УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

Устройство для дистанционного обнаружения вещества
Техническое решение относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявляемых для исследования партий веществ.
Известно наиболее близкое по своей технической сущности к заявляемому устройство для дистанционного обнаружения вещества [Гречишкин В.Д., Синявский Н.Я. Локальный ЯКР в твердых телах, Успехи физических наук, 1993, т. 163, № 10], использующее в качестве излучающей антенны катушку, на которую поступает сигнал с передатчика, на вход которого включен выход синтезатора, формирующего сигнал на частоте магнитного резонанса обнаруживаемого вещества. Этот же сигнал поступает на генератор импульсов, который вырабатывает последовательность импульсов на соответствующей несущей частоте. С выхода генератора последовательность импульсов подается на передатчик, связанный с излучающей антенной. Под действием излучения в испытуемом веществе возникают сигналы ЭХА, которые принимаются приемной антенной. Для увеличения эффективности приема используется ферритовая приемная антенна. Сигналы с выхода приемной антенны подаются на приемник, обеспечивающий
необходимое усиление, и далее - на накопитель, используемый для повышения отношения сигнал/шум. Синтезатор управляет также работой приемника и накопителя, осуществляя синхронизацию.
При обнаружении веществ, характеризующихся частотами резонанса в несколько мегагерц, данное устройство принципиально не позволяет обеспечить больших дальностей обнаружения (порядка нескольких метров), поскольку на указанных частотах и при размерах излучающей антенны много меньше длины волны указанные дальности отстояния искомого вещества от излучателя находятся в ближней зоне излучения, где диаграмма направленности передающей антенны не может быть сформирована и где, поэтому, невозможно обеспечить уровень (излучаемой) энергии, необходимый для возбуждения в веществе сигнала ЭХА.
Задачей заявляемого технического решения является увеличение дальности обнаружения искомого вещества.
Это достигается тем, что применяемое устройство для дистанционного обнаружения вещества, содержащее излучающую антенну, передатчик, на выход которого включена излучающая антенна, генератор импульсов, выход которого включен на один из входов передатчика, синтезатор, один из выходов которого включен на второй вход передатчика, приемную антенну, приемник, на вход которого подключена приемная антенна, накопитель, ко входу которого подключен выход приемника, а отдельные входы приемника и накопителя параллельно подключены к одному из выходов синтезатора, отличается
тем, что оно снабжено модулятором и СВЧ-генератором, выход которого подключен на вход модулятора, выход которого включен на вход генератора импульсов, а на другой вход модулятора включен второй выход синтезатора.
Прилагаемый чертеж поясняет суть устройства. На фиг.приведена блок-схема его реализации.
В качестве излучающей антенны 3 используется рупорная антенна миллиметрового диапазона, на которую поступает сигнал с передатчика 4. Синтезатор 5 формирует сигнал на частоте магнитного резонанса обнаруживаемого вещества (порядка нескольких мегагерц), поступающий на модулятор 7, на второй вход которого подаются СВЧ колебания с СВЧ-генератора 8, работающего в миллиметровом диапазоне длин волн. С выхода модулятора 7 сигнал поступает на генератор 6 импульсов. С выхода генератора 6 последовательность импульсов подается на передатчик 4, связанный с антенной 3. Под действием излучения в испытуемом веществе 2 возникают сигналы ЭХА, принимаемые приемной антенной 1. Сигналы с выхода приемной антенны подаются на приемник 9, обеспечивающий необходимое усиление, и далее - на накопитель 8, используемый для повышения отношения сигнал/шум. Синтезатор 5 управляет работой приемника 9 и накопителя 10, осуществляя синхронизацию работы всего устройства.
В качестве излучающей антенны 3 может использоваться фазированная антенная решетка.
Работает устройство следующим образом.
Радиочастотные импульсы излучаются с частотой заполнения, много большей частоты магнитного резонанса, а электромагнитное поле на частоте заполнения модулируется на частоте магнитного резонанса вещества.
Частота заполнения должна выбираться такой, чтобы при размерах излучателя в пределах до одного метра обеспечить формирование диаграммы направленности излучающей системы антенны 3 на расстояниях до испытуемого вещества 2 порядка нескольких метров.
При частотах магнитного резонанса вещества в несколько мегагерц значение частоты заполнения должно быть сотни мегагерц и более (что в данном случае соответствует выражению «много больше»). Поскольку граница дальней зоны, где формируется диаграмма направленности излучателя, отстоит от излучателя на расстоянии порядка десяти λ, то, для нашего случая (при длине волны λ электромагнитного излучения порядка 0,1 м и менее), граница дальней зоны будет отстоять от излучателя на расстояние не более 1м. Кроме того, при указанных соотношениях длины волны и размеров излучателя, плотность потока мощности в месте расположения искомого вещества может быть существенно увеличена за счет применения направленного излучения.
Известно, что ширина диаграммы направленности 9 на уровне половинной мощности определяется выражением:
θ≈λ/D, где
D- линейный размер апертуры излучателя.
Коэффициент направленного действия антенны К (выигрыш по мощности направленного излучателя по сравнению с изотропным) равен:
К=(0,6-0,7) 42π/θ2.
При одинаковой мощности направленного и изотропного излучателей дальность, на которой направленный излучатель создаст ту же плотность мощности, увеличивается в УК раз. Таким образом, излучение на частоте заполнения много большей частоты магнитного резонанса позволяет значительно увеличить расстояние, на котором можно достичь необходимой для возбуждения резонанса в веществе плотности мощности. Однако, достижение необходимого значения плотности мощности излучения в зоне расположения вещества недостаточно для возбуждения резонанса, - необходимо еще наличие в спектре воздействующего излучения составляющей, частота которой совпадает с частотой резонанса вещества.
Эффект ЭХА любого типа (ядерного, электронного, квадруполь-ного и других) возникает только в нелинейных системах, то есть спиновая система вещества принципиально обладает нелинейностью. В то же время, нелинейность может быть связана не только со спиновой системой, но также возникать в веществе в связи с возбуждением в нем каких-либо колебательных процессов. Поэтому в веществах, в которых наблюдается магнитный резонанс, всегда присутствует нелинейность того или иного типа. Из-за наличия нелинейности в системе, на которую воздействуют модулированные электромагнитные колебания, происходит преобразование частотного спектра этих колебаний
с выделением составляющей с частотой модуляции. [Корпел А., Чаттерджи М. «Нелинейное ЭХО, фазовое сопряжение, обращение времени и электронная голография.» ТИИЭР, т.69, № 12, 1981г.]
Поскольку частота модуляции воздействующего электромагнитного излучения выбирается равной частоте магнитного резонанса, последний будет возбужден. Соответственно, возбужденная система магнитных моментов будет давать отклики на частоте магнитного резонанса в виде сигналов ЭХА и индукции, по наличию которых регистрируется наличие магнитного резонанса в облучаемом веществе.