система обнаружения взрывчатых веществ методом спектроскопии многократно нарушенного полного внутреннего отражения (мнпво) в процессе биометрической идентификации

Формула изобретения

1. Система обнаружения взрывчатых веществ методом спектроскопии многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) в процессе биометрической идентификации, состоящая из системы идентификации личности, представляющей собой систему сравнения биометрической информации, включающую биометрический сканер с установленным на его рабочей поверхности прозрачным основанием, системы детектирования и идентификации взрывчатых веществ, содержащей спектроскопический анализатор с источником излучения, устройства обработки сигналов, поступающих из системы идентификации личности и системы детектирования и идентификации взрывчатых веществ, тревожного индикатора, генерирующего сигнал тревоги, по крайней мере, от одного из вышеупомянутых сигналов, отличающаяся тем, что в системе идентификации личности используют оптический биометрический сканер, при этом прозрачное основание, установленное на его рабочей поверхности, выполнено в виде элемента МНПВО, представляющего собой плоскопараллельную пластину со скошенными боковыми гранями, входной и выходной, выполненную из оптического материала, имеющего коэффициент преломления больший, чем у материала, из которого изготовлена призма оптического сканера, и пропускающего излучение в диапазоне, соответствующем спектрам поглощения идентифицируемых веществ, и излучение, на котором работает биометрический сканер, при этом источник излучения выполнен с возможностью установки перед входной скошенной боковой гранью элемента МНПВО и испускает излучение в диапазоне, соответствующем спектрам поглощения идентифицируемых веществ.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что спектроскопический анализатор выполнен в виде дифракционного полихроматора с многоканальным приемником ИК-излучения.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что спектроскопический анализатор выполнен в виде оптоакустического перестраиваемого фильтра с одноканальным приемником ИК-излучения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам для обеспечения безопасности человека и может быть использовано в различных местах контролируемого доступа, таких как транспортные терминалы, аэропорты, а также в других закрытых охраняемых объектах, например военных учреждениях.

Существует множество разнообразных систем и методов получения информации о личности человека, например фотографии, которые сканируются на входе, биометрические системы идентификации, которые сравнивают биометрическую информацию с информацией, хранящейся в памяти системы. Идентификация с помощью биометрических технологий является в настоящее время одним из перспективных, бурно развивающихся направлений, среди которых методы и средства, использующие отпечатки пальцев, занимают одно из ведущих мест. Кроме того, существует также множество систем и методов детектирования и идентификации взрывчатых веществ (ВВ), применяемых для ограничения доступа в тех же ситуациях и на тех же объектах, что и биометрические системы контроля доступа.

Одной из актуальных проблем, получивших в последние годы широкое распространение во всем мире, является борьба с терроризмом, использующим ВВ. Обычные методы обнаружения ВВ требуют либо просвечивания ионизирующим излучением, небезопасным для здоровья человека, либо забора пробы воздуха или смыва образца с поверхности, то есть дополнительной работы оператора и затрат времени на подготовку образца для исследования.

В настоящее время во всем мире проводятся работы по разработке и внедрению биометрической паспортизации. В аэропортах, в банках, на границе и т.д. широко используются методы биометрической идентификации личности, основанные на анализе структуры папиллярных линий пальцев путем сканирования и сравнения отпечатков пальцев человека с базой данных. В связи с этим весьма перспективным является включение в процедуру биометрической идентификации анализа поверхности кожи, например отпечатков пальцев, на наличие следов ВВ. Это объясняется тем, что при дактилоскопическом методе контроля анализируются отпечатки пальцев, являющихся частями тела человека, наиболее вероятными в качестве носителя остаточных количеств веществ, с которыми он имел дело накануне. Следует также отметить, что большинство ВВ плохо растворимы в воде и обладают сильными адгезионными свойствами, поэтому вероятность сохранения следовых количеств ВВ в складках кожи в течение длительного времени после контакта и даже после мытья рук достаточна велика. Таким образом, исследование спектра поверхности кожи может дать информацию о контакте человека с ВВ.

Существует множество методов детектирования и идентификации ВВ и реализующих их современных приборов, среди которых следует выделить спектроскопические методы обнаружения ВВ. При этом используются как неоптические методы, такие как газовая хроматография, спектрометрия подвижности ионов и масс-спектрометрия, так и оптические. При осуществлении неоптических методов проба воздуха отбирается ручным выносным пробоотборником, проводится ее концентрация и анализ в камере прибора.

Наиболее успешно, с точки зрения изготовления коммерческих детекторов паров и частиц ВВ, продвинулись первые два направления. Ввиду высокой чувствительности, селективности и быстродействия в последнее время для контроля микроконцентраций примесей органических и неорганических веществ в газах и, в частности в атмосферном воздухе, все большее применение находят приборы, основанные на методе детектирования по подвижности ионов.

В качестве примера можно привести известный из патентной литературы спектрометр подвижности ионов (см. патент РФ №2216817, МПК 7 H01J 49/40, G01N 27/62, оп. 2003.11.20). Изобретение относится к области газового анализа и может использоваться для определения микропримесей различных веществ в газах или применяться в газовой хроматографии в качестве чувствительного детектора. Известный спектрометр подвижности ионов состоит из камеры ионообразования и дрейфовой камеры. Камера ионообразования, выполненная из диэлектрика, имеет отверстие для ввода анализируемого вещества в смеси с газом-носителем в область ионизации, отверстие для вывода дрейфового газа и смеси анализируемого вещества с газом-носителем. Кроме этого, в камере расположены выталкивающий электрод, представляющий собой пластину из никеля или нержавеющей стали, и диск, на поверхность которого нанесен радиоактивный препарат. Диск имеет отверстие, в котором закреплен сеточный затвор. Дрейфовая камера выполнена из диэлектрика и имеет отверстие для ввода дрейфового газа. В дрейфовой камере размещены апертурная сетка и коллектор ионов. Однородное электрическое поле в области дрейфа создается охранными кольцами, которые изолированы друг от друга втулками из диэлектрика.

К достоинствам известного спектрометра следует отнести высокую разрешающую способность и высокую чувствительность устройства, обусловленную геометрическим расположением элементов в камере ионообразования (выталкивающего электрода, сеточного затвора и диска с радиоактивным препаратом).

Однако недостатком известного устройства является низкая селективность обнаружения. Устройство часто не способно отличить ВВ от их аналогов, а также обнаруживает только ограниченную часть типов ВВ. Кроме того, данное устройство невозможно использовать для детектирования и идентификации ВВ, содержащихся в отпечатках пальцев.

Оптические методы отличаются дистанционностью и автоматизацией, а следовательно, обладают двумя принципиальными преимуществами: незаметностью для террориста и отсутствием фазы ручного отбора проб.

Оптические методы обнаружения ВВ можно разделить на следующие основные группы:

- поглощательная спектроскопия;

- Рамановская спектроскопия.

Однако в виду технической сложности и высокой себестоимости указанных методов только некоторые из них удалось довести до коммерческой реализации. Так, например, многопроходная поглощательная спектроскопия для обнаружения ВВ была предложена в работе (см. M.W.Todd, R.A.Provencal, T.G.Owano, B.A.Paldus, A.Kachanov, V.I.Vodopyanov, M.Hunter, S.Coy, J.I.Steinfeld, and J.T.Arnold «Применение средней инфракрасной «Cavity Ringdown Spectroscopy» с использованием широко перестраиваемого оптического параметрического осциллятора для детектирования следовых количеств ВВ», Applied Physics B75, 367, 2002).

Из патентной литературы известен детектор для обнаружения взрывчатых веществ (см. патент РФ №2148825, МПК 7 G01N 33/22, G01N 25/54, G01N 21/65, оп. 2000.05.10). Изобретение относится к устройствам для обнаружения взрывчатого материала в образце. Сущность изобретения заключается в том, что присутствие пластикового взрывчатого вещества Семтекс в образце, таком как отпечаток пальца на предмете, обнаруживается с помощью Рамановской спектроскопии. Активные химические ингредиенты Семтекса имеют устойчивые Рамановские пики на 885 и 874 см ^-1 соответственно. С учетом этого данные пики могут быть обнаружены Рамановской спектроскопической системой с использованием фильтра, имеющего узкую ширину пропускания, сцентрированного на 880 см^-1 и пропускающего к детектору свет в узкой полосе, которая перекрывает 874 и 885 см ^-1. Такой фильтр используется в Рамановской системе, применяемой для сканирования авиационных посадочных талонов, или в Рамановском микроскопе, который воспроизводит изображение отпечатков пальцев. Устройство для обнаружения взрывчатого материала в образце содержит источник света для освещения образца для того, чтобы вызвать получение Рамановского рассеянного света, и детектор для обнаружения Рамановского рассеянного света, полученного от образца. Узкополосный фильтр, середина полосы пропускания которого настроена на величину около 880 см^-1, помещается между образцом и детектором. Оптическая схема содержит дифракционную решетку и прибор с зарядовой связью и позволяет в относительно короткий промежуток времени и при наличии в образце загрязнений обнаружить наиболее часто применяемые взрывчатые вещества.

Существенным недостатком известного технического решения является возможность работы устройства только с образцами, являющимися вторичными переносчиками следов, что уменьшает количество анализируемого вещества. При этом устройство предназначено для работы только в условиях, где имеется квалифицированный персонал, который собирает образцы с отпечатками (билеты, документы). Весьма громоздкой и сложной является также оптическая схема устройства, оснащенная лазерным источником освещения, а также большим количеством зеркал, дихроичных фильтров и линзовых систем.

В патентной литературе (см. патент США №6420708, МПК 7 G01N 21/27, G01N 21/35, оп. 16.07.2002) описано устройство для анализа спектра методом многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО). Известное устройство включает протяженный источник света, приспособление для разложения света в спектр, подставку для образца, которая является кристаллом полного внутреннего отражения, и линейку фоточувствительных элементов для детектирования спектра и создания выходного массива данных в виде зависимости интенсивности от длины волны. Подставка для образца расположена между источником света и приспособлением для разложения света в спектр. Свет распространяется вдоль подставки для образца от источника к спектральному приспособлению. Кристалл подставки имеет две поверхности, на одной из которых размещается образец из материала, подвергаемого МНПВО-анализу, и две грани, скошенные под углом к вышеуказанным поверхностям. Инфракрасное излучение от указанного выше источника света может быть непрерывным, электронно модулированным или модулированным механическим модулятором. В описанном устройстве нет необходимости использования фокусирующей оптики, его оптическая система проста и компактна, что является несомненным достоинством прибора. Однако существенным недостатком известного технического решения является недостаточная оперативность, обусловленная большими временными затратами на подготовку образца для исследования. Для спектрального анализа образцов материала, например, снятых на месте преступления отпечатков пальцев, их необходимо доставить в специальную лабораторию и установить на подставку из указанного выше кристалла МНПВО.

Существуют научные работы, например, A.Grant, TJ Wilkinson, D.R.Holman, M.C.Martin «Идентификация следов веществ путем анализа латентных отпечатков пальцев при помощи инфракрасной микроспектроскопии», Appl. Spectrosc. 59:1182-7, 2005. В указанной работе для идентификации веществ, содержащихся в отпечатках пальцев, обнаруженных на месте преступления, используется метод МНПВО. Отпечаток снимается с места обнаружения и отправляется в лабораторию, где его прижимают к элементу МНПВО и получают спектр.

Известна также система идентификации личности и безопасности (см. патент США №6914668, МПК 7 G01J 3/30, оп. 2004.11.18), являющаяся по своей технической сущности наиболее близкой к заявляемому изобретению. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа. Известная система включает систему идентификации личности и систему детектирования и идентификации контролируемых (взрывчатых) веществ. В указанных системах использованы: считыватель документов для чтения информации с документа и спектроскопический анализатор для анализа вышеупомянутого документа с целью определения наличия или отсутствия на нем контролируемых (взрывчатых) веществ. В состав системы входит также система, обрабатывающая сигналы от системы идентификации личности и системы детектирования и идентификации контролируемых (взрывчатых) веществ, и тревожный индикатор, генерирующий сигнал тревоги от, по крайней мере, одного из вышеупомянутых сигналов.

Система идентификации личности может являться системой сравнения биометрической информации. В соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения на поверхности биометрического считывателя изображений установлено прозрачное основание, на которое помещается часть тела, например ладонь. Предпочтительно, чтобы прозрачное основание было сделано из материала, который не создает второй гармоники Рамановского (комбинационного) рассеяния и люминесценции при параметрах, определенных для идентификации контролируемых веществ. Еще более предпочтительно, чтобы прозрачное основание было покрыто тонким слоем материала, который создает поверхностно усиленный Рамановский спектр (SERS), например серебром, золотом или медью с шероховатой поверхностью. При такой поверхности молекулы контролируемых веществ могут давать SERS, усиливающий видимость Рамановского спектра в 10 или более раз.

Указанный выше спектроскопический анализатор для анализа вышеупомянутого документа с целью определения наличия или отсутствия на нем ВВ может являться спектроскопическим анализатором, использующим в качестве источника излучения лазер.

Особенностью системы идентификации личности и безопасности является то, что система проверки идентификации личности и система детектирования и идентификации взрывчатых веществ осуществляют идентификацию личности и детектирование и идентификацию взрывчатых веществ одновременно. Это является несомненным достоинством известной системы, отличающим ее от описанных выше аналогов.

Другой важной особенностью известной системы идентификации личности и безопасности является то, что человек, чью личность проверяют системой идентификации личности, не догадывается о наличии в системе возможности обнаружения и идентификации взрывчатых веществ. Это обстоятельство также является важным преимуществом системы, выбранной в качестве прототипа, по сравнению с описанными выше аналогами.

Однако несмотря на указанные достоинства описанная система имеет недостатки, обусловленные высокими затратами на технические средства, необходимые для ее реализации. Как было указано выше, в спектроскопическом анализаторе, определяющем наличие или отсутствие на документе взрывчатых веществ, в качестве источника света используется лазер, а также сканирующие элементы, например зеркала, вращаемые моторами. Это усложняет и удорожает конструкцию системы, делает ее менее надежной, а также увеличивает ее габариты.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности, упрощение конструкции и уменьшение габаритов системы при одновременном сохранении достоверности результатов, а также снижении материальных затрат на ее изготовление.

Для решения поставленных задач предлагается система обнаружения взрывчатых веществ в отпечатках пальцев методом спектроскопии многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) в процессе биометрической идентификации, которая, как и наиболее близкая к ней система, выбранная в качестве прототипа, состоит из системы идентификации личности, представляющей собой систему сравнения биометрической информации, включающую биометрический сканер с установленным на его рабочей поверхности прозрачным основанием, и системы детектирования и идентификации взрывчатых веществ, включающей спектроскопический анализатор с источником излучения. В состав системы обнаружения взрывчатых веществ в отпечатках пальцев входит также устройство обработки сигналов, поступающих из системы идентификации личности и системы детектирования и идентификации взрывчатых веществ, и тревожный индикатор, генерирующий сигнал тревоги, по крайней мере, от одного из вышеупомянутых сигналов.

Особенностью предлагаемого изобретения, отличающей его от известной, принятой за прототип системы, является то, что в системе идентификации личности используют оптический биометрический сканер, причем прозрачное основание, установленное на его рабочей поверхности, выполнено в виде элемента МНПВО. Элемент МНПВО представляет собой плоскопараллельную пластину со скошенными боковыми гранями: входной и выходной, выполненную из оптического материала, имеющего коэффициент преломления больший, чем у материала, из которого изготовлена призма оптического сканера. Материал пластины пропускает излучение в диапазоне, соответствующем спектрам поглощения идентифицируемых веществ, а также излучение, на котором работает биометрический сканер. Источник излучения выполнен с возможностью установки перед входной скошенной боковой гранью элемента МНПВО, при этом он испускает излучение в диапазоне, соответствующем спектрам поглощения идентифицируемых веществ. Спектроскопический анализатор системы обнаружения взрывчатых веществ в отпечатках пальцев методом спектроскопии МНПВО может быть выполнен в виде дифракционного полихроматора с многоканальным приемником ИК-излучения, либо в виде опто-акустического перестраиваемого фильтра с одноканальным приемником ИК-излучения.

Основными задачами, поставленными при создании предлагаемого изобретения, являются:

- повышение надежности;

- упрощение конструкции;

- уменьшение габаритов системы;

- сохранение достоверности результатов;

- снижение материальных затрат на изготовление системы.

Выполнение указанных задач стало возможным благодаря следующему.

В основу заявляемой системы обнаружения взрывчатых веществ в отпечатках пальцев положено явление нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). Это явление связано с распространением света во вторую среду, примыкающую к границе, на которой происходит внутреннее отражение в первой, оптически более плотной среде. Внутреннее отражение называется полным (ПВО), если весь световой поток без потерь отражается от границы. Полное внутреннее отражение является нарушенным, если отраженный поток меньше падающего либо за счет поглощения, либо за счет распространения части потока во вторую среду. Элемент НПВО - это прозрачная оптическая деталь, с помощью которой создаются условия для получения спектров НПВО материалов при однократном отражении. Метод получения оптического спектра образца, находящегося в контакте с оптически более плотной средой, основан на измерении света, отраженного поверхностью и возвращенного обратно в более плотную среду. Полученные спектры являются характерными для данного образца. Для усиления интенсивности спектра применяются элементы с большим числом отражений от границы - элементы многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО).

Принцип метода МНПВО схематически показан на фиг.1. Наиболее широко метод МНПВО распространен в ИК-области.

В заявляемом изобретении предлагается в системе идентификации личности использовать оптический биометрический сканер, причем прозрачное основание, установленное на его рабочей поверхности, выполнено в виде элемента МНПВО, представляющего собой плоскопараллельную пластину со скошенными боковыми гранями (см. фиг.1). Другими важными компонентами системы являются источник излучения и спектроскопический анализатор, позволяющий получить спектр излучения, проходящего через элемент МНПВО (см. фиг.2). При взаимодействии излучения, распространяющегося внутри элемента МНПВО, с прилегающим к поверхности объектом, например пальцем террориста со следами ВВ, регистрируют спектры, которые позволяют идентифицировать вещество согласно его молекулярному составу. Каждая элементная группа молекулы обладает спектром собственных колебаний, которые взаимодействуют с электромагнитным излучениям путем дипольного поглощения. В результате в излучении широкополосного источника электромагнитного излучения образуются полосы поглощения, создающие «подпись», уникальную для каждой молекулы. ВВ являются относительно простыми органическими соединениями с характерными элементными группами, такими как нитрогруппа, бензольное кольцо, непредельные связи и др. Кроме того, как было указано выше, вероятность сохранения следов ВВ на пальцах человека, имевшего дело с изготовлением или упаковкой ВВ, весьма велика в силу высокой адгезионной способности и плохой растворимости в воде.

Время регистрации оптического спектра методом спектроскопии МНПВО не превышает 1 с, а сам спектр представляет собой уникальную для каждого образца численную информацию, надежно обрабатываемую программным обеспечением. Таким образом, использование метода МНПВО позволяет решить проблему быстродействия, надежности идентификации и автоматизации обнаружения ВВ.

Еще одним существенным признаком, отличающим предлагаемое изобретение от ближайшего аналога, является наличие в системе источника излучения, установленного перед входной гранью элемента МНПВО. В заявляемой системе нет необходимости в лазерном источнике, благодаря чему удалось существенно упростить конструкцию системы, а следовательно, повысить ее надежность, уменьшить габариты, снизить материальные затраты.

Метод МНПВО весьма перспективен, так как обладает большими возможностями для оптимизации за счет изменения материала, размеров и геометрии элемента МНПВО, а также разнообразия источников и приемников оптического излучения. Число проникновений излучения в образец регулируется толщиной элемента МНПВО и углом отражения сканирующего излучения. Глубина проникновения излучения зависит от угла отражения, от материала элемента МНПВО и состояния его поверхности. За счет увеличения числа отражений и повышения чувствительности приемника излучения можно добиваться повышения чувствительности метода к малым количествам определяемого вещества. Указанные возможности реализованы в представленном конкретном примере выполнения оптической схемы заявляемой системы обнаружения взрывчатых веществ в отпечатках пальцев (см. фиг.3).

Существенные признаки, относящиеся к геометрии элемента МНПВО, а также требования к материалу, из которого он изготовлен, обеспечивают создание оптимальных условий для эффективной реализации метода МНПВО в предлагаемой авторами конструкции системы.

Признаки, изложенные в пунктах 2 и 3 формулы, касаются различных возможностей реализации спектроскопического анализатора, входящего в состав системы обнаружения взрывчатых веществ в отпечатках пальцев методом спектроскопии МНПВО.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображена принципиальная схема метода МНПВО, положенного в основу заявляемого изобретения;

на фиг.2 представлена блок-схема, предлагаемая в качестве одного из конкретных вариантов осуществления заявляемой системы;

на фиг.3 представлен один из конкретных примеров выполнения оптической схемы заявляемой системы обнаружения ВВ в отпечатках пальцев (главный вид);

на фиг.4 показаны спектры тетранитропентаэритрита (ТЭНа), чистого пальца и следов ТЭНа разной интенсивности.

Система обнаружения ВВ в отпечатках пальцев методом спектроскопии МНПВО, установленная, например, в аэропорте в зоне проверки багажа или личных вещей пассажиров, состоит из системы 1 идентификации личности и системы 2 детектирования и идентификации ВВ (см. фиг.2). Система 1 представляет собой систему сравнения биометрической информации и содержит оптический биометрический сканер 3, на рабочей поверхности которого закреплен элемент 4 МНПВО (см. фиг.3). В качестве биометрического сканера 3 может быть использован, например, один из вариантов устройства для регистрации отпечатка пальца, запатентованного заявителем (см. патент РФ на полезную модель №46914, МПК 7 А61В 5/053, А61В 5/117, опубл. 10.08.2005). Система 2 детектирования и идентификации ВВ состоит из источника инфракрасного излучения 5, элемента 4 МНПВО, спектроскопического анализатора 6 (см. фиг.2), выполненного в виде полихроматора с многоканальным неохлаждаемым приемником 7 ИК-излучения (см. фиг.3). В состав системы обнаружения ВВ входит также устройство 8 обработки сигналов, поступающих из системы 1 идентификации личности и системы 2 детектирования и идентификации ВВ, а также тревожный индикатор 9, генерирующий сигнал тревоги на основании сигналов, поступающих из устройства 8 обработки сигналов. Устройство 8 обработки сигналов, представляющее собой, например, персональный компьютер, содержит базу данных 10 отпечатков пальцев и спектров взрывчатых веществ, а также программное обеспечение 11 для идентификации личности и детектирования ВВ.

Ниже более подробно рассмотрена конструкция одного из конкретных примеров выполнения оптической схемы заявляемой системы обнаружения ВВ в отпечатках пальцев методом спектроскопии МНПВО (см. фиг.3).

Основным элементом оптической схемы заявляемой системы является элемент 4 МНПВО однократного прохождения, выполненный в виде плоскопараллельной пластины со скошенными боковыми гранями: входной «А» и выходной «Б». В разрезе элемент 4 МНПВО представляет собой правильную трапецию с углами при основании, равными 45°. Такие углы обеспечивают наиболее полное заполнение элемента излучением. Верхняя и нижняя грани элемента 4 МНПВО, а также боковые скошенные грани «А» и «Б» полируются по оптическому классу. Элемент 4 изготавливается из оптического материала с коэффициентом преломления большим, чем у материала, из которого изготовлена призма 12 оптического сканера 3 отпечатков пальцев (см. фиг.3). Это необходимо для полного внутреннего отражения на нижней грани элемента 4 МНПВО. Элемент 4 МНПВО устанавливают на рабочей поверхности призмы 12 и закрепляют клеем, спектр которого не содержит сильных линий поглощения в ИК-области (например, ИК-1М). Это необходимо для того, чтобы спектр клея, образовавшийся в результате МНПВО на нижней грани элемента 4 МНПВО, не заслонил спектр вещества, анализируемого на верхней грани. Перед входной гранью «А» элемента 4 МНПВО установлен источник 5 ИК-излучения. Источником 5 ИК-излучения служит нагретое тело с импульсным характером излучения, например источник ИК-излучения производства фирмы «Патинор Коутингс Лимитед», Москва.

Излучение источника 5 входит во входную грань «А», распространяется в элементе 4 МНПВО путем многократных внутренних отражений от верхней и нижней граней и выходит через выходную грань «Б». Сформированный на выходе астигматический пучок преобразуется объективом 13 в коллимированный пучок и направляется на плоскую дифракционную решетку 14. Дифракционная решетка 14 отражает излучение различных длин волн под различными углами, то есть разлагает его в спектр. Отраженное от дифракционной решетки 14 излучение попадает на объектив 15, который строит изображение ИК-спектра в плоскости приемника 7 ИК-излучения. При этом в результате того, что фокальные точки для разных длин волн расположены последовательно в пространстве, при вытянутом многоканальном приемнике 7 ИК-излучения каждая его часть принимает излучение одной длины волны.

В качестве приемника 7 ИК-излучения может быть использована линейка пироэлектрических элементов, чувствительных к излучению в диапазоне 7-11 мкм, например Microray64, швейцарской фирмы IRmicrosystems с окном, блокирующим излучение с длинами волн меньше 6,5 мкм. Параметры объектива 15 рассчитаны таким образом, чтобы расстояние между фокальными областями для излучения с длинами волн 7 и 11 мкм было равно длине многоканального приемника 7 ИК-излучения. В результате на приемнике 7 ИК-излучения формируется энергетический спектр необходимого спектрального диапазона. Приемник 7 ИК-излучения и источник 5 ИК-излучения управляются от одного генератора импульсов (не показан). Для повышения эффективности желательно подобрать сдвиг по фазе, чтобы приемник 7 ИК-излучения включался с небольшой задержкой, компенсирующей время разогрева источника 5 ИК-излучения.

Система работает следующим образом.

К рабочей грани элемента 4 МНПВО прижимают анализируемый палец. В местах контакта выступов на коже пальца с рабочей гранью элемента 4 МНПВО происходит нарушение полного внутреннего отражения, поэтому интенсивность света, отраженного в этих местах, существенно ниже, чем при полном отражении. Сканер 3 биометрической информации считывает изображение папиллярных линий, которое поступает в устройство 8 обработки сигналов, при помощи математической обработки преобразуется в биометрическую информацию, необходимую для идентификации личности, и сравнивается с отпечатками, имеющимися в базе данных 10.

Одновременно в спектре излучения от источника 5 ИК-излучения, распространяющегося вдоль элемента 4 МНПВО до выходной грани «Б» и регистрируемого приемником 7 ИК-излучения, появляются провалы, соответствующие линиям поглощения веществ, содержащихся на поверхности пальца. Сигнал с приемника 7 ИК-излучения поступает в устройство 8 обработки сигналов, в котором он обрабатывается на предмет наличия линий поглощения, расположенных на частотах, соответствующих ВВ. При наличии в спектре нескольких линий данного вещества следует сравнить их относительные интенсивности. Разным веществам может быть приписана разная степень достоверности детектирования. В зависимости от результата сравнения и от степени достоверности детектирования вещества может формироваться вывод об уровне тревоги. При любом уровне тревоги программа выдает отрицательное заключение о прохождении контроля, однако, проверочные действия можно дифференцировать согласно уровню тревоги.

В качестве иллюстрации на фиг.4 представлены спектры ТЭНа, чистого пальца, пальца с малыми следами ТЭНа и пальца, вымытого водой после контакта с ТЭНом. Спектры рассчитаны как отношение интенсивности излучения, прошедшего через элемент 4 МНПВО, к интенсивности излучения, входящего в него через грань «А» (на фиг.4 соответствует уровню пропускания 100% для всех длин волн).

Спектры получены от пальцев, находящихся в контакте с поверхностью рабочей грани элемента 4 МНПВО в течение 2 сек. Из фиг.4 видно, что линии поглощения ТЭНа приходятся на участок гладкого поведения спектра чистого пальца и потому отчетливо выделяются. Степень достоверности детектирования ТЭНа для случая, названного «палец с малыми следами» значительно выше, чем для случая пальца, вымытого после ТЭНа. В первом случае могут выделить 5 линий поглощения ТЭНа, а во втором - только две наиболее сильные. Тем не менее, двух линий в спектре вымытого пальца достаточно, чтобы ПО 11 могло сделать вывод о наличии ВВ и сформировать положительный сигнал для тревожного индикатора 9. Минимальная детектируемая масса для ТЭНа в подобном случае оценивается 2 мкг.

Таким образом, предлагаемое изобретение, в основу которого положен метод спектроскопии МНПВО, позволяет по сравнению с прототипом существенно повысить надежность, упростить конструкцию, уменьшить габариты системы и снизить материальные затраты при одновременном сохранении высокой достоверности результатов обнаружения ВВ в отпечатках пальцев.