车载生物报警器

       随着科学技术的发展和装备制造技术水平的提高，生物知识技术普及的深入，细菌、病毒、毒素的培养、提取日趋成熟和容易，大规模的培养、提取细菌、病毒、毒素已不再困难，具有一定的生化知识和技能就能培养；且生物剂生产成本相对比较低廉，如使用传统WQ每平方公里约需2000美元，HWQ约需800美元，神经性毒剂约需600美元，而使用生物WQ只需1美元。同时，生物剂的作用效果一般比较长，微生物效能暴发比较隐蔽，难于在短期内有效地消除，因而会对社会稳定、人心稳定造成巨大影响，使人感受巨大心理压力、缺乏安全感、进而引起整个社会的DL不安，可达到“不战而屈人之兵"的目的，目前，生物威胁已成为KB分子主要手段之一，对其防范十分重要。
       生物剂看不见、摸不着，且容易感染，破坏力强，需尽早发现，早防范，早处理，需要有高科技的检测设备。细菌、病毒、毒素等生物是无色、无臭的，都在微米以下，十分细小，只有用显微镜才能看见，所以用肉眼是看不见、摸不着，在短期内很难觉察。正常人即使在每升空气中只含有10个生物剂颗粒的环境中呼吸几秒钟也有被感染的可能。生物袭击造成的破坏程度远远超过化学袭击。如果条件适宜，在一座面积类似华盛顿的城市上空播撒100㎏含炭疽的粉末将造成100万～300万人的死亡。而一颗百万吨级的QD爆炸造成的死亡人数也只有50万～200万。所以要依靠高科技产品对其检测。
       近些年来发生的若干起生物KB袭击事件给世界各国造成了日益严重的现实威胁，给各国的政治、经济和安全形势带来了严重的隐患。这也加速了欧美等发达在生物剂检测技术领域的研究进度，据查新国外生物检测设备比较多，如“BioScout生物气溶胶探测器(芬兰)"、“Bio 100生物气溶胶探测器(芬兰)"、“BioCapture 650 手持式生物气溶胶采样器(美国)"等类型机。但一般不向中国出售，即使出售，价格也十分高昂，不利于普及使用，更不适合我J列装。目前这些仪器设备可检测的生物战剂种类有炭疽、鼠疫、兔热病、鼻疽、Q热、天花、病毒性脑炎、病毒性出血热、肉毒杆菌毒素、蓖麻毒素、葡萄球菌肠毒素B等，但这些产品的技术性能(J用)还在不断地改进，特别是检测生物战剂(含生物毒素)种类也还需再扩展。我国还没有同类产品上市销售，但生物KB威胁却时刻都存在，某些微生物能很方便的大量培养，加之现代的高效培养技术，使生物WQ生产容易且成本比较低廉。由此可见，防止生物危险已迫在眉睫。并且除J方列装外，民用市场也十分广泛，如机场安检、地铁等公共场所以及疾病预防控制检测等都需要这类生物剂检测报警器。若可以研究开发出一种防生化WQ，则可以填补我国J民两个市场空白。同时，可以快速检测生物细菌、病毒、毒素，防止细菌、病毒的扩散和伤害，保护人民的生命财产安全，其社会意义不言而喻。
本课题就是基于这样的背景而展开研制工作的，研究主要目的在于开发一种生物剂检测报警器，主要检查对象特指细菌、病毒、毒素等三大类，具体包含有炭疽、鼠疫、天花病毒、肉毒毒素和蓖麻毒素这五种。通过研制能检测这几种物质的传感器，再采用微弱信号检测技术对传感器的信号进行抑噪、放大处理，并识别是否有以上物质的存在，如果有，发出相应报警或预警，提示相关人员采取相应防范措施，降低感染几率，保护人们的生命财产并防止扩散。
       2、主要研发内容、关键技术
       2、1  主要研发内容
       本项目研究开发一种生物剂检测报警器，研究内容主要包括触发器/提示装置单元、生物采集器单元、检测器单元、气路单元、嵌入式系统单元、生物实验室单元和电源模块设计单元几个部分。
       2、2   分系统设计内容
       2、2、1  系统总体设计
       生物剂检测报警器系统的工作原理是将背景空气中的气溶胶进行分析和感测，然后利用采样器将其进行浓缩为后期检测提供样品，采集的检测样品进入检测器进行特异性识别，通过分析鉴别后判断是否有生物剂物质。
       系统原理框图如图1所示：

       2、2、1、触发器/提示装置设计开发
       触发器的功能是对背景空气发生的变化提供一个早期报警。触发器工作时需要在一个特定的地点建立背景气溶胶水平值，然后感测在这个背景下发生的气溶胶粒子数的变化。触发器是非特异性的且不对微生物进行鉴定，而只对背景气溶胶出现的变化进行指示。
       提示装置，首先能测定什么时候出现粒子数的增多，然后能够区分生物气溶胶和非生物气溶胶的浓度(非特异生物战剂检测)。
       粒子测量指一种用于非特异性的检测技术，是测量具有特定尺度(通常为0.5μm～30μm)粒子的相对数量。粒子测量主要有以下两种方法，一是空气动力学粒子筛选(APS)技术，它是将充满粒子的气流通过一个气流喷嘴吸入APS装置，产生一个可控制的高速气溶胶射流。在测量期间，气流速度保持恒定，由于射流内各粒子的尺度不同，它们会以不同的比率进行加速(小粒子比大粒子加速快)；然后用一束激光测量各粒子的飞行时间。空气动力学粒子筛选技术被直接用于对野外生物战剂的检测。二是高通量空气动力学粒度分级器(HVAPS)，它是将一个加速和浓缩的气流通过一个激光粒子计数器，得到气溶胶的粒度分布和浓度信息。但这种仪器不能将生物气溶胶同非生物气溶胶区分开来。
       2、2、2  生物采集器
       由于空气中极低的生物战剂难于被检测出来，但确能造成严重的效果，因此需要一个对气流中粒子/气溶胶进行浓缩的装置。采样器/收集器对大气进行采样并将空气中的粒子浓缩在一个液态介质中用于分析。与其它类型气溶胶或粒子采集的主要不同之处，一是在于生物战剂采样对象通常是活的有机体，必须对采集的样品加以保存，不能损害；二是绝大多数生物战剂检测和识别技术需要一个液态的样品，收集物必须是来自液体中的气溶胶或粒子；三是液体样本必须是高度浓缩的，而且可用于快速分析，因为响应时间是非常关键的。作为检测系统的一部分，收集器是非常有用的，当收集器收到触发器发出的表示背景水平出现了变化的信号时，便开始对空气采样，再将空气中的粒子浓缩在一个液体介质中。收集器为生物检测系统的鉴别部件提供“原料"，同时也为确定性识别和法医鉴定分析提供样品。收集器获取和浓缩气溶胶样品的效率会明显地影响下游的几个功能。收集器可大致分为两类：一类收集器体积较大且耗电量高，这类收集器具有较高的收集和浓缩效率；另一类收集器体积较小耗电量低(作便携式用)，但收集和浓缩效率较低。收集器在一个检测系统的总质量、总尺寸和总功率需要量中所占的比例是非常大的.
       2、2、3  检测器
       气溶胶检测器工作时的流程是，首先检测空气通过微型泵泵入光路通道的一个撞击器上，在这里实现粒子的收集并统一到样品盘面上，之后通过紫外光照射样品盘，同时用另外一个光学检测器检测受照粒子所产生的荧光，测量生物粒子相对应波长下的荧光强度，如果检测到与生物气溶胶粒子相关的荧光强度明显升高，则将回收的样品送到实验室进行分析，如果出现一个报警，就表示应该进行样品的采样操作了，与此同时启动相应的保护措施。气溶胶检测方案设计