CN103038621B - 用于检测气流中的炸药颗粒的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
在一种用于检测气流(46)中的炸药颗粒的方法以及装置中，气流(46)在规定的时间段上被导引通过吸附网(12)，其中，炸药颗粒(18)被吸附到其上，接下来吸附网(12)被加热到使炸药颗粒(18)脱附的加热温度上，并且带有所脱附的炸药颗粒的气流被输送给用于其检测的检测器(40)，其中，带有比炸药颗粒(18)的颗粒尺寸更小的孔隙尺寸的微型过滤器(12)被用作吸附网。由此可能收集实际上所有处于气流(46)中的炸药颗粒(18)并且输送给后续的检测，由此提高检测的灵敏性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测气流中的炸药颗粒(Sprengstoffpartikel)的方法和装置，在其中气流在规定的时间段上被引导通过吸附网(Adsorptionsnetz)，使得炸药颗粒被吸附到其上，接下来吸附网被加热到一加热温度上，在该加热温度中炸药颗粒脱附(desorbieren)，并且带有所积聚的炸药颗粒的气流被输送给用于其检测的检测器。
背景技术
从文件US 6 604 406 B1中已知一种检测方法或检测装置。
用于恐怖主义目的的炸药尤其在民用航空交通中的增加的应用产生对于有效的炸药检测器的迫切的需求，其中，尤其需要可移动的或现场适用的(feldtauglich)系统。例如当潜在的恐怖分子处理炸药时，较小的炸药痕迹(Sprengstoffspur)遗留在衣物和皮肤处。对炸药痕迹的检测方法的目的是例如在登上飞机之前确定这些炸药痕迹。在此，引导气流(大多为环境空气)经过待检查的物品或待检查的人员，其中，只要这样的炸药颗粒存在，其被吸走。然而由于炸药颗粒的非常低的浓度(其经常以万亿分之几(ppt)的范围存在)，该类型的检测变得困难，其中，直接检测气相(Gasphase)中的炸药颗粒有时非常困难，因为常见的炸药颗粒的平衡-气体浓度非常小。
在文件US 6 604 406中说明了一种对炸药颗粒的检测方法，在其中待寻找的以颗粒形式的材料被收集在构造为毛毡(Filz)、无纺物(Vlies)或编织物(Geflecht)的吸附网上并且接下来输送给检测器。在该已知的方法中，包含较低浓度的炸药颗粒的气体在第一吸附步骤中被抽吸通过构造为毛毡、无纺物或编织物的吸附网，其中，颗粒中的一部分吸附在过滤器上并且因此在吸附网上的颗粒的浓度随着时间增加。在第二方法步骤、脱附步骤中，加热吸附网并且使气流通过吸附网的流动方向反转。在此，所积聚的炸药颗粒从吸附网脱附并且可以以提高的浓度被检测器探测。在此不利的是，仅吸附网中的较大的颗粒留住而较小的颗粒穿过并且因此不能有助于检测。
发明内容
由此出发，本发明目的在于进一步改善炸药颗粒的可检测性或进一步减小检测极限(Detektionsgrenze)。
根据本发明，该目的由此来实现，即带有比待检测的炸药颗粒的颗粒尺寸或者颗粒直径更小的孔隙尺寸(Porengröße)的微型过滤器被用作吸附网。在此，概念“微型过滤器”被理解为带有在大约1μm的范围中的厚度的薄膜，其通过支承结构具有机械稳定性且具有规则的穿孔(Perforation)。这些穿孔优选地具有相同的直径，其优选地小于1μm、还更优选地小于400nm。这与现有技术相比使能够，所有处于气流中的颗粒被捕获或吸附在其上，而在传统的系统中大部分颗粒可成功通过吸附网的编织物，使得该积聚明显更弱或持续更久。借助于微型过滤器，颗粒可被保留在表面上，由此，其可保持能够非常容易地接近且简单地又被脱附。与此相对，传统使用的编织物是三维的织物或毛毡。该根据本发明的构造尤其在脱附步骤中具有优点，因为所有颗粒位于唯一的表面上而不在三维的结构中并且因此通过加热微型过滤器表面可能针对性地脱附。该针对性地加热到规定温度上此外可被用于通过调节一定的温度实现对确定的炸药的检测选择性。
因此有利地可使较小的炸药颗粒的活动的颗粒-气体转换成为可能。微型过滤器的较小的热质量允许以较低的功率运行和在加热过程中非常快速的温度上升。代替仅仅颗粒的脱附因此还可实现离解(Dissoziation)，其中，分子基团被解离，这将允许备选的检测可能性，例如带有硝基的分子的检验。
微型过滤器的孔隙尺寸优选地根据待检测的炸药来选择，使得还可能使用带有不同孔隙尺寸的微型过滤器用于检测确定的炸药。也可能为了该目的可更换地设计微型过滤器。
为了进一步提高检测的可选择性，也可能相继布置带有不同孔隙直径的两个微型过滤器，其中，第一微型过滤器具有较大的孔隙尺寸(例如1μm)，以捕捉大的不期望的颗粒，并且在下游设置有带有较小孔隙尺寸(例如400nm)的第二微型过滤器，待检测的颗粒吸附在其上。在第二方法步骤中，仅加热第二微型过滤器，使得仅吸附在其上的炸药颗粒脱附并且被输送给检测器。然后在检测过程结束之后为了移除吸附在第一过滤器处的不期望的颗粒还可加热该过滤器。
根据本发明的一有利的改进方案，调节加热温度并且使用带有孔隙尺寸的微型过滤器，在其中待检测的炸药颗粒在加热和脱附之后可以以气相经过微型过滤器。该温度处于大约150°或250°。在该特别简单的方法实施方案(其此外可利用结构上简单的装置)中，不需要以不同的流动方向流过该组件。在此，优选地持续地激活气流，其中，微型过滤器持续地被流过且气体检测器持久地被气流溢流。但是在一些时间(尤其大约10-20秒)之后，当足够的颗粒吸附在微型过滤器上并且微型过滤器被加热时，在所积聚的炸药颗粒的伴随于此的脱附中才得到它的足够的浓度，其可被检测器良好地探测或检测。
一种用于执行上面所提及的方法的优选的装置包括微型过滤器，在其后面布置有检测器，其中，微型过滤器包括加热装置以及用于调节微型过滤器的温度的调节装置。在该简单的组件中，微型过滤器和检测器总是在相同的方向上被带有炸药颗粒的气流流过，这在结构上非常简单。
根据本发明的方法的一备选的改进方案设置成，在收集模式中气流被引导通过微型过滤器并且接下来在接着的检测模式中气流在相反的流动方向上流过在此加热的微型过滤器。在此，粘附在微型过滤器处的炸药颗粒脱附并且可以以该积聚的形式在检测器中被分析。在此，气流在检测模式中在封闭的回路(Kreislauf)中来循环。
一种用于执行该方法的该设计方案的装置包括带有微型过滤器的流动通道以及带有检测器的循环通道，其在收集模式中能够闭锁而在检测模式中能够与流动通道连接以形成封闭的环形通道。
根据一有利的改进方案，该装置包括用于加热微型过滤器的卤素光源(Halogenstrahler)，由此通过使用准直仪(Kollimator)使整个微型过滤器的平行的均匀的辐射或者通过聚焦透镜(Fokussierlinse)使针对性地取向到过滤器的确定区域上成为可能。结合光学的或阻抗式温度计，可精确地测量微型过滤器的温度，由此针对性地调节确定的温度是可能的。这使确定的所规定的时间上的温度曲线的调节成为可能，由此可获得对不同的炸药类型的选择性。
一种用于制造应用在前述装置中的一个中的微型过滤器的方法优选地借助于光刻腐蚀法(photolithographisches Ätzverfahren)来制造，由此，微型过滤器的所有孔隙可在所期望的尺寸范围中以相同的直径来实施。
附图说明
接下来根据优选的示例参照附图来进一步阐述本发明。相同的附图标记在不同的图示中表示相同的构件。其中：
图1显示了用于检测炸药颗粒的装置的第一实施形式；
图2显示了在两个不同的运行状态中的用于检测炸药颗粒的装置的第二实施形式；
图3显示了用于检测炸药颗粒的装置的第三实施形式；以及
图4显示了带有可加热的微型过滤器的检测装置的两个实施形式。
具体实施方式
在图1中示意性地示出检测装置10a的第一实施形式，其主要由微型过滤器12、检测器14和抽吸泵16构成。此外示意性地示出以炸药颗粒18污染的对象20，空气流22被导引经过它，空气流22流动通过微型过滤器12且继续经过检测器14。在此，在附图中明显放大地示出的炸药颗粒18粘附在微型过滤器12处，因为其由于所选择的小于炸药颗粒18的尺寸的孔隙尺寸而不能穿过微型过滤器12。在一定的时间、优选地大约10至20s之后，炸药颗粒18足够地积聚在微型过滤器12上，使得借助于加热装置24将微型过滤器12优选地加热到大约150至250℃的温度上。由于提高的温度，炸药颗粒18从微型过滤器12脱附并且转变成气相，在气相中其可穿过微型过滤器12的孔隙且因此能够以提高的浓度输送给检测器14。在一定的几秒的时间段(在该时间段内基本上所有粘附在微型过滤器12处的炸药颗粒18脱附)之后，加热装置24又被关断并且可重新借助于气流22对另外的待检查的对象20来检查炸药颗粒18。
在图2a和2b中示意性地示出用于检测炸药颗粒的装置10b的第二实施形式。它包括气体入口30，其联接有流动通道32(在其中布置有微型过滤器12)。流动通道32一方面与U形的循环通道34相连接，其在微型过滤器12两侧与流动通道32处于连接中。此外，流动通道32与排出通道36相连接，在其中布置有抽吸泵38。在循环通道34中布置有循环泵39。在循环通道34的壁中此外布置有检测器40，其优选地是离子迁移谱仪(Ionen-Mobilitäts-Spektrometer) (IMS)或金属氧化物半导体气体传感器(Metalloxid-Halbleitergassenor) (MOX传感器)。流动通道32相对于入口30通过入口塞42而相对于排出通道36通过出口塞44可闭锁。
装置10b在图2a中是在收集模式中而在图2b中是在检测模式中。在根据图2a的收集模式中入口塞42敞开，使得入口30与流动通道32相连通。出口塞44(其选择性地封闭排出通道36或者循环通道34)位于封闭循环通道34的位置中。通过抽吸泵38的运行，气流46a(优选地环境空气流)被抽吸到入口30中、从那里被导引通过微型过滤器12、流动通道32和排出通道36并且被引导直至气体出口48。在此，利用气流46a所运输的炸药颗粒由于微型过滤器12的较小的孔隙尺寸而留在其处且在那里积聚。因为出口塞44封闭循环通道34，其不被流过。
在几秒的时间段之后，当足够的炸药颗粒积聚在微型过滤器12上时，被切换成在图2b中所示的检测模式，在其中入口塞42封闭而出口塞44被转换到封闭排出通道36的位置中。此外，抽吸泵38被关断而代替地循环泵39被激活。在该情况中存在闭合的环形流动通道，气流46b在其中循环。同时，经由触点50导引电流通过微型过滤器12，使得其被加热到炸药颗粒从微型过滤器12脱附的温度上。在气流46b循环期间，在微型过滤器12处粘附的炸药颗粒脱附并且穿过检测器40并且在该处被探测。如此来运行循环泵39，使得循环的气流46b以与在收集模式中的气流46a相反的方向上经过微型过滤器12。
在图3中示出用于检测装置的另一实施形式10c，其基本上相应于根据图2a和2b中的10b的实施形式。与此相区别的是不存在闭合的循环通道，而是流动通道32与入口54和出口56相连接。在该实施形式中，在检测模式中气体不被循环而是经由入口54被抽吸、导引通过微型过滤器12且经由抽吸泵39引导至出口56，其中，由气流46c携带的炸药颗粒又被检测器40检测。在此，微型过滤器12又经由接口50电气地来加热。
在图4a和4b中示出带有可加热的微型过滤器的检测装置的第二实施形式。在根据图4a的实施形式中，气体入口60通到流动通道62中，在其中布置有微型过滤器12。在微型过滤器12下游设置有气体出口64。优选地带有大约100至200W的功率的卤素光源66将电磁波的射线68通过窗口70对准到微型过滤器12上用于它的加热。设置带有窗口74的光学温度计72，以探测由加热的微型过滤器12所发射的热辐射76并且以该方式确定微型过滤器12的温度。在运行中，混有炸药颗粒的气体流动通过气体入口60和流动通道62并且经过微型过滤器12，其中，由于微型过滤器12的孔隙尺寸，炸药颗粒留在其处。气流接下来经由气体出口64又离开。在此，切断卤素光源66。这在收集模式中在几秒钟的时间段期间实现。在后续的检测模式中，激活卤素光源66，其加热微型过滤器12，这由温度计72来监测。卤素光源66和温度计72经由控制装置相联结，以调节微型过滤器12的所期望的温度或所期望的温度变化。在此，流动通道12可类似于在根据图1的实施方案中在检测模式中在相同的流动方向上被流过，类似于在收集模式中或类似于在根据图2和3的实施方案中在相反的流动方向上被流过。
在根据图4b的实施形式中，设置有微型过滤器12的电阻式加热，其经由接口50被供应以电能。该实施方案结构上更简单，因为不需要用于热辐射的光学路径。对此，如果微型过滤器被固定在金属基质(Metallsubstrat)(其经由电接触被电阻式地加热)上，将是适宜的。备选地，可利用表面微型机构(Oberflächenmikromechanik)将加热波形(Heizmäander)构造到过滤器上，这具有热质量非常小的优点并且因此使快速且有效的加热和冷却成为可能。
Claims (8)
1.一种用于检测气流(46)中的炸药颗粒的方法，其中所述气流(46)在规定的时间段上被引导通过吸附网，其中，炸药颗粒(18)被吸附到其上，接下来所述吸附网被加热到加热温度上，在所述加热温度中所述炸药颗粒(18)脱附，并且带有所脱附的所述炸药颗粒的气流被输送给用于其检测的检测器(40)，其特征在于，带有比待检测的所述炸药颗粒(18)的颗粒尺寸更小的孔隙尺寸的微型过滤器(12)被用作吸附网，并且在于，调节加热温度并且使用带有孔隙的微型过滤器(12)，待检测的所述炸药颗粒(18)在加热和脱附之后以气相经过所述微型过滤器(12)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用带有小于1μm的孔隙尺寸的微型过滤器(12)。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用带有小于400nm的孔隙尺寸的微型过滤器(12)。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述微型过滤器(12)被加热到确定的温度上用于检测确定的炸药。
5.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，所述装置包括微型过滤器(12)，在其后面布置有检测器(40)，其中，所述微型过滤器(12)包括加热装置(50, 66)以及用于调节所述微型过滤器(12)的温度的调节装置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于加热所述微型过滤器(12)的卤素光源(66)以及用于探测所述微型过滤器(12)的温度的温度传感器(72)。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述微型过滤器(12)以电阻的方式加热并且设置有用于探测所述微型过滤器(12)的温度的温度传感器(72)。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述微型过滤器(12)的孔隙借助于光刻腐蚀法来形成。
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