Способ идентификации и устройство для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ

 

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) для обнаружения веществ, содержащих ядра, обладающие квадрупольным моментом. Способ заключается в регистрации поглощения сигнала при возникновении ЯКР при воздействии на исследуемый объект стационарного радиочастотного поля, вырабатываемого спин-генератором, частота колебаний которого определяется частотой ЯКР эталонного образца, совпадающего по своему химсоставу с исследуемым веществом. Для реализации способа предложено устройство, содержащее перестраиваемый спин-генератор, вход которого соединен с катушкой колебательной системы спин-генератора, внутри которой расположен эталонный образец. Выход спин-генератора соединен с входом усилителя мощности, нагруженного на передающую антенну, а также с вторым входом приемника, первый вход которого соединен с приемной антенной, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом микропроцессорного контроллера, первый выход которого соединен с входом спин-генератора, а второй выход - с входом модулятора, нагруженного на модуляционные катушки. Техническим результатом изобретения является невысокая мощность излучения и исключение влияния температуры на результаты измерений. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) для обнаружения веществ, содержащих атомы, ядра которых обладают квадрупольным моментом. Изобретение может быть использовано, например, для обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ в багаже при транспортировке или при проведении досмотра пассажиров в аэропорту.

Близким по техническому решению является способ, используемый в устройстве [1], взятом в качестве прототипа. Данное устройство работает в импульсном режиме и содержит управляемый персональным компьютером генератор импульсов, генератор радиочастоты, электронный ключ, усилитель мощности, нагруженный на передающую антенну, приемную антенну, подключенную ко входу приемника, цифровой выход которого соединен со входом компьютера. В данном устройстве исследуемый объект облучают радиочастотными импульсами, а идентификацию искомого вещества осуществляют путем сравнении ЯКР спектра, полученного в результате измерения, со спектрами, полученными при предварительных исследованиях на эталонных образцах.

Основными недостатками данного способа являются относительно высокая мощность облучения (сотни ВА) и зависимость частоты ЯКР от температуры образца. Выделение значительного количества тепла при облучении образца в процессе измерения, а также изменение температуры окружающей среды приводят к тому, что частота ЯКР изменяется, делая измерение невозможным. Применение же жесткой термостабилизации образца при измерении значительно ограничивает область использования данного способа.

Предлагаемый способ идентификации наркотических и взрывчатых веществ свободен от перечисленных недостатков и отличается тем, что на исследуемый объект воздействуют стационарным радиочастотным сигналом (требуемая мощность составляет десятые доли ВА), частота которого совпадает с частотой ЯКР вещества, которое необходимо идентифицировать. Идентификацию осуществляют, регистрируя поглощение сигнала, вызванное ЯКР. В качестве задающего генератора используют так называемый спин-генератор, частота колебаний которого определяется частотой ЯКР эталонного образца, совпадающего по своему химическому составу с веществом, которое необходимо идентифицировать. Расположение эталонного образца в условиях, одинаковых с анализируемым объектом, позволяет исключить влияние температуры на результаты измерений.

Предлагаемое устройство для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ (фиг. 1), в котором реализован предлагаемый способ идентификации, содержит перестраиваемый радиочастотный спин-генератор 1, катушку колебательной системы спин-генератора 2, усилитель мощности 3, передающую антенну 4, приемную антенну 5, приемник 6, аналого-цифровой преобразователь 7, микропроцессорный контроллер 8, индикатор 9, модулятор 10, модуляционные катушки 11.

На фиг. 1 изображена схема устройства для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ, в котором реализован предлагаемый способ идентификации.

На фиг. 2 изображены эпюры изменения выходной частоты спин-генератора f, магнитного поля H и сигнала поглощения ЯКР.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Предлагаемый способ идентификации может быть реализован в устройстве для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ, структурная схема которого представлена на фиг. 1. Устройство работает следующим образом. Спин-генератор 1 вырабатывает радиочастотные колебания, частота которых определяется частотой ЯКР эталонного образца f_res, помещенного в катушку 2, и перестраивается в пределах от f_res - Δ f до f_res + Δ f микропроцессорным контроллером 8. Сигнал с выхода генератора 1, усиленный усилителем 3, излучается антенной 4 на анализируемый объект X. При наличии в анализируемом объекте X вещества, идентичного по своему химическому составу эталонному образцу S, и совпадении значения частоты генератора с f_res происходит частичное поглощение энергии сигнала, а непоглощенная часть поступает на приемную антенну 5. Далее сигнал усиливается приемником 6, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 7 и поступает на вход контроллера 8. После накопления и обработки сигнала результат отображается на индикаторе 9. Для выделения сигнала ЯКР применена модуляция магнитным полем катушек 11 путем пропускания через последние импульсов тока, сформированных модулятором 10. Модулятор 10 управляется микропроцессорным контроллером 8. Эпюры изменения выходной частоты спин-генератора f, магнитного поля H и сигнала поглощения ЯКР показаны на фиг. 2.

Источник информации 1. V. S. Grechishkin. NQR Device for Detecting Plastic Explosives, Mines and Drugs /Applied Physics A 55, 505-507 (1992).

Формула изобретения

1. Способ идентификации наркотических и взрывчатых веществ, заключающийся в регистрации поглощения сигнала при возникновении ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), отличающийся тем, что на исследуемый объект воздействуют стационарным радиочастотным сигналом, вырабатываемым спин-генератором, частота колебаний которого определяется частотой ЯКР эталонного образца, совпадающего по своему химическому составу с веществом, которое необходимо идентифицировать.

2. Устройство для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ для осуществления способа по п. 1, содержащее перестраиваемый спин-генератор, вход которого соединен с катушкой колебательной системы спин-генератора, внутри которой расположен эталонный образец, совпадающий по своему химическому составу с веществом, которое необходимо идентифицировать, выход спин-генератора соединен с входом усилителя мощности, нагруженного на передающую антенну, а также с вторым входом приемника, первый вход которого соединен с приемной антенной, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом микропроцессорного контроллера, первый выход которого соединен с входом спин-генератора, а второй выход - с входом модулятора, нагруженного на модуляционные катушки.

3. Устройство для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ по п.2, отличающееся тем, что наличием нескольких катушек колебательных систем спин-генератора, в каждой из которых расположены различные эталонные образцы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2