Способ дистанционного обнаружения и идентификации вещества

Авторы патента:

Полянский Владимир Александрович (RU)

G01R33/20 - с применением магнитного резонанса (медицинские аспекты A61B 5/055; гирометры с ядерным магнитным резонансом G01C 19/60)

Владельцы патента RU 2335780:

Дудкин Валентин Иванович (RU)
Полянский Владимир Александрович (RU)

Изобретение относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для обнаружения и идентификации преимущественно наркотических и взрывчатых веществ. Способ дистанционного обнаружения и идентификации вещества с использованием дистанционного возбуждения магнитного резонанса двумя последовательными радиоимпульсами с последующим измерением частоты возбужденного излучения (отклика) вещества, по значению которой делают заключение о наличии данного вещества, заключается в том, что дополнительно облучают вещество третьим радиоимпульсом с внутриимпульсным заполнением электромагнитными колебаниями на частоте, значение которой много больше значения частоты магнитного резонанса вещества, при этом начало третьего радиоимпульса совпадает с окончанием второго радиоимпульса, а окончание третьего радиоимпульса совпадает с окончанием отклика. Регистрацию отклика осуществляют на частоте, значение которой отличается от значения частоты заполнения третьего радиоимпульса на величину, равную значению частоты магнитного резонанса вещества, подлежащего обнаружению и идентификации. Технический результат - увеличение дальности дистанционного обнаружения и идентификации искомого вещества. 1 ил.

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 t₁, 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 f₀ в нем возбуждается сигнал эхо на той же частоте f₀. 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-f₀ 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-f₀ 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.

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.

Изобретение относится к резонансной радиоспектроскопии и предназначено для контроля и поддержания заданной температуры в объеме исследуемого образца, в частности в эксперименте по измерению времен магнитной релаксации методом ядерного магнитного резонанса.

Способ дистанционного обнаружения вещества // 2308734

Изобретение относится к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ, а также поляризационную селекцию и фазовый анализ для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку.

Способ определения податливости слизистой оболочки протезного ложа // 2308220

Изобретение относится к медицине, а именно к способам для диагностики путем регистрации биоэлектрических сигналов организма и его частей, а также к способам для исследования материала путем обнаружения и исследования магнитных полей рассеяния, и могут быть использованы в ортопедической стоматологии для определения податливости слизистой оболочки протезного ложа.

Способ дистанционного возбуждения магнитного резонанса в веществе // 2305849

Изобретение 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.

Способ возбуждения и регистрации магнитного резонанса в веществе // 2256189

Изобретение относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска, обнаружения и идентификации веществ.

Способ обнаружения взврывчатых и наркотических веществ на основе ядерного квадрупольного резонанса // 2249202

Изобретение относится к области радиоспектроскопии. .

Зонд ядерного магнитного резонанса // 2247405

Изобретение относится к исследовательским устройствам с ядерным магнитным резонансом (ЯМР). .

Способ дистанционного обнаружения вещества // 2244942

Изобретение 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.

Устройство для дистанционного обнаружения тринитротолуол- мин в пластиковых корпусах // 2205386

Магнитометр // 2202805

Изобретение относится к области измерения постоянного и переменного магнитных полей. .

Способ дистанционного обнаружения вещества // 2340913

Изобретение относится к физическим измерениям, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ

Система дистанционного обнаружения вещества // 2377549

Изобретение относится к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования предметов, а также поляризационную селекцию и фазовый анализ 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

Способ и устройство для мониторинга разработки нефтяных залежей // 2386122

Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных месторождений, конкретно к оптимизации разработки залежей вязких и высоковязких нефтей на основе систематических промыслово-геофизических исследований пластовой продукции посредством импульсной методики и техники ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в сильном магнитном поле [1]

Способ и устройство для определения характеристик пластового флюида при ядерно-магнитном каротаже // 2393509

Магнитно-резонансный томограф для обследования конечностей // 2400135

Применение магнитно-резонансной визуализирующей среды, содержащей гиперполяризованный 13с-пируват, для обнаружения воспаления или инфекции // 2543704

Использование: для обнаружения воспаления или инфекции. Сущность изобретения заключается в том, что обнаружение воспаления или инфекции выполняют путем 13С-МР томографии, 13С-МР спектроскопии и/или 13С-МР спектроскопической томографии, при котором используют визуализирующую среду, содержащую гиперполяризованный 13С-пируват, и воспаление или инфекцию определяют по высокой интенсивности 13С-сигнала от 13С-лактата или по повышенной скорости образования 13С-лактата. Технический результат: обеспечение возможности обнаружения очагов воспаления или инфекции с высокой степенью достоверности. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Способ определения ориентации nv дефектов в кристалле // 2570471

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области разработки материалов на основе алмаза для магнитометрии, квантовой оптики, биомедицины, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов. Способ определения ориентации NV дефектов в кристалле алмаза включает помещение образца кристалла алмаза во внешнее магнитное поле, воздействие на образец микроволновым излучением, облучение рабочего объема образца сфокусированным лазерным излучением, возбуждающим в рабочем объеме образца фотолюминесценцию, по которой регистрируют сигнал оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР), который создают путем развертки частоты микроволнового излучения и модуляции внешнего магнитного поля. Измеряют спектры ОДМР NV дефекта в кристалле алмаза при разных ориентациях кристалла алмаза относительного внешнего магнитного поля. Сравнивают полученные зависимости линий ОДМР с рассчитанными положениями линий NV дефекта в кристалле алмаза в магнитном поле. Затем определяют ориентацию NV дефекта по величине отклонения положения линий NV дефекта от рассчитанных положений линий. Способ является простым по выполнению и не требует использования сложного устройства. 3 ил., 2 пр.

Устройство исследования электромагнитного поля вторичных излучателей // 2572057

Изобретение относится к области радиосвязи. Отличительной особенностью заявленного устройства исследования электромагнитного поля вторичных излучателей является введение коммутатора передающих антенн, коммутатора приемо-передающих антенн, приемо-передающей антенной системы, двух передающих антенн для создания вертикальной составляющей, двух передающих антенн для создания горизонтальной составляющей, адаптивного преобразователя, формирователя информации излучения вторичных излучателей, преобразователя частотного спектра, блока фильтров, блока анализа спектра излучения, блока исследования спектра вторичного излучения. Техническим результатом является автоматизация анализа частотных свойств поля вторичного излучения исследуемых объектов и их уровней, увеличение чувствительности устройства введением адаптивной обработки сигналов вторичных излучателей. 17 з.п. ф-лы, 22 ил.

Дисковый фантом для контроля измерения скоростей при фазо-контрастной магнитно-резонансной томографии и способ контроля измерения линейной и объемной скорости движения фантома // 2579824

Использование: для контроля измерения скоростей при фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что фантом представляет собой вращающийся с заданной угловой скоростью диск, максимальные габаритные размеры которого 150×160 мм, а конкретные свойства обеспечивает соединение гадолиния GD-DTPA и крепление на валу, который свободно вращается во втулках, опирающихся на кронштейны, детали фантома изготовлены из немагнитных пластиковых материалов, поверх диска надет нескользящий материал - латекс, крутящий момент передается на фантом посредством ременной передачи со шкива, расположенного на оси электромотора вне магнита на расстоянии 3,5 метра, шкив также покрыт латексом и осуществляет передачу крутящего момента, мотор соединен с блоком управления. При этом методом фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии осуществляют сканирование вращающегося с известной угловой скоростью дискового фантома, на полученном изображении, с помощью встроенного программного обеспечения MP томографа, выделяют области интереса, значение линейной скорости, для каждой из этих областей потока сравнивают с заданной эпюрой линейных скоростей, по результатам эксперимента строят калибровочную кривую, рассчитывают статистические показатели оценки точности измерения линейной и объемной скорости и определяют весовые коэффициенты, которые используют для определения скорости потоков жидкости на исследуемом магнитно-резонансном томографе. Технический результат: обеспечение возможности разработки дискового фантома на основе агарозного геля для контроля измерения линейной и объемной скорости движения ликвора. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Магнитно-резонансный томограф (мрт) // 2619430

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам магнитно-резонансной томографии. МРТ содержит установленные в полости магнита основную катушку, выполненную с возможностью работы в качестве передающей или приемо-передающей, размещенные вблизи исследуемого объекта приемную катушку и дополнительную катушку, выполненную с возможностью работы в качестве передающей, или приемо-передающей, или закороченной на концах, систему коммутации катушек, включающую коммутатор, автоматический переключатель, сумматор и селектор и приемник и передатчик. Основная и дополнительная катушки подключены через соответствующие кабели к коммутатору, связанному через автоматический переключатель с передатчиком и выполненному с возможностью отключения основной катушки с одновременным подключением дополнительной катушки. Приемная катушка подключена к одному входу сумматора, другой вход которого связан с автоматическим переключателем с возможностью получения через коммутатор сигнала от дополнительной катушки, а выход сумматора подключен к входу селектора, имеющего три положения - первое положение для соединения с автоматическим переключателем подключения основной катушки в режиме приемной, второе положение для подключения сумматора, третье положение для подключения приемной катушки, выход селектора подключен к приемнику. Использование изобретения позволяет снизить и оптимально распределить мощность для возбуждения сигнала ЯМР. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.