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原文传递一种基于QCL的现场快速毒品检测系统

专利名称：	一种基于QCL的现场快速毒品检测系统
摘要：	本发明公开了一种基于QCL的现场快速毒品检测系统。在检测时，该系统首先将毛根固定，将毛发顶端插入光声谐振腔中，然后将激光照射在毛发上，通过改变注入电流来调节QCL输出波长，当毛发中毒品对激光特定波段有吸收时，光声效应产生的声波会作用在双T型石英音叉上产生微弱的电流信号，通过阻抗放大器转变为电信号，最后由锁相放大器和解调算法计算出毒品的浓度和种类，通过不断移动毛发位置，重复上述检测步骤，直到毛根被插入到光声谐振腔中。相较于现有的毛发检测方法，该方法检测速度快，可实现现场大批量检测，对毒品种类和浓度的检测，并且根据毛发中毒品的检出位置可以计算出违法摄入者吸食的时间。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	李奇峰;杨云鹏;汪文达;张润泽;马翔云;郜峰;李志鹏;刘新楠
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-07T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-07T00:00:00+0800
申请号：	CN202310982620.9
公开号：	CN117007554A
分类号：	G01N21/39;G01N21/01;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/39;G01N21/01
申请人地址：	300072 天津市南开区卫津路92号
主权项：	1.一种基于QCL的现场快速毒品检测系统，其特征在于包括信号发生器模块1，信号发生器模块2，激光驱动模块3，温度控制模块4，QCL模块5，发丝固定模块6，石英增强光声模块7，跨阻抗放大器模块8，跨阻抗放大器模块9，锁相放大器模块11，ADC模块12，上位机模块13；其中：信号发生器模块1产生低频锯齿波信号并传输给激光驱动模块，频率为f1，周期T1＝1/f1；由于QCL的输出波长随着驱动电流大小线性变化，信号发生器模块通过输出低频锯齿波改变QCL输出波长，使得输出波长可以涵盖待检测毒品的吸收峰；信号发生器模块2产生高频正弦信号并传输给激光驱动模块3和倍频器模块10，频率为f2；高频正弦信号可以实现对QCL输出波长和光强的调制；激光驱动模块3将信号发生器模块1产生的低频锯齿波信号与信号发生器模块2产生的高频正弦波信号叠加到一起，并将电压信号转化为电流信号，输入到QCL模块5中；温度控制模块4用于稳定QCL工作温度，使得QCL在检测过程中工作在设定温度下； QCL模块5为量子级联激光器模块，其输出波长随着激光驱动模块3注入电流发生改变；QCL可调谐波长可以涵盖待检测毒品的吸收峰，其发射的激光进入石英增强光声模块7中；发丝固定模块6用于将毛发送入石英增强光声模块7，完成QCL对毛发的检测；毛发长度设为L，固定模块6首先将毛发根部固定，将毛发顶端插入过孔201中；当QCL完成一个锯齿波周期T1扫描后，发丝固定模块将毛发插入长度增大ΔX，并将已经插入的整体长度N发送给上位机模块13；当毛发完全被插入谐振腔后，即L＝N时，对该毛发样品的检测完成；石英增强光声模块7是毒品吸收信号的产生位置，且能将光声信号转化为电信号；其结构为一个双T型石英增强光声探测器；在光声谐振腔101两侧嫁接两个对称的金属短管301和金属短管302，金属短管301和金属短管302嫁接于光声谐振腔101的凹槽处，过孔201用于插入待检测毛发；由QCL模块5发射的激光进入石英增强光声模块的谐振腔中，并垂直照射在毛发上；当毛发中的毒品分子吸收了对相应波长的激光能量，产生的声波可等效为“推动”石英音叉401和石英音叉402的叉臂向相反方向摆动，压电效应产生两个微弱的电流信号I1、I2，该电流信号分别输入到跨阻抗放大器模块8和跨阻抗放大器模块9中；跨阻抗放大器模块8和跨阻抗放大器模块9接收石英增强光声模块6的电流信号I1和I2，并将电流转化成相应电压信号U1、U2输出到锁相放大器模块11中；倍频器模块10用于将信号发生器模块2输出的高频正弦波信号进行倍频，然后将频率为2f的正弦信号输入到锁相放大器模块11中；锁相放大器模块11接收倍频器模块10输出的频率为2f的正弦信号和来自跨阻抗放大器模块8和跨阻抗放大器模块9的电压信号U1、U2；锁相放大器首先将两个电压信号求和，得到U＝U1+U2；然后以频率为2f的正弦信号作为参考信号，对电压信号U解调出二次谐波信号；二次谐波信号与毒品种类和含量有关；锁相放大器模块11将二次谐波信号输入到ADC模块12中； ADC模块12用于采集锁相放大器模块11传出的二次谐波信号，并将该信号传送至上位机；上位机模块13用于对系统中各个模块的控制，保证整个系统的顺利运行；上位机模块13接收ADC模块12输入的二次谐波信号，当信号中出现毒品的吸收峰后，根据吸收峰的位置和高度来判断毒品的种类和浓度；根据公式D＝(L-N)/V计算得出违法摄入者在D天前吸食过毒品，V表示毛发生长速度，N表示此时插入谐振腔的毛发长度。