способ дистанционного обнаружения вещества

Формула изобретения

Способ дистанционного обнаружения вещества с использованием дистанционного возбуждения электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе и с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, при этом возбуждающий электромагнитный сигнал излучают на частоте, много большей частоты магнитного резонанса подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый возбуждающий электромагнитный сигнал по поляризации на частоте магнитного резонанса, а отклик регистрируют на частоте модуляции, отличающийся тем, что формируют последовательность радиоимпульсов с малым числом периодов высокочастотных колебаний в каждом из них, вплоть до одного, сформированным зондирующим сверхширокополосным сигналом облучают предполагаемое место закладки наркотического вещества, упакованного в неметаллическую оболочку и находящегося в укрывающей среде, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемодане, дипломате, сумке и т.п., принимают отраженный сверхширокополосный сигнал, осуществляют его последовательное накопление, перемещают антенный блок параллельно обследуемой поверхности на фиксированном расстоянии, при этом в каждой точке наблюдения производят не менее двух последовательных измерений указанных отраженных импульсов, для этого импульс, соответствующий предшествующему измерению, задерживают до момента сравнения его с последующим импульсом, определяют их разность, интегрируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал, сравнивают нормированный сигнал с пороговым значением сигнала, при превышении порогового уровня принимают решение о наличии наркотического вещества в укрывающей среде и преобразуют сигнал в цифровую форму, затем осуществляют сканирование обнаруженного вещества путем перемещения антенного блока от границы обнаружения до границы потери со скоростью, определяемой световой строкой на экране жидкокристаллического индикатора, формируют на экране жидкокристаллического индикатора радиолокационный образ обнаруженного наркотического вещества, по которому судят о форме и размерах обнаруженного наркотического вещества.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования веществ, а также сверхширокополосное радиолокационное зондирование для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемоданах, дипломатах, сумках и т.п., и может найти применение в аэропортах, таможенных терминалах, блокпостах, автопарковках и т.п.

Известны способы дистанционного обнаружения вещества (патенты РФ №№2128832, 2148817, 2150105, 2161300, 2165104, 2179716, 2185614, 2226686, 2244942, 2249202; патенты США №№4756866, 5986455, 6194898, 6392408; патенты Великобритании №№2159626, 2254923, 2289344, 2293885; Гречишкин В.Д. и др. Локальный ЯКР в твердых телах. Успехи физических наук, 1993, т.163, №10 и др.).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ дистанционного обнаружения вещества» (патент РФ №2244942, G01R 33/20, 2003), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный способ основан на дистанционном обнаружении вещества с использованием дистанционного возбуждения электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе и с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, при этом возбуждающий электромагнитный сигнал излучают на частоте, много большей частоты магнитного резонанса подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый возбуждающий электромагнитный сигнал по поляризации на частоте магнитного резонанса, а отклик регистрируют на частоте модуляции.

Однако известный способ не полностью реализует свои потенциальные возможности, он может использовать сверхширокополосное радиолокационное зондирование для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, сумках, чемоданах, дипломатах и т.п.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, сумках, чемоданах, дипломатах и т.п.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу дистанционного обнаружения вещества с использованием дистанционного возбуждения электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе и с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, при этом возбуждающий электромагнитный сигнал излучают на частоте, много большей частоты магнитного резонанса подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый возбуждающий электромагнитный сигнал по поляризации на частоте магнитного резонанса, а отклик регистрируют на частоте модуляции, формируют последовательность радиоимпульсов с малым числом периодов высокочастотных колебаний в каждом из них, вплоть до одного, сформированным зондирующим сверхширокополосным сигналом облучают предполагаемое место закладки вещества, упакованного в неметаллическую оболочку и находящегося в укрывающей среде, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемодане, сумке и т.д., принимают отраженный сверхширокополосный сигнал, осуществляют его последовательное накопление, перемещают антенный блок параллельно обследуемой поверхности на фиксированном расстоянии, при этом в каждой точке наблюдения производят не менее двух последовательных измерений указанных отраженных импульсов, для этого импульс, соответствующий предшествующему измерению задерживают до момента сравнения его с последующим импульсом, определяют их разность, интегрируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал, сравнивают нормированный сигнал с пороговым значением сигнала, при превышении порогового уровня принимают решение о наличии наркотического вещества в укрывающей среде и преобразуют сигнал в цифровую форму, затем осуществляют сканирование обнаруженного вещества путем перемещения антенного блока от границы обнаружения до границы потери со скоростью, определяемой световой строкой на экране жидкокристаллического индикатора, формируют на экране жидкокристаллического индикатора радиолокационный образ обнаруженного вещества, по которому судят о форме и размерах обнаруженного наркотического вещества.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на чертеже.

Устройство содержит последовательно включенные генератор 3 импульсов, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 4, передатчик 2, управляющий вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора 4, и передающую антенну 1, последовательно включенные приемную антенну 5, приемник 6, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 4, накопитель 7, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 4, линию задержки 11, блок 12 вычитания, второй вход которого соединен с выходом накопителя 7, интегратор 13, блок 14 деления, второй вход которого соединен с выходом интегратора 13, блок 16 сравнения, второй вход которого через блок 15 формирования эталонного напряжения соединен с четвертым выходом синхронизатора 4, и аналого-цифровой преобразователь 17, к первому и второму выходу которого подключены звуковой сигнализатор 18 и жидкокристаллический индикатор 19 соответственно.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, может работать в двух режимах. Первый режим основан на дистанционном возбуждении электромагнитной волной магнитного резонанса в исследуемом веществе с последующим измерением частоты отклика. Второй режим основан на сверхширокополосном радиолокационном зондировании предполагаемого места закладки наркотического вещества, упакованного в неметаллическую оболочку, с последующим анализом отраженного сигнала.

В первом режиме импульсы с частотой заполнения W₁ и (W ₁-W), формируемые в генераторе 3 импульсов, управляемым синхронизатором 4, поступают на передатчик 2 и излучаются передающей антенной 1 в направлении исследуемого вещества 8. Последнее может располагаться, например, на теле человека под его одеждой. Передающая 1 и приемная 5 антенны выполнены, например, в виде рупорных антенн, которые снабжены поляризаторами.

Сигнал на передающую антенну 1 поступает с круглого волновода, на который в свою очередь с передатчика 2 подаются две ортогональные (по поляризации) составляющие, одна на частоте W₁, а другая - на частоте (W₁-W), в результате чего излучаемая антенной 1 волна будет модулирована по поляризации с частотой магнитного резонанса W.

Исследуемое вещество 8, облученное электромагнитной волной, содержащей составляющую на частоте магнитного резонанса W, возбуждается и по окончании импульса облучения излучает сигнал отклика на этой же частоте. Сигнал отклика принимается приемной антенной 5, содержащей четыре ферритовых стержня диаметром 8 мм и длиной 138 мм, при этом на стержни намотаны катушки индуктивности, содержащие по 20 витков и соединенные параллельно. Работой устройства управляет синхронизатор 4.

Сигнал с приемной антенны 5 поступает на приемник 6, на который поступает также опорное напряжение с выхода синхронизатора 4, запирающее приемник 6 на время излучения импульсов. С выхода приемника 6 сигнал поступает на накопитель 7, где сигналы постоянно накапливаются, что позволяет увеличить дальность от приемной антенны 5 до вещества 8 в 2-3 раза. На накопитель 7 поступает также опорное напряжение, обеспечивающее синхронизацию накапливаемых импульсов.

В случае модуляции по поляризации излучаемого сигнала с частотой W, равной частоте магнитного резонанса вещества, при частоте излучаемого сигнала W₁>>W, вектор напряженности магнитного поля излучаемого электромагнитного сигнала содержит составляющую:

Исследуемое вещество 8 будет активно взаимодействовать с магнитным полем на частоте W (Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Основы квантовой электроники. СПб-ГТУ, 2001). Поскольку частота W ₁ может быть выбрана достаточно высокой W ₁>>W, то в этом случае реализации передающая антенна 1 может быть осуществлена, например, с помощью техники антенн сверхвысоких частот (СВЧ), на которую модулированный по поляризации сигнал поступает из круглого волновода, на который в свою очередь поступают две линейно-поляризованные ортогональные волны и , частоты которых равны соответственно W ₁ и (W₁-W).

Переход на частоту возбуждающего излучения в диапазоне СВЧ позволяет обеспечить «дальнюю зону» для излучаемого электромагнитного сигнала уже при дальности в несколько десятков сантиметров. В результате на расстояниях порядка нескольких метров от излучателя обеспечивается уровень электромагнитного излучения, достаточный для возбуждения резонанса в веществе.

Во втором режиме роль передатчика 2 выполняет генератор ударного возбуждения, который формирует зондирующий импульсный сверхширокополосный сигнал в виде одного периода синусоиды амплитудой 5 В и длительностью 1 нс, излучаемый передающей антенной 1 в направлении предполагаемого места закладки наркотического вещества 9, упакованного в неметаллическую оболочку и находящегося в укрывающей среде, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемодане, дипломате, сумке и т.п.

При этом обнаружение наркотического вещества в укрывающих средах осуществляется оператором путем перемещения над предполагаемым местом закладки вещества антенного блока 10, состоящего из передающей 1 и приемной 5 антенн и укрепленного на штанге.

При этом необходимо следить за тем, чтобы антенный блок 10 перемещался параллельно обследуемой поверхности на фиксированном расстоянии (не более 10 см от нее) и чтобы был обследован весь проверяемый участок укрывающей среды.

Электромагнитная волна, отражающаяся от подповерхностного наркотического вещества, воздействует на приемную антенну 5. На эту же антенну воздействуют мешающие прямое излучение передатчика 2 и отраженный сигнал от границы раздела воздух - укрывающая среда. Причем большие амплитуды будут иметь сигнал прямого прохождения и сигнал, отраженный от границы раздела воздух - укрывающая среда.

Для устранения мешающих излучений на управляющий вход приемника 6 подается опорное напряжение с четвертого выхода синхронизатора 4. Причем длительность опорного напряжения можно выполнить переменной, что обеспечит запирание приемника 6 на время, определяемое длительностью опорного напряжения, и устранение влияния прямого излучения передающей антенны 1 и сигналов, отраженных от границы воздух - укрывающая среда и от слоев различной глубины залегания, т.е. осуществляется «стробирование по вертикали» (стробирование по глубине залегания наркотического вещества в укрывающей среде). В качестве укрывающей среды могут быть брюшная полость человека, багаж, контейнер, чемодан, сумка, дипломат, портфель и т.п.

«Стробирование по вертикали» обеспечивает последовательный просмотр подповерхностного пространства от границы раздела воздух - укрывающая среда до слоев различной глубины.

«Стробирование по горизонтали» позволяет на фоне вариаций электромагнитного поля, не связанных с электромагнитной волной, отражающейся от подповерхностного наркотического вещества, надежно выделять в укрывающих средах подповерхностные наркотические вещества. Для исключения влияния периодических и квазистационарных вариаций электромагнитного поля Земли осуществляют периодические измерения напряженности поля и операцию нормирования разностного сигнала двух последовательных измерений, т.е. интегрируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал. Операция сравнения нормированного сигнала с заданным пороговым значением позволяет принять решение о наличии или отсутствии подповерхностного наркотического вещества в укрывающей среде.

Для этого сформированный в накопителе 7 импульс, представляющий собой мгновенное значение принятого периодического сигнала, отраженного от подповерхностного наркотического вещества, или импульс, обусловленный вариациями электромагнитного поля, поступает на блок 12 вычитания непосредственно и через линию задержки 11. При этом в каждой точке наблюдения производится не менее двух последовательных измерений указанных импульсов. Затем производится операция вычитания двух последовательных измерений. Для этого импульс, соответствующий предшествующему измерению, задерживается линией задержки 11 до момента сравнения его с последующим импульсом в блоке 12 вычитания. Операции интегрирования разностного сигнала и деление разностного сигнала на проинтегрированный разностный сигнал производятся в блоках 13 и 14. В блоке 16 осуществляется сравнение нормированного сигнала с пороговым значением сигнала, задаваемым блоком 15. При превышении порогового уровня сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 17, где он преобразуется в цифровую форму и поступает на звуковой сигнализатор 18 и жидкокристаллический индикатор 19. Частота вертикальной (строчной) и горизонтальной (кадровой) разверток могут варьироваться в определенных пределах. На экране индикатора 19 в реальном масштабе времени наблюдается плоская яркостная картина подповерхностных целей.

Появление звукового сигнала и визуального сигнала на экране индикатора 19 требует остановки оператора и свидетельствует о том, что в зоне обнаружения антенного блока 10 находится объект, природу происхождения которого следует установить, а при необходимости уточнить его местоположение и форму.

Для анализа обнаруженного объекта следует выполнить сканирование объекта (перемещение антенного блока 10 от границы обнаружения до границы потери) со скоростью, определяемой световой строкой на экране индикатора 19. Режим «Сканирование» и формирование вертикального среза укрывающей среды с объектом осуществляется переходом из режима «Поиска» нажатием кнопки «Скан» на синхронизаторе 4. Через несколько секунд после обработки сигнала на экране индикатора 19 появляется радиолокационный образ объекта (наркотического вещества), дающий представление о форме и размерах объекта.

В некоторых случаях для детального анализа обнаруженного наркотического средства в укрывающих средах могут использоваться рентгеновский метод и соответствующая стационарная рентгеновская установка.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает не только дистанционный поиск и обнаружение вещества (наркотиков и взрывчатки) с использованием дистанционного возбуждения электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе с последующим измерением частоты отклика, но и дистанционный поиск и обнаружение наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, сумках, чемоданах, дипломатах и т.п., с использованием сверхширокополосного радиолокационного зондирования предполагаемого места закладки наркотического вещества. Тем самым функциональные возможности способа расширены.