CN109521163B - 一种环境探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境探测装置及方法。所公开的探测装置包括：离子迁移谱IMS探测器，用于检测环境气体中的化学战剂；和/或生物气溶胶探测器，用于检测环境气体中的生物战剂；以及，CO电化学探测器，用于检测环境气体中的CO；和/或光离子探测器PID，用于检测环境气体中的挥发性有机物；和/或烟雾颗粒探测器，用于检测环境气体中微小颗粒物成分；以及，假阳性探测模块，用于基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定IMS探测器针对化学战剂的假阳性检测和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂的假阳性检测。所公开的技术方案具有优异的抗环境干扰的检测能力。
Description
技术领域
本发明涉及气体环境探测领域，尤其涉及一种环境探测装置及方法。
背景技术
化学战剂通常是指具有毒性的化学气体，按其对人体的作用效果可以分为神经性毒剂、糜烂性毒剂、血液性毒剂、窒息性毒剂等。生物战剂通常是指致病性细菌、病毒、孢子等生物体的气溶胶形式。使用化学战剂或生物战剂的生化武器属于大规模杀伤性武器，被国际条约禁止使用，然而由于其制造简单，杀伤力强，仍被非法使用。当前反恐与安全问题日益严峻，这些武器极有可能被用于恐怖袭击等非对称战争中，因此，需要能够检测这两种类型的毒剂的技术方案。
在现有技术中，主流的化学战剂检测方法为离子迁移谱(IMS)技术，该技术可以实现对化学战剂的报警和分类，某些技术方案甚至还能够确定化学战剂的名称与浓度；主流的生物战剂检测方案通常采用生物荧光颗粒计数器，通过检测单个粒子的半径和生物荧光反应来判断是否存在生物战剂，某些技术方案甚至还能够确定生物战剂的浓度。
然而，由于进行生化战剂检测时的现场环境条件可能会非常复杂(例如，存在草木烟、燃油尾气、硝烟等干扰因素)，现有技术方案在检测时的假阳性误报率较高。
为了解决上述技术问题，需要提出新的技术方案。
发明内容
根据本发明的环境探测装置，包括：
离子迁移谱IMS探测器，用于检测环境气体中的化学战剂；和/或
生物气溶胶探测器，用于检测环境气体中的生物战剂；以及
CO电化学探测器，用于检测环境气体中的CO；和/或
光离子探测器PID，用于检测环境气体中的挥发性有机物；和/或
烟雾颗粒探测器，用于检测环境气体中微小颗粒物成分；以及
假阳性探测模块，用于基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定IMS探测器针对化学战剂的假阳性检测和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂的假阳性检测。
根据本发明的环境探测装置，当IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，其假阳性探测模块还用于：
当基于CO电化学探测器、PID和烟雾颗粒探测器的检测结果均为阳性时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测。
根据本发明的环境探测装置，当IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性时，其假阳性探测模块还用于：
当IMS探测器检测到化学战剂且PID对该种化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度低于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度的第一预定百分比时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测；和/或
当IMS探测器检测到化学战剂且PID对该种化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度等于或高于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度的第一预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了正确检测。
根据本发明的环境探测装置，当生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，其假阳性探测模块还用于：
当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度小于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测；和/或
当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度大于等于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了正确检测。
根据本发明的环境探测装置，还包括：
通知及告警模块，用于输出假阳性检测的结果、以及正确检测到化学战剂和/或生物战剂的告警信号。
根据本发明的环境探测方法，包括：
使用离子迁移谱IMS探测器，检测环境气体中的化学战剂；和/或
使用生物气溶胶探测器，检测环境气体中的生物战剂；以及
使用CO电化学探测器，检测环境气体中的CO；和/或
使用光离子探测器PID，检测环境气体中的挥发性有机物；和/或
使用烟雾颗粒探测器，检测环境气体中微小颗粒物成分；以及
基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定IMS探测器针对化学战剂的假阳性检测和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂的假阳性检测。
根据本发明的环境探测方法，当IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定IMS探测器针对化学战剂的假阳性检测和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂的假阳性检测的步骤包括：
当基于CO电化学探测器、PID和烟雾颗粒探测器的检测结果均为阳性时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测。
根据本发明的环境探测方法，当IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性时，基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定IMS探测器针对化学战剂的假阳性检测的步骤还包括：
当IMS探测器检测到化学战剂且PID对该种化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度低于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度的第一预定百分比时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测；和/或
当IMS探测器检测到化学战剂且PID对该种化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度等于或高于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度的第一预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了正确检测。
根据本发明的环境探测方法，当生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂的假阳性检测的步骤还包括：
当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度小于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测；和/或
当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度大于等于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了正确检测。
根据本发明的环境探测方法，还包括：
输出假阳性检测的结果、以及正确检测到化学战剂和/或生物战剂的告警信号。
根据本发明的上述技术方案，具有优异的抗环境干扰的检测能力。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与相关的文字描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示例性地示出了根据本发明的环境探测装置的示意框图。
图2示例性地示出了根据本发明的环境探测方法的示意流程图。
图3示例性地示出了根据本发明的环境探测装置的一种具体实现结构的示意图。
图4示例性地示出了根据本发明的环境探测方法的一种具体实现方法的示意流程图。
图5示例性地示出了根据本发明的技术方案中的不同探测器对草木烟进行检测的检测结果。
图6示例性地示出了根据本发明的技术方案中的不同探测器对引擎尾气进行检测的检测结果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
针对背景技术部分中所描述的技术问题，基于结合多个辅助探测器的检测结果，来辅助进行化学战剂和/或生物战剂的检测，以有效降低假阳性误报率的总体构思，提出了以下技术方案。
图1示例性地示出了根据本发明的环境探测装置100的示意框图。
如图1所示，根据本发明的环境探测装置100包括：
离子迁移谱IMS探测器101，用于检测环境气体中的化学战剂；和/或
生物气溶胶探测器103，用于检测环境气体中的(例如，气溶胶形式的)生物战剂；以及
CO电化学探测器105，用于检测环境气体中的CO；和/或
光离子探测器(PID)107，用于检测环境气体中的挥发性有机物；和/或
烟雾颗粒探测器109，用于检测环境气体中微小颗粒物成分；以及
假阳性探测模块111，用于基于CO电化学探测器105和/或PID 107和/或烟雾颗粒探测器109的检测结果，确定IMS探测器101针对化学战剂的假阳性检测和/或生物气溶胶探测器103针对生物战剂的假阳性检测。
例如，IMS探测器101基于离子迁移谱法来检测化学战剂。
离子迁移谱法采用放射性物质射线(α射线或β射线)或无源电离法电离气态被检测分子，并使电离后的电子、离子在水分子和氧气作用下形成多种离子团簇。在电场的作用下，这些产物离子通过周期性开启的离子门进入迁移区。一方面从电场获得能量做定向漂移，另一方面与逆向流动的中性迁移气体分子不断碰撞而损失能量，由于这些产物离子的质量、所带电荷、碰撞截面和空间构型各不相同，故在电场中的迁移速率各自不同，使得不同的离子到达探测器的时间不同而得到分离。目前离子迁移谱技术可以检测以下化学战剂：神经性毒剂(例如，沙林、索曼、塔崩、环沙林、VX等)、糜烂性毒剂(例如，芥子气、氮芥、路易氏气等)、血液性毒剂(例如，氰化氢、氯化氢等)、窒息性毒剂(例如，光气、氯气)等。该方法的优点为灵敏度高、不需要制样、检测速度高，缺点为仪器成本较高，可能含有辐射源，抗环境干扰差。
例如，生物气溶胶探测器103可以是生物荧光颗粒计数器。
生物荧光颗粒计数器使用激光聚焦于吸入粒子飞行路径上，当单个粒子通过该焦点，即可产生散射光，如果该粒子是生物气溶胶粒子，还会产生生物荧光响应。通过测定该过程的空气力学直径，光散射强度以及荧光强度，即可实现对生物气溶胶的检测。一般生物气溶胶的检测粒径范围为1-10μm。
然而，在存在诸如草木烟、引擎废气、硝烟等包含微小颗粒物的典型的环境干扰的情况下，仅仅使用IMS探测器101对化学战剂进行检测的检测结果达不到要求(例如，假阳性误报率较高，可以参见国军标1751A-2007对化学毒剂报警器对以上干扰的抗性所做的具体规定)。另外，在上述干扰环境下，仅仅使用生物气溶胶探测器103对生物战剂进行检测的检测结果也达不到要求。
更具体地，草木烟泛指由于燃烧草本、木本植物以及这些物质的制品(例如，纸张等)产生的烟雾与废气的混合物。引擎废气指汽油机或者柴油机在怠速状态下，燃料油燃烧不充分产生的气体与含碳颗粒物。硝烟广义上指TNT、黑火药等爆炸物爆炸之后产生的气体与颗粒物混合物。根据参考文献Selective Fluorescence Detection of PolycyclicAromatic Hydrocarbons in Environmental Tobacco Smoke and Other AirborneParticles,Ranjith Mahanama,Lara A.Gundel,Joan M.Daisey,International Journalof Environmental Analytical Chemistry,1994,56:4,289-309,DOI:10.1080/03067319408034108；以及A radical approach to soot formation,Murray Thomson,Tirthankar Mitra,Science,2018,361:6046,978-979,DOI:10.1126/science.aau5941所公开的内容，以上干扰物具有一些共同的特性，如其中均含有多种粒径尺寸的颗粒物，还具有有机物氧化产生的CO2、CO，以及燃烧过程中焦化作用产生的有机共轭分子(例如，蒽、咔唑等)。这些共轭有机物具有不同的分子尺寸与性质，当进入IMS探测器的离化腔后，极易产生复杂的迁移谱图，这些叠加谱图极有可能与一些化学战剂的迁移谱图相似，从而造成误报。另外，这些共轭有机物大部分都具有荧光，它们附着在生成的颗粒物上，就有可能造成生物气溶胶探测器103(例如，生物荧光颗粒计数器)产生错误的计数，从而也会造成误报。
因此，为了避免诸如草木烟、引擎废气、硝烟等环境干扰引起的、单纯通过IMS探测器和/或生物气溶胶探测器分别进行化学战剂和/或生物战剂的检测时的、假阳性误报率过高的问题，还需要进一步结合CO电化学探测器、光离子化探测器、烟雾颗粒探测器中的至少一种作为辅助探测器进行辅助检测，以降低生化战剂检测的假阳性误报率。
例如，CO电化学探测器105可以是对CO敏感且具有选择性的电化学探测器。
电化学探测器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作，通常由传感电极(或工作电极)和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与探测器发生反应，然后是疏水屏障层，最终到达电极表面。电化学探测器可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成强度足够的电信号，同时防止电解质泄露到外部。穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化反应或还原反应的机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。相应地，反电极参与传感电极的反应对应的还原反应或氧化反应，实现电荷与物质的守恒。
例如，光离子探测器PID 107可以采用紫外光子电离气态待测物分子产生离子，随后这些离子再撞击电极产生电信号，从而实现检测目的。它的优点包括迅速、灵敏、浓度-信号线性范围大，但是缺点是没有选择性，大部分常见有机物小分子均能被光致电离从而产生信号，从而产生大量错误报警。对于每种不同的气体物质，光离子探测器都会有一个固定的灵敏度系数CF值，CF越小越小越灵敏。
例如，烟雾颗粒探测器109内部可以包括离子式烟雾传感器。离子式烟雾传感器是一种技术先进、工作稳定可靠的传感器，它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流、电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，从而产生检测信号。目前被广泛运用到各种烟雾消防报警系统中。
根据本发明的上述技术方案，通过IMS探测器和/或生物气溶胶探测器分别进行化学战剂和/或生物战剂的检测，结合了CO电化学探测器、光离子化探测器、烟雾颗粒探测器中的至少一种作为辅助探测器进行辅助检测，降低了生化战剂检测的假阳性误报率。
可选地，当IMS探测器101针对化学战剂的检测结果为阳性和/或生物气溶胶探测器103针对生物战剂的检测结果为阳性时，假阳性探测模块111还用于：
当基于CO电化学探测器105、PID 107和烟雾颗粒探测器109的检测结果均为阳性时，确定IMS探测器101针对化学战剂产生了假阳性检测和/或生物气溶胶探测器103针对生物战剂产生了假阳性检测。
例如，CO电化学探测器105、PID 107和烟雾颗粒探测器109的检测结果为阳性是指：CO电化学探测器105、PID 107和烟雾颗粒探测器109各自的检测值分别超过各自预先设定的阈值或背景值。
可选地，当IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性时，假阳性探测模块111还用于：
当IMS探测器检测到化学战剂且PID对该种化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度低于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度的第一预定百分比时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测；和/或
当IMS探测器检测到化学战剂且PID对该种化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度等于或高于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度的第一预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了正确检测。
例如，第一预定百分比可以是50％，表示当IMS探测器检测到化学战剂且PID对化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度显著低于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测。
可选地，当生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，假阳性探测模块111还用于：
当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度小于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测；和/或
当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度大于等于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了正确检测。
例如，第二预定百分比可以是60％，表示当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度显著小于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测。
例如，辅助探测器可以通过以下具体方法来判断IMS探测器101或生物气溶胶探测器103的报警是否可靠：
PID 107对于神经性和糜烂性毒气具有灵敏的响应，因而当IMS探测器101报警时，PID 107在报警前后必然有明显的信号提高。因此，当IMS探测器101报警并确定为神经性和糜烂性毒气时，如果PID 107信号在IMS探测器101响应前后数秒钟内没有对应浓度的信号提高，则可以判断为假阳性报警。例如，当生物荧光颗粒计数器(即，生物气溶胶探测器103)报警时，烟雾颗粒探测器109此时也应具有对应的浓度提升。反之，则可以判断为假阳性报警。
例如，当上述3种辅助探测器中的至少一种与IMS探测器101和/或生物气溶胶探测器103一起运行时，需要一段准备时间采集背景环境的测量数据。而IMS探测器101的启动时间最长，为2-20分钟，这段时间足以使辅助探测器启动，并且采集必要的数据。
可选地，如图1的虚线框所示，环境探测装置100还包括：
通知及告警模块113，用于输出假阳性检测的结果、以及正确检测到化学战剂和/或生物战剂的告警信号。
例如，当使用CO电化学探测器105进行辅助检测时，可以迅速定量检出气流中的CO浓度。经过测试，当IMS探测器101产生假阳性报警时，CO浓度均高于10ppm，而日常环境中CO浓度仅为0-1ppm，足以产生区别。
例如，当使用PID 107进行辅助检测时，可以检测出常见的有机挥发物，对于焦油、未燃烧完全的燃料等均有明显的响应。
例如，当使用烟雾颗粒探测器109进行辅助检测时，可以检测出空气中各种小粒径的悬浮颗粒，可以对草木烟、引擎废气、硝烟这3种干扰物产生明显的检测信号。
例如，CO电化学探测器105、PID 107和烟雾颗粒探测器109这3种探测器中的任何一种都可以是单信号输出探测器、任何一种都可以采用“时间-浓度”的数据形式。
可选地，当使用上述3种辅助探测器中的至少一种时，如果IMS探测器101和/或生物气溶胶探测器103没有报警，则说明当前环境没有干扰，辅助探测器更新基线数据。
可选地，当IMS探测器101和/或生物气溶胶探测器103报警后，需要根据此时辅助探测器的信息来判断可能的环境状态。当所使用的辅助探测器产生明显信号时，IMS探测器101和/或生物气溶胶探测器103的报警可以推断为假阳性误报。
例如，上述3个辅助探测器可以独立构成一个判断模块，用以辅助判断仅有IMS探测器101以检测化学毒气的情况或者是仅有生物气溶胶探测器103以检测生物毒气的情况。
图2示例性地示出了根据本发明的环境探测方法的示意流程图。
如图2所示，根据本发明的环境探测方法包括：
步骤S202：使用离子迁移谱IMS探测器，检测环境气体中的化学战剂(例如，化学战剂有无、化学战剂浓度)；和/或
步骤S204：使用生物气溶胶探测器，检测环境气体中的生物战剂(例如，生物战剂有无、生物战剂浓度)；以及
步骤S206：使用CO电化学探测器，检测环境气体中的CO(例如，CO浓度)；和/或
步骤S208：使用光离子探测器PID，检测环境气体中的挥发性有机物(例如，挥发性有机物浓度)；和/或
步骤S210：使用烟雾颗粒探测器，检测环境气体中微小颗粒物成分；以及
步骤S212：基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定IMS探测器针对化学战剂的假阳性检测和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂的假阳性检测。
可选地，如图2的虚线框所示，根据本发明的环境探测方法，当IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，步骤S212包括：
步骤S214：当基于CO电化学探测器、PID和烟雾颗粒探测器的检测结果均为阳性时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测和/或生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测。
可选地，如图2的虚线框所示，根据本发明的环境探测方法，当IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性时，在步骤S212中，基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定IMS探测器针对化学战剂的假阳性检测的步骤还包括：
步骤S216：当IMS探测器检测到化学战剂且PID对该种化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度低于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度的第一预定百分比时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测；和/或
步骤S218：当IMS探测器检测到化学战剂且PID对该种化学战剂具有响应，而PID检测到的化学战剂的浓度等于或高于IMS探测器检测到的化学战剂的浓度的第一预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定IMS探测器针对化学战剂产生了正确检测。
可选地，如图2的虚线框所示，根据本发明的环境探测方法，当生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，在步骤S212中，基于CO电化学探测器和/或PID和/或烟雾颗粒探测器的检测结果，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂的假阳性检测的步骤还包括：
步骤S220：当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度小于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测；和/或
步骤S222：当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度大于等于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了正确检测。
可选地，如图2的虚线框所示，根据本发明的环境探测方法，还包括：
步骤S224：输出假阳性检测的结果、以及正确检测到化学战剂和/或生物战剂的告警信号。
为了使本领域技术人员更清楚地理解根据本发明的上述技术方案，下面将结合具体实施例进行描述。
图3示例性地示出了根据本发明的环境探测装置的一种具体实现结构300的示意图。
如图3所示，该具体实现结构300使用了两套技术成熟的IMS探测器1(即，上述IMS探测器101)和生物荧光颗粒计数器2(即，上述生物气溶胶探测器103)作为报警单元和三个前述辅助探测器3、4、5(即，上述CO电化学探测器105、PID 107、烟雾颗粒探测器109)。
例如，IMS探测器1可以使用芬兰Environics公司的ChemProFXi固定式探测器；生物荧光颗粒计数器2可以使用美国FLIR Systems公司的FLIRIBAC 1生物气溶胶探测器。辅助探测器3、4、5可以分别使用0-100ppm的CO电化学探测器(ECSense，型号：01-ES1-CO-100-01)，0.01-200ppm的PID(MOCON,Inc. Gas Analyzers&Sensors，型号：045-012)和烟雾报警器(炜盛科技，型号：HIS-07)。ChemProFXi报警器和FLIR IBAC 1报警器使用其自带气泵自动调节。
如图3所示，第一进气口6为整个实现结构300(大箱体)的进气口，在第一进气口6上带有100微米厚度玻璃纤维构成的滤膜(在图3中用虚线表示)。第二进气口7为一个连通的气室8(例如，由小于实现结构300的小箱体所密闭的空间)的进气口，没有设置滤膜。气室8为CO电化学探测器105、PID 107、烟雾颗粒探测器109这三个辅助探测器提供一致的流量。隔膜泵9为流量400ml/min的隔膜泵，为CO电化学探测器105、PID 107、烟雾颗粒探测器109提供稳定的气流。出气口10为气室8的出气口。扇叶泵11为流量8L/min的旋叶泵，用以采集外部环境的气体和气溶胶。出气口12为整个实现结构300的出气口。如上文所述，在设计时，将气室8的气体流量设计得要小于整个实现结构300的气体流量。
图4示例性地示出了根据本发明的环境探测方法的一种具体实现方法的示意流程图。
如图4所示，该具体实现包括以下步骤：
1、启动CO电化学传感器、PID传感器、烟雾颗粒传感器、IMS传感器、生物荧光颗粒计数器。
2、实时记录IMS和生物荧光颗粒计数器的状态，计算CO电化学传感器、PID传感器、烟雾颗粒传感器的基线。
3、判断IMS和生物荧光颗粒计数器是否至少有一个报警，如果没有报警，则返回上一步，否则，执行下一步。
4、判断CO电化学传感器、PID传感器、烟雾颗粒传感器是否产生特征信号，如果产生了特征信号，则产生干扰提示，否则，产生对应IMS和/或生物荧光颗粒计数器的最终报警信号。
5、判断报警事件是否结束，如果结束，返回步骤2，否则，继续产生对应IMS和/或生物荧光颗粒计数器的最终报警信号。
图5示例性地示出了根据本发明的技术方案中的不同探测器对草木烟进行检测的检测结果。
草木烟的发生方法参考GJB 6114-2007《化学侦察器材抗草木烟干扰评价方法》中草木烟的发生方法。发生草木烟前，发生器内没有草木烟，光照度为101，当开始发生后，光照度逐渐下降。图5(a)和图5(b)分别示出了使用照度为85和75时的草木烟进行实验时的实验结果。
如图5(a)所示，当照度为85时，IMS数秒内产生糜烂性毒气报警，同时生物气溶胶颗粒计数也快速上升，在IMS产生报警的5秒内也产生了生物气溶胶报警。与此同时，CO、PID、烟雾探测器的读数也在同一时刻迅速提高，分别产生报警。可以看到CO、PID、烟雾探测器的响应速度与IMS非常接近，而这些探测器均稍快于生物气溶胶探测器。
如图5(b)所示，当草木烟浓度进一步提高，使照度降为75时，结果类似。IMS依然产生了糜烂性毒剂假阳性报警，生物气溶胶探测器也产生了报警，而CO、PID、烟雾探测器的浓度均进一步提高，仍然可以对该假阳性产生明显报警，并且响应较快，与IMS和生物气溶胶报警器的响应速度相近或提前。
因此，在本实施实例中，CO、PID、烟雾探测器成功地防止了对化学毒气和生物气溶胶的误报(对应于上述步骤S214-S224)。
图6示例性地示出了根据本发明的技术方案中的不同探测器对引擎尾气进行检测的检测结果。
本实验采用大功率柴油发动机怠速尾气作为干扰样本，将环境探测装置100的进气口放置在引擎出气口气流方向进行测试。当引擎处于怠速时，由于燃烧不充分，引擎产生明显的烟雾颗粒和多种VOC。
如图6所示，本实例中各种探测器均产生了明显响应，其中IMS将尾气误报为糜烂性毒气，同时生物气溶胶报警器产生报警。而CO探测器、PID探测器、烟雾探测器均有特征物质检测，因而可以排除引擎尾气类造成的假阳性干扰。此外，IMS和PID对引擎尾气的信号强度均明显高于草木烟，可以推测引擎尾气具有更多含量的气体干扰物。而本实验的测试条件，相较于GJB1751A-2007《毒剂报警器通用规范标准》要求更严格，因此适用于相关设备的抗干扰性提升。
因此，根据本发明的上述技术方案同样适用于针对引擎尾气所造成的假阳性进行检测，具有良好的抗干扰性能。
综上所述，根据本发明的上述技术方案，具有以下优点：
1、具有优异的抗环境干扰的检测能力，例如，可以降低生化战剂检测时的假阳性误报率。
2、另外，由于军事毒剂，例如沙林、芥子气等，CO探测器由于其优异的选择性不会对常见毒气产生响应，而烟雾探测器不会对这些气体分子产生信号，因而不会劣化IMS的假阴性误报率。而生物气溶胶颗粒并不会产生有机蒸气或CO气体，不会使CO探测器和PID探测器产生信号，因而不会劣化生物气溶胶报警器的假阴性误报率。即，根据本发明的上述技术方案，在降低生化战剂检测时的假阳性误报率的同时，不会增加假阴性误报率。
因此，根据本发明的上述技术方案，可以结合CO探测器、PID探测器、烟雾探测器多探测器复合判断，可以有效排除草木烟、引擎尾气的假阳性干扰，实现了GJB1751A-2007《毒剂报警器通用规范标准》所规定的设计目标。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种环境探测装置，其特征在于，包括：
离子迁移谱IMS探测器，用于检测环境气体中的化学战剂；和/或
生物气溶胶探测器，用于检测环境气体中的生物战剂；以及
CO电化学探测器，用于检测环境气体中的CO；和/或
光离子探测器PID，用于检测环境气体中的挥发性有机物；和/或
烟雾颗粒探测器，用于检测环境气体中微小颗粒物成分；以及
假阳性探测模块，当所述IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性和/或所述生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，所述假阳性探测模块用于：
当基于CO电化学探测器、PID和烟雾颗粒探测器的检测结果均为阳性时，确定所述IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测和/或所述生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测；
当所述IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性时，所述假阳性探测模块用于：
当所述IMS探测器检测到化学战剂且PID对所述化学战剂具有响应，而PID检测到的所述化学战剂的浓度低于所述IMS探测器检测到的所述化学战剂的浓度的第一预定百分比时，确定所述IMS探测器针对所述化学战剂产生了假阳性检测；和/或
当所述IMS探测器检测到化学战剂且PID对所述化学战剂具有响应，而PID检测到的所述化学战剂的浓度等于或高于所述IMS探测器检测到的所述化学战剂的浓度的第一预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定所述IMS探测器针对所述化学战剂产生了正确检测；
当所述生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，所述假阳性探测模块用于：
当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度小于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比时，确定所述生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测；和/或
当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度大于等于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定所述生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了正确检测。
2.如权利要求1所述的环境探测装置，其特征在于，还包括：
通知及告警模块，用于输出假阳性检测的结果、以及正确检测到化学战剂和/或生物战剂的告警信号。
3.一种环境探测方法，其特征在于，包括：
使用离子迁移谱IMS探测器，检测环境气体中的化学战剂；和/或
使用生物气溶胶探测器，检测环境气体中的生物战剂；以及
使用CO电化学探测器，检测环境气体中的CO；和/或
使用光离子探测器PID，检测环境气体中的挥发性有机物；和/或
使用烟雾颗粒探测器，检测环境气体中微小颗粒物成分；以及
当所述IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性和/或所述生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性，基于CO电化学探测器、PID和烟雾颗粒探测器的检测结果均为阳性时，确定所述IMS探测器针对化学战剂产生了假阳性检测和/或所述生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测；
当所述IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性时，当所述IMS探测器检测到化学战剂且PID对所述化学战剂具有响应，而PID检测到的所述化学战剂的浓度低于所述IMS探测器检测到的所述化学战剂的浓度的第一预定百分比时，确定所述IMS探测器针对所述化学战剂产生了假阳性检测；和/或
当所述IMS探测器针对化学战剂的检测结果为阳性时，当所述IMS探测器检测到化学战剂且PID对所述化学战剂具有响应，而PID检测到的所述化学战剂的浓度等于或高于所述IMS探测器检测到的所述化学战剂的浓度的第一预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定所述IMS探测器针对所述化学战剂产生了正确检测；
当所述生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度小于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比时，确定所述生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了假阳性检测；和/或
当所述生物气溶胶探测器针对生物战剂的检测结果为阳性时，当烟雾颗粒探测器所检测到的烟雾颗粒的浓度大于等于生物气溶胶探测器所检测到的生物气溶胶浓度的第二预定百分比、并且CO电化学探测器的检测结果不为阳性时，确定所述生物气溶胶探测器针对生物战剂产生了正确检测。
4.如权利要求3所述的环境探测方法，其特征在于，还包括：
输出假阳性检测的结果、以及正确检测到化学战剂和/或生物战剂的告警信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811600831.7A CN109521163B (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种环境探测装置及方法 |
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| CN201811600831.7A CN109521163B (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种环境探测装置及方法 |
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