CN113252635A - 一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法 - Google Patents

一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，属于公共安全领域。首先将激光对准被测物，通过测距仪测量出激光器与目标物的距离；再由激光器发出激光至被测物，由天文望远镜采集被测物被激发出的拉曼、荧光光信号；光信号传至光谱仪，光谱仪使用全息光栅对采集的光信号进行分光，再将其传至皮秒ps门控级别的像增强ICCD探测器，得到高时间分辨的光谱图；待谱图数据稳定，则终止采集，所得数据与内部信息库数据自动比对，给出被测物的名称。本发明采用多频谱远程探测易燃易爆品的方法可以扩大被测物种类；弥补了拉曼信号容易被掩盖的缺陷，提高了探测灵敏度；为野外远距离探测提供有利保障。

Description

一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法
技术领域
本发明涉及一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，属于公共安全领域。
背景技术
仪器探测已成为预防爆炸及现场处置的重要手段。现有仪器探测多数为近距离、接触式，这为一线人员带来安全隐患。远程探测技术已成为研究热点。
现有远程探测技术主要包含远距离X背散成像、激光光谱等技术。X背散成像一方面由于辐射等原因，难以被公众认可；另一方面设备笨重难以移动，对室外实时检测作业带来一定难度；激光光谱的快速性优点、数据采集的先进性、远程扫描探测的可靠性等，在探测领域逐渐受到青睐。其中，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、紫外荧光等。激光仪器一般工作原理为激光照射未知样品时，经样品反射后激光向各方向散射，部分散射光被光学系统接收后，呈现的光谱具有指纹特征，与光谱库比对就可以判断出是否存在炸药或炸药具体参数。
中国发明专利[201310130387.8](公开日：2013.08.28)提到了隐藏式微波主动成像人员安检系统，是一种隐蔽的远程探测系统，嫌疑人或被检人员停留或通过隐藏安装的主动成像设备扫描成像安检区域时，操作员通过远程操作显示单元对系统进行操作。该系统不适应室外无法移动的未知物检测。中国发明专利[201710679663.4](公开日：2017.10.27)一种多波长远程拉曼激光雷达机构，该法主要采集拉曼光谱，在地铁车辆上应用时，攻克了因晃动引发的聚焦不稳定及光谱分析不精确等难题。
实际应用中拉曼光谱信号极其微弱，此外，拉曼信号也容易被淹没在荧光信号中，仅依赖拉曼实现远程探测存在识别率有限的弊端。多频谱远程探测技术的研究是极为必要。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的拉曼光谱信号不易采集、设备无法移动等问题，基于提高探测物质种类、识别率等目的，采集及处理各种信号，充分利用荧光光谱、拉曼光谱，提供一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
搭建多频谱远程探测平台，平台主要由激光器、外光路、光谱仪、测距仪和UPS不间断电源组成，通过计算机平台控制完成探测。其中，激光器根据需求，发出不同波长的激光，激发被测物拉曼和荧光信号；外光路收集信号；光谱仪进行分光及绘出光谱图；UPS不间断电源供电，支持外出场地工作；通过计算机平台控制完成荧光、拉曼多频谱信号的收集与数据分析。
所述激光器为Nd：YAG激光器，带有倍频模块，可谐调输出1064nm、 532nm、355nm三种波长的激光；
所述外光路采用天文望远镜采集拉曼和荧光信号，较大视场角的天文望远镜，对远距离光的收集能力较强；
所述测距仪是利用激光实现对目标的距离测量的激光测距仪，测量范围为 3.5～3000米；
所述远程探测最远距离为不大于250米；
一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，包括如下步骤：
步骤一、将激光对准被测物，通过测距仪测量出激光器与目标物的距离；
步骤二、步骤一结束后，由激光器发出激光至被测物，由天文望远镜采集被测物被激发出的拉曼、荧光光信号；
所述天文望远镜为反射式天文望远镜，口径不小于500mm；通过光纤与激光器、光谱仪接连；天文望远镜光路中心轴与激光器激光束为共轴。
步骤三、步骤二的光信号传至光谱仪，光谱仪使用全息光栅对采集的光信号进行分光，再将其传至皮秒ps门控级别的像增强ICCD探测器，得到高时间分辨的光谱图；
所述步骤三中光谱仪至少为1台，其波长范围在200nm～2500nm，其全息光栅衍射效率不小于92％；若光谱仪为2台，则1台用于拉曼，另1台用于荧光，波长范围为400nm～1100nm；具体见实施例。
步骤四、待步骤三谱图数据稳定，则终止采集，所得数据与内部信息库数据自动比对，给出被测物的名称。
所述步骤三谱图为荧光和拉曼谱图，通过差分比对等常规数据处理方式，将各个类别的信号提纯，消除干扰；若荧光信号较高，则拉曼信号可忽略不计，直接比对；
有益效果
本发明提供的一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，与传统单一拉曼信号探测方法相比，现有多频谱远程探测技术具有以下优势：
1)采用多频谱远程探测易燃易爆品的方法可以扩大被测物种类；
2)弥补了拉曼信号容易被掩盖的缺陷，提高了探测灵敏度；
3)为野外远距离探测提供有利保障。
附图说明
图1为多频谱远程探测平台示意图；搭建多频谱远程探测平台示意图
图2为望远镜外光路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，均在本发明保护的范围内。
实施例1
被测样品：20g硝酸钾；
测试环境：晴天，空阔马路
搭建多频谱远程探测平台，如图1所示，主要由激光器、外光路、光谱仪、测距仪、UPS不间断电源、计算机组成。其中，激光器为Nd：YAG激光器，带有倍频模块。
一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，步骤如下：
步骤一、开启激光器，调整波长1064nm，对准20g硝酸钾，选择“测距仪”功能，得到仪器与目标物距离160m；
步骤二、调整激光器波长532nm，由激光器发出激光至硝酸钾，外光路由天文望远镜采集被测物被激发出的拉曼、荧光光信号；天文望远镜为反射式天文望远镜，口径500mm；通过光纤与激光器、光谱仪接连；天文望远镜光路中心轴与激光器激光束为共轴，见示意图2。
步骤三、步骤二的信号传至光谱仪1#和光谱仪2#，其中光谱仪1#为荧光光谱仪，光谱仪2#为拉曼光谱仪；分别得到高时间分辨的荧光谱图和拉曼谱图；通过差分比对等常规数据处理方式，将各个类别的信号提纯，消除干扰；
步骤四、步骤三谱图数据稳定后，终止采集，所得数据与内部信息库数据自动比对，给出了硝酸钾的名称。
效果：该探测方法可以探测到160m，同时可以得到荧光光谱和拉曼光谱，但由于白天日光较强，采集的拉曼光谱图显示干扰较多，多次测量后才匹配出准确结果。荧光光谱较为稳定。因此，在日光强的时候，可以选用荧光光谱作为主要参考。
实施例2
被测样品：10g硝酸铵；
测试环境：阴天，空阔马路
搭建多频谱远程探测平台，如图1所示，主要由激光器、外光路、光谱仪、测距仪、UPS不间断电源、计算机组成。其中，激光器为Nd：YAG激光器，带有倍频模块。
一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，步骤如下：
步骤一、开启激光器，调整波长1064nm，对准10g硝酸铵，选择“测距仪”功能，得到仪器与目标物距离180m；
步骤二、调整激光器波长355nm，由激光器发出激光至硝酸钾，外光路由天文望远镜采集被测物被激发出的拉曼、荧光光信号；天文望远镜为反射式天文望远镜，口径600mm；通过光纤与激光器、光谱仪接连；天文望远镜光路中心轴与激光器激光束为共轴，见示意图2。
步骤三、步骤二的信号传至光谱仪1，其中光谱仪1#为拉曼光谱仪；得到高时间分辨拉曼谱图；通过常规数据处理方式，将各个类别的信号提纯，消除干扰；
步骤四、步骤三谱图数据稳定后，终止采集，所得数据与内部信息库数据自动比对，给出了硝酸钾的名称。
效果：该探测方法可以探测到180m，得到拉曼光谱，光谱较为稳定。
实施例3
被测样品：20g30％浓度的双氧水；
测试环境：地下车库
搭建多频谱远程探测平台，见图1，主要由激光器、外光路、光谱仪、测距仪、UPS不间断电源、计算机组成。其中，激光器为Nd：YAG激光器，带有倍频模块。
一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，步骤如下：
步骤一、开启激光器，调整波长1064nm，对准20g双氧水，选择“测距仪”功能，得到仪器与目标物距离220m；
步骤二、调整激光器波长266nm，由激光器发出激光至双氧水，外光路由天文望远镜采集被测物被激发出的拉曼、荧光光信号；天文望远镜为反射式天文望远镜，口径600mm；通过光纤与激光器、光谱仪接连；天文望远镜光路中心轴与激光器激光束为共轴，见示意图2。
步骤三、步骤二的信号传至光谱仪，得到荧光谱图和拉曼谱图；通过差分比对等常规数据处理方式，将各个类别的信号提纯，消除干扰。
步骤四、步骤三谱图数据稳定后，终止采集，所得数据与内部信息库数据自动比对，给出了双氧水的名称。
效果：该探测方法可以探测到220m，同时可以得到荧光光谱和拉曼光谱，且两者高度差明显，均可分别匹配出准确检测结果。因此，在此条件下，两种谱图均可以参考。
实施例4
被测样品：20g硝酸铵；
测试环境：地下车库
搭建多频谱远程探测平台，见图1，主要由激光器、外光路、光谱仪、测距仪、UPS不间断电源、计算机组成。其中，激光器为Nd：YAG激光器，带有倍频模块。
一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，步骤如下：
步骤一、开启激光器，调整波长1064nm，对准20g硝酸铵，选择“测距仪”功能，得到仪器与目标物距离80m；
步骤二、激光器波长仍输出1064nm，由激光器发出激光至双氧水，外光路由天文望远镜采集被测物被激发出的拉曼、荧光光信号；天文望远镜为反射式天文望远镜，口径500mm；通过光纤与激光器、光谱仪接连；天文望远镜光路中心轴与激光器激光束为共轴，见示意图2。
步骤三、步骤二的信号传至光谱仪，得到荧光谱图和拉曼谱图；通过差分比对等常规数据处理方式，将各个类别的信号提纯，消除干扰。
步骤四、步骤三谱图数据稳定后，终止采集，所得数据与内部信息库数据自动比对，给出了硝酸铵的名称。
效果：该探测方法可以探测到80m，同时可以得到荧光光谱和拉曼光谱，均可分别匹配出准确检测结果。因此，在此条件下，两种谱图均可以参考。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多频谱远程探测易燃易爆品的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将激光对准被测物，通过探测平台的测距仪测量出激光器与目标物的距离；所述探测平台主要由激光器、外光路、光谱仪、测距仪和UPS不间断电源组成，通过计算机平台控制完成探测；
步骤二、由激光器发出激光至被测物，由外光路天文望远镜采集被测物被激发出的拉曼、荧光光信号；
所述天文望远镜为反射式天文望远镜，口径不小于500mm；通过光纤与激光器、光谱仪接连；天文望远镜光路中心轴与激光器激光束为共轴；
步骤三、步骤二的光信号传至光谱仪，光谱仪使用全息光栅对采集的光信号进行分光，再将其传至ps门控级别的像增强ICCD探测器，得到高时间分辨的光谱图；
所述步骤三中光谱仪至少为1台，其波长范围在200nm～2500nm，其全息光栅衍射效率不小于92％；若光谱仪为2台，则1台用于拉曼，另1台用于荧光，波长范围为400nm～1100nm；具体见实施例；
步骤四、待步骤三谱图数据稳定，则终止采集，所得数据与内部信息库数据自动比对，给出被测物的名称；
所述步骤三谱图为荧光和拉曼谱图，通过差分比对等常规数据处理方式，将各个类别的信号提纯，消除干扰；若荧光信号较高，则拉曼信号可忽略不计，直接比对。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述激光器为Nd：YAG激光器，带有倍频模块，可谐调输出1064nm、532nm、355nm三种波长的激光。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述测距仪是利用激光实现对目标的距离测量的激光测距仪，测量范围为3.5～3000米。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述远程探测最远距离为不大于250米。
5.实现如权利要求1至4任意一项所述方法的装置，其特征在于：搭建多频谱远程探测平台，平台主要由激光器、外光路、光谱仪、测距仪和UPS不间断电源组成，通过计算机平台控制完成探测；其中，激光器根据需求，发出不同波长的激光，激发被测物拉曼和荧光信号；外光路收集信号；光谱仪进行分光及绘出光谱图；UPS不间断电源供电，支持外出场地工作；通过计算机平台控制完成荧光、拉曼多频谱信号的收集与数据分析。
6.如权利要求5所述装置，其特征在于：所述激光器为Nd：YAG激光器，带有倍频模块，能够谐调输出1064nm、532nm、355nm三种波长的激光。
7.如权利要求5所述装置，其特征在于：所述外光路采用天文望远镜采集拉曼和荧光信号，较大视场角的天文望远镜，对远距离光的收集能力较强。
8.如权利要求5所述装置，其特征在于：所述测距仪是利用激光实现对目标的距离测量的激光测距仪，测量范围为3.5～3000米。
9.如权利要求5所述装置，其特征在于：所述远程探测最远距离为不大于250米。
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