устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ

Формула изобретения

Устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, содержащее сигнальный процессор, индикаторное устройство, приемное устройство, синтезатор частот, синхронизатор, усилитель мощности, датчик ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) сигнала, причем первый выход синхронизатора соединен с первым входом приемного устройства, второй выход - со вторым входом приемного устройства, первый вход синхронизатора - с выходом синтезатора частот, отличающееся тем, что введены полосовой фильтр и демпфирующее устройство, вход которого подключен к третьему выходу синхронизатора, а выход - к первому входу датчика ЯКР-сигнала, четвертый выход синхронизатора подключен к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход полосового фильтра подключен ко второму входу датчика ЯКР-сигнала, выход датчика ЯКР-сигнала соединен с третьим входом приемного устройства, первый и второй выходы приемного устройства подключены соответственно к первому и второму входам сигнального процессора, первый и второй выходы сигнального процессора соединены с первым и вторым входами индикаторного устройства, третий выход сигнального процессора подключен ко второму входу синхронизатора, третий вход синхронизатора является входом устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), в частности, в установках таможенного досмотра багажа и осмотра входящей корреспонденции в почтовых учреждениях (письма, бандероли, посылки) без их вскрытия для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.

Известны устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, включающие синтезатор частоты, делитель на 2, мультиплексор, формирователь радиоимпульсов, усилитель мощности, датчик, приемное устройство, устройство управления и обработки данных и блок сигнализации [1].

Известны также устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, включающие подсистему формирования последовательности, радиочастотную подсистему, детектирующую головку, подсистему сбора и обработки данных и устройство отображения [2]. В этих устройствах в радиочастотной подсистеме между источником радиочастотного сигнала и усилителем мощности имеется аттенюатор-фильтр. Однако, поскольку наиболее мощные паразитные гармонические составляющие возникают в усилителе мощности, то этот аттенюатор-фильтр на них не влияет, и они проходят в колебательный контур.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для обнаружения взрывчатых веществ с использованием ЯКР, содержащее синтезатор частот (СЧ), связанный с синхронизатором и высокочастотными (ВЧ) клапанами, которые подключены к синхронизатору, одному из фазовых детекторов, фазовращателю и к усилителю мощности, связанному с измерителем отраженной мощности и стробирующим устройством, которое подключено к катушкам, синхронизатору, связанному с измерителем мощности в контуре, и предварительному высокочастотному (ВЧ) усилителю, связанному с высокочастотным (ВЧ) усилителем, который подключен к двум фазовым детекторам, между которыми включен фазовращатель, причем каждый из фазовых детекторов подключен к соответствующему аналого-цифровому пребразователю (АЦП), которые соединены с синхронизатором и цифровым сигнальным процессором (ЦСП), подключенным к синхронизатору и графопостроителю [3].

Все приведенные устройства для создания необходимой напряженности магнитного поля имеют усилители мощности, состоящие из каскадов, работающих с отсечкой. Подобная работа каскадов приводит к наличию в спектре выходного сигнала усилители мощности кроме частоты возбуждения ЯКР-сигнала, целого ряда паразитных гармоник. Нагрузкой УМ является, как правило, высокодобротный контур, настроенный на частоту ЯКР-сигнала.

После окончания возбуждения прием ЯКР-сигнала некоторое время невозможен из-за перегрузки высокочувствительного приемного тракта собственными колебаниями контура и паразитными резонансами на высших гармониках элементов связи (с УМ, приемником, демпфером и т.д.).

Так, наибольшая амплитуда ЯКР-сигнала сразу после окончания импульса возбуждения и длительность ЯКР-сигнала невелика, теряется часть (или весь) ЯКР-сигнала с наибольшим соотношением сигнала к шуму. Это приводит к невозможности обнаружения или значительному увеличению времени обнаружения, т. е. создает "мертвую" зону для приема.

Технический результат предлагаемого устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ состоит в повышении вероятности обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, увеличении чувствительности предлагаемого устройства за счет улучшения соотношения сигнал-шум, уменьшении мощности передатчика. Сущность изобретения состоит в том, что устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ содержит сигнальный процессор, индикаторное устройство, приемное устройство, синтезатор частот, синхронизатор, усилитель мощности, датчик ЯКР-сигнала, причем первый выход синхронизатора соединен с первым входом приемного устройства, второй выход синхронизатора - со вторым входом приемного устройства, первый вход синхронизатора - с выходом синтезатора частот. Отличительными особенностями предлагаемого устройства являются введение полосового фильтра и демпфирующего устройства, вход которого подключен к третьему выходу синхронизатора, а выход - к первому входу датчика ЯКР-сигнала, четвертый выход синхронизатора подключен к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход полосового фильтра подключен ко второму входу датчика ЯКР-сигнала, выход датчика ЯКР-сигнала соединен с третьим входом приемного устройства.

Первый и второй выходы приемного устройства 5 подключены соответственно к первому и второму входам сигнального процессора 1, первый и второй выходы сигнального процессора 1 соединены с первым и вторым входами индикаторного устройства 2. Третий выход сигнального процессора 1 подключен ко второму входу синхронизатора 4, третий вход синхронизатора 4 является входом устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.

Экспериментальные исследования подтвердили правильность этого решения. Использование простейшего полосового фильтра с частотами среза 0,5 и 6 МГц по уровню 3 дБ и демпфирующего устройства позволило увеличить подавление до 50 дБ на частоте 3,6 МГц.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.

На фиг.2 изображена блок-схема сигнального процессора.

На фиг.3 изображена блок-схема синхронизатора.

На фиг.4 изображена блок-схема приемного устройства.

На фиг. 5 изображены эпюры напряжений, характеризующие работу предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит сигнальный процессор 1, пример выполнения которого приведен на фиг.2, индикаторное устройство 2, синтезатор частот 3, пример выполнения которого приведен на фиг.1.4, стр.36 [4], синхронизатор 4, пример выполнения которого приведен на фиг.3, приемное устройство 5, пример выполнения которого приведен на фиг.4, усилитель мощности 6, демпфирующее устройство 7, выполненное, например, по схеме, приведенной в [5], полосовой фильтр 8, датчик ЯКР-сигнала 9.

Первый выход синхронизатора 4 соединен с первым входом приемного устройства 5, второй выход синхронизатора 4 - со вторым входом приемного устройства 5, первый вход синхронизатора 4 - с выходом синтезатора частот 3. Вход демпфирующего устройства 7 подключен к третьему выходу синхронизатора 4, а выход к первому входу датчика ЯКР-сигнала 9, четвертый выход синхронизатора 4 подключен к входу усилителя мощности 6, выход которого соединен с входом полосового фильтра 8, выход полосового фильтра 8 подключен ко второму входу датчика ЯКР-сигнала 9, выход датчика ЯКР-сигнала 9 соединен с третьим входом приемного устройства 5.

Первый и второй выходы приемного устройства 5 подключены соответственно к первому и второму входам сигнального процессора 1, первый и второй выходы сигнального процессора 1 соединены с первым и вторым входами индикаторного устройства 2. Третий выход сигнального процессора 1 подключен к второму входу синхронизатора 4, третий вход синхронизатора 4 является входом устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.

Сигнальный процессор 1 состоит из первого сумматора 10, второго сумматора 11, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами вычислителя модуля 12. Выход вычислителя модуля 12 соединен с входом интегратора 13, выход которого подключен к пороговому устройству 14. Синхронизатор 4 состоит из формирователя управляющих сигналов 15, дешифратора команд 16, первого 17 и второго 18 формирователей стробов и формирователя импульсной последовательности 19, причем формирователь управляющих сигналов подключен шиной к дешифратору команд 16, первый выход его соединен с первым формирователем стробов 17, второй выход дешифратора команд 16 соединен с вторым формирователем стробов 18 и формирователем импульсной последовательности 19.

Приемное устройство 5 состоит из широкополосного усилителя 20, формирователя фазы 21, первого 22 и второго 23 фазовых детекторов, первого 24 и второго 25 фильтров низких частот, первого 26 и второго 27 аналого-цифровых преобразователя. Первый и второй выходы широкополосного усилителя 20 соединены с первым 22 и вторым 23 фазовыми детекторами, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами формирователя фазы 21. Выходы первого 22 и второго 23 фазовых детекторов соединены соответственно с входами первого 24 и второго 25 фильтров низких частот, выходы которых соответственно подключены к входам первого 26 и второго 27 аналого-цифровых преобразователей.

Устройство работает следующим образом. Синтезатор частоты 3 генерирует частоту f, близкую к частоте ЯКР взрывчатого или наркотического вещества, поступающую на формирователь управляющих сигналов 15 синхронизатора 4, который формирует импульсную последовательность с несущей частотой fоп, поступающую на усилитель мощности 6, где она усиливаются до необходимого уровня, далее проходит через полосовой фильтр 8, который отфильтровывает паразитные гармонические составляющие и, поступая на датчик ЯКР-сигнала 9, возбуждает исследуемый образец. При поступлении соответствующей команды с сигнального процессора 1 первый формирователь стробов 17 формирует строб запирания приемного устройства 5. По окончании процесса возбуждения с демпфирующего устройства 7 на датчик ЯКР-сигнала поступает сигнал для гашения звона высокодобротного контура датчика ЯКР-сигнала.

В режиме приема принимаемый сигнал усиливается широкополосным усилителем 20 приемного устройства 5, поступает на фазовые детекторы 22 и 23. Одновременно на фазовые детекторы 22 и 23 поступают с формирователя фазы 21 опорные сигналы, сдвинутые один относительно другого на 90^o. С выходов фазовых детекторов 22 и 23 снимаются квадратурные составляющие принимаемого сигнала, которые поступают на соответствующие фильтры низких частот 24 и 25 и далее на АЦП 26 и 27, а с них на сигнальный процессор 1, где осуществляется когерентное суммирование сигналов и сравнение результата с порогом. Величина порога устанавливается, исходя из требуемых вероятностей пропуска и ложного срабатывания . Если пороговое значение превышено, то сигнальный процессор 1 вырабатывает сигнал индикации наличия взрывчатых или наркотических веществ в исследуемой закладке для индикаторного устройства 2.

Если закладка проверяется на наличие нескольких типов ВВ или НВ, то указанная последовательность операций повторяется для каждого ВВ или НВ; при этом необходимо перестроить синтезатор частот 3 и контур датчика ЯКР 9 (например, методом, изложенным в [3]) на частоту, соответствующую резонансной частоте ВВ или НВ, подлежащего обнаружению.

Были проведены сравнительные испытания для оценки эффективности работы предложенного устройства. Обследовалась упаковка объемом 10 дм³ с закладкой гексогена массой 5 г. Для идентификации гексогена использовалась линия f= 5192 кГц. При первом обследовании упаковка, имеющая температуру 20^oC, размещалась в камере внутри датчика ЯКР-сигнала, имеющей также температуру 20^oС, и облучалась последовательностью из 600 импульсов с длительностью импульса = 45 мкс и периодом повторения Т=10 мс. Полосовой фильтр имел частоты среза f_н= 0,5 МГц и f_в=6,5 МГц. Принятый отклик усиливался, преобразовывался в квадратурные составляющие, которые преобразовывались в цифровые сигналы, затем вычислялся модуль? и сигнал накапливался и сравнивался с порогом. Величина порога была выбрана, исходя из обеспечения вероятностей = =0,05.

При первом обследовании при включенном полосовом фильтре была проведена серия из 100 измерений, при этом вероятность правильного обнаружения р_по= 0,95.

При втором обследовании полосовой фильтр был отключен и при том же количестве измерений и условиях р_по=0,8.

Таким образом, экспериментальные исследования показали эффективность предлагаемого устройства.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 1831680, кл. G 01 N 24/00, публ. 30.07.93.

2. Патент США 5594338, кл.324-318, публ. 14.01.97.

3. Заявка WO 92/17793, кл. G 01 R 33/34, публ.15.02.92 (прототип).

4. Патент США 5594338.

5. Патент США 5804967.