本實(shí)用新型涉及毒品檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于紅外光譜的毒品濫用微傳感器。

背景技術(shù)：

毒品不僅危害人們的身心健康，而且會(huì)引發(fā)一系列的社會(huì)問(wèn)題，例如犯罪率上升，性病和艾滋病蔓延等等，嚴(yán)重威脅著許多國(guó)家和地區(qū)的社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。跨國(guó)、跨區(qū)域乃致國(guó)際化的毒品犯罪愈發(fā)頻繁，國(guó)際社會(huì)所面臨的毒品問(wèn)題日益嚴(yán)峻。準(zhǔn)確的毒品檢測(cè)對(duì)打擊毒品犯罪、偵破毒品案件、遏制毒品蔓延具有非常重要的意義。

在毒品檢測(cè)和毒品分析方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都嘗試研究了很多方法，其中應(yīng)用比較廣泛的有色譜、質(zhì)譜、紫外光譜、毛細(xì)管電泳、紅外光譜、X射線、光譜分析法、生化及生物檢測(cè)法、離子遷移譜技術(shù)及其他物理方法等。但是這些方法自身都有一定的局限性，例如化學(xué)分析、紫外光譜、紅外光譜及X射線對(duì)樣品都有一定程度的破壞，屬于有損檢測(cè)；X射線及紫外光譜對(duì)人體會(huì)有輻射危害。

光譜分析法是利用不同毒品的特征吸收光譜，研究其結(jié)構(gòu)或測(cè)定化學(xué)成分的方法。在毒品檢測(cè)種主要運(yùn)用的光譜技術(shù)包括傅里葉變換紅外光譜法、太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)、拉曼光譜技術(shù)等。太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)能夠確定毒品純度和有效成分含量，但目前太赫茲?rùn)z測(cè)技術(shù)還不成熟，在應(yīng)用上還有些困難需要解決，例如：如何消除雜質(zhì)或自身結(jié)構(gòu)形變?cè)斐傻墓庾V偽像；空氣中水蒸氣對(duì)太赫茲強(qiáng)烈吸收，如何實(shí)現(xiàn)有效傳輸，而且遠(yuǎn)距離探測(cè)還要考慮煙霧、塵埃等影響。拉曼光譜技術(shù)利用毒品具有相當(dāng)豐富的拉曼特征位移峰的特征進(jìn)行分析，此技術(shù)對(duì)樣品具有無(wú)損、快速、量小、無(wú)需制備等特點(diǎn)，能快速識(shí)別隱藏于各種粉末、溶液中的毒品，是現(xiàn)場(chǎng)快速鑒定的有效方式。但其局限性在于不能探測(cè)混合物，對(duì)溶液的濃度有要求，對(duì)有色物體的檢測(cè)不夠精準(zhǔn)。傅里葉變換紅外光譜法不僅能確定物證材料的各種化學(xué)成分，在分析檢測(cè)工作中還可結(jié)合掃描電鏡等其他儀器分析法對(duì)有關(guān)毒品樣品進(jìn)行分析鑒定，并提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和分析結(jié)論。與傳統(tǒng)的儀器相比，傅里葉紅外光譜儀具有快速、高信噪比和高分辨率等特點(diǎn)。然而目前的傅里葉紅外光譜儀在測(cè)定樣品時(shí)，樣品在一起內(nèi)部，放置時(shí)不容易操作，影響檢測(cè)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，本實(shí)用新型提供一種基于紅外光譜的毒品濫用微傳感器，利用廣譜紅外光譜和熱釋電效應(yīng)對(duì)毒品進(jìn)行快速、靈敏的檢測(cè)，以有效解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

一種基于紅外光譜的毒品濫用微傳感器，包括：廣譜紅外發(fā)射器、線性紅外頻譜傳感器、紅外反射腔、微傳感器基座、樣品涂覆區(qū)組成。

紅外反射腔和微傳感器基座均由硅材料制成，組成微傳感器的整體框架。微傳感器基座分為上基座和下基座，上基座和下基座上下疊放，下基座有兩個(gè)空腔，一個(gè)放置廣譜紅外發(fā)射器，另一個(gè)放置線性紅外頻譜傳感器；紅外反射腔位于上基座中央，并且與兩側(cè)的上基座部分形成V形槽；樣品涂覆區(qū)位于紅外反射腔的一個(gè)反射面上；線性紅外頻譜傳感器由廣譜紅外吸收器和探測(cè)器組成，接收通過(guò)紅外反射腔的廣譜紅外光，轉(zhuǎn)換成可讀取的電信號(hào)。

線性紅外頻譜傳感器中的廣譜紅外吸收器，由濾光器和廣譜吸收層陣列組成。濾光器由楔形薄膜構(gòu)成，楔形薄膜的上下表面構(gòu)成法布里-玻羅干涉腔，由于其各個(gè)位置的薄膜厚度不同，各個(gè)位置能透射不同波長(zhǎng)的紅外光；廣譜吸收層陣列位于濾光器的下方，由多個(gè)廣譜吸收層組成，用于吸收不同波長(zhǎng)的紅外光。

探測(cè)器由位于廣譜吸收層陣列同水平面的一側(cè)，由熱釋電元件陣列組成，每個(gè)熱釋電元件有一個(gè)熱電堆，每一個(gè)熱電堆由一組或多組n型和p型多晶硅構(gòu)成的熱電偶組成，n型和p型多晶硅的一端與廣譜吸收層接觸，另一端形成開(kāi)路通過(guò)外部電路檢測(cè)溫差電動(dòng)勢(shì)。每一個(gè)熱電堆由一塊二氧化硅懸梁承載。

一種基于紅外光譜的毒品濫用微傳感器，其工作方式如下：廣譜紅外發(fā)射器發(fā)射的初始廣譜紅外光進(jìn)入紅外反射腔內(nèi)，并且在紅外反射腔內(nèi)多次全反射傳輸，再通過(guò)線性紅外頻譜傳感器進(jìn)行探測(cè)。其中廣譜紅外光在紅外腔內(nèi)多次全反射傳輸時(shí)，樣品涂覆區(qū)中的毒品成分對(duì)廣譜紅外光的特定波長(zhǎng)進(jìn)行吸收，因此從廣譜紅外吸收腔出射的廣譜紅外光在這一波長(zhǎng)處的強(qiáng)度小于初始廣譜紅外光。出射的廣譜紅外光照射在濾光器上，由于楔形薄膜構(gòu)成的法布里-玻羅干涉腔的腔長(zhǎng)是線性變化的，透過(guò)的紅外光的波長(zhǎng)也隨著腔長(zhǎng)的變化也線性變化，因此廣譜吸收層陣列中的各個(gè)光譜吸收層吸收到的是不同波長(zhǎng)的紅外光。廣譜吸收層吸收紅外光之后造成其溫度的升高，由于塞貝克效應(yīng)使熱電堆產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)外部電路探測(cè)電壓值。由于廣譜吸收層的溫度升高量與吸收對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的紅外光總能量正相關(guān)，將探測(cè)到的廣譜紅外光譜信息與初始廣譜紅外光譜信息對(duì)比，得到被樣品涂覆區(qū)內(nèi)的毒品吸收紅外光的波長(zhǎng)以及吸收強(qiáng)度，通過(guò)波長(zhǎng)和吸收強(qiáng)度信息判斷出毒品的成分以及濃度。

本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型由MEMS工藝制造，其體積小，方便檢測(cè)人員隨身攜帶；精度高，可通過(guò)精確分析經(jīng)樣品吸收后的紅外廣譜來(lái)精確測(cè)定待檢測(cè)物的濃度；能耗低，可長(zhǎng)時(shí)間使用；同時(shí)，還對(duì)樣品具有無(wú)損、快速檢測(cè)的特點(diǎn)，性能穩(wěn)定、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1為基于紅外光譜的毒品濫用微傳感器的整體結(jié)構(gòu)截面圖。

圖2為線性紅外頻譜傳感器的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖3為線性紅外頻譜傳感器的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖4位熱釋電元件的結(jié)構(gòu)俯視圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型所述的一種基于紅外光譜的毒品濫用微傳感器，如圖1所示，包括微傳感器基座1、紅外反射腔3、廣譜紅外發(fā)射器5、線性紅外頻譜傳感器、樣品涂覆區(qū)4組成，其中線性紅外頻譜傳感器由廣譜紅外吸收器6和探測(cè)器7組成。

微傳感器基座1由硅材料制成，上下兩表面涂覆二氧化硅薄膜2，其中下基座的上表面二氧化硅薄膜上和探測(cè)器7的上表面被一層氮化鋁薄膜10覆蓋；紅外反射腔3的上反射面為樣品涂覆區(qū)4，下表面有二氧化硅薄膜2和金屬薄膜11；位于紅外反射腔3的兩側(cè)各有一個(gè)未覆蓋金屬薄膜11的開(kāi)口，即紅外入射窗口8和紅外出射窗口9，其中紅外入射窗口8下方的空腔中放置廣譜紅外發(fā)射器5，紅外出射窗口9下方的空腔中放置線性紅外頻譜傳感器的廣譜紅外吸收器6；探測(cè)器7位于廣譜紅外吸收器6的側(cè)面。

線性紅外頻譜傳感器如圖2和3所示，包括濾光器12、廣譜吸收層15陣列、熱釋電元件16陣列、基座14和隔離層13，其中濾光器12和廣譜吸收層15陣列構(gòu)成廣譜紅外吸收器6，熱釋電元件16陣列構(gòu)成探測(cè)器7。其中，濾光器是一種楔形薄膜，其最厚處為5 μm，最窄處為1 μm；廣譜吸收層15能夠吸收整個(gè)紅外波段；基座14中央有一個(gè)方形孔洞17。

熱釋電元件16如圖4所示，包括懸梁18、n型多晶硅19和p型多晶硅20。懸梁18由二氧化硅構(gòu)成。n型多晶硅19和p型多晶硅20組成一組熱電偶，且n型多晶硅19和p型多晶硅20的一端與廣譜吸收層15接觸。熱釋電元件16懸于方形孔洞17之上。

基于紅外光譜的毒品濫用微傳感器的工作原理如下：在樣品涂覆區(qū)4中涂覆含有毒品的血液樣本、尿液樣本、或者唾液樣本；廣譜紅外發(fā)射器5發(fā)射的廣譜紅外光通過(guò)紅外入射窗口8進(jìn)入紅外吸收腔3，在紅外吸收腔3內(nèi)全反射傳輸；在樣品涂覆區(qū)4中的毒品成分對(duì)廣譜紅外光的某一特定波長(zhǎng)進(jìn)行吸收，并且毒品成分濃度越高，吸收的強(qiáng)度越強(qiáng)，從紅外出射窗口9出射的紅外光譜與廣譜紅外發(fā)射器5發(fā)射的光譜紅外光譜相比在被吸收波長(zhǎng)處的強(qiáng)度有所不同；從紅外出射窗口9出射的紅外光通過(guò)廣譜紅外吸收器6吸收，再通過(guò)探測(cè)器7進(jìn)行探測(cè)。

具體的，廣譜紅外吸收器6中，濾光器12由一層楔形薄膜構(gòu)成，其上下表面形成一個(gè)法布里-玻羅干涉腔，由于其各個(gè)位置的薄膜厚度不一樣，各個(gè)位置透射的紅外光波長(zhǎng)也不一樣，以至于在濾光器12下方的各個(gè)廣譜吸收層15所吸收的紅外光波長(zhǎng)不一樣，且沿著廣譜吸收層15陣列排列方向，吸收的紅外光波長(zhǎng)線性變化。廣譜吸收層15由黑金構(gòu)成，吸收紅外光之后，造成其溫度的升高，溫度升高量與所吸收的紅外光強(qiáng)度成正比。廣譜吸收層15溫度升高引起n型多晶硅19和p型多晶硅20與之接觸一端（熱端）溫度升高，與熱電偶的另一端（冷端）形成溫度差，由于賽貝克效應(yīng)，在熱電偶的冷端產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)外部?jī)x器探測(cè)此溫差電動(dòng)勢(shì)。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小對(duì)應(yīng)廣譜吸收層15的溫度升高量，也即是吸收的紅外光的強(qiáng)度。將各個(gè)熱電偶產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)還原到對(duì)應(yīng)的廣譜紅外光譜上，得到被吸收的廣譜紅外光譜信息。與廣譜紅外發(fā)射器5發(fā)射的廣譜紅外光譜對(duì)比，得到被吸收的紅外光譜的波長(zhǎng)和被吸收強(qiáng)度，通過(guò)此信息判斷出樣品涂覆區(qū)4中毒品的成分和含量。

特別的，熱釋電元件16可由一組熱電偶或多組熱電偶組成的熱電堆構(gòu)成，熱電堆的溫差電動(dòng)勢(shì)是多個(gè)熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)之和。

上面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做了詳細(xì)說(shuō)明。但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下做出各種變化。