способ дистанционного обнаружения и идентификации вещества

Формула изобретения

Способ дистанционного обнаружения и идентификации вещества с использованием дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе двумя последовательными радиоимпульсами с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, отличающийся тем, что облучают вещество третьим радиоимпульсом с внутриимпульсным заполнением электромагнитными колебаниями на частоте, значение которой много больше значения частоты магнитного резонанса вещества, начало третьего радиоимпульса совпадает с окончанием второго радиоимпульса, а окончание третьего радиоимпульса совпадает с окончанием отклика, регистрируют отклик на частоте, значение которой отличается от значения частоты заполнения третьего радиоимпульса на величину, равную значению частоты магнитного резонанса вещества, подлежащего обнаружению и идентификации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для обнаружения и идентификации преимущественно наркотических и взрывчатых веществ в составе предъявляемых для исследования партий веществ.

Известен наиболее близкий к заявляемому способ дистанционного обнаружения и идентификации вещества [Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Квантовая электроника. Приборы и их применение. М.: Техносфера, 2006, с.74-82], в котором используется дистанционное возбуждение его последовательностью двух радиоимпульсов с внутриимпульсным заполнением на частоте магнитного резонанса, присущей именно данному веществу. Затем принимают отклик (например, сигнал эхо) вещества на той же частоте.

При дистанционном обнаружении и идентификации вещества с использованием магнитного резонанса одной из основных проблем является увеличение дальности вещества от приемника отклика вещества [Гречишкин В.Д., Синявский Н.Я. Локальный ЯКР в твердых телах. Успехи физических наук, 1993, т.163, №10].

В указанном способе дистанционного обнаружения и идентификации вещества его последовательно облучают двумя радиоимпульсами, при этом первый радиоимпульс имеет заданную длительность t ₁, a длительность 2t₁ второго радиоимпульса в два раза больше и временной интервал t₀ между окончанием первого радиоимпульса и началом второго такой, что за этот интервал успеет окончиться сигнал спада свободной индукции, возникающий сразу после первого радиоимпульса. После второго радиоимпульса с некоторой задержкой в веществе возбуждается сигнал эхо, огибающая которого имеет колоколообразную форму, с внутриимпульсным заполнением на частоте f₀ магнитного резонанса. Максимальное значение напряжения огибающей сигнала эхо наблюдается в момент времени 2t₀ +3t₁, а длительность сигнала эхо в два раза больше длительности сигнала спада свободной индукции. Затем принимают сигналы отклика на частоте магнитного резонанса вещества и по наличию отклика на этой частоте делают заключение о наличии именно данного вещества.

Потенциальные возможности известного способа обнаружения и идентификации с использованием дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе радиоимпульсами ограничены дальностью от приемника сигнала отклика до вещества, при которой уровень мощности отклика достаточен для его приема и измерения частоты отклика. Это ограничение обусловлено тем, что частота магнитного резонанса в наркотических и взрывчатых веществах обычно равна единицам мегагерц. При такой частоте ближняя зона излучения составляет несколько сотен метров, при этом напряженность электрического поля излучения обратно пропорциональна кубу расстояния от вещества, а узкая диаграмма направленности приемной антенны не может быть сформирована на небольшом расстоянии, например нескольких метров или, тем более, одного метра. В связи с этим описанный выше способ обнаружения и идентификации вещества имеет максимально достижимую дальность обнаружения и идентификации вещества, равную 40 см [Гречишкин В.Д., Синявский Н.Я. Локальный ЯКР в твердых телах. Успехи физических наук, 1993, т.163, №10].

Задачей заявляемого технического решения является увеличение дальности дистанционного обнаружения и идентификации искомого вещества.

Это достигается тем, что применяемый способ дистанционного обнаружения и идентификации вещества с использованием дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе двумя последовательными радиоимпульсами с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, отличается тем, что облучают вещество третьим радиоимпульсом с внутриимпульсным заполнением электромагнитными колебаниями на частоте, значение которой много больше значения частоты магнитного резонанса вещества, начало третьего радиоимпульса совпадает с окончанием второго радиоимпульса, а окончание третьего радиоимпульса совпадает с окончанием отклика, регистрируют отклик на частоте, значение которой отличается от значения частоты заполнения третьего радиоимпульса на величину, равную значению частоты магнитного резонанса вещества, подлежащего обнаружению и идентификации.

Сущность заявляемого способа поясняется на примере устройства, реализующего этот способ. Функциональная схема этого устройства приведена на чертеже.

Устройство, реализующее предлагаемый способ дистанционного обнаружения и идентификации вещества, содержит первую передающую антенну 1, вход которой подключен к выходу первого передатчика 2. Вход первого передатчика 2 подключен к выходу первого модулятора 3. Один из выходов синтезатора 9 подключен к одному из входов первого модулятора 3 и одному из входов блока обработки и регистрации 12, а второй вход первого модулятора 3 подключен к одному из выходов генератора импульсов 7, второй выход генератора импульсов 7 подключен к одному из входов второго модулятора 6, а вход генератора импульсов 7 подключен к одному из выходов синхронизатора 8. Второй выход синтезатора 9 подключен ко второму входу второго модулятора 6 и второму входу блока обработки и регистрации 12. Выход второго модулятора 6 подключен к входу второго передатчика 5, а выход второго передатчика 5 подключен к входу второй передающей антенны 4. Один из входов приемника 11 подключен к выходу приемной антенны 10, а второй вход приемника 11 подключен к второму выходу синхронизатора 8. Выход приемник 11 подключен к третьему входу блока обработки и регистрации 12.

Работает устройство следующим образом.

В синтезаторе 9 формируются синусоидальные колебания на частотах f и f₀, где f₀ - частота магнитного резонанса обнаруживаемого и идентифицируемого вещества, а f>>>f₀. Синусоидальные колебания на частоте f₀ с одного из выходов синтезатора 9 поступают на один из входов первого модулятора 3, на второй вход которого с одного из выходов генератора импульсов 7 поступают импульсы, соответствующие огибающим первого и второго радиоимпульсов. С выхода первого модулятора 3 сформированные в нем первый и второй радиоимпульсы с внутриимпульсным заполнением на частоте f₀ подаются на вход первого передатчика 2, с выхода которого первый и второй радиоимпульсы подаются на первую передающую антенну 1, содержащую четыре ферритовых стержня диаметром 8 мм и длиной 138 мм, при этом на стержни намотаны катушки индуктивности, содержащие по двадцать витков и соединенные параллельно. Первая передающая антенна 1 производит облучение вещества 13 первым и вторым радиоимпульсами с заполнением электромагнитными колебаниями на частоте f₀. В синхронизаторе 8 формируются синхронизирующие импульсы, по времени совпадающие с началом и окончанием первого, второго и третьего радиоимпульсов, и эти импульсы с одного из выходов синхронизатора 8 поступают на вход генератора импульсов 7, где формируются огибающие первого, второго и третьего радиоимпульсов. Синусоидальные колебания на частоте f со второго выхода синтезатора 9 поступают на второй вход второго модулятора 6, на другой вход которого со второго выхода генератора импульсов 7 поступает импульс, соответствующий огибающей третьего радиоимпульса. С выхода второго модулятора 6 сформированный третий радиоимпульс поступает на вход второго передатчика 5, с выхода которого третий радиоимпульс поступает на вторую передающую антенну 4, выполненную в виде рупорной антенны. Вторая передающая антенна 4 производит облучение вещества 13 третьим радиоимпульсом с заполнением электромагнитными колебаниями на частоте f, при которой обеспечивается узкая диаграмма направленности антенны. При облучении вещества 13 первым и вторым радиоимпульсами с заполнением электромагнитными колебаниями на частоте f ₀ в нем возбуждается сигнал эхо на той же частоте f ₀. Поскольку в момент возбуждения отклика вещество облучается третьим радиоимпульсом с заполнением электромагнитными колебаниями на частоте f, то в веществе образуется отклик, представляющий собой радиосигнал с заполнением электромагнитными колебаниями на комбинационных частотах f+f₀ и f-f ₀ и огибающей, соответствующей огибающей сигнала эхо на частоте f₀ [Кравченко И.Т. Теория волновых процессов. М.: Едиториал УРСС, 2003, с.174]. Образованный таким образом радиосигнал (отклик) на комбинационных частотах излучается веществом 13 и принимается приемной антенной 10, выполненной аналогично второй передающей антенне 4. С выхода приемной антенны 10 отклик поступает на один из входов приемника 11, на второй вход которого со второго выхода синхронизатора 8 поступает сигнал, сформированный в синхронизаторе 8, который открывает приемник 11 на время отклика и закрывает его на остальное время. В приемнике 11 выделяется сигнал на одной из комбинационных частот принятого отклика. С одного из выходов синтезатора 9 сигнал на частоте f₀ поступает на один из входов первого модулятора 3 и один из входов блока регистрации и обработки 12, а со второго выхода синтезатора 9 сигнал на частоте f поступает на второй вход второго модулятора 6 и второй вход блока обработки и регистрации 12, а на третий вход блока обработки и регистрации 12 поступает сигнал с выхода приемника 11. В блоке регистрации и обработки 12 происходит сравнение частот сигналов, поступающих на три его входа, и отклик регистрируется только в случае, если с выхода приемника 11 на вход блока обработки и регистрации 12 поступает сигнал на одной из комбинационных частот f-f ₀ или f+f₀. При этом в блоке обработки и регистрации 12 делается заключение о наличии искомого вещества.

Применение третьего радиоимпульса, частота которого f много больше частоты f₀ магнитного резонанса, обеспечивает излучение отклика на высоких комбинационных частотах, при которых дальняя зона излучения имеет место уже на расстоянии нескольких десятков сантиметров. В дальней зоне напряженность электрического поля сигнала (отклика), излучаемого веществом, обратно пропорциональна расстоянию от вещества, то есть ослабление сигнала с расстоянием много меньше, чем при известном способе, при этом соответственно уже на расстоянии нескольких десятков сантиметров обеспечивается формирование узкой диаграммы направленности приемной антенны 10, что повышает чувствительность приема [Гольдштейн, Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. М.: Советское радио, 1956, с.315]. Это дает возможность регистрировать частоту отклика при расстоянии от вещества 13 до приемной антенны 10 порядка нескольких метров, что много больше, чем в известном способе. Таким образом достигается поставленная цель - увеличение дальности обнаружения и идентификации искомого вещества.