УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ И НАРКОТИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2004 года по МПК G01N24/00 

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), в частности может быть использовано в установках таможенного досмотра багажа и осмотра входящей корреспонденции в почтовых учреждениях (письма, бандероли, посылки) без их вскрытия для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.

Известен автоматически подстраиваемый прибор для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ с использованием квадрупольного резонанса и ядерного магнитного резонанса [патент США № 5594338, опубл. 14 января 1997 г.], включающий катушку, блок управления, радиочастотную подсистему, аппаратуру подстройки, подсистему сбора и обработки данных, устройство отображения. Недостатком такого прибора является низкий коэффициент полезного действия, малый диапазон подстройки контура и громоздкость.

Известно устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, включающее синтезатор частоты, делитель на 2, мультиплексор, формирователь радиоимпульсов, усилитель мощности, датчик, приемное устройство, устройство управления и обработки данных и блок сигнализации [авторское свидетельство СССР №1831680, кл. G 01 N 24/00, опубл. 30.07.1993 г].

Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для обнаружения взрывчатых веществ [патент РФ № 2190842, 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, причем 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.

Недостатками приведенных устройств для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ является то, что закладка совместно с взрывчатым или наркотическим веществом металлического предмета приводит к расстройке контура ЯКР датчика, уменьшению полезного ЯКР сигнала вплоть до его полного исчезновения.

Технический результат предлагаемого устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ состоит в повышении вероятности обнаружения взрывчатых и наркотических веществ при наличии в закладке предметов, нарушающих его работу.

Сущность изобретения состоит в том, устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ содержит сигнальный процессор, индикаторное устройство, приемное устройство, синтезатор частот, синхронизатор, усилитель мощности, датчик ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса), полосовой фильтр и демпфирующее устройство, причем 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, четвертый выход синхронизатора подключен к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход полосового фильтра подключен ко второму входу датчика ЯКР, выход датчика ЯКР 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, а третий выход сигнального процессора подключен ко второму входу синхронизатора, третий вход синхронизатора является входом устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ. Отличительными признаками является то, что введены преобразователь сигналов управления, контроллер, постоянное запоминающее устройство, первое пороговое устройство, второе пороговое устройство, формирователь сигналов управления, исполнительное устройство, датчик положения исполнительного устройства, датчик температуры, причем пятый выход синхронизатора соединен с входом преобразователя сигналов управления, выход которого подключен к последовательно соединенным контроллеру и постоянному запоминающему устройству, первый выход постоянного запоминающего устройства соединен с первым входом первого порогового устройства, выход первого порогового устройства подключен к первому входу формирователя сигналов управления, первый выход формирователя сигналов управления соединен с входом исполнительного устройства, второй выход постоянного запоминающего устройства подключен к первому входу второго порогового устройства, выход второго порогового устройства соединен со вторым входом формирователя сигналов управления, выход преобразователя сигналов управления подключен к третьему входу формирователя сигналов управления, второй выход формирователя сигналов управления подключен к третьему входу индикаторного устройства, выход датчика температуры соединен со вторым входом первого порогового устройства, первый выход датчика положения исполнительного устройства соединен со вторым входом второго порогового устройства, второй выход датчика положения исполнительного устройства подключен к четвертому входу формирователя сигналов управления и четвертому входу индикаторного устройства, первый выход сигнального процессора соединен со вторым входом контроллера, выход исполнительного устройства механически связан с датчиком ЯКР.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.

На фиг.2 изображена блок-схема сигнального процессора.

На фиг.3 изображена блок-схема синхронизатора.

На фиг.4 изображена блок-схема приемного устройства.

На фиг.5 изображена блок-схема формирователя сигналов управления.

На фиг.6 изображена блок-схема исполнительного устройства.

Предлагаемое устройство содержит сигнальный процессор 1, пример выполнения которого приведен на фиг.2, индикаторное устройство 2, синтезатор частот 3, пример выполнения которого приведен на фиг.1.4 стр. 36 [патент США № 5594338], синхронизатор 4, пример выполнения которого приведен на фиг.3, приемное устройство 5, пример выполнения которого приведен на фиг.4, усилитель мощности 6, демпфирующее устройство 7, выполненное, например, по схеме, приведенной в патенте США № 5804967, полосовой фильтр 8, датчик ЯКР 9, преобразователь сигналов управления 10, контроллер 11, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12, первое пороговое устройство 13, второе пороговое устройство 14, формирователь сигналов управления 15, пример выполнения которого приведен на фиг.5, исполнительное устройство 16, пример выполнения которого приведен на фиг.6, датчик положения исполнительного устройства 17, датчик температуры, измеряющий температуру воздуха, 18.

Первый выход синхронизатора 4 соединен с первым входом приемного устройства 5, второй выход синхронизатора 4 соединен со вторым входом приемного устройства 5, первый вход синхронизатора 4 соединен с выходом синтезатора частот 3. Вход демпфирующего устройства 7 подключен к третьему выходу синхронизатора 4, а выход к - первому входу датчика ЯКР 9, четвертый выход синхронизатора 4 подключен к входу усилителя мощности 6, выход которого соединен с входом полосового фильтра 8, выход полосового фильтра 8 подключен ко второму входу датчика ЯКР 9, выход датчика ЯКР 9 соединен с третьим входом приемного устройства 5.

Первый и второй выходы приемного устройства 5 подключены соответственно к первому и второму входам сигнального процессора 1, первый и второй выходы сигнального процессора 1 соединены с первым и вторым входами индикаторного устройства 2. Третий выход сигнального процессора 1 подключен ко второму входу синхронизатора 4, третий вход синхронизатора 4 является входом устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ. Пятый выход синхронизатора 4 соединен с первым входом преобразователя сигналов управления 10, выход которого подключен к последовательно соединенным контроллеру 11 и постоянному запоминающему устройству 12, первый выход постоянного запоминающего устройства 12 соединен с первым входом первого порогового устройства 13. Выход первого порогового устройства 13 подключен к первому входу формирователя сигналов управления 15, первый выход формирователя сигналов управления 15 соединен с входом исполнительного устройства 16, второй выход постоянного запоминающего устройства 12 подключен к первому входу второго порогового устройства 14, выход второго порогового устройства 14 соединен со вторым входом формирователя сигналов управления 15, выход преобразователя сигналов управления 10 подключен к третьему входу формирователя сигналов управления 15, второй выход формирователя сигналов управления 15 соединен с третьим входом индикаторного устройства 2, выход датчика температуры 18 соединен со вторым входом первого порогового устройства 13, первый выход датчика положения исполнительного устройства 17 соединен со вторым входом второго порогового устройства 14, второй выход датчика положения исполнительного устройства 17 подключен к четвертому входу формирователя сигналов управления 15 и четвертому входу индикаторного устройства 2. Первый выход сигнального процессора 1 соединен со вторым входом контроллера 11, выход исполнительного устройства механически связан с ротором конденсатора контура датчика ЯКР 9.

Сигнальный процессор 1 состоит из первого сумматора 19, второго сумматора 20, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами вычислителя модуля 21. Выход вычислителя модуля 21 соединен с входом интегратора 22, выход которого подключен к входу порогового устройства 23.

Синхронизатор 4 состоит из формирователя управляющих сигналов 24, дешифратора команд 25, первого 26 и второго 27 формирователей стробов и формирователя импульсной последовательности 28, формирователя импульсов управления 29, причем формирователь управляющих сигналов подключен шиной к дешифратору команд 25, первый выход его соединен с первым формирователем стробов 26, второй выход дешифратора команд 25 соединен со вторым формирователем стробов 27, формирователем импульсной последовательности 28 и формирователем импульсов управления 29.

Приемное устройство 5 состоит из широкополосного усилителя 30, формирователя фазы 31, первого 32 и второго 33 фазовых детекторов, первого 34 и второго 35 фильтров низких частот, первого 36 и второго 37 аналого-цифровых преобразователей. Первый и второй выходы широкополосного усилителя 30 соединены с первым 32 и вторым 33 фазовыми детекторами, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами формирователя фазы 31. Выход первого 32 и второго 33 фазовых детекторов соединены соответственно с входами первого 34 и второго 35 фильтров низких частот, выходы которых соответственно подключены к входам первого 36 и второго 37 аналого-цифровых преобразователей.

Формирователь сигналов управления 15 состоит из последовательно соединенных логического устройства 38, первого стробирующего устройства 39 и второго стробирующего устройства 40.

Исполнительное устройство 16 состоит из последовательно соединенных усилителя постоянного тока 41, реверсивного двигателя 42.

Работа устройства выполняется за два основных этапа: первый этап - точная настройка датчика на резонансную частоту, близкую к частоте ЯКР взрывчатого или наркотического вещества, второй этап - процедура исследования закладки на предмет наличия взрывчатого или наркотического вещества. Точная настройка датчика проводится при наличии закладки внутри датчика ЯКР с учетом возможного содержания в ней металлических предметов, диэлектриков с большой магнитной проницаемостью или других материалов, способных дестабилизировать настройку датчика. Синтезатор частоты 3 генерирует сигнал с частотой f, близкой к частоте ЯКР взрывчатого или наркотического вещества, поступающий на формирователь управляющих сигналов 24 синхронизатора 4, который формирует фазоманипулированный импульсный тестовый сигнал с несущей частотой fоп, поступающий на усилитель мощности 6, далее проходит через полосовой фильтр 8, который отфильтровывает паразитные гармонические составляющие, поступает на датчик ЯКР 9 и непрерывно возбуждает колебательный контур датчика ЯКР. При поступлении соответствующей команды с сигнального процессора 1 формирователь управляющих сигналов 24 синхронизатора 4 формирует сигнал начала настройки контура датчика ЯКР 9, который дешифрируется дешифратором команд 25 синхронизатора 4 и поступает на формирователь импульсов управления 29 синхронизатора 4, далее на преобразователь сигналов управления 10, контроллер 11 и формирователь сигналов управления 15. Контроллер 11 производит выбор заранее записанных цифровых кодов ПЗУ 14 (код углового положения реверсивного двигателя 42 исполнительного устройства 16 и код температуры воздуха). Эти коды поступают на пороговое устройство 13 и пороговое устройство 14. На вторые входы пороговых устройств 13, 14 поступают цифровой коды измеренного положения реверсивного двигателя 42 с датчика положения исполнительного устройства 17 и цифровой код измеренной температуры с датчика температуры 18. Сигналы результатов пороговой обработки в пороговых устройствах 13, 14 поступают на входы 1, 2 формирователя сигналов управления 15. В том случае, если код измеренного положения реверсивного двигателя 42 не соответствует заранее заданному коду, формирователь сигналов управления 15 формирует сигнал необходимой фазовой последовательности, который через усилитель постоянного тока 41 исполнительного устройства 16 подается на реверсивный двигатель 42 исполнительного устройства 16, который перемещает ротор конденсатора переменной емкости контура датчика ЯКР 9 и производит его настройку. Второе пороговое устройство 14 сравнивает заранее заданный код температуры воздуха, поступающий на вход 1, и код измеренной температуры воздуха, поступающий на вход 2, и в случае их неравенства вырабатывает код температурной поправки, по которому формирователь сигналов управления 15 вырабатывает сигнал, поступающий на исполнительное устройство 16, которое двигает ротор конденсатора контура датчика ЯКР 9.

Настройка датчика производится до тех пор, пока код измеренного положения реверсивного двигателя 42 совпадет с заранее заданным. После этого формирователь сигналов управления 15 прекращает формирование сигнала, поступающего через усилитель постоянного тока 41 на реверсивный двигатель 42, и формирует сигнал окончания настройки датчика ЯКР 9, поступающий на индикаторное устройство 2, которое отражает окончание настройки датчика ЯКР.

Фазоманипулированный тестовый сигнал, принятый из датчика ЯКР 9, усиливается широкополосным усилителем 30 приемного устройства 5, поступает на фазовые детекторы 32 и 33. Одновременно на фазовые детекторы 32 и 33 поступают с формирователя фазы 31 опорные сигналы, сдвинутые один относительно другого на 90°. С выходов фазовых детекторов 32 и 33 снимаются квадратурные составляющие принимаемого сигнала, которые поступают на соответствующие фильтры низких частот 34 и 35 и далее на АЦП 36 и 37, а с них на сигнальный процессор 1, где осуществляется когерентное суммирование сигналов и сравнение результата с порогом. Величина порога устанавливается исходя из требуемого уровня сигнала датчика ЯКР 9, точно настроенного на частоту f. Если пороговое значение превышено, то сигнальный процессор 1 вырабатывает сигнал индикации наличия достаточного уровня тестового сигнала после настройки датчика ЯКР 9, который поступает на индикаторное устройство 2. Если в закладке имеется дестабилизирующий материал и пороговое значение не превышено, то сигнальный процессор 1 вырабатывает сигнал отсутствия тестового сигнала достаточного уровня, который поступает на индикаторное устройство 2 и контроллер 11. Контроллер 11 через ПЗУ 12 производит коррекцию цифрового кода положения реверсивного двигателя 42 исполнительного устройства 16, который поступает на пороговое устройство 14, и процедура настройки повторяется до тех пор, пока не произойдет превышение порога в сигнальном процессоре 1. Если в процессе настройки двигатель займет одно из предельных положений, то датчик положения исполнительного устройства 17 подаст сигнал останова настройки датчика ЯКР 9 на второе стробирующее устройство 40 формирователя сигналов управления 15. Формирователь сигналов управления 15 прекратит формирование сигналов управления, поступающих через усилитель постоянного тока 41 исполнительного устройства 16 на реверсивный двигатель 42, и подаст сигнал останова настройки на вход 4 индикаторного устройства 2, что свидетельствует о том, что в закладке имеется крупный металлический предмет, который не позволяет провести анализ закладки. Индикация окончания настройки датчика ЯКР 9 и достаточного уровня тестового сигнала дают право начала второго этапа - процедуры исследования закладки на предмет наличия взрывчатого или наркотического вещества.

Синтезатор частоты 3 генерирует сигнал частотой f, близкой к частоте ЯКР взрывчатого или наркотического вещества, поступающую на формирователь управляющих сигналов 24 синхронизатора 4, который формирует импульсную последовательность с несущей частотой fоп, поступающую на усилитель мощности 6, где она усиливаются, далее проходит через полосовой фильтр 8, который отфильтровывает паразитные гармонические составляющие, и поступает на датчик ЯКР 9 и возбуждает исследуемый образец. При поступлении соответствующей команды с сигнального процессора 1 первый формирователь стробов 26 формирует строб запирания приемного устройства 5. По окончании процесса возбуждения с демпфирующего устройства 7 на датчик ЯКР 9 поступает сигнал для гашения звона высокодобротного контура датчика ЯКР 9.

В режиме приема принимаемый сигнал усиливается широкополосным усилителем 30 приемного устройства 5, поступает на фазовые детекторы 32 и 33. Одновременно на фазовые детекторы 32 и 33 поступают с формирователя фазы 31 опорные сигналы, сдвинутые один относительно другого на 90°. С выходов фазовых детекторов 32 и 33 снимаются квадратурные составляющие принимаемого сигнала, которые поступают на соответствующие фильтры низких частот 34 и 35 и далее на АЦП 36 и 37, а с них на сигнальный процессор 1, где осуществляется когерентное суммирование сигналов и сравнение результата с порогом. Величина порога устанавливается исходя из требуемых вероятностей пропуска β и ложного срабатывания α. Если пороговое значение превышено, то сигнальный процессор 1 вырабатывает сигнал индикации наличия взрывчатых или наркотических веществ в исследуемой закладке для индикаторного устройства 2.

Если закладка проверяется на наличие нескольких типов ВВ или НВ, то указанная последовательность операций повторяется для каждого ВВ или НВ; при этом необходимо перестроить синтезатор частот 3 и контур датчика ЯКР 9.

Таким образом, предлагаемое устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ позволяет производить точную настройку контура датчика ЯКР и, следовательно, повысить вероятность обнаружения взрывчатых и наркотических веществ при наличии в закладке предметов, нарушающих его работу.

Использование: для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ. Сущность заключается в том, что устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ содержит сигнальный процессор, индикаторное устройство, приемное устройство, синтезатор частот, синхронизатор, усилитель мощности, датчик ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса), полосовой фильтр и демпфирующее устройство, причем 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, четвертый выход синхронизатора подключен к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход полосового фильтра подключен ко второму входу датчика ЯКР, выход датчика ЯКР 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, а третий выход сигнального процессора подключен ко второму входу синхронизатора, третий вход синхронизатора является входом устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, при этом отличительными признаками является то, что введены преобразователь сигналов управления, контроллер, постоянное запоминающее устройство, первое пороговое устройство, второе пороговое устройство, формирователь сигналов управления, исполнительное устройство, датчик положения исполнительного устройства, датчик температуры, причем пятый выход синхронизатора соединен с входом преобразователя сигналов управления, выход которого подключен к последовательно соединенным контроллеру и постоянному запоминающему устройству, первый выход постоянного запоминающего устройства соединен с первым входом первого порогового устройства, выход первого порогового устройства подключен к первому входу формирователя сигналов управления, первый выход формирователя сигналов управления соединен с входом исполнительного устройства, второй выход постоянного запоминающего устройства подключен к первому входу второго порогового устройства, выход второго порогового устройства соединен со вторым входом формирователя сигналов управления, выход преобразователя сигналов управления подключен к третьему входу формирователя сигналов управления, второй выход формирователя сигналов управления подключен к третьему входу индикаторного устройства, выход датчика температуры соединен со вторым входом первого порогового устройства, первый выход датчика положения исполнительного устройства соединен со вторым входом второго порогового устройства, второй выход датчика положения исполнительного устройства подключен к четвертому входу формирователя сигналов управления и четвертому входу индикаторного устройства, первый выход сигнального процессора соединен со вторым входом контроллера, выход исполнительного устройства механически связан с датчиком ЯКР. Технический результат: повышение вероятности обнаружения взрывчатых и наркотических веществ при наличии в закладке предметов, нарушающих его работу. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, содержащее сигнальный процессор, индикаторное устройство, приемное устройство, синтезатор частот, синхронизатор, усилитель мощности, датчик ЯКР, полосовой фильтр и демпфирующее устройство, причем 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, четвертый выход синхронизатора подключен к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход полосового фильтра подключен ко второму входу датчика ЯКР, выход датчика ЯКР соединен с третьим входом приемного устройства, первый и второй выходы приемного устройства подключены к первому и второму входам сигнального процессора, первый и второй выходы сигнального процессора соединены с первым и вторым входами индикаторного устройства, а третий выход сигнального процессора подключен ко второму входу синхронизатора, третий вход синхронизатора является входом устройства для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, отличающийся тем, что введены преобразователь сигналов управления, контроллер, постоянное запоминающее устройство, первое пороговое устройство, второе пороговое устройство, формирователь сигналов управления, исполнительное устройство, датчик положения исполнительного устройства, датчик температуры, причем пятый выход синхронизатора соединен с входом преобразователя сигналов управления, выход которого подключен к последовательно соединенным контроллеру и постоянному запоминающему устройству, первый выход постоянного запоминающего устройства соединен с первым входом первого порогового устройства, выход первого порогового устройства подключен к первому входу формирователя сигналов управления, первый выход формирователя сигналов управления соединен с входом исполнительного устройства, второй выход постоянного запоминающего устройства подключен к первому входу второго порогового устройства, выход второго порогового устройства соединен со вторым входом формирователя сигналов управления, выход преобразователя сигналов управления подключен к третьему входу формирователя сигналов управления, второй выход формирователя сигналов управления подключен к третьему входу индикаторного устройства, выход датчика температуры соединен со вторым входом первого порогового устройства, первый выход датчика положения исполнительного устройства соединен со вторым входом второго порогового устройства, второй выход датчика положения исполнительного устройства подключен к четвертому входу формирователя сигналов управления и четвертому входу индикаторного устройства, первый выход сигнального процессора соединен со вторым входом контроллера, выход исполнительного устройства механически связан с датчиком ЯКР.2. Устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ по п.1, отличающееся тем, что исполнительное устройство выполнено в виде последовательно соединенных усилителя постоянного тока и реверсивного двигателя.3. Устройство для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ по п.1, отличающееся тем, исполнительное устройство механически связано с ротором конденсатора контура датчика ЯКР.