖。拉曼效应发现以后，拉曼光 谱分析曾是研究分子结构的主要手段。近年来，拉曼光谱技术已发展到共焦显微拉曼技术、 表面增强拉曼技术、共振拉曼技术等，形成了拉曼光谱分析领域的技术体系。拉曼光谱分析 技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术，其信号来源与分子的振动和转动 相关。不同的物质具有不同的特征光谱，因此可以通过拉曼光谱作定性分析；根据物质光谱 拉曼散射强弱的特点，可以对物质作定量分析；对拉曼光谱谱带的分析，可进行物质官能团 及分子结构作分析。爆炸物因为其强大的破坏力，属于各国严格控制的物品。为了公共安全等安全目 的，在机场、车站等公共场所以及其它特定场所进行爆炸物检测是必要的。爆炸物一般由炸 药、引爆装置和填充物、包裹物等构成。目前常用的爆炸物探测技术有探测炸药本身(如离 子迁移谱)，有探测引爆装置(如金属探测)，还有探测爆炸物形状(如单能X光)，当然也 有能同时探测炸药和包裹形状(如双能X光)。其中炸药探测有痕量炸药和常量炸药探测 之分，痕量炸药探测是通过分析炸药挥发出来的蒸气或者残留在物体表面的炸药颗粒来实 现，而常量炸药探测所需的炸药有一定质量和体积，一般通过炸药的等效原子序数、密度、 外形特征等方式来实现。基于这些常用探测技术的设备往往适合于近距离使用，检查人员 和设备距检查对象都比较近，有的甚至是接触式检查方式，隐蔽性差，对人员和设备都存在 潜在危险。因此，能够确保检查人员和仪器的安全性，同时还具有隐蔽性的探测技术是最理 想的。目前适用于远距离爆炸物探测的技术有远距离X背散成像、激光光谱、热成像、太赫 兹和毫米波等技术，它们的探测原理、技术成熟度以及适用场合都还存在差异，但总体来讲 都还处在试验化向产品化的转化阶段，目前现有技术产品化的成本都还处在一个较高的阶 段，不能被广泛应用。炸药蒸气或者炸药受到激光照射时会吸收或发射某些特定波长的激光，这些吸收 或发射光谱具有指纹特征，与原光谱库比对就可以判断出是否存在炸药。具有远距离探测 能力的激光光谱技术主要有拉曼光谱、激光诱导荧光光谱和光声光谱等。由于激光具有较 好的传输性能，特别适合于远距离探测。拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来 的分子结构表征技术，其信号来源与分子的振动和转动相关。不同的物质具有不同的特征 光谱，因此可以通过拉曼光谱作定性分析；根据物质光谱拉曼散射强弱的特点，可以对物质 作定量分析；对拉曼光谱谱带的分析，可进行物质官能团及分子结构作分析。正因如此，激 光拉曼光谱技术在物质鉴定、分子结构研究、化工过程、医学医药、生物化学、考古及宝石鉴 定、公安与法学样品分析、反恐技术、食品安全、地质及环境科学等各个领域都得到了广泛 的应用，越来越受研究者的重视。特别是激光拉曼光谱分析技术无需样品制备过程、是无损
3探测技术、适合水溶液分析、速度快稳定性高，已在反恐禁毒领域逐步开始应用。申请号为9519564. X的中国专利文献公开的“爆炸物的检测器”，用于检测样品中 爆炸性材料，包括一个光源，用于对该样品进行照射以产生拉曼散射光；一个检测器，用 于检测从样品接收的拉曼散射光；和一个在样品和检测器之间的窄带滤光器，该滤光器仅 让包括874CHT1和885CHT1的某窄带内的光通过并到达检测器。该设备只能用于接触式检 测，检测效率低，并且只能针对于特征峰在SSOcnT1左右的爆炸物，如RDX，PETN等。其他使用激光共振拉曼技术的一种通用型的远距离拉曼检测设备，可实现对爆炸 物的远距离检测，但是这种检测设备使用了 ccd式光谱仪设备，系统造价相对昂贵，因此在 许多领域或场所，受经济条件的限制无法推广使用。
发明内容
为了解决现有爆炸物检测设备具有的造价昂贵或不能实现远距离检测等不足，本 发明的目的在于提供了一种成本低、体积小的简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置。本发明采用的技术方案是一种简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置，所述 检测装置包括激光器，用于照射待检测样品以产生拉曼散射光；望远系统，用于收集待测样品产生的散射光；光纤耦合装置，用于将望远系统收集的光耦合进入光纤；多个窄带滤波器，用于使光纤传来的光中仅有待检测爆炸物对应的窄带宽光通 过；每个窄带滤波器对应的光探测器，用于探测对应的窄带滤波器滤波后的光，并产 生探测数据；数据处理单元，用于对光探测器输出的数据处理，根据与实验结果设定的探测阈 值进行比较，判定当前信号中是否存在危险品的特征拉曼谱；分光单元，用于将光纤传输的光束分配到所述每一个窄带滤波器。所述分光单元可以为将光分成对应窄带滤波器数量的光束并传递给窄带滤波器 的光纤分束器。所述的分光单元也可以为用于将光束顺序轮询切换给各窄带滤波器的带控制器 的光开关。所述的窄带滤波器及对应的光探测器均为三个，所述三个窄带滤波器对应的中心 波长的波数分别为880CHT1、1050CHT1和1350CHT1，滤波器带宽为士 lOcnT1。所述激光器为532nm-735nm波长的半导体固体激光器。所述望远系统为施密特_卡塞格林或马克苏托夫_卡塞格林式折反射望远镜。所述探测器采用的是带尾纤的光电探测器。本发明的有益效果是本产品原理为远距离拉曼技术，用于对可疑爆炸物品进行 远距离快速鉴定，无需接触检测，可有效地应用于远距离爆炸物探测的使用，反应时间仅为 几秒，能够快速鉴别可疑物是否为易燃易爆品，检测炸药范围广泛，包括爆炸物、爆炸物前 体化学品、自制炸药、混合自制炸药等。并且还具备低成本、小体积的优点，本设备可用于公 共场合的爆炸物监测。
图1是本发明一种实施方式的示意图；图2是本发明另一种实施方式的示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明提供的一种简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置作 进一步详细的描述实施例1如图1所示是一种简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置，该检测装置包括激 光器2，用于照射待检测样品1以产生拉曼散射光；望远系统3，用于远距离收集待测样品 1产生的散射光；光纤耦合装置5，用于将望远系统3收集的光耦合进入光纤4 ；3个窄带滤 波器7，用于将光纤传来的仅有待检测爆炸物对应的窄带宽光通过，其它光过滤掉；3个窄 带滤波器对应的光探测器8，用于探测对应的窄带滤波器7滤波后的光，并产生探测数据； 数据处理单元9，用于对光探测器输出的数据处理，根据与实验结果设定的探测阈值进行比 较，判定当前信号中是否存在危险品的特征拉曼谱；由光纤分束器6作为分光单元，用于将 光纤传输的光束分配到所述每一个窄带滤波器7。其中，如图1所示，激光器2为532nm-735nm波长的半导体固体激光器，望远系统3 为马克苏托夫_卡塞格林式折反射望远镜，分光单元采用光纤分束器6，将光纤传输的光束 平均分配到三个窄带滤波器7，可有效地滤去瑞利光及其他波长的杂散光，三个窄带滤波器 7的对应的中心波长的波数分别为880CHT1、1050CHT1和1350CHT1，滤波器带宽为士 IOcnT1,另 外每个窄带滤波器7分别对应一个光探测器8，光探测器8采用的是带尾纤的光电探测器， 三个光探测器8分别用来探测特征峰884CHT1的RDX、R791，R852以及特征峰在874CHT1的 PETN等塑性炸药，特征峰在1350CHT1附近的二氧化氮基爆炸物及危险品，如苦味酸；CE ； TNT ；2#岩石类炸药，及特征峰在ΙΟδΟοπΓ1左右的硝基组类爆炸物，如硝酸脲，铵油炸药，硝 酸铵，浆状炸药等。工作过程为激光器2照射待检测样品1使其产生散射光，望远系统3收集散射光 并通过光纤4传递给光纤分束器6，光纤分束器6将收集到的光分为多路，每路光经过光滤 波器7再由光探测器8进行探测，光探测器的输出信号经A/D转换器转换成数字量后进入 数据处理单元9，由数据处理单元9对对A/D转换器的输出数据进行处理，判定当前信号中 是否存在危险品的特征拉曼谱。采用望远系统进行远距离拉曼检测，因此不但快速而且安 全性高。实施例2如图2所示，本发明的另一种实施方式的示意图，包括激光器2、望远系统3、光纤 耦合装置5、光纤4、3个光滤波器7、3个光探测器8，其中，分光单元采用光开关10，所述激 光器2照射待检测样品1使其产生散射光，所述望远系统3收集散射光并通过光纤传递给 光开光10，光开关10的控制器给出一个控制信号让光开关10切换到其中一个滤波器进行 探测。与第一种实施方式的区别采用光开关，控制探测器对指定的滤波器进行探测。是当采集到的光束到达光开关时，光开关控制器给出一个控制信号让光开关切换到指定滤波 器进行探测，光开关控制信号采用顺序轮询的方式进行。这种结构在探测时间上是方案1 的3倍，但是可以有效地降低系统内的光损耗。 本发明的检测仪具备多种爆炸物探测能力，并且具备低成本，体积小的优点。
权利要求
一种简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置，其特征是所述检测装置包括激光器，用于照射待检测样品以产生拉曼散射光；望远系统，用于收集待测样品产生的散射光；光纤耦合装置，用于将望远系统收集的光耦合进入光纤；多个窄带滤波器，用于使光纤传来的光中仅有待检测爆炸物对应的窄带宽光通过；每个窄带滤波器对应的光探测器，用于探测对应的窄带滤波器滤波后的光，并产生探测数据；数据处理单元，用于对光探测器输出的数据处理，根据与实验结果设定探测阈值进行比较，判定当前信号中是否存在危险品的特征拉曼谱；分光单元，用于将光纤传输的光束分配到所述每一个窄带滤波器。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述分光单元为将光分成对应窄带 滤波器数量路数的光纤分束器。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述的分光单元为用于将光束顺序 轮询切换给各窄带滤波器的带控制器的光开关。
4.根据权利要求1至3中之一所述的检测仪，其特征在于所述的窄带滤波器及对 应的光探测器均为三个，所述三个窄带滤波器的对应的中心波长的波数分别为SSOcnT1、 1050cm"1 和 1350CHT1，滤波器带宽为 士 lOcnT1。
5.根据权利要求1至3中之一所述的检测仪，其特征在于所述激光器为532nm-735nm 波长的半导体固体激光器。
6.根据权利要求4所述的检测仪，其特征在于所述激光器为532nm-735nm波长的半 导体固体激光器。
7.根据权利要求1至3中之一所述的检测仪，其特征在于所述望远系统为施密特-卡 塞格林或马克苏托夫_卡塞格林式折反射望远镜。
8.根据权利要求4所述的检测仪，其特征在于所述望远系统为施密特_卡塞格林或 马克苏托夫_卡塞格林式折反射望远镜。
9.根据权利要求5所述的检测仪，其特征在于所述望远系统为施密特_卡塞格林或 马克苏托夫_卡塞格林式折反射望远镜。
10.根据权利要求1至3中之一所述的检测仪，其特征在于其探测器采用的是带尾纤的 光电探测器。
全文摘要
一种简易型拉曼远距离爆炸物检测仪，所述检测仪包括激光器、望远系统、光纤耦合装置、光纤分束器、光滤波器、光探测器和数据处理单元。该检测仪具备多种爆炸物探测能力，并且具备低成本，体积小的优点，可有效地应用于远距离爆炸物探测的使用。
文档编号G01N21/65GK101915757SQ20101024941
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者伍浩成, 路伟东, 邹自立, 陈猛 申请人:北京路源光科技有限公司;桂林光通电子工程公司