СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2006 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к технике обнаружения взрывчатых веществ, в частности к способам обнаружения взрывчатых веществ в различных закрытых объемах и на теле человека, находящегося в местах массового скопления людей.

Известен способ обнаружения, идентификации и локализации органических веществ, в том числе взрывчатых и наркотических веществ, с использованием импульсных потоков быстрых нейтронов, включающий облучение контролируемого объекта импульсными потоками быстрых нейтронов, регистрацию характеристических гамма-квантов, создаваемых при неупругом столкновении быстрых нейтронов с ядрами органического вещества, определение времени регистрации характеристических гамма-квантов относительно начала нейтронного импульса, обнаружение органического вещества по факту регистрации характеристических гамма-квантов, идентификацию органического вещества по соотношению характеристических гамма-квантов различной энергии и локализацию органического вещества, причем облучение осуществляют неколлимированными потоками быстрых нейтронов, а для локализации органического вещества используют совокупность данных о временах регистрации характеристических гамма-квантов, полученных при нескольких (не менее трех) положениях устройства относительно облучаемого объекта (RU 2002102468, G 01 N 23/222, 10.10.2003).

К недостаткам известного способа следует отнести относительную сложность средств для его реализации и невозможность использования в местах нахождения людей.

В качестве прототипа принято техническое решение, в котором реализован способ обнаружения наркотических и взрывчатых веществ, заключающийся в размещении в одной из измерительных камер анализируемого объекта, а в другой - эталонного образца, совпадающего по своему химическому составу с веществом, которое необходимо идентифицировать, облучении анализируемого объекта и эталонного образца радиочастотным сигналом с заданным значением частоты и видом импульсной последовательности, поочередном приеме сигналов с помощью приемных антенн, расположенных в соответствующих измерительных камерах, преобразовании принятых сигналов аналого-цифровым преобразователем, накоплении информации и осуществлении Фурье-преобразования с последующим сравнением спектров ЯКР анализируемого объекта и эталонного образца, по результатам которого судят о наличии взрывчатых или наркотических веществ (RU 2179716, G 01 N 24/00, 20.02.02).

Недостатками известного технического решения являются относительная сложность обнаружения взрывчатых веществ, обусловленная необходимостью использования двух измерительных камер с целью обеспечения для эталонного образца условий, одинаковых с анализируемым объектом, наличие операций, связанных с Фурье-преобразованием, и невозможность использования этого решения в мобильных средствах обнаружения взрывчатых веществ, предназначенных для применения в местах массового скопления людей, а также в закрытых объемах.

Технический результат заключается в устранении указанных недостатков, а именно в создании простого и надежного способа обнаружения и идентификации взрывчатых веществ, обеспечивающего его применение в мобильных устройствах, предназначенных для использования в местах массового скопления людей, а также в различных закрытых объемах.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения и идентификации взрывчатых веществ, включающем облучение контролируемого объекта импульсным СВЧ-сигналом с заданными значениями несущей частоты зондирующих импульсов, их длительности и амплитуды, прием отраженного от контролируемого объекта сигнала, усиление и аналого-цифровое преобразование принятого сигнала, измерение значений параметров преобразованного сигнала и сравнение их с эталонными значениями измерительным средством, предварительно в память измерительного средства записывают эталонные значения фазовых сдвигов, соответствующие диэлектрическим свойствам включений определенных типов взрывчатых веществ, облучение контролируемого объекта осуществляют в диапазоне частот от 300 МГц до 150 ГГц при длительности зондирующих импульсов, не превышающей 10 мс, измеряют величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного и его интенсивность, по величине которой определяют коэффициент поглощения контролируемого объекта, сравнивают измеренную величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного с эталонными значениями, после чего по результатам сравнения с учетом определенного коэффициента поглощения контролируемого объекта определяют наличие взрывчатого вещества и его тип.

Для облучения контролируемого объекта может быть сформирован импульсный СВЧ-сигнал в виде последовательности пачек импульсов с несущей частотой импульсов каждой последующей пачки, отличающейся от несущей частоты импульсов предыдущей пачки на предварительно заданную величину.

Изменение несущей частоты импульсов в последующей пачки импульсов относительно предыдущей может быть осуществлено либо в сторону увеличения значения несущей частоты либо в сторону уменьшения.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, иллюстрирующая один из возможных примеров реализации предлагаемого способа обнаружения и идентификации взрывчатых веществ.

Устройство содержит антенну 1, соединенную через антенный переключатель 2 с выходом передатчика 3 и входом приемника 4, включающий в себя усилитель 5 и аналого-цифровой преобразователь 6, выход аналого-цифрового преобразователя 6 соединен с измерительным средством 7, в состав которого входит блок 8 памяти, измерительное средство 7 соединено с блоком 9 индикации. Измерительное средство 7 и передатчик 3 связаны между собой цепью синхронизации. При выполнении измерительного средства 7 с использованием процессора можно осуществлять управление с помощью этого средства параметрами зондирующих импульсов, воздействуя на цепи управления передатчика 3. В частности, можно устанавливать требуемые значения амплитуды, длительности зондирующего импульса, его мощности и несущей частоты излучаемого сигнала, а также задавать значения несущих частот для каждой пачки импульсов в случае, когда для облучения контролируемого объекта формируют импульсный СВЧ-сигнал в виде последовательности пачек импульсов. Устройство может быть выполнено с двумя антеннами, одна из которых передающая, а другая приемная. В этом случае устройство не содержит антенного переключателя, поскольку антенны подключены соответственно к выходу передатчика и входу приемника.

Способ обнаружения и идентификации взрывчатых веществ осуществляется следующим образом.

Контролируемый объект 10, подлежащий проверке на наличие взрывчатых веществ, облучается слабым высокочастотным электромагнитным излучением. СВЧ-сигнал в диапазоне частот от 300 МГц до 150 ГГц длительностью, не превышающей 10 мсек, формируется в передатчике 3. Для облучения контролируемого объекта может быть сформирован импульсный СВЧ-сигнал в виде последовательности пачек импульсов. В этом случае для каждой пачки импульсов задается свое значение несущей частоты, причем значение несущей частоты для последующей пачки импульсов либо увеличивают либо уменьшают. Сформированный в передатчике 3 СВЧ-сигнал с заданными параметрами через антенный переключатель 2 поступает в антенну 1 и излучается в направлении контролируемого объекта. Поскольку мощность излучаемого СВЧ-сигнала небольшая, проверке на наличие взрывчатых веществ могут подвергаться непосредственно пассажиры либо люди, находящиеся в местах массовых мероприятий. Отраженный сигнал от контролируемого объекта воспринимается антенной 1 и поступает через антенный переключатель 2 на вход приемника 4, в котором он усиливается усилителем 5 и преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя 6 в вид, удобный для его дальнейшей обработки в измерительном средстве 7, выполненном, например, с использованием процессора, позволяющего осуществлять цифровую обработку принятого сигнала с определением величин его фазового сдвига относительно излученного и интенсивности с последующим сравнением с эталонными значениями, записанными в блок 8 памяти. При наличии диэлектрических включений на контролируемом объекте (в частности, на теле человека) параметры принятого сигнала будут отличаться от параметров принятого сигнала, отраженного от контролируемого объекта, не содержащего взрывчатых веществ, наркотиков и т.д.). Отличия будут заключаться в изменении фазы принятого сигнала и его интенсивности. Изменение фазы будет различным для различных диэлектриков. Сравнивая фазу принятого сигнала с записанными в блок 8 памяти эталонными значениями фазовых сдвигов, соответствующих диэлектрическим свойствам включений определенных типов взрывчатых веществ, можно идентифицировать взрывчатое вещество. Полученные данные могут отображаться на дисплее в блоке 9 индикации. В простейшем случае может быть использована индикаторная лампа, включение которой свидетельствует об обнаружении взрывчатых веществ. Обнаружение взрывчатых веществ может быть осуществлено и в случае, если контролируемый объект представляет собой многослойную структуру (например, взрывчатое вещество под одеждой человека), поскольку предварительно записанные в блок 8 памяти эталонные значения, с которыми сравнивают значения параметров принятых сигналов, представляют собой набор значений параметров принятых сигналов от различных объектов (в том числе и с многослойной структурой), с имеющимися в них взрывчатыми веществами, т.е. от объектов, которые будут близки по своим характеристикам с подлежащими проверке объектами, содержащими взрывчатые вещества. Обычно используется компьютерная модель, позволяющая эмулировать любые многослойные структуры. Устройство, реализующее предлагаемый способ, может быть выполнено с двумя антеннами, одна из которых служит для излучения сигнала, а другая - для приема отраженного сигнала. При облучении контролируемого объекта с многослойной структурой происходят многократные переотражения. Многослойная структура может облучаться последовательностью монохроматических пакетов, содержащих не менее 100 длин воли. В этом случае прохождение волн через многослойную структуру можно считать периодическим. При этом результат получают решением одномерного уравнения Гельмгольца (см. М.Борн, Э.Вольф, Основы оптики. Москва, Наука, 1974, с.72). Решение для каждого волнового пакета зависит от расстояния до слоистой структуры, толщин слоев и их электрофизических свойств, причем расстояние до слоистой структуры может быть легко определено по параметрам принятого сигнала (по времени его задержки относительно излученного). Общее количество неизвестных равно 3N+1, где N - число слоев. Измеряя фазу и амплитуду принятого сигнала для каждого волнового пакета, легко решить соответствующую систему уравнений, если 2М>=3N+1, где М - количество волновых пакетов. Решая указанную систему, мы получаем значения проводимости, диэлектрической проницаемости и толщины каждого слоя. Это дает нам возможность определить, имеются ли опасные вещества в указанной слоистой структуре. Таким образом, предлагаемый способ может быть реализован с помощью простых средств, позволяющих обеспечить надежное обнаружение и идентификацию взрывчатых веществ.

Использование: для обнаружения и идентификации взрывчатых веществ. Сущность: заключается в том, что предварительно в память измерительного средства записывают эталонные значения фазовых сдвигов, соответствующие диэлектрическим свойствам включений определенных типов взрывчатых веществ, облучение контролируемого объекта осуществляют импульсным СВЧ-сигналом с заданными значениями несущей частоты зондирующих импульсов, их длительности и амплитуды в диапазоне частот от 300 МГц до 150 ГГц при длительности зондирующих импульсов, не превышающей 10 мсек, измеряют величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного и его интенсивность, по величине которой определяют коэффициент поглощения контролируемого объекта, сравнивают измеренную величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного с эталонными значениями, после чего по результатам сравнения с учетом определенного коэффициента поглощения контролируемого объекта определяют наличие взрывчатого вещества и его тип. Технический результат: создание простого и надежного способа обнаружения и идентификации взрывчатых веществ, обеспечивающего его применение в мобильных устройствах, предназначенных для использования в местах массового скопления людей, а также в различных закрытых объемах. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обнаружения и идентификации взрывчатых веществ, включающий облучение контролируемого объекта импульсным СВЧ-сигналом с заданными значениями несущей частоты зондирующих импульсов, их длительности и амплитуды, прием отраженного от контролируемого объекта сигнала, усиление и аналого-цифровое преобразование принятого сигнала, измерение значений параметров преобразованного сигнала и сравнение их с эталонными значениями измерительным средством, отличающийся тем, что предварительно в память измерительного средства записывают эталонные значения фазовых сдвигов, соответствующие диэлектрическим свойствам включений определенных типов взрывчатых веществ, облучение контролируемого объекта осуществляют в диапазоне частот от 300 Мгц до 150 Ггц при длительности зондирующих импульсов не превышающей 10 мс, измеряют величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного и его интенсивность, по величине которой определяют коэффициент поглощения контролируемого объекта, сравнивают измеренную величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного с эталонными значениями, после чего по результатам сравнения с учетом определенного коэффициента поглощения контролируемого объекта определяют наличие взрывчатого вещества и его тип.2. Способ обнаружения и идентификации взрывчатых веществ по п.1, отличающийся тем, что для облучения контролируемого объекта формируют импульсный СВЧ-сигнал в виде последовательности пачек импульсов с несущей частотой импульсов каждой последующей пачки, отличающейся от несущей частоты импульсов предыдущей пачки на предварительно заданную величину.3. Способ обнаружения и идентификации взрывчатых веществ по п.2, отличающийся тем, что несущая частота импульсов последующей пачки больше несущей частоты импульсов предыдущей пачки.4. Способ обнаружения и идентификации взрывчатых веществ по п.2, отличающийся тем, что несущая частота импульсов последующей пачки меньше несущей частоты импульсов предыдущей пачки.