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关于一种离子迁移谱技术的爆炸物探测仪设计思(4)

来源:装备维修技术 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-01-26 12:22
作者:网站采编
关键词:
摘要:3.2 第二阶段 具体是尝试对损坏的隔膜泵(空气压缩机)进行修复,其工作重点为寻找隔膜泵(空气压缩机)的故障点,经过分析研判其损坏部件主要是电

3.2 第二阶段

具体是尝试对损坏的隔膜泵(空气压缩机)进行修复,其工作重点为寻找隔膜泵(空气压缩机)的故障点,经过分析研判其损坏部件主要是电机及隔膜组件,确定了损坏部位之后,进行有针对性的更换(维修),针对维修好的隔膜泵(空气压缩机)重复第一阶段的测试内容,积极稳妥的将维修好的隔膜泵(空气压缩机)应用到相应的爆炸物探测仪上,进一步降低了仪器故障的维修成本;

3.3 第三阶段

研发对环境空气进行物理方法在线净化的装置,以取代可靠性差、易于损坏的隔膜泵,和污染环境的干燥剂。该装置为天津市科技成果,取得了中国专利,专利名称为“离子迁移谱分析仪器载气净化装置”,获得天津市质量攻关成果奖,中国专利号.2.4 2013-08-07 CN U,这些在现场实践中摸索出来的成功经验,值得我们在该种仪器的设计及部件选择上加以借鉴。仪器可搭配在线脱水、净化气体的装置并与仪器实现联动(具体做法将在后续文章中探讨)。

3.4 发展趋势

伴随着人工智能技术的快速发展与应用,使得将这一新兴技术融入我们研发的载气净化装置成为现实。目前项目组着力探索将安检现场待检对象数量与检查通道的开放应用的智能识别,以此来控制载气的发生量,从而更好地保护载气发生装置,使其发挥更大的能效;同时还会将探测结果与被检人的日常行为相关联,进一步提升对被检人行为的辨识能力。总之,将人工智能技术引入离子迁移谱技术探测爆炸物的仪器领域,为提高探测的精确程度及更好地保障仪器可靠运行,开拓了广阔的前景[3]。

4 结束语

目前,在公共安全检测领域使用的痕量爆炸物检测仪,大多为进口的洋品牌所垄断,这些洋品牌仪器在用户体验、运行成本、可靠性、环境适用性等方面,陆续发现了诸多不尽人意之处。因此,基于我们在安全防范、防爆安检实际工作中,使用和维护离子迁移谱爆炸物探测仪的经验,结合我国安防形势和安防工作的实际需要,对我国快速发展的离子迁移谱技术,提出以上探讨性的建议,希望在这种分析仪器的研制过程中,本着精心设计、精良制造的原则,重视以人为本,以应用现场实际需求为设计导向的理念,打造出既传承科学精髓,又贴近实际应用的个性化、人性化精品。期待具有中国特色,能够满足我国安防工作实际需求的离子迁移谱爆炸物探测仪的出现。

[1]埃森门,卡尔帕什,郭成海,等.离子迁移谱[M].北京:国防工业出版社,2010:97-99.

[2]何山.爆炸物探测技术[J].警察技术,2007,(06):73.

[3]何山.2.4.离子迁移谱分析仪器载气净化装置[P].中国:CN U,2013-08-07.

何山,男,研究方向:民用航空安全技术保障。

引言当今世界和平与发展依然是国际社会的主旋律,但是民族分裂势力、宗教极端势力、暴力恐怖势力活动猖獗,传统的与非传统的安全威胁仍然存在并在局部呈现上升趋势。爆炸物的现场检测技术是安全防范的重要手段,正日益彰显出广泛的应用前景。目前,世界上爆炸物探测技术主要分为两大类:即以蒸气/微粒探测为代表的化学型探测技术和以X射线、γ射线、中子等介质探测为代表的能量型探测技术。在以化学型探测技术为原理的爆炸物探测仪器中,普遍采用基于离子迁移谱技术的爆炸物探测仪器。离子迁移谱(IMS)技术是20世纪中期发展起来的一种微量化学物质分析技术,基本原理是气相分子-离子反应、电场中离子的迁移率和根据迁移率的差异进行离子的分离和测定。其特点是,检测速度快,5~10秒内就可以完成分析,适合现场快速检测;分析样品广,既可用于气体样品检测,也可用于液体/固体样品分析;仪器体积小,便于携带,具有可靠性高、成本低的特点。总之,这种利用常压条件下的离子迁移进行的化学表征是一种非常出色的微量物质鉴别方法,正在显示出越来越广泛的应用前景。基于此技术的分析仪器的生产在我国则刚刚起步,本文是笔者集多年现场实际应用的经验与感受,分析了离子迁移谱技术的需求,探讨了离子迁移谱分析仪器设计思想与故障维修方法,借此助力我国该类仪器的技术保障工作。1 离子迁移谱工作原理离子迁移谱技术探测爆炸物主要包括以下三个步骤:图1 离子迁移谱原理图1.1 样品采集爆炸物同其他各种化学物质一样,都能或多或少地挥发出气态物质,可以通过气流采样;在制造爆炸物及伪装或包装过程中,爆炸物的微小颗粒会吸附在手上、包装箱、衣服上,可以通过试纸采样获得样品,插入到检测设备中进行检测 电离过程该过程是将采集到的爆炸物样品通过加热使其迅速气化,再将气化的待检测物质电离成离子,电离主要有以下方式:Ni63射线照射、激光照射(使电子的能级发生跃迁)、放电电离和光电离等 探测过程将电离的爆炸物离子送入迁移电场内,离子到达探测电极的时间称为迁移时间,相同质量电荷比的离子,其迁移时间也相同。因此,迁移时间是区分不同爆炸物离子的特征参数,利用计算机技术将被检测物迁移时间与标准品的迁移时间对比,即可对被检测物进行定性和定量[1]。2 安检现场应用对爆炸物检测仪的需求探讨利用离子迁移谱技术的爆炸物检测仪器,首先遵循了离子迁移谱技术的原理、技术特性以及化学测量仪器的共性,体现出高性能的特点,同时也要考虑到使用者、应用场所、环境、条件及检测物等诸多因素,体现出个性化、人性化的设计理念,从功能、操作、外观多方面进行个性化、人性化设计,综合考虑环境、使用现场、用户等诸多方面的实际需求,同时还要结合我国安防界对此种仪器的实际需求状况,突破域外的封锁禁锢,打造国货精品,更好地发挥仪器的特有能效,服务用户,保障安全。离子迁移谱爆炸物探测仪,首先要在离子迁移管、循环气路及电离源方面提高其性能、稳定性和适应性,满足现场多样化、低运行成本、长时间检测的实际需求;其次在一仪器主要部件的设计上也要体现出鲜明的时代特色与先进的设计理念。以下提出一些设计思想 同时检测正、负离子的离子迁移谱技术由于化学性质的差异,含硝基类爆炸物的检测是采用负离子模式,而新型过氧化类爆炸物的检测是采用正离子模式,常见的离子迁移谱爆炸物检测仪是单一负离子或者正离子检测模式,在实际爆炸物筛查中,无法一次性完成正负模式爆炸物的同时检测。为了安检检测的可靠性与有效性,就需要一次进样同时检测正、负离子,主要有以下两种实现方式:(1)单迁移管,在几十到几百毫秒的分析周期内,快速切换正负离子检测模式,单次进样分析即可同时获得样品的正、负离子谱图信息,实现硝基类和过氧化类爆炸物样品的单次同时检测。(2)双迁移管,分别由正离子模式的迁移管和负离子模式的迁移管构成,具有双检测模式。检测样品一分为二,进入不同的迁移管内,分别同时检测负离子硝基类和正离子过氧化类爆炸物样品。在实际安检工作中,检测者是无法预知被检测物的化学成分的,此时采用一种检测模式进行爆炸物探测,比如仪器处于单模式的负离子检测状态下工作,那么只可以检测出含有负离子的爆炸物,不会检测出含有正离子的爆炸物,就有可能出现安全纰漏,导致安全事故,因为同时检测正、负离子的离子迁移谱技术是大势所趋 循环气路系统设计思想实验室内或简单的间歇式使用的离子迁移谱仪器,载气和漂气可用洁净的压缩空气提供。而安全检查工作现场的便携式和台式仪器是没有压缩空气的,需要采用循环气路系统,循环气路系统由隔膜泵、含分子筛或吸附剂的净化器、管路等组成,用来为离子迁移谱仪器提供洁净的载气和漂气气体。现场长时间使用的循环气路系统,突出的故障表现在两个方面:一是隔膜泵耐久性、可靠性差;二是净化器耗材分子筛或吸附剂更换频繁,使用量大,替换下来的耗材大量堆积,难以处置,污染环境。对此,笔者在现场使用中,探索出了一些实用的对策,起初使用价格较低的有刷电机隔膜泵代替了无刷电机空气隔膜泵,降低了这一易损部件的成本;接着又尝试对损坏的隔膜泵进行修复,更换损坏的电机及隔膜组件,进一步降低了仪器故障的维修成本;第三研发对环境空气进行物理方法在线净化的装置,以取代可靠性差、易于损坏的隔膜泵,和污染环境的干燥剂。这些在现场实践中摸索出来的成功经验,值得我们在该种仪器的设计及部件选择上加以借鉴。仪器可搭配在线脱水、净化气体的装置并与仪器实现联动。在该装置组成的各个部件之间,连接气路各部分的管线要绝对纯净,性能稳定,无杂质,宜采用食品级高分子管?电离源样品进入迁移管的同时,电离过程开始,生成气相离子然后才能进行产物离子的分离和检测。电离过程是在常压空气条件下进行的,常见的电离源有:放射源Ni63、光致放电管、激光电离、电喷雾电离、火焰电离点晕放电、表面电离源和光电离等。随着离子迁移谱分析仪器在安检现场的规模化使用,早期采用放射性电离源的仪器,会给环境和用户带来诸多麻烦,放射性电离源中的放射性物质镍63的放射性虽然较低,但是要取得仪器使用地的环境保护部门的许可,使用中环保部门还要对其进行年度审核;仪器报废时还要交付环保部门统一处理,并由用户支付费用。因此,目前离子迁移谱爆炸物检测仪的设计趋势,是采用非放射性电离源,以减少对环境的伤害,避免给用户带来不必要的麻 对计算机软、硬件及网络的要求随着信息技术的快速发展,离子迁移谱分析仪器也在与计算机技术深度融合,具备高存储能力、连接网络的能力以及必要的输入输出功能。(1)计算机可采用单主板计算机,固态硬盘,可扩展RAM存储器插槽,通用的I/O接口,WIN系统,以方便操作者使用、维护保养、软件升级。(2)可实现网络化,实现方式优先选择有线与无线二种方式,用于设备管理、实时监控设备、相关检测数据推送,人员管理、故障远程诊断等。(3)数据本地输出:输出内容主要是检测结果数据,仪器当前页面的截屏图片;采取两种数据输出方式,一种是USB输出,另一种是打印机输出。以往的仪器只能实现自带打印机的输出,这里推荐分析仪器能适应多种打印机,实现广谱打?附属设施离子迁移谱分析仪器常被安置在操作台上使用,操作台可以作为仪器的附属品与之配套,其高度以方便使用者站立操作为宜;操作台大小以台面略大于分析仪器底盘面积为佳。载气净化装置和分析仪器的联动装置,可以安放在操作台柜的内部。在操作台的周边可以安置多个显示屏,做到位置可调,播放内容可自主设定,公共场所使用分析仪器时,可滚动播出一些周知性信息,亦可与分析仪器显示内容并机播放 仪器外观及显示、操控部件的考量离子迁移谱爆炸物检测仪,除了产品的功能性以外,良好的工业化设计可以使产品具有人性化的特点。工业化设计是应用人体工程学原理,根据人的行为习惯、人体的生理结构、人的心理情况、人的思维方式等,在原有设计的基本功能和性能的基础上,对产品进行优化,提高可用性。工业化设计的基础是对使用者特征进行掌握,将人和产品所具有的智能进行合理的分配;同时考虑仪器的使用者、维修者、管理者及被检测者。对离子迁移谱爆炸物检测仪而言,作为探究其与人体工程学是否相符的评价标准主要有三方面:即产品是否符合人体尺度和形状;在产品使用过程中会不会对人身造成伤害;产品的清洁、保养、修理是否方便。离子迁移谱爆炸物检测仪器既可制作成体积较小、便于携带的便携式,又可制作成可安置在桌面的台式机。台式机的外观设计应尽可能紧凑、体积小、美观大方;外壳颜色可有若干种,即可涂装均一颜色,又可运用差异化颜色,便于用户根据现场的色调及个性化喜好,进行相应的选择;外壳材质选用高强度、绝缘、隔热性能较好的工程塑料为宜。台式机显示屏幕设置主屏与副屏两面,主屏置于分析仪器的便捷操作及方便观察位置,大部分操控集成至主屏幕上,主屏选择耐用的触摸屏,屏幕材质以TFT-LCD或AMOLED为宜,根据需要可调整视角或反转,主显示屏可根据仪器的尺寸选择适合人体工程学的高清、高亮、大视角16:9的大屏幕设计,屏幕外观可考虑超薄,窄边框的当今流行式设计;主副屏与主机的信号连接可设计为有线/无线连接兼容的两种模式,主屏可兼顾平板电脑的用途,以备需要之时,可便利地实现数据存储、再现、输出、外设连接等功能。副屏可置于仪器的周边,可同步显示测试结果或显示指定的公共类信息,其大小用户可进行选择。仪器的操作界面也是外观的重要体现,离子迁移谱爆炸物检测仪在设计时,一定要重视人机界面的设计,确保使用者能够精准操作。使用功能不同就需要与其对应的界面,并且具备独特的操作方式;在功能需求得到满足的前提下,还要设法与使用者的操作习惯一致。在对操作界面进行设计时,一定要清晰、简洁,背景和字体的颜色要形成鲜明的对比,例如:通过形状和色彩将操作功能区分开,背景颜色的设置可以非常容易地将字体区分开,通常使用绿色表示检测通过结果,红色表示检测报警结果。在对外观进行设计时,应合理的应用形状和线条突显出产品的品质感 仪器的安全性基于离子迁移谱爆炸物探测仪的原理,其内部组件包括高电压和高温部件,在使用中要严格保障安全、避免出现高电压、高热量等安全隐 仪器使用的便捷性便捷性体现在产品的清洁上主要有二种情况:一是,外部清洁,应避免难于清洁的死角、沟道等;二是,内部的清洁,最为突出的是,在确保干净、彻底清洁的前提下,如何最大限度地压缩离子迁移管的自清洁时间,这是我们在产品设计中值得深入研究和解决的难题。此外,在产品设计中,还要考虑方便保养、易于修理的问题,如易于开启与关闭的外壳,方便地可恢复性操作(如仪器过载保护后的恢复),易损部件的更换,电子部件的模块化处理及简便的模块替换方式,都是我们在产品设计中值得注意的问题[2]。3 应对运行过程中频发故障及降低运行成本在我国防爆安检应用当中,采用的某些国外品牌的仪器经常会出现某一故障反复发生,而修复该故障需要更换的部件价格动辄近万元;同时,在使用过程中,随着应用场合和使用时间的不断增加,导致耗材用量激增,而这些耗材往往都是随仪器一起的舶来品,价格又常常不菲,这就形成了仪器运行成本虚高不下的局面。因此,寻求既环保节能、运行可靠又成本低廉、质优的耗材与维修方法,是我国安防行业中,该类仪器应用需要解决的当务之急,对此,笔者在现场使用中,根据实际情况,潜心研究,精益求精,积累、探索出了一些实用的对策,主要经历了三个阶段:3.1 第一阶段(初期阶段)使用价格较低的有刷电机隔膜泵代替了无刷电机空气隔膜泵,降低了这一易损部件的成本,工作重点是选择工作外观体积适中,指标合适,稳定性高,可靠性好的空气压缩机,其实现方法(工作难点)是,首先进行市场调研,寻找与故障空气压缩机相匹配的替代品,其次是进行大量的指标测量与测试,保证所选空气压缩机的指标接近(大于或等同)拟替换的原空气压缩机的相关指标,第三是应用测试,将替代空气压缩机安装到发生故障的爆炸物探测器上(测试机型为IONSCAN400B),测试内容有,仪器工作是否正常,仪器指标是否合格,仪器长时间工作状态是否稳定,最终检测结果是否准确,测试方法与手段为科学仪器测量及使用原装空气压缩机的仪器进行对比,测试结果,采用替代品的仪器与原装仪器在工作指标、运行稳定性、探测准确性等方面相同,第四是将研究情况反馈到生产厂家,与生产厂家的技术人员共同论证其可行性,取得可以采用替代品的共识,第五是由生产厂家进行推广,共享研究成果,惠及用户;3.2 第二阶段具体是尝试对损坏的隔膜泵(空气压缩机)进行修复,其工作重点为寻找隔膜泵(空气压缩机)的故障点,经过分析研判其损坏部件主要是电机及隔膜组件,确定了损坏部位之后,进行有针对性的更换(维修),针对维修好的隔膜泵(空气压缩机)重复第一阶段的测试内容,积极稳妥的将维修好的隔膜泵(空气压缩机)应用到相应的爆炸物探测仪上,进一步降低了仪器故障的维修成本;3.3 第三阶段研发对环境空气进行物理方法在线净化的装置,以取代可靠性差、易于损坏的隔膜泵,和污染环境的干燥剂。该装置为天津市科技成果,取得了中国专利,专利名称为“离子迁移谱分析仪器载气净化装置”,获得天津市质量攻关成果奖,中国专利号.2.4 2013-08-07 CN U,这些在现场实践中摸索出来的成功经验,值得我们在该种仪器的设计及部件选择上加以借鉴。仪器可搭配在线脱水、净化气体的装置并与仪器实现联动(具体做法将在后续文章中探讨 发展趋势伴随着人工智能技术的快速发展与应用,使得将这一新兴技术融入我们研发的载气净化装置成为现实。目前项目组着力探索将安检现场待检对象数量与检查通道的开放应用的智能识别,以此来控制载气的发生量,从而更好地保护载气发生装置,使其发挥更大的能效;同时还会将探测结果与被检人的日常行为相关联,进一步提升对被检人行为的辨识能力。总之,将人工智能技术引入离子迁移谱技术探测爆炸物的仪器领域,为提高探测的精确程度及更好地保障仪器可靠运行,开拓了广阔的前景[3]。4 结束语目前,在公共安全检测领域使用的痕量爆炸物检测仪,大多为进口的洋品牌所垄断,这些洋品牌仪器在用户体验、运行成本、可靠性、环境适用性等方面,陆续发现了诸多不尽人意之处。因此,基于我们在安全防范、防爆安检实际工作中,使用和维护离子迁移谱爆炸物探测仪的经验,结合我国安防形势和安防工作的实际需要,对我国快速发展的离子迁移谱技术,提出以上探讨性的建议,希望在这种分析仪器的研制过程中,本着精心设计、精良制造的原则,重视以人为本,以应用现场实际需求为设计导向的理念,打造出既传承科学精髓,又贴近实际应用的个性化、人性化精品。期待具有中国特色,能够满足我国安防工作实际需求的离子迁移谱爆炸物探测仪的出现。参考文献[1]埃森门,卡尔帕什,郭成海,等.离子迁移谱[M].北京:国防工业出版社,2010:97-99.[2]何山.爆炸物探测技术[J].警察技术,2007,(06):73.[3]何山.2.4.离子迁移谱分析仪器载气净化装置[P].中国:CN U,2013-08-07.

文章来源:《装备维修技术》 网址: http://www.zbwxjs.cn/qikandaodu/2021/0126/663.html



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