CN115791730A - 用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块，所述光学检测模块包括：壳体；反应件，连接所述壳体，具有管壁和空腔，所述空腔用于通过所述痕量毒品和/或爆炸物，所述管壁为透明并设有荧光物质，所述荧光物质用于与所述痕量毒品和/或爆炸物相互作用；多个第一光路，每个所述第一光路中均设有光源和第一探测件；第二光路，设有第二探测件；所述光源照射所述反应件，所述反应件的管壁上的荧光物质受激而发出荧光，荧光射入所述第一探测件和第二探测件。本发明提供的光学检测模块，解决了目前痕量毒品及爆炸物检测领域中单次检测作业时，检测的物质种类少、响应时间长、检测灵敏度低、检测设备体积大的问题。

Description

用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块

技术领域

本发明涉及痕量毒品及爆炸物检测技术领域，具体涉及一种用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块。

背景技术

爆炸物检测是反恐和国土安全中的一项重要研究课题，炸弹因其易于生产和部署而成为一种常见的恐怖主义形式；因炸药配方的广泛使用，炸药分析在法医研究、地雷探测和与炸药残留物相关的环境问题中具有重要意义；此外，炸药广泛用于军事目的也会造成环境污染。痕量毒品是一类能够刺激或抑制中枢神经甚至导致幻觉而被全球广泛禁止的物质；吸毒者会严重影响家庭关系，造成巨大的财富损失，并诱发各种违法犯罪活动，给社会也造成了极大的不稳定因素。所以，痕量毒品控制对全人类来说刻不容缓，而痕量毒品检测是禁毒工作中极其重要的一部分，也是世界范围内科研工作者广泛关注的方向。

目前，存在着多种技术来检测痕量爆炸物与痕量毒品，其中最常见的有离子迁移谱(IMS)、质谱(MS)和气相色谱(GC)，并结合传感器以进行检测。然而，这些设备大都相当笨重、造价以及运行成本昂贵，并且程序运行也很耗时。由于这些限制，此类设备及系统也很少部署在机场和政府大楼等战略位置。

因此，如何解决现有痕量毒品和/或爆炸物检测领域中单次检测作业中能够检测的物质种类少、响应时间长、检测灵敏度低、检测设备体积大等问题，亟待研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块，以解决目前痕量毒品及爆炸物检测领域中单次检测作业中能够检测的物质种类少、响应时间长、检测灵敏度低、检测设备体积大的问题。

为达上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块，用于检测痕量毒品及爆炸物，所述光学检测模块包括：

壳体；

反应件，连接所述壳体，且具有管壁和空腔，所述空腔由所述管壁围合形成，所述空腔用于通过所述痕量毒品和/或爆炸物，所述管壁为透明，并在朝向所述空腔的一侧设有荧光物质，所述荧光物质用于与所述痕量毒品和/或爆炸物相互作用；

多个第一光路，每个所述第一光路中均设有光源和第一探测件，且所述光源、反应件和第一探测件依次相连通，所述光源、反应件之间的连线与所述第一探测件、反应件之间的连线相互垂直；

第二光路，与所述反应件相连通，并设有第二探测件；

其中，所述光源照射所述反应件，所述反应件的管壁上的荧光物质受激而发出荧光，荧光射入所述第一探测件和第二探测件。

本发明的一些实施例中，每个所述第一光路中的所述光源发射的光线具有相异的波段。

本发明的一些实施例中，所述反应件呈纵长形的管状；

所述光源、反应件之间的连线垂直于所述反应件的纵长方向，所述第一探测件、反应件之间的连线垂直于所述反应件的纵长方向。

本发明的一些实施例中，所述第一光路中还设有第一导光结构；

所述第一导光结构串接于所述光源和反应件之间，并包括依次相接的第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片与所述光源相对设置，所述第二滤光片与所述反应件相对设置；

所述光源发出的光线依次经由所述第一滤光片和第二滤光片而照射至所述反应件。

本发明的一些实施例中，所述第一滤光片为隔热玻璃；

所述第二滤光片的透射光的波段为375nm～405nm。

本发明的一些实施例中，所述第二光路中还设有第二导光结构；

所述第二导光结构串接于所述反应件和第一探测件之间，还串接于所述反应件和第二探测件之间，并包括依次相接的第一光阑、第三滤光片、第二光阑和第四滤光片，所述第一光阑与所述反应件相对设置，所述第四滤光片与所述第一探测件或者第二探测件相对设置；

所述反应件上的所述荧光物质发出的荧光依次经由所述第一光阑、第三滤光片、第二光阑和第四滤光片而照射入所述第一探测件和第二探测件中。

本发明的一些实施例中，所述第三滤光片的透射光的波段为425nm～900nm，所述第三滤光片的不透光波段的截止深度为OD5；

所述第一光阑为矩形光阑，所述矩形光阑的尺寸为(0.5～5)mm*(0.5～5)mm；

所述第二光阑为圆孔光阑，所述圆孔光阑的通光孔径为1.5～3mm。

本发明的一些实施例中，所述光学检测模块还包括缓冲件；

所述缓冲件夹设于所述第一光阑和第三滤光片之间。

本发明的一些实施例中，所述缓冲件为橡胶圈，所述橡胶圈的内直径为3～5mm。

本发明的一些实施例中，所述光学检测模块还包括一加热模块；

所述加热模块固接并加热所述反应件。

本发明的一些实施例中，所述加热模块包括加热电阻和导热件；

所述加热电阻、导热件和反应件依次相接；

所述加热电阻产生的热量经由所述导热件传递至所述反应件。

本发明的一些实施例中，所述加热模块还包括热敏电阻和控制件；

所述热敏电阻、控制件和加热电阻依次连接；

所述热敏电阻感知所述反应件的温度而改变阻值，所述控制件感知所述热敏电阻的阻值变化，进而调控所述加热电阻的发热功率。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明提供的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块，通过设计多组由光源、反应件和探测件构成的第一光路，采用荧光猝灭法，实现了一次性检测由多种物质混合而成的待测混合物，能够定性且快速地检测判断反应件的空腔内是否存在某种物质，还能半定量地检测判断某种痕量毒品和/或爆炸物的浓度高低，还可以通过增加第一光路的数量来拓展检测痕量毒品和/或爆炸物的种类；不仅如此，本发明提供的光学检测模块还具有检测灵敏度高、体积小、设计结构精简的优点，因而可将本光学检测模块应用于痕量毒品或者爆炸物的检测中，更具体地，可将本模块应用于法医研究、地雷探测、机场、客运站、火车站的安检口检测以及炸药残留物相关的环境检测中，也可以应用于公安禁毒系统和交管系统等专业机构的痕量毒品、爆炸物检测中。

2、本发明提供的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块中，采用隔热玻璃作为光源与反应件之间的滤光片，以避免光源产生的热量对反应件上的荧光物质的热影响，从而保证荧光猝灭反应的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施方式提供的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块在第一视角下的结构示意图；

图2为图1中的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块在第二视角下的结构示意图；

图3为图1中的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块在第一剖面的剖视图；

图4为图1中的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块在第三视角下的结构示意图；

图5为图1中的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块在第二剖面的剖视图；

图6为图1中的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块在第四视角下的结构示意图。

本发明说明书附图中的主要附图标记说明如下：

1-壳体；2-反应件；3-光源；4-第一探测件；5-第二探测件；6-第一滤光片；7-第二滤光片；8-第一光阑；9-第三滤光片；10-第二光阑；11-第四滤光片；12-缓冲件；13-加热电阻；14-导热件。

具体实施方式

下面将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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的技术方案提供一种用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块，以下进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本发明实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

如图1、图2和图4所示，本发明的一些实施例中，一种用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块，用于检测痕量毒品及爆炸物，所述光学检测模块包括：壳体1；反应件2，连接所述壳体1，包括管壁(未标号)和空腔(未标号)，所述空腔由所述管壁围合形成，所述空腔用于通过所述痕量毒品和/或爆炸物，所述管壁为透明，并在朝向所述空腔的一侧设有荧光物质，所述荧光物质用于与所述痕量毒品和/或爆炸物相互作用；多个第一光路(未标号)，每个所述第一光路中均设有光源3和第一探测件4，且所述光源3、反应件2和第一探测件4依次相连通；并且根据光的瑞利散射原理，所述光源3、反应件2之间的连线与所述第一探测件4、反应件2之间的连线相互垂直；第二光路(未标号)，与所述反应件2相连通，并设有第二探测件5；其中，所述光源3照射所述反应件2，所述反应件2的管壁上的荧光物质受激而发出荧光，荧光射入所述第一探测件4和第二探测件5。具体的，上述的光源3发出的光线为紫外光，紫外光照射在反应件2上与各个第一光路一一对应的区域，紫外光使得该些区域中的荧光物质发生能级跃迁，进而激发出具有不同波段的荧光，这些荧光经由各个第一光路而被第一探测件4探测到，这些荧光中的一部分则会经由第二光路照射至第二探测件5上；被测的痕量毒品和/或爆炸物与荧光物质反应结合，不同的被测物质与同一种荧光物质的反应速率或者反应程度各不相同，使得荧光物质在紫外光的激发作用下发出的荧光的光谱具有各不相同的固有特征，第一探测件4和第二探测件5可以根据这些不同的荧光光谱来定性与定量地检测出被测痕量毒品和/或爆炸物的成分种类以及含量浓度；其中，第二探测件5未与任何一个光源3对应，仅透过透明的反应件2的管壁来接收荧光物质发出的荧光，即第二探测件5是作为一个对照参考，减少测量误差和监测反应件寿命，使得本模块的最终计算结果更加精准。不仅如此，第二探测件5还可以起到“提醒使用者更换反应件”的作用，具体是，当荧光物质的使用寿命竭尽，背景光的强度会显著降低，此时第二探测件5可以探测到这一现象，进而处理并反馈告知使用者这一情况。

本发明提供的用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块，通过设计多组由光源、反应件和探测件构成的第一光路，采用荧光猝灭法，实现了一次性检测由多种物质混合而成的混合物，能够定性且快速地检测判断反应件的空腔内是否存在某种物质，还能半定量且精确地检测判断某种痕量毒品和/或爆炸物的浓度高低，还可以通过增加第一光路的数量来拓展增加被检的痕量毒品和/或爆炸物的种类；不仅如此，本发明提供的光学检测模块还具有检测灵敏度高、体积小、设计结构精简的优点，因而可将本光学检测模块应用于痕量毒品或者爆炸物的检测中，更具体地，可将本模块应用于法医研究、地雷探测、机场、客运站、火车站的安检口检测以及炸药残留物相关的环境检测中，也可以应用于公安禁毒系统和交管系统等专业机构的痕量毒品、爆炸物检测中。

本发明的一些实施例中，反应件2的空腔中的荧光物质受到紫外光源的照射会产生荧光辐射，当待测痕量毒品和/或爆炸物与对应通道的荧光物质相互作用后，荧光信号将发生增强或减弱，由于不同荧光物质具有最适合的激光响应波段，因此所述第一光路中的所述光源3发射的光线可能具有相异的波段。本模块正是利用这一荧光猝灭和增强的原理来检测痕量毒品和/或爆炸物的。

可以理解的是，上述的荧光物质与痕量毒品和/或爆炸物之间的“相互作用”指的是荧光物质与痕量毒品和/或爆炸物之间发生的化学反应。

值得说明的是，本发明的一些实施例中，一个所述第一光路中的光源3的发光波长是405nm，另外的至少一个所述第一光路中的光源3的发光波长是395nm。可以理解的是，在本发明的另外一些实施例中，上述的发光波长还可以根据实际应用情景加以调整。

如图1、图2和图4所示，本发明的一些实施例中，所述反应件2呈纵长形的管状；所述光源3、反应件2之间的连线垂直于所述反应件2的纵长方向，所述第一探测件4、反应件2之间的连线垂直于所述反应件2的纵长方向。具体的，反应件2是一根内部中空且管壁材质为透明的长管，光源3发出的紫外光照射长管状的反应件2，反应件2上的荧光物质受激发而发出荧光，这些荧光被第一探测件4和第二探测件5捕捉，以供分析并定性地确认得知待测的痕量毒品和/或爆炸物的种类，以及半定量地检测出待测的混合物中各个物质组分的浓度含量。

如图3所示，本发明的一些实施例中，所述第一光路中还设有第一导光结构(未标号)；所述第一导光结构串接于所述光源3和反应件2之间，并包括依次相接的第一滤光片6和第二滤光片7，所述第一滤光片6与所述光源3相对设置，所述第二滤光片7与所述反应件2相对设置；所述光源3发出的光线依次经由所述第一滤光片6和第二滤光片7而照射至所述反应件2。上述的两个滤光片的作用是过滤掉波长不必要的杂光。

本发明的一些实施例中，所述第一滤光片6为隔热玻璃，以避免“光源3在发光时产生的热量影响到反应件2上的荧光物质进而影响荧光物质的稳定性”的问题。

本发明的一些实施例中，所述第二滤光片7的透射光的波段为375nm～405nm；示例性地，通过第二滤光片7的透射光的波段可以是380nm、385nm、390nm、395nm、400nm。

如图5所示，本发明的一些实施例中，所述第二光路中还设有第二导光结构(未标号)；所述第二导光结构串接于所述反应件2和第一探测件4之间，所述第二导光结构还串接于所述反应件2和第二探测件5之间；所述第二导光结构包括依次相接的第一光阑8、第三滤光片9、第二光阑10和第四滤光片11，所述第一光阑8与所述反应件2相对设置，所述第四滤光片11与所述第一探测件4或者第二探测件5相对设置；所述反应件2上的所述荧光物质发出的荧光依次经由所述第一光阑8、第三滤光片9、第二光阑10和第四滤光片11而照射入所述第一探测件4和第二探测件5中。值得说明的是，上述的第一光阑8和第二光阑10的作用是消除杂散光的干扰，以使探测件的检测效果更加精准可靠。

本发明的一些实施例中，所述第三滤光片9的透射光的波段为425nm～900nm，所述第三滤光片9的不透光波段的截止深度为OD5；示例性地，通过第三滤光片9的透射光的的波长可以是450nm、480nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm或者850nm中的任意一个。

本发明的一些实施例中，所述第一光阑8为矩形光阑，所述矩形光阑的尺寸为(0.5～5)mm*(0.5～5)mm。示例性地，可以是1.6mm*3.8mm。

本发明的一些实施例中，所述第二光阑10为圆孔光阑，所述圆孔光阑的通光孔径为1.5～3mm。示例性地，可以是2.2mm。

如图5所示，本发明的一些实施例中，所述光学检测模块还包括缓冲件12；所述缓冲件12夹设于所述第一光阑8和第三滤光片9之间，因为第一光阑8是卡设于壳体1的一个孔洞内的，如果没有这一缓冲件12，那么第三滤光片9会直接与质地较硬的壳体1直接接触，就有可能对第三滤光片9造成损伤，因而设置了上述的缓冲件12以保护第三滤光片9。

如图5所示，本发明的一些实施例中，所述缓冲件12为橡胶圈，所述橡胶圈的内直径为3～5mm，示例性地，橡胶圈的内直径可以是3.5mm、4mm、4.5mm。可以理解的是，荧光物质发出的荧光穿过反应件2的管壁，穿过第一光阑8之后又穿过橡胶圈中间的圆孔，继而穿过第三滤光片9、第二光阑10和第四滤光片11，最后照射至所述第一探测件4或者第二探测件5中的任一个内。

本发明的一些实施例中，所述光学检测模块还包括一加热模块；所述加热模块固接并加热所述反应件2，以使附着于反应件2的内管壁上的荧光物质的温度升高；可以理解的是，当温度升高至一定温度(该温度值与各物质的种类有关)后，荧光物质的反应活性也会随之升高，从而使得荧光物质能够更加灵敏地捕捉到待测痕量毒品和/或爆炸物，进而得以提升检测的灵敏度。

如图6所示，本发明的一些实施例中，所述加热模块包括加热电阻13和导热件14；所述加热电阻13、导热件14和反应件2依次相接；所述加热电阻13产生的热量经由所述导热件14传递至所述反应件2。可以理解的是，加热电阻13的规格参数可以根据实际应用情况加以选定和调整，导热件14可以选用导热能力较好的金属。

本发明的一些实施例中，所述加热模块还包括热敏电阻和控制件；所述热敏电阻、控制件和加热电阻13依次连接；所述热敏电阻感知所述反应件2的温度而改变阻值，所述控制件感知所述热敏电阻的阻值变化，进而调控所述加热电阻13的发热功率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。此外，说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种用于检测痕量毒品及爆炸物的光学检测模块，用于检测痕量毒品及爆炸物，其特征在于，所述光学检测模块包括：

壳体；

反应件，连接所述壳体，且具有管壁和空腔，所述空腔由所述管壁围合形成，所述空腔用于通过所述痕量毒品和/或爆炸物，所述管壁为透明，并在朝向所述空腔的一侧设有荧光物质，所述荧光物质用于与所述痕量毒品和/或爆炸物相互作用；

多个第一光路，每个所述第一光路中均设有光源和第一探测件，且所述光源、反应件和第一探测件依次相连通，所述光源、反应件之间的连线与所述第一探测件、反应件之间的连线相互垂直；

第二光路，与所述反应件相连通，并设有第二探测件；

其中，所述光源照射所述反应件，所述反应件的管壁上的荧光物质受激而发出荧光，荧光射入所述第一探测件和第二探测件。

2.根据权利要求1所述的光学检测模块，其特征在于，每个所述第一光路中的所述光源发射的光线具有相异的波段。

3.根据权利要求1所述的光学检测模块，其特征在于，所述反应件呈纵长形的管状；

所述光源、反应件之间的连线垂直于所述反应件的纵长方向，所述第一探测件、反应件之间的连线垂直于所述反应件的纵长方向。

4.根据权利要求1所述的光学检测模块，其特征在于，所述第一光路中还设有第一导光结构；

所述第一导光结构串接于所述光源和反应件之间，并包括依次相接的第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片与所述光源相对设置，所述第二滤光片与所述反应件相对设置；

所述光源发出的光线依次经由所述第一滤光片和第二滤光片而照射至所述反应件。

5.根据权利要求4所述的光学检测模块，其特征在于，所述第一滤光片为隔热玻璃；

所述第二滤光片的透射光的波段为375nm～405nm。

6.根据权利要求1所述的光学检测模块，其特征在于，所述第二光路中还设有第二导光结构；

所述第二导光结构串接于所述反应件和第一探测件之间，还串接于所述反应件和第二探测件之间，并包括依次相接的第一光阑、第三滤光片、第二光阑和第四滤光片，所述第一光阑与所述反应件相对设置，所述第四滤光片与所述第一探测件或者第二探测件相对设置；

所述反应件上的所述荧光物质发出的荧光依次经由所述第一光阑、第三滤光片、第二光阑和第四滤光片而照射入所述第一探测件和第二探测件中。

7.根据权利要求6所述的光学检测模块，其特征在于，所述第三滤光片的透射光的波段为425nm～900nm，所述第三滤光片的不透光波段的截止深度为OD5；

所述第一光阑为矩形光阑，所述矩形光阑的尺寸为(0.5～5)mm*(0.5～5)mm；

所述第二光阑为圆孔光阑，所述圆孔光阑的通光孔径为1.5～3mm。

8.根据权利要求6所述的光学检测模块，其特征在于，所述光学检测模块还包括缓冲件；

所述缓冲件夹设于所述第一光阑和第三滤光片之间。

9.根据权利要求8所述的光学检测模块，其特征在于，所述缓冲件为橡胶圈，所述橡胶圈的内直径为3～5mm。

10.根据权利要求1所述的光学检测模块，其特征在于，所述光学检测模块还包括一加热模块；

所述加热模块固接并加热所述反应件。

11.根据权利要求10所述的光学检测模块，其特征在于，所述加热模块包括加热电阻和导热件；

所述加热电阻、导热件和反应件依次相接；

所述加热电阻产生的热量经由所述导热件传递至所述反应件。

12.根据权利要求11所述的光学检测模块，其特征在于，所述加热模块还包括热敏电阻和控制件；

所述热敏电阻、控制件和加热电阻依次连接；

所述热敏电阻感知所述反应件的温度而改变阻值，所述控制件感知所述热敏电阻的阻值变化，进而调控所述加热电阻的发热功率。

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