一种水下微痕量化学物质的探测识别装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水下微痕量化学物质的探测识别装置，属于水下化学物探测技术领域。该装置基于SPR方法实现对水中微痕量化学物质的探测识别，并通过传感芯片自动更换组件自动更换传感芯片实现对多种化学物质、长时间的在线实时自主水下检测，有效弥补了目前水下化学探测传感器探测目标单一的缺点；同时，该装置具有对样品预处理过程以及过滤层的反冲自清洗功能，保证采集的水样质量，进而确保检测的高效性以及准确性；并且结合辅助探测器件，大大提高了探测识别效率。

A device for detecting and identifying underwater micro trace chemicals

The invention relates to an underwater micro trace chemical substance detection and identification device, which belongs to the underwater chemical detection technology field. The device realizes the detection and recognition of micro-trace chemical substances in water based on SPR method, and realizes the online real-time autonomous underwater detection of many chemical substances through the automatic replacement of sensor chips and the automatic replacement of sensor chips. It effectively remedies the shortcoming of single detection target of underwater chemical detection sensors at present. The device has the function of sample pretreatment and backwash and self-cleaning of the filter layer to ensure the quality of the collected water samples, thus ensuring the high efficiency and accuracy of detection, and combining with auxiliary detectors, greatly improving the detection and recognition efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种水下微痕量化学物质的探测识别装置
本专利技术涉及一种用于探测识别水下微痕量化学物质的装置，属于水下化学物探测

技术介绍
随着人类对海洋的探索逐步深入，水下爆炸物(例如被遗弃的水下未爆弹药、水雷等)、化学毒剂等水下危险化学物对人类的生命安全及生活环境构成了严重威胁。由于水下环境的复杂性、隐蔽性，使得危险化学物的探测和清除有一定的难度。目前，水下的探测识别一般采用声、磁、光等探测方法，这些方法都属于物理方法，通过对目标的外形、材质等进行目标的探测和识别，常需要依赖人的经验，探测识别虚警率较高，无法确定其是否含有相应的化学物质，自主识别能力不足。根据相关研究，这些危险化学物所含的化学物质(例如水下爆炸物所含的炸药成分等)都不可避免地通过渗透和泄漏扩散到外部环境中，因此除了传统的物理探测识别方法，还可以使用化学探测方法进行水下危险化学物的探测识别。由于所渗出的化学物质的量极少，因此需要利用微痕量检测技术来实现水中微痕量危险化学物质的探测和识别。目前常用的微痕量化学检测技术主要有离子迁移谱法、荧光分析法、电化学法、表面声波法以及表面等离子体波共振(SPR)等几类方法。其中，离子迁移谱法与基于SPR的检测技术相比，灵敏度较低，且存在选择性不高以及由于采用放射性物质做离子化源而造成环境污染的问题；荧光分析法与基于SPR的检测方法相比，灵敏度相当，但须对待测分子进行专门荧光标记，检测目标可扩展性差；电化学法具有选择性好、功耗低的优点，但相比其它方法检测灵敏度较低；表面声波法与基于SPR的检测方法相比，选择性相当，但检测灵敏度偏低。综合国外微痕量水下检测技术的发展来看，荧光分析与表面等离子体波共振两种检测方法灵敏度高，综合性能较优，是目前水下高灵敏度探测研究采用的两种主要方法。由于是针对具体的化学物质进行探测，所以化学探测方法比物理探测方法能更准确地确定所探测对象是什么，因此针对水下危险物的探测识别，化学探测方法是传统物理探测方法外很有潜力的一种方法，可以为水下感知增加新的手段，提高自主识别能力。在气体环境中，已有一些针对有害气体以及危险目标物的化学探测装置或化学传感器，例如二氧化硫传感器、爆炸物探测装置等，在实际中也有了一定的应用。但目前针对水下危险化学物的化学探测装置或化学传感器还比较少，比较常见的是少数用于原位检测的化学传感器，主要针对海洋化学物质成分的探测，目的也是对海洋环境进行分析研究。然而，目前的这些化学传感器或探测装置一般只针对单一化学物质，即每一种探测装置或传感器只能检测一种化学物质，探测不同的化学物质则需要使用不同的化学传感器和化学探测装置，扩展性不足。
技术实现思路
针对目前水下危险化学物质的探测装置探测对象单一以及缺少用于水下危险化学物质微痕量检测的装置的问题，本专利技术的目的在于提供一种水下微痕量化学物质的探测识别装置，该装置主要是通过传感芯片自动更换组件自动转换及更换传感芯片，从而实现多种化学物质、长时间的在线实时自主水下检测；而且该装置通过样品预处理以及过滤层的反冲自清洗功能，保证采集的水样质量，进而确保检测的高效性以及准确性；并且结合辅助探测器件，大大提高了探测识别效率。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种水下微痕量化学物质探测识别装置，所述装置包括壳体Ⅰ、采样组件、检测池、蠕动泵Ⅰ、传感芯片自动更换组件、光电组件、双向螺纹导轨、电机Ⅰ以及控制模块；所述壳体Ⅰ的前部加工有进样口以利于对目标化学物质的探测，后部加工有出样口以防检测完排出的液体被进样口重复采集吸入；其后部还加工有电源及数据接口，通过线缆可以连接外部的电源及实时信息显示设备，方便对探测识别信息进行查看，或者与水下平台连接为其提供危险化学物目标相关信息以供自主识别；检测池的上部敞开不封闭；采样组件、检测池、蠕动泵Ⅰ、传感芯片自动更换组件、光电组件、双向螺纹导轨、电机Ⅰ以及控制模块均安装在壳体Ⅰ内部；采样组件通过耐蚀管路Ⅰ分别与进样口、出样口连接，采样组件通过耐蚀管路Ⅱ与检测池连接；检测池、蠕动泵Ⅰ以及出样口之间通过耐蚀管路Ⅱ按顺序依次连接；双向螺纹导轨与电机Ⅰ的驱动端固定连接，双向螺纹导轨的一端安装光电组件，另一端安装检测池，光电组件和检测池随双向螺纹导轨的转动可以相向运动，从而靠近或者分开；传感芯片自动更换组件安装在检测池与光电组件之间，且传感芯片自动更换组件分别与光电组件、检测池密封连接；采样组件、蠕动泵Ⅰ、传感芯片自动更换组件、光电组件以及电机Ⅰ均与控制模块电气连接，且通过电源及数据接口均与外部的电源电气连接。所述采样组件包括预处理池、搅拌桨、超声设备Ⅰ和蠕动泵Ⅱ；其中，预处理池为封闭的腔体，搅拌桨安装在预处理池内部，超声设备Ⅰ安装在预处理池外部，由于大多数微痕量化学物质在水中分布不均匀，为了提高检测性能和效率，则对采集的样品进行搅拌和超声处理以得到目标化学物质分布均匀的样品；预处理池通过耐蚀管路Ⅰ分别与进样口、出样口连接，蠕动泵Ⅱ安装在预处理池与出样口之间的耐蚀管路Ⅰ上，预处理池通过耐蚀管路Ⅱ与检测池连接；搅拌桨、超声设备Ⅰ和蠕动泵Ⅱ均与控制模块以及外部的电源电气连接。所述传感芯片自动更换组件包括转盘、传感芯片和电机Ⅱ；其中，转盘上加工有两个以上卡孔，每个卡孔安装一个传感芯片，传感芯片上有敏感膜的一端与检测池的非封闭端密封连接，传感芯片上无敏感膜的一端与光电组件密封连接，转盘与电机Ⅱ的驱动端固定连接，电机Ⅱ分别与控制模块以及外部的电源电气连接。所述光电组件包括壳体Ⅱ、光源、偏振片、聚光透镜Ⅰ、聚焦透镜Ⅰ、棱镜、聚光透镜Ⅱ、聚焦透镜Ⅱ和光敏器件；其中，壳体Ⅱ是两端开放的圆筒结构，偏振片、聚光透镜Ⅰ、聚焦透镜Ⅰ、棱镜、聚光透镜Ⅱ、聚焦透镜Ⅱ和光敏器件按顺序依次安装在壳体Ⅱ内部，且棱镜穿过壳体Ⅱ后与传感芯片自动更换组件相密封连接，光源在离偏振片较近的壳体Ⅱ一端的外部，使光源产生的光经过偏振片、聚光透镜Ⅰ、聚焦透镜Ⅰ后入射到棱镜，并经过棱镜的反射后光经过聚光透镜Ⅱ、聚焦透镜Ⅱ后被光敏器件接收；光源和光敏器件均与控制模块以及外部的电源电气连接。所述耐蚀管路Ⅱ的直径不大于耐蚀管路Ⅰ的直径的1/3，一般耐蚀管路Ⅱ的直径为2mm～5mm。由于微痕量危险化学物在水中分布不均匀，为提高采样概率，进样口采用广角进样口；另外，为防止有较大杂物被吸入堵塞进样口，在进样口处设置一层以上不同孔径的网状结构过滤层，由壳体Ⅰ外部至内部，过滤层的孔径逐渐减小；同时，在进样口处设置超声设备Ⅱ，超声设备Ⅱ分别与控制模块以及外部的电源电气连接，结合蠕动泵Ⅱ反转，使过滤层具备反冲自清洗能力，使过滤一段时间后沉积在过滤层上的杂质可以自动清除。所述装置还包括流速流向传感器、声传感器、磁传感器以及光探测器等辅助探测器件，该辅助探测器件安装在壳体Ⅰ内部，而且该辅助探测器件分别与控制模块以及外部的电源电气连接；其中，根据流速流向传感器获得的流速流向数据，可以对目标化学物质在水中的分布与扩散进行分析预测，以判断目标化学物质所在方位；声传感器通过主动声探测，可针对疑似危险化学物目标的外形进行大概的距离和方位探测；磁传感器可以对使用金属壳体的疑似危险化学物目标进行大概方位的探测；光探测器通过得到可见光图像，通过外形对疑似目标进行探测；声、磁和光这几种探测器件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下微痕量化学物质探测识别装置，其特征在于：所述装置包括壳体Ⅰ(4)、采样组件、检测池(10)、蠕动泵Ⅰ(37)、传感芯片自动更换组件(11)、光电组件(12)、双向螺纹导轨(33)、电机Ⅰ(34)以及控制模块(3)；所述壳体Ⅰ(4)的前部加工有进样口(5)，后部加工有出样口(14)以及电源及数据接口(15)；所述检测池(10)的上部敞开不封闭；采样组件、检测池(10)、蠕动泵Ⅰ(37)、传感芯片自动更换组件(11)、光电组件(12)、双向螺纹导轨(33)、电机Ⅰ(34)以及控制模块(3)均安装在壳体Ⅰ(4)内部；采样组件通过耐蚀管路Ⅰ(8)分别与进样口(5)、出样口(14)连接，采样组件通过耐蚀管路Ⅱ(20)与检测池(10)连接；检测池(10)、蠕动泵Ⅰ(37)以及出样口(14)之间通过耐蚀管路Ⅱ(20)按顺序依次连接；双向螺纹导轨(33)与电机Ⅰ(34)的驱动端固定连接，双向螺纹导轨(33)的一端安装光电组件(12)，另一端安装检测池(10)；传感芯片自动更换组件(11)安装在检测池(10)与光电组件(12)之间，且传感芯片自动更换组件(11)分别与光电组件(12)、检测池(10)密封连接；采样组件、蠕动泵Ⅰ(37)、传感芯片自动更换组件(11)、光电组件(12)以及电机Ⅰ(34)均与控制模块(3)电气连接，且通过电源及数据接口(15)均与外部的电源电气连接。...

【技术特征摘要】
1.一种水下微痕量化学物质探测识别装置，其特征在于：所述装置包括壳体Ⅰ(4)、采样组件、检测池(10)、蠕动泵Ⅰ(37)、传感芯片自动更换组件(11)、光电组件(12)、双向螺纹导轨(33)、电机Ⅰ(34)以及控制模块(3)；所述壳体Ⅰ(4)的前部加工有进样口(5)，后部加工有出样口(14)以及电源及数据接口(15)；所述检测池(10)的上部敞开不封闭；采样组件、检测池(10)、蠕动泵Ⅰ(37)、传感芯片自动更换组件(11)、光电组件(12)、双向螺纹导轨(33)、电机Ⅰ(34)以及控制模块(3)均安装在壳体Ⅰ(4)内部；采样组件通过耐蚀管路Ⅰ(8)分别与进样口(5)、出样口(14)连接，采样组件通过耐蚀管路Ⅱ(20)与检测池(10)连接；检测池(10)、蠕动泵Ⅰ(37)以及出样口(14)之间通过耐蚀管路Ⅱ(20)按顺序依次连接；双向螺纹导轨(33)与电机Ⅰ(34)的驱动端固定连接，双向螺纹导轨(33)的一端安装光电组件(12)，另一端安装检测池(10)；传感芯片自动更换组件(11)安装在检测池(10)与光电组件(12)之间，且传感芯片自动更换组件(11)分别与光电组件(12)、检测池(10)密封连接；采样组件、蠕动泵Ⅰ(37)、传感芯片自动更换组件(11)、光电组件(12)以及电机Ⅰ(34)均与控制模块(3)电气连接，且通过电源及数据接口(15)均与外部的电源电气连接。2.根据权利要求1所述的一种水下微痕量化学物质探测识别装置，其特征在于：所述耐蚀管路Ⅱ(20)的直径不大于耐蚀管路Ⅰ(8)的直径的1/3。3.根据权利要求1所述的一种水下微痕量化学物质探测识别装置，其特征在于：所述采样组件包括预处理池(9)、搅拌桨(17)、超声设备Ⅰ(19)和蠕动泵Ⅱ(13)；其中，预处理池(9)为封闭的腔体，搅拌桨(17)安装在预处理池(9)内部，超声设备Ⅰ(19)安装在预处理池(9)外部，预处理池(9)通过耐蚀管路Ⅰ(8)分别与进样口(5)、出样口(14)连接，蠕动泵Ⅱ(13)安装在预处理池(9)与出样口(14)之间的耐蚀管路Ⅰ(8)上，预处理池(9)通过耐蚀管路Ⅱ(20)与检测池(10)连接，搅拌桨(17)、超声设备Ⅰ(19)和蠕动泵Ⅱ(13)均与控制模块(3)以及外部的电源电气连接。4.根据权利要求1所述的一种水下微痕量化学物质探测识别装置，其特征在于：所述传感芯片自动更换组件(11)包括转盘(36)、传感芯片(29)和电机Ⅱ(35)；其中，转盘(36)上加工有两个以上卡孔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥尧，邱志明，韩守鹏，肖玉杰，曹渊，于邵祯，崔东华，秦健，李恒，
申请(专利权)人：中国人民解放军九一零五四部队，
类型：发明
国别省市：北京,11