Якр-обнаружитель взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), в частности к системам обеспечения безопасности при контроле доступа в охраняемые помещения. ЯКР-обнаружитель содержит приемное устройство, блок формирования и обработки сигнала, N видеокамер, устройство обработки оптической информации, весовую платформу, взвешивающее устройство, датчик ЯКР и индикатор, передающее устройство, демпфирующее устройство и устройство подстройки контура датчика ЯКР. Человек, проходящий досмотр, помещен в кабину с двойными стенками и располагается на помещенной внутри кабины весовой платформе, внутренняя стенка которой выполнена из диэлектрика, а внешняя является экраном. Контур датчика ЯКР размещен между стенками кабины, причем N видеокамер установлено таким образом, что при заранее заданном положении человека, проходящего досмотр, не обнаруживают его. Технический результат состоит в достижении возможности обнаружения металлов, взрывчатых, в том числе безкорпусных, и наркотических веществ, а также их идентификации. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), в частности к системам обеспечения безопасности при контроле доступа в охраняемые помещения.

Известно устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ [патент 2190842, заявка 2001118733, опубл. 10.10.2002 г.], содержащее сигнальный процессор, индикаторное устройство, приемное устройство, синтезатор частот, синхронизатор, усилитель мощности, датчик ЯКР-сигнала, полосовой фильтр и демпфирующее устройство. Первый выход синхронизатора соединен с первым входом приемного устройства, второй выход синхронизатора соединен со вторым входом приемного устройства, первый вход синхронизатора соединен с выходом синтезатора частот, вход демпфирующего устройства 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.

Недостатком этого устройства является невозможность обнаружения им металлов.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей [WO 02/35259 А1, опубл. 02.05.2002 г.], содержащее последовательно соединенные радиоприемную антенну, сфокусированную на участке поверхности тела, радиометрический приемник, блок обработки и отображения информации, причем оператор и устройство для обнаружения предметов помещены в теплоизолированную кабину с двойными стенками, между которыми расположен материал, поглощающий радиоволны и находящийся при температуре, отличной от температуры тела человека, при этом внутренняя стенка кабины выполнена из радиопрозрачного материала, а сканирование антенны по телу человека осуществляется вручную оператором.

Недостатками этого устройства является невозможность определения взрывчатых, в том числе без корпусных, и наркотических веществ, а также их идентификации. Технический результат предлагаемого изобретения состоит в достижении возможности обнаружения металлов, взрывчатых, в том числе без корпусных, и наркотических веществ, а также их идентификацию.

Сущность изобретения состоит в том, что ЯКР-обнаружитель взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, содержит приемное устройство, блок формирования и обработки сигнала, причем человек, проходящий досмотр, помещен в кабину с двойными стенками. Отличительными признаками является то, что введены N видеокамер, устройство обработки оптической информации, весовая платформа, взвешивающее устройство, датчик ЯКР, передающее устройство, демпфирующее устройство, устройство подстройки контура датчика ЯКР и индикатор. Первый выход датчика ЯКР подключен к входу приемного устройства, первый выход которого соединен с первым входом блока формирования и обработки сигнала, второй выход приемного устройства соединен со вторым входом блока формирования и обработки сигнала. Третий вход блока формирования и обработки сигнала является входом ЯКР-обнаружителя взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей. Первый выход блока формирования и обработки сигнала подключен к передающему устройству, выход передающего устройства соединен с первым входом датчика ЯКР, второй выход блока формирования и обработки сигнала соединен с демпфирующим устройством, выход демпфирующего устройства соединен со вторым входом датчика ЯКР. Третий выход блока формирования и обработки сигнала соединен с входом устройства подстройки контура датчика ЯКР, выход устройства подстройки контура связан с третьим входом датчика ЯКР, весовая платформа связана с взвешивающим устройством, выход взвешивающего устройства подключен к четвертому входу блока формирования и обработки сигнала. Выходы N видеокамер соединены с N входами устройства обработки оптической информации, выход которого подключен к пятому входу блока формирования и обработки сигнала, четвертый выход блока формирования и обработки сигнала соединен с индикатором, пятый выход блока формирования и обработки сигнала подключен ко второму входу приемного устройства. Шестой выход блока формирования и обработки сигнала подключен к N+1 входу устройства обработки оптической информации, причем контур датчика ЯКР размещен между стенками кабины, внутренняя стенка которой выполнена из диэлектрика, а внешняя является экраном. Человек, проходящий досмотр, располагается на помещенной внутри кабины весовой платформе, а N видеокамер установлены таким образом, что при заранее заданном положении человека, проходящего досмотр, не обнаруживают его, а кабина имеет вход и выход.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого ЯКР-обнаружителя взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей.

На фиг.2 изображена блок-схема блока формирования и обработки сигнала.

На фиг.3 изображена блок-схема взвешивающего устройства.

На фиг.4 изображена блок-схема устройства обработки оптической информации.

На фиг.5 изображена блок-схема приемного устройства

На фиг.6 изображена диаграмма работы ЯКР-обнаружителя взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей.

ЯКР-обнаружитель взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, состоит из блока формирования и обработки информации 1 приемного устройства 2, передающего устройства 3, демпфирующего устройства 4, устройства подстройки контура датчика ЯКР 5, устройства обработки оптической информации 6, весовой платформы 7, выполненной, например, в виде упругой емкости из диэлектрического материала, заполненную жидкостью, взвешивающего устройства 8, N видеокамер 9, кабины 10, индикатора 11, датчика ЯКР 12.

Первый выход датчика ЯКР 12 подключен к входу приемного устройства 2, первый выход которого соединен с первым входом блока формирования и обработки сигнала 1, второй выход приемного устройства 2 соединен со вторым входом блока формирования и обработки сигнала 1. Первый выход блока формирования и обработки сигнала 1 подключен к передающему устройству 3, выход передающего устройства 3 соединен с первым входом датчика ЯКР 12. Второй выход блока формирования и обработки сигнала 1 соединен с демпфирующим устройством 4, выход демпфирующего устройства 4 соединен со вторым входом датчика ЯКР 12, третий выход блока формирования и обработки сигнала 1 соединен с входом устройства подстройки контура датчика ЯКР 5. Выход устройства подстройки контура датчика ЯКР 5 связан с третьим входом датчика ЯКР 12. Выход весовой платформы 7 гидравлически связан с взвешивающим устройством 8, выход которого подключен к четвертому входу блока формирования и обработки сигнала 1, четвертый выход блока формирования и обработки сигнала 1 соединен с индикатором 11, а третий вход блока формирования и обработки сигнала 1 является входом ЯКР-обнаружителя взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей. Пятый выход блока формирования и обработки сигнала 1 подключен ко второму входу приемного устройства 2. Шестой выход блока формирования и обработки сигнала 1 соединен с N+1 входом устройства обработки оптической информации 6. Выход каждой N-ой видеокамеры 9 соединен соответственно с каждым N-ым входом блока обработки оптической информации 6, выход которого подключен к пятому входу блока формирования и обработки сигнала 1. Контур датчика ЯКР 12 размещен между стенками кабины 10. Внутренняя стенка 14 кабины 10 выполнена из диэлектрика, а внешняя стенка 13 кабины 10 является экраном. Кроме того, кабина 10 имеет вход и выход. Человек 15, проходящий досмотр, располагается на помещенной внутри кабины 10 весовой платформе 7, а N видеокамер 9 установлены таким образом, что при заранее заданном положении человека 15, проходящим досмотр, не обнаруживает его.

Блок формирования и обработки сигнала 1, пример выполнения которого приведен на фиг.2, состоит из синтезатора частот 15, синхронизатора 16, сигнального процессора 17, устройства обмена 18, арифметико-логического устройства 19, запоминающего устройства 20. Выход синтезатора частот 15 соединен с первым входом синхронизатора 16, выход синхронизатора 16 подключен к первому входу сигнального процессора 17, первый выход сигнального процессора 17 подключен к первому входу устройства обмена 18, первый выход устройства обмена 18 подключен ко второму входу синхронизатора 16. Второй выход сигнального процессора соединен с третьим входом синхронизатора 16. Третий выход устройства обмена 18 соединен с первым входом арифметико-логического устройства 19, второй выход которого подключен к входу запоминающего устройства 20, выход запоминающего устройства 20 соединен со вторым входом арифметико-логического устройства 19, первый выход арифметико-логического устройства подключен ко второму входу устройства обмена 18.

Взвешивающее устройство 8, пример выполнения которого приведен на фиг.3, состоит из последовательно соединенных преобразователя давление - напряжение 21, усилителя постоянного тока 22 и аналого-цифрового преобразователя 23.

Устройство обработки оптической информации 6, пример выполнения которого приведен на фиг.4, состоит из мультиплексора 24, преобразователя видеосигнал-код 25, цифрового компаратора 26 и порогового регистра 27. Выход мультиплексора 24 соединен с входом преобразователя видеосигнал-код 25, выход преобразователя видеосигнал-код 25 подключен к первому входу цифрового компаратора 26, ко второму входу цифрового компаратора 26 подключен выход порогового регистра 27.

Приемное устройство 2, пример выполнения которого приведен на фиг.5, состоит из широкополосного усилителя 28, первого фазового детектора 29, второго фазового детектора 30, формирователя фазы 31, первого фильтра низких частот 32, первого аналого-цифрового преобразователя 33, второго фильтра низких частот 34, второго аналого-цифрового преобразователя 35. Выход широкополосного усилителя 28 соединен с первыми входами первого 29 и второго 30 фазовых детекторов, ко вторым входам первого 29 и второго 30 фазовых детекторов подключены соответственно первый и второй выходы формирователя фазы 31. Выход первого фазового детектора 29 соединен с последовательно соединенными первым фильтром низких частот 32. первым аналого-цифровым преобразователем 33. Второй фазовый детектор 30 подключен к последовательно соединенным второму фильтру низких частот 34, второму аналого-цифровому преобразователю 35.

ЯКР-обнаружитель взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, работает следующим образом:

Оператор выбирает из памяти запоминающего устройства 20 блока формирования и обработки сигнала 1 параметры ряда веществ, подлежащих обнаружению. Каждому веществу соответствует своя частота настройки контура датчика ЯКР 12, опорная частота приемного устройства 2, поступающая на формирователь фазы 31 приемного устройства 2 с синхронизатора 16 (фиг.6, график д), длительность и период повторения радиоимпульсов (фиг.6, график е), поступающих на передающее устройство 3 с синхронизатора 16. Длительность любых временных интервалов кратна длительности периода опорной частоты.

Перед началом работы необходимо проверить отсутствие человека и посторонних предметов внутри кабины 10. От оператора поступает команда на вход 3 блока формирования и обработки сигнала 1 и далее через устройство обмена 18 активизирует приемное устройство 2, устройство подстройки контура датчика ЯКР 5, устройство обработки оптической информации 6. С шестого выхода блока формирования и обработки сигнала 1 поступает сигнал, пропорциональный значению порога видеонаблюдения, на пороговый регистр 27 устройства обработки оптической информации 6. Видеокамеры 9 расположены на входе и выходе кабины 10 в определенном ракурсе так, что человек, правильно занявший место на весовой платформе 7, не попадает в зону наблюдения видеокамер. Одновременно сигналы с видеокамер 9 поступают на входы мультиплексора 24 устройства обработки оптической информации 6. Далее сигнал последовательно от каждой видеокамеры 9 преобразуется на преобразователе видеосигнал-код 25 в цифровой код и поступает на первый вход цифрового компаратора 26, на второй вход которого с порогового регистра 27 поступает цифровой код значения порога видеонаблюдения. При превышении сигнала с преобразователя видеосигнал-код 25 порогового значения, что соответствует отсутствию человека и посторонних предметов в кабине 10, цифровой компаратор 26 выдает сигнал, поступающий на вход 5 блока формирования и обработки сигнала 1 и далее на индикатор 11, что ЯКР-обнаружитель взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, готов к работе. После этого считывается информация о массе с взвешивающего устройства 8, поступающая на вход 4 блока формирования и обработки сигнала 1 и далее через устройство обмена 18 в запоминающее устройство 20. В случае информации о массе, не равной 0, арифметико-логическое устройство (АЛУ) 19 блока формирования и обработки сигнала 1 формирует сигнал тревоги, запрещающий работу ЯКР-обнаружителя взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, с выводом его на индикатор 11.

В случае, если масса равна 0, что соответствует отсутствию внутри кабины 10 человека или иных предметов, АЛУ 19 формирует сигнал, разрешающий последующую работу ЯКР-обнаружителя взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей. Из запоминающего устройства 20 через АЛУ 19, устройство обмена 18, на вход устройства подстройки контура 5 поступают исходные данные для настройки контура датчика ЯКР 12 на первую резонансную частоту, соответствующую первому обнаруживаемому веществу, ранее выбранному оператором. После завершения настройки контура датчика ЯКР 12 разрешается вход в кабину 10 человека 15, проходящего досмотр. Человек 15 занимает в кабине 10 место на весовой платформе 7. Информация о массе человека 15 поступает с взвешивающего устройства 8 на блок формирования и обработки сигнала 1 в запоминающее устройство 20. Человек 15, находящийся внутри кабины 10, расстраивает контур датчика ЯКР 12. Это можно рассматривать как частичное заполнение внутреннего объема катушки датчика ЯКР 12 белковым материалом с известными характеристиками:

- диэлектрической проницаемостью,

- электрической проводимостью.

Следовательно, возможно прогнозирование расстройки контура датчика ЯКР в зависимости от массы человека, находящегося внутри датчика ЯКР 12.

После взвешивания человека (фиг.6, график в) приемное устройство 2 определяет совместно с блоком формирования и обработки сигнала 1 величину и знак расстройки контура датчика ЯКР 12. Информация о величине и знаке расстройки поступает в запоминающее устройство 20. Затем устройство подстройки контура датчика ЯКР 5 подстраивает контур датчика ЯКР 12 снова на первую резонансную частоту, ликвидируя, таким образом, расстройку контура датчика ЯКР 12 массой человека. Затем АЛУ 19 сравнивает информацию о реальной расстройке контура датчика ЯКР с прогнозируемой по массе человека. Обработка ведется следующим образом. Из реальной расстройки контура датчика ЯКР вычитается прогнозируемая, затем по знаку и величине результирующей расстройки определяются тип и количество металла. Информация о металле выводится на индикатор 11.

Затем АЛУ 19 формирует команду “Пуск” (фиг.6, график г) и ЯКР-обнаружитель взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, выполняет следующие операции:

- излучается последовательность радиоимпульсов передающим устройством 3, состоящая из N радиоимпульсов (график е, фиг.6);

- по окончании каждого радиоимпульса включается демпфирующее устройство 4 для подавления собственных колебаний контура датчика до уровня чувствительности приемного устройства (график ж, фиг.6);

- на заданное время включается приемное устройство 2, принимающее ЯКР-отклик вещества; передается информация в блок формирования и обработки сигнала 1 (график и, фиг.6). Поступающая после каждого ЯКР-отклика приемная информация имеет отношение сигнал/шум <<1.

Количество радиоимпульсов, следовательно, и ЯКР-откликов вещества выбирается достаточным для определения заданной массы обнаруживаемого вещества. Блок формирования и обработки сигнала 1 проводит когерентное накопление сигнала ЯКР-отклика в сигнальном процессоре 17.

По окончании накопления ЯКР-откликов вещества результат через устройство обмена 18 поступает на АЛУ 19, где сравнивается с заранее заданным порогом, предварительно запомненным в запоминающем устройстве 20. В случае превышения накопленным сигналом ЯКР-откликов порогового значения АЛУ 19 формирует сигнал “Обнаружено”, который выводится на индикатор 11.

Идентификация веществ обеспечивается тем, что каждому обнаруживаемому веществу соответствует своя частота ЯКР-отклика и свои параметры последовательности радиоимпульсов (фиг.6, график е).

Обнаружение следующих веществ, из выбранных оператором, проводится при неизменном положении человека 15 в датчике ЯКР 12. При этом операция взвешивания не проводится, используются ранее полученные результаты взвешивания человека 15. Контур датчика ЯКР 12 настраивается в присутствии человека 15 внутри датчика ЯКР 12 на частоту следующего вещества. Далее повторяются операции (фиг.6, графики г-з) для каждого последующего вещества. Результаты обнаружения каждого вещества, из выбранных оператором, выводятся на индикатор 11 в виде “Обнаружено”.

В результате достигается возможность обнаружения металлов, взрывчатых, в том числе безкорпусных, и наркотических веществ, а также их идентификации.

1. ЯКР-обнаружитель взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, содержащий приемное устройство, блок формирования и обработки сигнала, причем человек, проходящий досмотр, помещен в кабину с двойными стенками, отличающийся тем, что введены N видеокамер, устройство обработки оптической информации, весовая платформа, взвешивающее устройство, датчик ЯКР и индикатор, передающее устройство, демпфирующее устройство и устройство подстройки контура датчика ЯКР, причем первый выход датчика ЯКР подключен к входу приемного устройства, первый выход которого соединен с первым входом блока формирования и обработки сигнала, второй выход приемного устройства соединен со вторым входом блока формирования и обработки сигнала, третий вход блока формирования и обработки сигнала является входом ЯКР-обнаружителя взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, первый выход блока формирования и обработки сигнала подключен к передающему устройству, выход передающего устройства соединен с первым входом датчика ЯКР, второй выход блока формирования и обработки сигнала соединен с демпфирующим устройством, выход демпфирующего устройства соединен со вторым входом датчика ЯКР, третий выход блока формирования и обработки сигнала соединен с входом блока подстройки контура датчика ЯКР, выход блока подстройки контура связан с третьим входом датчика ЯКР, весовая платформа связана с взвешивающим устройством, выход взвешивающего устройства подключен к четвертому входу блока формирования и обработки сигнала, выходы N видеокамер соединены с N входами устройства обработки оптической информации, выход которого подключен к пятому входу блока формирования и обработки сигнала, четвертый выход блока формирования и обработки сигнала соединен с индикатором, пятый выход блока формирования и обработки сигнала подключен ко второму входу приемного устройства, шестой выход блока формирования и обработки сигнала подключен к N+1 входу устройства обработки оптической информации, причем контур датчика ЯКР размещен между стенками кабины, внутренняя стенка которой выполнена из диэлектрика, а внешняя является экраном, причем человек, проходящий досмотр, располагается на помещенной внутри кабины весовой платформе, а N видеокамер установлены таким образом, что при заранее заданном положении человека, проходящего досмотр, не обнаруживает его.

2. ЯКР-обнаружитель взрывчатых и наркотических веществ и металлов, скрытых под одеждой людей, по п.1, отличающийся тем, что кабина имеет вход и выход.