СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ НА НАЛИЧИЕ В НИХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХ ЯДРА С КВАДРУПОЛЬНЫМ МОМЕНТОМ Российский патент 2009 года по МПК G01N24/00 

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

Известен «Способ и устройство для сканирования неметаллических объектов на наличие в них веществ, содержащих ядра с квадрупольным моментом» по патенту РФ №2248560 [1], который может служить в качестве аналога.

Известный способ заключается в том, что сканирование исследуемого объекта на наличие взрывчатых и наркотических веществ, содержащих ядра азота ¹⁴N, в среде, содержащей ядра водорода ¹Н, осуществляют методом идентификации и определения местоположения искомого вещества с помощью ЯМР-визуализации на ядрах ^lH с использованием импульсного возбуждения ¹⁴N на частоте ЯКР.

При этом для идентификации и визуализации азотсодержащих соединений применяют облучение радиочастотными импульсами, спектр которых совпадает со спектром квадрупольного резонанса ядер азота ¹⁴N.

В устройстве, предназначенном для осуществления данного способа с целью обнаружения и визуализации водородо- и азотосодержащих соединений в среде, включающей в себя ядра водорода, применяют радиочастотное облучение с частотой, равной частоте квадрупольного резонанса ядер азота ¹⁴N, и радиочастотное облучение с частотой, равной частоте магнитного резонанса ядер водорода ¹Н.

К недостаткам аналога можно, на наш взгляд, отнести то, что наличие ферромагнитных и парамагнитных объектов приводит к сильному искажению магнитного поля. Это существенно усложняет конструкцию устройства, предназначенного для осуществления данного способа.

Наиболее близким к предлагаемому решению является описание к патенту США №5642393А [2].

Способ, описанный в данном источнике, заключается в использовании метода ядерного квадрупольного резонанса, в сканировании объекта узким пучком коротковолнового излучения (например, рентгеновского), а также в преобразовании коротковолнового излучения, прошедшего через объект.

Устройство для осуществления вышеописанного способа содержит:

зонд ЯКР, включающий формирующий и приемный каналы радиочастотных импульсов, управляемые микропроцессорным контроллером, а также индикатор (дисплей).

Известный способ можно охарактеризовать недостаточно высокой достоверностью результатов. К недостаткам можно отнести также то, что он позволяет обнаружить вероятное присутствие контрабанды и регистрирует только наличие подозрительных веществ, но не определяет их местоположение.

Целью создания изобретения является повышение достоверности результатов сканирования путем создания системы, исключающей влияние индивидуальных особенностей объекта на результаты сканирования, а также обеспечение возможности определения местоположения подозрительных веществ.

Поставленная цель достигается тем, что сканирование объекта осуществляют посредством модулирования сигналов генератора коротковолнового излучения путем включения и выключения питания последнего, после чего его преобразуют детектором коротковолнового излучения, с выхода которого первый массив данных фиксируют в памяти микропроцессорного контроллера, который в свою очередь привязывает этот первый массив данных к лабораторной системе координат, затем осуществляют прием сигналов ЯКР, излучаемых объектом под воздействием коротковолнового излучения, модулированного по амплитуде с частотой ЯКР и поступающих через антенну на вход приемного канала, с выхода которого второй массив, имеющий с первым массивом данных общую лабораторную систему координат, фиксируется в памяти микропроцессорного контроллера, который в свою очередь создает пространственную картину исследуемого объекта на дисплее.

Предлагаемое решение позволяет существенно упростить привязку результатов сканирования к лабораторной системе координат и, соответственно, существенно повысить достоверность результатов сканирования.

Сканирование осуществляют посредством просвечивания объекта коротковолновым излучением (например, рентгеновским), модулированным импульсами с частотами ЯКР на ядрах ¹⁴N.

Для осуществления заявленного способа предложено устройство, которое изображено на чертеже.

Устройство содержит: формирующий 1 и приемный 4 каналы, управляемые микропроцессорным контроллером 5, а также индикатор 6 (дисплей). Данное устройство отличается от прототипа тем, что в него дополнительно введены генератор 2 коротковолнового излучения (например, рентгеновского) и детектор 3 коротковолнового излучения. При этом формирующий канал 1 модулирует генератор 2 коротковолнового излучения, на первый вход микропроцессорного контроллера 5 подключен выход детектора 3 коротковолнового излучения, а сигналы ЯКР, излучаемые объектом X, поступают через антенну на вход приемного канала, с выхода которого усиленные и преобразованные поступают на второй вход микропроцессорного контроллера.

Устройство работает следующим образом:

Сформированные в канале 1 радиочастотные (РЧ) импульсы, частота заполнения которых определяется частотой ЯКР ¹⁴N, модулируют генератор 2 коротковолнового излучения (например, рентгеновского). Объект Х сканируют посредством просвечивания модулированным пучком коротковолнового излучения, как это делается в компьютерной рентгенографии и томографии. Результаты сканирования преобразуются детектором 3 коротковолнового излучения, поступают на первый вход микропроцессорного контроллера 5 и запоминаются в его памяти. Контроллер 5 в свою очередь привязывает этот первый массив данных к лабораторной системе координат. Сигналы ЯКР, излучаемые объектом X, поступают через антенну на вход приемного канала 4. После усиления и преобразования в приемном канале 4, сигналы поступают на второй вход микропроцессорного контроллера 5, который формирует второй массив данных, несущий информацию о ядерном квадрупольном резонансе (ЯКР) и имеющий общие координаты с первым массивом, и создает с учетом первого массива данных пространственную картину исследуемого объекта на дисплее 6.

Источники информации

1. Патент РФ №2248560, МКИ G01N 24/00. Способ и устройство для сканирования неметаллических объектов на наличие в них веществ, содержащих ядра с квадрупольным моментом. Заявл. 31.10.2002.

2. US Patent №5642393А IntCl.⁶ G01N 23/04. DETECTING CONTRABAND BY EMPLOYING INTERACTIVE ML LTI PROBE TOMOGRAPHY. VIVID TECH INC Filed: Sep.26, 1995, date of patent: Jun. 24, 1997.

Использование: для обнаружения веществ, содержащих атомы, ядра которых обладают квадрупольным моментом. Сущность: заключается в том, что сканирование объекта осуществляют посредством модулирования сигналов генератора коротковолнового излучения, после чего излучение преобразуют детектором коротковолнового излучения, с выхода которого первый массив данных фиксируют в памяти микропроцессорного контроллера, который, в свою очередь, привязывает этот первый массив данных к лабораторной системе координат, затем осуществляют прием сигналов ЯКР, излучаемых объектом под воздействием коротковолнового излучения, модулированного по амплитуде с частотой ЯКР и поступающих через антенну на вход приемного канала, с выхода которого второй массив, имеющий с первым массивом данных общую лабораторную систему координат, фиксируется в памяти микропроцессорного контроллера, который, в свою очередь, создает пространственную картину исследуемого объекта на дисплее. Технический результат: повышение достоверности результатов сканирования. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сканирования объектов на наличие в них веществ, содержащих ядра с квадрупольным моментом, заключающийся в использовании метода ядерного квадрупольного резонанса, в сканировании объекта узким пучком коротковолнового излучения, отличающийся тем, что сканирование объекта осуществляют посредством модулирования сигналов генератора коротковолнового излучения, после чего его преобразуют детектором коротковолнового излучения, с выхода которого первый массив данных фиксируют в памяти микропроцессорного контроллера, который, в свою очередь, привязывает этот первый массив данных к лабораторной системе координат, затем осуществляют прием сигналов ЯКР, излучаемых объектом под воздействием коротковолнового излучения, модулированного по амплитуде с частотой ЯКР и поступающих через антенну на вход приемного канала, с выхода которого второй массив, имеющий с первым массивом данных общую лабораторную систему координат, фиксируется в памяти микропроцессорного контроллера, который, в свою очередь, создает пространственную картину исследуемого объекта на дисплее.

2. Устройство для сканирования объектов на наличие в них веществ, содержащих ядра с квадрупольным моментом, содержащее формирующий и приемный каналы радиочастотных импульсов, частота заполнения которых определяется частотой ЯКР, управляемые микропроцессорным контроллером, а также индикатор (дисплей), отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены генератор коротковолнового излучения (например, рентгеновского) и детектор коротковолнового излучения, причем выход формирующего канала подключен к входу генератора коротковолнового излучения, выход детектора коротковолнового излучения подключен к первому входу, а выход приемного канала подключен ко второму входу микропроцессорного контроллера.