一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法，該方法中涉及的裝置是由傳感器、光源、電源、電流表、信號處理器和報警器組成，使用可周期性開關和改變光強變化的光源，照射具有快速光電響應的單個傳感器上，測量爆炸物蒸氣在傳感器敏感材料表面吸附引起的光電流變化，通過主成分分析、線性判別分析、人工神經網絡等模式識別方法進行數據處理，實現傳感器陣列對不同種類爆炸物蒸氣響應的標準數據庫，通過將疑似爆炸物的數據處理結果與數據庫比對，最終達到識別檢測爆炸物蒸氣的目的。該方法利用敏感材料的光電性能，提高檢測限的同時簡化了傳感器陣列結構，利用敏感材料靈敏的氣敏響應和快速的光電響應，實現快速識別爆炸物的目的。
【專利說明】
一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法
技術領域
[0001]本發明涉及爆炸物檢測領域，特別是涉及一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法。具體涉及使用一定波長范圍的光照射具有快速光電響應的敏感材料，通過周期性的開關光源和改變光強，測定不同光強下傳感器上爆炸物分子吸附引起的光電流變化，采用主成分分析、線性判別分析、人工神經網絡等模式識別方法進行數據處理，實現傳感器陣列對不同種類爆炸物蒸氣響應的標準數據庫，比對建立的標準數據庫，對疑似痕量爆炸物蒸氣進行檢測與分類。該方法可在提高檢測限的同時簡化傳感器陣列結構，實現快速識別爆炸物的目的。
【背景技術】
[0002]恐怖爆炸事件嚴重危害社會穩定和國家安全，隱藏爆炸物的探測一直是國內外公共安全領域高度關注的難題。制式爆炸物如，三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、對硝基甲苯(PNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)、硝酸銨(AN)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)、環四亞甲基四硝胺(HMX)、三過氧化三丙酮和硫，因具有低蒸氣壓和高爆炸性等特點，成為最常見、使用范圍最廣的一類爆炸物。非制式炸藥種類繁多，成份復雜，原料來源于工業原料、農業化肥和生活用品等，如硝酸銨、尿素、硫等，其檢測十分困難。
[0003]由于爆炸物種類繁多，要實現完全專一的檢測十分困難。同時，構建對每一種爆炸物均有專一響應的傳感器更加困難。因此，在檢測中需要引入傳感器陣列并通過數據處理進行識別。傳感器陣列是一種模擬哺乳動物通過嗅覺和味覺識別物質的檢測手段。通過建立一系列的交叉反應的傳感器單元，然后記錄所有單元對于同一物質的響應行為，采用主成分分析、線性判別分析、神經網絡等模式識別方法進行數據處理，可以實現對不同物質的區分。因此，無論是光學傳感器還是電學傳感器，往往引入傳感器陣列實現物質識別。
[0004]傳感器陣列的構建過程需要引入一系列傳感器單元。為了保證數據處理過程聚類分類的效果，傳感器數量要足夠多。這就帶來兩個問題:一、傳感系統結構變得復雜;二、需要較多合成或修飾步驟，構建過程復雜。因此，如何簡化傳感器陣列結構是一項急需的技術。
[0005]當入射光子能量(hv)大于或等于半導體的禁帶寬度(Eg)時，價帶中的電子會吸收入射光子，由價帶躍迀至導帶，形成光電流。當氣體吸附在材料上時，會顯著改變光電流大小。除此之外，光強可以調控傳感材料的響應特性。因此，可以利用光強調控光電敏感材料的響應特性，從而簡化傳感器陣列。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于，提供一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法，該方法中涉及的裝置是由傳感器、光源、電源、電流表、信號處理器和報警器組成，使用可周期性開關和改變光強變化的光源，照射具有快速光電響應的單個傳感器上，測量爆炸物蒸氣在傳感器敏感材料表面吸附引起的光電流變化，通過主成分分析、線性判別分析、神經網絡等模式識別方法進行數據處理，得到傳感器陣列對不同種類爆炸物蒸氣響應的標準數據庫，通過將疑似爆炸物的數據處理結果與數據庫比對，最終達到識別檢測爆炸物蒸氣的目的。該方法利用敏感材料的光電性能，通過光源強度變化及周期性開關，造成光電材料對爆炸物的響應大小差異，由單個傳感器實現陣列式傳感的作用，提高檢測限的同時簡化了傳感器陣列結構，利用敏感材料靈敏的氣敏響應和快速的光電響應，實現快速識別爆炸物的目的。
[0007]本發明所述的一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法，該方法中涉及的裝置是由傳感器、光源、電源、電流表、信號處理器和報警器組成，傳感器(I)、光源(2)、電源
(3)、電流表(4)與信號處理器(5)串接，信號處理器(5)與報警器(6)連接，使用可周期性開關和改變光強變化的光源(2)，照射具有快速光電響應的單個傳感器(I)上，傳感器(I)上的敏感材料為硅-氧化鋅P-n結、硅納米線/石墨烯肖特基結、二氧化鈦/石墨烯肖特基結、硅_氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結、硅納米線/金屬肖特基結、硅納米線陣列、二氧化鈦修飾的娃納米線陣列/石墨稀肖特基結或金納米顆粒修飾的娃納米線陣列/石墨稀肖特基結，具體操作按下列步驟進行:
[0008]a、在傳感器(I)的敏感材料上方裝有光源(2)，光源(2)為波長范圍在200_800nm之間的發光二極管(LED)、Xe燈、Hg燈或激光光源；
[0009]b、將傳感器(I)置于空氣中，在室溫條件下，通過以lms-2s為間隔周期性的開閉光源(2)并改變光強，其中光強數為3-10個，測得敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0010]C、將傳感器(I)分別置于室溫下系列已知濃度的不同爆炸物蒸氣中，通過以Ims-2s為間隔周期性的開閉光源(2)并改變光強，其中光強數為3-10個，測得敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定，分別計算每種光強下傳感器(I)對不同爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為其中為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0011]d、通過主成分分析、神經網絡模型或線性判別式分析的數據處理方法，得到傳感器(I)陣列對不同種類爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0012]e、將傳感器(I)置于待測氣氛中，通過以lms-2s為間隔周期性的開閉光源(2)并改變光強，其中光強數為3-10個，測得敏感材料在不同光強下的光電流，采用與步驟d中相同的數據處理方法處理響應信號，并與步驟d中的數據庫比對，得出是否存在爆炸物蒸氣、存在何種爆炸物蒸氣。
[0013]步驟a中所述的光源(2)為發光二極管。
[0014]步驟c中的測量信號不止為光電流，還可為光電壓、電阻。
[0015]發明所述一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法，該方法中的敏感材料，不局限于娃-氧化鋅p-n結、娃納米線/石墨稀肖特基結、二氧化鈦/石墨稀肖特基結、娃-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結、硅納米線/金屬肖特基結、硅納米線陣列、二氧化鈦修飾的娃納米線陣列/石墨稀肖特基結或金納米顆粒修飾的娃納米線陣列/石墨稀肖特基結，凡對爆炸物蒸氣具有快速光電響應特性的材料均落在本發明的保護范圍；
[0016]本發明所述一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法中的爆炸物檢測范圍，可根據建立爆炸物數據庫的范圍調整；
[0017]本發明所述一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法中的光強個數及光強大小，可根據實際情況調整；
[0018]本發明所述的一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法，該方法與現有技術相比具有下列優點:使用可周期性開關和改變光強變化的光源，照射具有快速光電響應的單個傳感器上，測量爆炸物蒸氣在傳感器敏感材料表面吸附引起的光電流變化，通過主成分分析、線性判別分析、神經網絡等模式識別方法進行數據處理，得到傳感器陣列對不同爆炸物蒸氣響應的標準數據庫，通過將疑似爆炸物的數據處理結果與數據庫比對，最終達到識別檢測爆炸物蒸氣的目的。該方法通過光源強度變化及周期性開關，造成光電材料對爆炸物的響應大小差異，由單個傳感器實現陣列式傳感的作用，提高檢測限的同時簡化了傳感器陣列結構，從而實現識別爆炸物的目的。利用敏感材料靈敏的氣敏響應和快速的光電響應，實現快速識別檢測爆炸物的目的。該方法彌補了傳統傳感器陣列結構復雜、構建過程繁瑣的缺點，為新型傳感陣列的構建提供參考及思路。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的檢測結構示意圖；
[0020]圖2為本發明以硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結為敏感材料，在8種光強光照射下，對室溫空氣的光電響應曲線；
[0021]圖3為本發明以硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結為敏感材料，在8種光強光照射下，對TNT室溫飽和蒸氣的光電響應曲線；
[0022]圖4為本發明以硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結為敏感材料，在8種光強光照射下，對硝酸銨室溫飽和蒸氣的光電響應曲線；
[0023]圖5為本發明以硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結為敏感材料，室溫條件對三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、對硝基甲苯(PNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、硝酸銨、黑火藥(BP)和硝銨(AN)8種爆炸物飽和蒸氣光電響應大小隨光強變化的曲線；
[0024]圖6為本發明以硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結為敏感材料，采用主成分分析的數據處理方法，三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、對硝基甲苯(PNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)、硝酸銨(AN)8種爆炸物室溫飽和蒸氣的數據庫。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明:
[0026]實施例1
[0027]本發明所述的一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法，該方法中涉及的裝置是由傳感器、光源、電源、電流表、信號處理器和報警器組成，傳感器1、光源2、電源3、電流表4與信號處理器5串接，信號處理器5與報警器6連接，使用可周期性開關和改變光強變化的光源2，照射具有快速光電響應的單個傳感器I上，在傳感器I上的敏感材料為硅-氧化鋅p-n結、硅納米線/石墨烯肖特基結、二氧化鈦/石墨烯肖特基結、硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨稀肖特基結、娃納米線/金屬肖特基結、娃納米線陣列、二氧化鈦修飾的娃納米線陣列/石墨烯肖特基結或金納米顆粒修飾的硅納米線陣列/石墨烯肖特基結，具體操作按下列步驟進行:
[0028]a、在傳感器I的硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料上方裝有發光二極管(LED)光源2，光源2為波長為468nm的光照射敏感材料；
[0029]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過2s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 lW/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m，測得硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值(圖2);
[0030]C、將傳感器I分別置于室溫下系列已知濃度的三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、對硝基甲苯(PNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)、硝酸銨(AN)的飽和蒸氣中，通過2s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是lW/m2、2W/m2、3W/m2,4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7W/m2、8W/m，測得硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定，敏感材料對TNT室溫飽和蒸氣的光電響應曲線見(圖3)，敏感材料對室溫硝酸銨飽和蒸氣的光電響應曲線見(圖4);分別計算每種光強下傳感器I對不同爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為(1?1物其中
為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小;室溫條件對三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、對硝基甲苯(PNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)和硝酸銨(AN)8種爆炸物飽和蒸氣光電響應大小隨光強變化的曲線見(圖5);
[0031]d、通過主成分分析數據處理方法，得到傳感器I陣列對三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、對硝基甲苯(PNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)和硝酸銨(AN)爆炸物蒸氣響應的標準數據庫(圖6);
[0032]e、將傳感器I置于三硝基甲苯(TNT)室溫飽和蒸氣中，通過2s為間隔周期性的開閉光源 2 并改變光強，光強分別是 I W/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m，測得硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，采用主成分分析法處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與三硝基甲苯(TNT)吻合。
[0033]實施例2
[0034]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0035]a、在傳感器I的硅-氧化鋅敏感材料上方裝有光源2，光源2波長為468nm的光照射敏感材料；
[0036]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以Ims為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是lW/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2，測得硅-氧化鋅敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0037]c、將傳感器I分別置于室溫下三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)和環四亞甲基四硝胺(HMX)的飽和蒸氣中，通過以I ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是I W/m2、2 W/m2、3 W/m2、4ff/m2、5 W/m2、6ff/m2，測得娃-氧化鋅敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為(I mm~Ie)/1賀，其中為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0038]d、通過主成分分析的數據處理方法，得到傳感器I陣列對三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)和環四亞甲基四硝胺(HMX)爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0039]e、將傳感器I置于環四亞甲基四硝胺(HMX)室溫飽和蒸氣中，通過以Ims為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是lW/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2，測得硅-氧化鋅敏感材料在不同光強下的光電流，采用主成分分析法處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與環四亞甲基四硝胺(HMX)吻合，證明存在環四亞甲基四硝胺(HMX)。
[0040]實施例3
[0041]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0042]a、在傳感器I的二氧化鈦修飾的硅納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料上方裝有激光光源2，光源2波長為532nm的光照射敏感材料；
[0043]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以10ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 lW/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得二氧化鈦修飾的娃納米線陣列/石墨稀肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0044]C、將傳感器I分別置于室溫下黑火藥(BP)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)和三過氧化三丙酮飽和蒸氣中，通過以10ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 I W/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得二氧化鈦修飾的硅納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為(，其中1難1?為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0045]d、通過線性判別分析的數據處理方法，得到傳感器I陣列對黑火藥(BP)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)和三過氧化三丙酮爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0046]e、將傳感器I置于三過氧化三丙酮室溫飽和蒸氣中，通過以10ms為間隔周期性的開閉光源2 并改變光強，光強分別是 I W/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5W/m2、6W/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得二氧化鈦修飾的娃納米線陣列/石墨稀肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，采用線性判別分析法處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與三過氧化三丙酮吻合，證明存在三過氧化三丙酮。
[0047]實施例4
[0048]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0049]a、在傳感器I的硅納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料上方裝有LED燈光源2，光源2波長為367nm的光照射敏感材料；
[0050]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以500ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是2W/V、3 W/m2、4 W/m2、5 W/m2、6 W/m2、7 W/m2、8 W/m2，測得硅納米線陣列/石墨稀肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0051 ] C、將傳感器I分別置于室溫下三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑火藥(BP)和三過氧化三丙酮飽和蒸氣中，通過以500ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是2W/V、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2，測得硅納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為其中為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0052]d、通過神經網絡模型的數據處理方法，得到傳感器I陣列對三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑火藥(BP)和三過氧化三丙酮爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0053]e、將傳感器I置于黑火藥(BP)室溫飽和蒸氣中，通過以500ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是2W/V、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2,6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2，測得硅納米線陣列/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，采用神經網絡模型處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與黑火藥(BP)吻合，證明存在黑火藥(BP)。
[0054]實施例5
[0055]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0056]a、在傳感器I的金納米粒子修飾的娃納米線/石墨稀肖特基結敏感材料上方裝有LED燈光源2，光源2波長為300nm的光照射敏感材料；
[0057]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以Is為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是4W/m2、5W/m2、6W/V，測得金納米粒子修飾的硅納米線/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0058]c、將傳感器I分別置于室溫下黑索金(RDX)、尿素(Urea)、硝酸銨(AN)和季戊四醇四硝酸酯(PETN)的飽和蒸氣中，通過以Is為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是4W/m2、5ff/ m2、6ff/ m2，測得金納米粒子修飾的娃納米線/石墨稀肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為/1賀，其中為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0059]d、通過神經網絡模型的數據處理方法，得到傳感器I陣列對黑索金(RDX)、尿素(Urea)、硝酸銨(AN)和季戊四醇四硝酸酯(PETN)爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0060]e、將傳感器I置于尿素室溫飽和蒸氣中，通過以Is為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是4W/m2、5W/m2、6W/m2，測得金納米粒子修飾的硅納米線/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，采用神經網絡模型處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與尿素吻合，證明存在尿素。
[0061 ] 實施例6
[0062]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0063]a、在傳感器I的二氧化鈦/石墨烯肖特基結敏感材料上方裝有Hg燈光源2，在光路中添加光柵、濾波片、透鏡、反射鏡，光源2波長為500nm的光照射敏感材料；
[0064]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以1.5s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 2W/V、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、10W/V，測得二氧化鈦/石墨稀肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0065]C、將傳感器I分別置于室溫下三硝基甲苯(TNT)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、硝酸銨(AN)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)和環四亞甲基四硝胺(HMX)、硫的飽和蒸氣中，通過以1.5s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是2W/V、3W/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、10ff/m2，測得二氧化鈦/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為其中為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0066]d、通過主成分分析的數據處理方法，得到傳感器陣列對三硝基甲苯(TNT)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、硝酸銨(AN)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)和環四亞甲基四硝胺(HMX)、硫爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0067]e、將傳感器I置于硫室溫飽和蒸氣中，通過以1.5s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 2W/V、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、10ff/m2，測得二氧化鈦/石墨烯肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，采用主成分分析法處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與硫吻合，證明存在硫。
[0068]實施例7
[0069]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0070]a、在傳感器I的硅納米線陣列敏感材料上方裝有激光光源2，光源2波長為350nm的光照射敏感材料；
[0071]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以2s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是3W/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2，測得硅納米線陣列敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0072]c、將傳感器I分別置于室溫下尿素(Urea)、硝酸銨(AN)和季戊四醇四硝酸酯(PETN)的飽和蒸氣中，通過以2s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是3W/V、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2，測得硅納米線陣列敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為/Ie，其中1顯《為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0073]d、通過主成分分析的數據處理方法，得到傳感器I陣列對尿素(Urea)、硝酸銨(AN)和季戊四醇四硝酸酯(PETN)爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0074]e、將傳感器I置于季戊四醇四硝酸酯(PETN)室溫飽和蒸氣中，通過以2s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是3W/V、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2，測得硅納米線陣列敏感材料在不同光強下的光電流，采用主成分分析法處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與季戊四醇四硝酸酯(PETN)吻合，證明存在季戊四醇四硝酸酯(PETN)0
[0075]實施例8
[0076]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0077]a、在傳感器I的硅納米線陣列敏感材料上方裝有Xe燈光源2，在光路中添加光柵、濾波片、透鏡、反射鏡，光源2波長為500nm的光照射敏感材料；
[0078]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以2s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是3W/m2、4W/m2、5ff/m2,6ff/m2、7ff/m2，測得硅納米線陣列敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0079]c、將傳感器I分別置于室溫下黑索金(RDX)、硝酸銨(AN)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)環四亞甲基四硝胺(HMX)和尿素的飽和蒸氣中，通過以2s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是3W/m2、4W/m2、5W/m2、6W/m2、7ff/m2，測得硅納米線陣列敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為其中IiWft為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0080]d、通過線性判別分析的數據處理方法，得到傳感器I陣列對硝銨、RDX、HMX、PETN、尿素爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0081]e、將傳感器I置于黑索金(RDX)室溫飽和蒸氣中，通過以2s為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是3W/V、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2，測得硅納米線陣列敏感材料在不同光強下的光電流，采用線性判別分析法處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與黑索金(RDX)吻合，證明存在黑索金(RDX)。
[0082]實施例9
[0083]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0084]a、在傳感器I的硅納米線/金肖特基結敏感材料上方裝有LED燈光源2，在光路中添加光柵、濾波片、透鏡、反射鏡，光源2波長為200nm的光照射敏感材料；
[0085]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以50ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 lW/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得娃納米線/金肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0086]C、將傳感器I分別置于室溫下三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)、硝酸銨(AN)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)、環四亞甲基四硝胺(HMX)和三過氧化三丙酮的飽和蒸氣中，通過以50ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 I W/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得硅納米線/金肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為(其中為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0087]d、通過主成分分析的數據處理方法，得到傳感器I陣列對三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)、硝酸銨(AN)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)、環四亞甲基四硝胺(HMX)和三過氧化三丙酮爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0088]e、將傳感器I置于氯化鈉室溫飽和蒸氣中，通過以50ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 lW/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得硅納米線/金肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，采用主成分分析法處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與標準庫中的爆炸物不吻合，證明不存在爆炸物。
[0089]實施例10
[0090]所述方法中涉及的裝置與實施例1相同，具體操作按下列步驟進行:
[0091 ] a、在傳感器I的硅納米線/銀肖特基結敏感材料上方裝有LED燈光源2，在光路中添加光柵、濾波片、透鏡、反射鏡，光源2波長為800nm的光照射敏感材料；
[0092]b、將傳感器I置于空氣中，在室溫條件下，通過以800ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 lW/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得硅納米線/銀肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值；
[0093]C、將傳感器I分別置于室溫下三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)、硝酸銨(AN)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)、環四亞甲基四硝胺(HMX)和三過氧化三丙酮的飽和蒸氣中，通過以800ms為間隔周期性的開閉光源并改變光強，光強分別是 I W/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得娃納米線/銀肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定;結合步驟b，分別計算每種光強下傳感器對不同的爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為(其中為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小；
[0094]d、通過神經網絡模型的數據處理方法，得到傳感器I陣列對三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)、黑索金(RDX)、尿素(Urea)、黑火藥(BP)、硝酸銨(AN)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)、環四亞甲基四硝胺(HMX)和三過氧化三丙酮爆炸物蒸氣響應的標準數據庫；
[0095]e、將傳感器I置于味精室溫飽和蒸氣中，通過以800ms為間隔周期性的開閉光源2并改變光強，光強分別是 lW/m2、2ff/m2、3ff/m2、4ff/m2、5ff/m2、6ff/m2、7ff/m2、8ff/m2、9ff/m2、I Off/m2，測得硅納米線/銀肖特基結敏感材料在不同光強下的光電流，采用神經網絡模型處理數據，并比對步驟d中的數據庫，發現疑似物與標準庫中的爆炸物不吻合，證明不存在爆炸物。
[0096]本發明所述實施例，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的情況下可以對本發明進行若干修改，如包括使用光柵、濾波片、透鏡(組)等光學元件對光線的光成分和光路進行處理，增加爆炸物種類獲得標準數據庫以檢測本實施例中未包含的爆炸物，增加光強個數，改變光強強度，更換光電敏感材料，使用其它光源，采集電阻、電壓變化信號。
【主權項】
1.一種基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法，其特征在于該方法中涉及的裝置是由傳感器、光源、電源、電流表、信號處理器和報警器組成，傳感器(I)、光源(2)、電源(3)、電流表(4)與信號處理器(5)串接，信號處理器(5)與報警器(6)連接，使用可周期性開關和改變光強變化的光源(2)，照射具有快速光電響應的單個傳感器(I)上，傳感器(I)上的敏感材料為硅-氧化鋅p-n結、硅納米線/石墨烯肖特基結、二氧化鈦/石墨烯肖特基結、硅-氧化鋅核殼納米線陣列/石墨烯肖特基結、硅納米線/金屬肖特基結、硅納米線陣列、二氧化鈦修飾的娃納米線陣列/石墨稀肖特基結或金納米顆粒修飾的娃納米線陣列/石墨稀肖特基結，具體操作按下列步驟進行: a、在傳感器(I)的敏感材料上方裝有光源(2)，光源(2)為波長范圍在200-800nm之間的發光二極管(LED)、Xe燈、Hg燈或激光光源； b、將傳感器(I)置于空氣中，在室溫條件下，通過以lms-2s為間隔周期性的開閉光源(2)并改變光強，其中光強數為3-10個，測得敏感材料在不同光強下的光電流，得到基線電流值； C、將傳感器(I)分別置于室溫下系列已知濃度的不同爆炸物蒸氣中，通過以lms-2s為間隔周期性的開閉光源(2)并改變光強，其中光強數為3-10個，測得敏感材料在不同光強下的光電流，對爆炸物蒸氣進行標定，分別計算每種光強下傳感器(I)對不同爆炸物蒸氣的響應大小，響應大小定義為其中為敏感材料在爆炸物蒸氣中的光電流大小，1賀為敏感材料在空氣中的光電流大小； d、通過主成分分析、神經網絡模型或線性判別式分析的數據處理方法，得到傳感器(I)陣列對不同種類爆炸物蒸氣響應的標準數據庫； e、將傳感器(I)置于待測氣氛中，通過以lms-2s為間隔周期性的開閉光源(2)并改變光強，其中光強數為3-10個，測得敏感材料在不同光強下的光電流，采用與步驟d中相同的數據處理方法處理響應信號，并與步驟d中的數據庫比對，得出是否存在爆炸物蒸氣、存在何種爆炸物蒸氣。2.根據權利要求1所述的基于光電響應的爆炸物蒸氣識別檢測方法，其特征在于步驟a中所述的光源(2)為發光二極管。
【文檔編號】G01N27/04GK106018510SQ201610344253
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】竇新存, 郭林娟, 楊政, 祖佰祎
【申請人】中國科學院新疆理化技術研究所