MXPA04010367A - Conjunto sensor y metodo para deteccion de sustancias por resonancia cuadrupolar nuclear (rcn) y en presencia de interferencia ambiental. - Google Patents

Abstract

Se describe un conjunto sensor para la deteccion de sustancias por resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) y en presencia de interferencia ambiental, comprendiendo el conjunto sensor:- un transmisor Tx que comprende medios de excitacion que generan senales de excitacion,- una llave de conmutacion conectada a la salida de el transmisor Tx;- un primer divisor/sumador de senal con desfasaje conectado a la salida de la llave Tx/Rx;- primeros y segundos elementos sensores, conectados a las salidas respectivas de el primer divisor/sumador de senal con desfasaje;- primeros y segundos circuitos de acople, preferentemente de modo comun, conectados a la salida de els primeros y segundos elementos sensores respectivamente,- primeros y segundos amplificadores conectados a las salidas de el primeros y segundos circuitos de acople respectivamente;- primeros y segundos filtros pasa-banda conectados a las salidas de el primero y segundo amplificadores respectivamente;- un segundo divisor/sumador de senal con desfasaje conectado a las salidas de els primero y segundo filtros pasa-banda respectivamente; y- un receptor Rx conectado a la salida de el segundo divisor/sumador de senal con desfasaje.Tambien se describe el metodo asociado al conjunto sensor.

Description

CONJUNTO SENSOR Y METODO PARA DETECCION DE SUSTANCIAS POR RESONANCIA CUADRUPOLAR NUCLEAR (RCN) Y EN PRESENCIA DE INTERFERENCIA AMBIENTAL DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un método y conjunto sensor para la detección de sustancias, por resonancia cuadrupolar nuclear y en presencia de interferencia ambiental . Más específicamente, se refiere a la detección de sustancias prohibidas ocultas en prendas, particularmente en calzados, o en equipajes. La resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) es una técnica espectroscópica de radiofrecuencia, utilizada frecuentemente para análisis químicos y físicos de materiales no metálicos. La respuesta generada por la RCN es característica de las propiedades magnéticas y eléctricas de los núcleos resonantes. El fenómeno de la RCN sólo puede ocurrir en algunos átomos (cuyos núcleos tengan momento cuadrupolar no nulo, es decir con espín I > 1/2) y suele ser fácilmente observable cuando los mismos forman parte de materiales cristalinos ó amorfos. De manera que, por ejemplo, todos los explosivos que contengan cloro y/o nitrógeno son potencíalmente accesibles a la detección por medio de esta técnica. Técnicamente la RCN es similar a la ampliamente conocida resonancia magnética nuclear (RMN) , pero con la ventaja sobre EF: 159515 esta última de que la RCN no necesita que el objeto a inspeccionar deba ser introducido en un campo magnético fuerte y uniforme. Las señales de RCN del nitrógeno en RDX y otros explosivos (ver por ejemplo: V.S. Grechishkin, "NQR device for detecting plástic explosives Mines and Drugs", Applied Physics, Vol A55, pp. 505-507 (1992)) ya han sido observadas con una sensibilidad suficiente como para formar la base de un detector posible de ser utilizado para investigar tanto bolsos de viaje como paquetes postales cerrados, portadores personales, etc. El fenómeno de resonancia cuadrupolar nuclear en sustancias nitrogenadas se observa principalmente en el rango de las radiofrecuencias, es decir que la detección de los explosivos se realiza por medio de ondas de radio, convenientemente acondicionadas con dispositivos electrónicos especiales. Cada compuesto químico que compone la sustancia explosiva posee una o más frecuencias de resonancia que son únicas y lo distinguen de los demás compuestos presentes en la naturaleza. Las propiedades eléctricas y magnéticas de los núcleos atómicos son las que dan lugar al fenómeno de la RCN. Los núcleos que tienen distribuciones de carga eléctrica no simétrica poseen momento cuadrupolar eléctrico. Otra propiedad nuclear es la de poseer momento magnético, el cual es también llamado espín nuclear. La RCN se origina en la interacción entre el momento cuadrupolar eléctrico del núcleo y el (gradiente de) campo eléctrico originado por las cargas eléctricas (o electrones) vecinas al núcleo. Para decirlo de una manera gráfica, aunque no rigurosa: cuando un núcleo cuadrupolar experimenta un gradiente de campo eléctrico proveniente del entorno atómico, ocurre como si diferentes partes del núcleo experimentaran un torque que le hiciera precesionar (rotar) alrededor de la dirección del gradiente de campo. Este movimiento de precesión "arrastra" al momento magnético nuclear. Si se somete temporalmente a la muestra a un campo magnético rotante, en sintonía con esta precesión, se puede lograr modificar la orientación del momento magnético nuclear respecto de la dirección del gradiente de campo eléctrico. Tal campo magnético rotante se logra simplemente colocando la muestra cerca de un generador de radiofrecuencia (RF) durante un intervalo de tiempo conveniente (típicamente del orden de los mierosegundos) que se denomina "pulso de RF". Una vez finalizado el pulso, la magnetización de la muestra, que precesa con la frecuencia de resonancia, produce una señal detectable llamada "señal de inducción por decaimiento libre" que se suele denominar con la sigla FID por su nombre inglés "Free Induction Decay" La frecuencia de precesión mencionada depende de dos parámetros : - en primer lugar es proporcional al momento cuadrupolar Q del núcleo, el cual está relacionado con la distribución de carga interna de el núcleo. El parámetro Q es cero para los casos en que la distribución de cargas del núcleo tiene simetría esférica, es positivo cuando la distribución de cargas es elongada a lo largo del eje principal y negativo cuando es achatada respecto de el eje. Las propiedades de simetría del núcleo imponen como condición necesaria para que el núcleo tenga Q distinto de cero, que el número cuántico de espín (ó número cuántico magnético) tenga un valor mayor que un medio: I > ½; y - en segundo lugar, la frecuencia es gobernada por las componentes principales del gradiente de campo eléctrico sensado por el núcleo que se observa, q. Por ejemplo, para un sistema de núcleos con spin 1=3/2, la constante de acoplamiento cuadrupolar está definida como: vQ=2 p?^T /h siendo q la máxima componente del gradiente de campo eléctrico generado por la distribución de carga electrónica en el sitio que ocupa el núcleo, Q el momento cuadrupolar del núcleo y h la constante de Planck. A partir de estas definiciones se demuestra que el valor de la frecuencia de resonancia, el cual se puede medir con gran precisión en cualquier experimento de RCN es una magnitud característica de la molécula que contiene al núcleo resonante -tal como "una huella digital"- . Existen en la naturaleza muchos núcleos cuadrupolares diferentes. Aquellos comúnmente presentes en los explosivos, son el nitrógeno, el cloro, el potasio, el sodio, etc. Todos estos núcleos se detectan rutinariamente en los espectrómetros de RCN para uso en investigación científica, y de manera similar también lo son para los explosivos. Es posible inspeccionar, por ejemplo, la presencia de diferentes explosivos o alcaloides, ajustando el detector a la frecuencia característica de la molécula, la cual debe ser -por supuesto- bien conocida de antemano. En los últimos años se han detectado varios casos de contrabando de sustancias prohibidas y/o peligrosas ocultas en el calzado de personas, en particular en lo referente a explosivos y alcaloides. Es necesario contener el tráfico de sustancias peligrosas de diferente tipo, tanto para evitar atentados terroristas como la introducción de éstas en lugares de alta demanda como, por ejemplo, lo suelen ser ciertas cárceles e institutos correccionales. En la actualidad la inspección de las prendas, y particularmente del calzado para buscar un posible contrabando de sustancias prohibidas, se realiza a través de muestras estadísticas sobre la población que circula por los puntos de inspección. Por el gran número de personas que generalmente se deben registrar esta tarea se torna engorrosa, lenta y necesita de una logística muy complicada; siendo generalmente motivo de conflicto, así como de pérdida de tiempo y de recursos económicos. Se han realizado esfuerzos para detectar contrabando a través de análisis espectroscopicos de diferentes tipos. Se ha probado en particular que los métodos que involucran a la resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) han sido utilizados con éxito para la detección de explosivos y alcaloides en equipaje y también para la detección de minas anti-personales y antitanques . Para cumplimentar la primera aplicación se han desarrollado sensores volumétricos de diferente geometría, pero en todos la idea básica es introducir el objeto a inspeccionar, generalmente un equipaje, en el interior de una bobina, y mediante un espectrómetro de pulsos de RCN irradiar a la muestra con diferentes secuencias de pulsos en "resonancia" con la sustancia que se busca detectar. Es de notar que en este caso el proceso excitación-detección se logra a través del campo electromagnético generado en el volumen interior de la bobina, inmerso en el cual se encuentra el equipaje u objeto a inspeccionar . Para la segunda aplicación, en la cual el explosivo se encuentra debajo de la superficie del suelo, se utilizan sensores superficiales. Estos sensores comprenden antenas, que pueden ser bobinas de diferente geometría (solenoidales planas, espirales, con núcleos de ferritas, etc.), siendo el proceso de irradiación-detección producido por el campo electromagnético que se genera en el volumen exterior a las mismas. En la aplicación volumétrica, tanto el sensor como el objeto a inspeccionar se introducen en un volumen con un adecuado blindaje electromagnético, con el objeto de proteger a la señal proveniente de la sustancia buscada del ruido electromagnético exterior. Es decir que el sensor, en estas condiciones, es inmune al ruido electromagnético ambiental. Para el caso de los sensores superficiales esta solución no es posible . Los dispositivos básicos de sensor superficial comprenden dos bobinas con espiras enrolladas en sentidos opuestos, colocadas una arriba de la otra o una al costado de la otra en un mismo plano, siempre a poca distancia entre ellas, y conectadas eléctricamente tanto en serie como en paralelo. En este dispositivo el ruido electromagnético producido en fuentes lejanas a las mismas se anula y el objeto a inspeccionar se coloca mas cerca de una de las antenas que de la otra, de manera que la señal de RCN se induce con mayor intensidad en una de ellas. La patente US 6054856 divulga una antena que es inmune al ruido para ser utilizada en resonancia magnética nuclear o resonancia cuadrupolar nuclear. La línea de transmisión posee un conductor que es eléctricamente continuo a través de la antena, y un blindaje que se divide en una posición de manera de que la antena esté balanceada eléctricamente, reduciendo así los efectos del ruido ambiental y los efectos de los conductores cercanos. Nada indica ni sugiere el hecho de analizar simultáneamente dos o más sustancias situadas en diferentes lugares.

La patente US 6486838 divulga un aparato y un método para analizar una sustancia prohibida en base a la resonancia cuadrupolar nuclear con dos antenas. Una primera antena se utiliza para enviar una señal de excitación a una potencial sustancia prohibida ubicada cerca de la primer antena. La señal es preferiblemente cercana a la frecuencia de resonancia de la sustancia bajo análisis. La antena posteriormente detecta la respuesta de la señal de excitación enviada, junto con la señal de interferencia proveniente del medio externo. Ambas antenas están conformadas por bobinas . Una segunda antena ubicada más lejos de la potencial sustancia prohibida, es sólo utilizada para detectar la señal de interferencia proveniente del medio externo. Las primera y segunda antenas, siendo bobinas enrolladas en forma opuesta, hacen que la señal de interferencia detectada por ambas se atenúe, en relación con la señal de excitación que es enviada por una de las antenas. Sin embargo, sus autores manifiestan que no es posible detectar señales cuando la sustancia prohibida está ubicada simultáneamente a igual distancia entre ambas. Cuando las dos antenas son activas, la respuesta a las señales de excitación emitidas inducirá dos señales, cada una en contrafase respecto de la otra, anulándose entre sí de la misma manera que se anula el ruido electromagnético. En particular, se menciona en la columna 6, líneas 33 a 42 y en la columna 8, líneas 30 a 38, la posibilidad de que ambas antenas sean activas en emisión y recepción de señales para detectar este tipo de sustancias, con la condición de que la muestra a inspeccionar sea pequeña en comparación con el campo de observación de cada antena, de manera de que el riesgo- de que ambas señales de recepción se cancelen entre sí sea pequeño. Es decir, el documento contempla una limitación geométrica, y para nada sugiere o enseña la detección de una sustancia prohibida en más de un lugar al mismo tiempo, como en el caso de que las mismas estén ocultas, por ejemplo, en ambos zapatos. La sustancia prohibida a detectar puede estar situada tanto fuera como dentro del volumen de la bobina; así como en una situación híbrida respecto de las anteriormente descriptas, es decir, parte adentro y parte afuera. Se entiende por volumen interior de la bobina a aquél espacio subtendido por la superficie periférica y los planos perpendiculares al eje de simetría principal de la misma. Todo el volumen no contenido de la manera descripta se lo considera volumen exterior, o más simplemente "el exterior de la bobina". Las formas geométricas de las bobinas a las que nos referimos aquí son las generalmente conocidas, tales como circulares, rectangulares, hexagonales, etc. Las bobinas planas, tales como las compuestas por hilos o fajas de metal apropiado y siempre que la corriente eléctrica circule por un único plano, no tendrán volumen interior, es decir que la muestra puede situarse únicamente en el exterior de la bobina. Si la corriente circula por un plano cóncavo, se entenderá por volumen interior (o simplemente "interior de la bobina") al subtendido por el volumen que resulta de la intersección del plano de la corriente y un plano imaginario perpendicular al eje de simetría de la bobina. Particularmente se espera que el contrabandista intente transportar algún tipo de sustancia . prohibida en sus dos zapatos. El conjunto sensor de la invención inspeccionará simultáneamente ambos zapatos, logrando la máxima eficiencia posible, aumentando a su vez la velocidad de inspección y la certeza del resultado de la misma. Además será necesario que la persona simplemente se pare sobre los sensores sin necesidad de un blindaje que la rodee. Para llevar a cabo la inspección se utiliza la técnica arriba expuesta de resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) , la cual es conocida como la respuesta (eco) de una determinada sustancia que contiene algún núcleo cuadrupolar, a un pulso de radiofrecuencia (RF) aplicado "en resonancia". La técnica utilizada es inocua para el medio ambiente, para el equipaje y para las personas. Es de aplicación directa, no requiriendo de preparación previa alguna de los objetos a inspeccionar. El proceso de detección implica inspecciones de rutina muy rápidas y se pueden realizar directamente en una senda peatonal, debiendo detenerse el pasajero por unos segundos en una zona especialmente demarcada mientras se le realiza la inspección. Típicamente, toma unos pocos segundos verificar la existencia de explosivos y/o otras sustancias peligrosas en un calzado o en bultos transportados, sin necesidad de abrirlos ni que posean contacto alguno con herramientas mecánicas y/o de palpación. No se utilizan radiaciones ionizantes, lo cual evita cualquier peligro sobre equipajes y personas. Cada conjunto sensor es automático, para lograr facilidad en su operación, no requiriendo por consiguiente de personal altamente entrenado que deba tomar decisiones subjetivas. La presente invención resuelve el problema de la detección de explosivos plásticos y otras sustancias prohibidas, las cuales no pueden ser detectadas con facilidad a partir de las técnicas convencionales de inspección, como es el caso de las basadas en aparatos de rayos X; ó bien respecto de aquellas que utilizan medios más sofisticados a partir de trazas del material buscado que pudieran haber quedado "contaminando" la superficie externa del objeto que la contiene. En referencia a la primera técnica, la invención corre con una ventaja adicional por ser totalmente automático, es decir independiente de la habilidad del operador para interpretar imágenes de relativamente bajo contraste y además que no utiliza radiaciones ionizantes. Respecto de la segunda metodología, la principal ventaja de la presente invención es su rapidez y seguridad para inspeccionar el equipaje. En particular, resultarla muy sencillo saturar y consecuentemente neutralizar por excesivos falsos positivos a una máquina que analice trazas, simplemente esparciendo muy pequeñas cantidades de sustancias prohibidas en el piso del aeropuerto y/o instalación a resguardar, contaminando así la mayor parte de los zapatos de los pasajeros y/o transeúntes, sin que exista sustancia transportada en su interior. La pretsente invención tiene aplicación particular en la detección de la señal de RCN de núcleos de 14N en explosivos tales como: TNT, RDX, PBX, HMX, Pentrita, Compuesto B, nitrato de amonio, Octol, en otras mezclas compuestas de tales materiales, como por ejemplo Compuesto B y Semtex y en alcaloides tales como cocaína base, clorhidrato de cocaína, heroína, etc. Es por lo tanto, objeto de invención de la presente solicitud un conjunto sensor para la detección por resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) y en presencia de interferencia ambiental-, de sustancias prohibidas ocultas, comprendiendo el conjunto sensor: - un transmisor Tx que comprende medios de excitación que generan señales de excitación, - una llave de conmutación conectada a la salida de el transmisor Tx; - un primer divisor/sumador de señal con desfasaje, conectado a la salida de la llave Tx/Rx; - primeros y segundos elementos sensores, conectados a las salidas respectivas de el primer divisor/sumador de señal con desfasaje; primeros y segundos circuitos de acople, preferentemente de modo común, conectados a la salida de els primeros y segundos elementos sensores respectivamente, - primeros y segundos amplificadores conectados a las salidas de els primeros y segundos circuitos de acople respectivamente; - primeros y segundos filtros pasa-banda conectados a las salidas de els primero y segundo amplificadores respectivamente ; - un segundo divisor/sumador de señal con desfasaje conectado a las salidas de els primero y segundo filtros pasa-banda respectivamente; y - un receptor Rx conectado a la salida de el segundo divisor/sumador de señal con desfasaje. Es también otro objeto de la invención, un método para la detección por resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) y en presencia de interferencia ambiental, de sustancias prohibidas ocultas que utiliza el conjunto sensor arriba expuesto y que comprende las siguientes etapas: generar señales de excitación en una frecuencia cercana a la frecuencia de resonancia de las sustancia prohibidas a detectar; - dirigir las señales de excitación hacia una llave de conmutación; dividir las señales de excitación en un primer divisor/sumador con desfasaje; - emitir las señales de excitación mediante una primera y una segunda antenas; - detectar las señales inducidas en cada antena debido a la presencia de sustancias prohibidas y de interferencia ambiental ; - amplificar y filtrar las señales inducidas; combinar las señales inducidas en un segundo divisor/sumador con desfasaje; y - sumar las señales inducidas y enviarlas al receptor x. Las señales de excitación son preferentemente pulsos de radiofrecuencia, y los amplificadores son amplificadores de radiofrecuencia apareados. En el caso de que las bobinas estén enrolladas en el mismo sentido serán necesario incluir primeros y segundos divisores/sumadores de señal con desfasaje 0o- 180°; y en el caso de que estén enrolladas en sentido opuesto, será necesario incluir primeros y segundos divisores/sumadores de señal con desfasaje 0°-0°, como veremos en detalle más adelante. La invención será mejor comprendida a lo largo de las figuras que a continuación se detallan. La Figura 1 ilustra una vista esquemática de una disposición de detección que utiliza el conjunto sensor de la presente invención. La Figura 2 ilustra un corte de la senda peatonal de la disposición de detección de la Figura 1. La Figura 3 ilustra un primer ejemplo de realización de un conjunto sensor que comprende dos antenas conformadas por bobinas enrolladas en el mismo sentido. La Figura 4 ilustra un segundo ejemplo de realización de un conjunto sensor que comprende dos antenas conformadas por bobinas enrolladas en sentido opuesto. La Figura 1 muestra una vista esquemática de una disposición de detección que comprende una senda peatonal 1 que incluye un conjunto sensor 3 fijo al piso. En una realización preferida, el piso posee hendiduras elipsoidales y cóncavas 3' para cada uno de los pies; alrededor de las cuales se disponen dos antenas Lx y L2. Sin embargo el piso puede no poseer las hendiduras, o de existir pueden tener otra configuración geométrica que el técnico del oficio de nivel medio evaluará oportunamente. Las antenas Li y L2 se encuentran por debajo del nivel del piso y encerradas por un blindaje 5 para campo eléctrico, al cual nos referiremos más adelante. El espectrómetro 4 se encarga de realizar las mediciones de manera automática y, finalmente, en el caso de una detección negativa de sustancias prohibidas, el flujo del peatón -que se indica con la flecha F- es habilitado por medio del accionamiento de la puerta 2. Esta disposición de detección es autónoma y puede ser operada sin necesidad de personal especializado. Conforme a las necesidades de detección, el conjunto sensor 3 también puede formar parte de un dispositivo portátil o estar montando en paredes, en barreras o lo similar. La Figura 2 muestra un corte de la senda peatonal 1 en donde se apoyarán los calzados para ser analizados. Para el presente ejemplo de realización preferido, las antenas Li, L2 están conformadas por bobinas detectoras elipsoidales Bi, B2 dispuestas sobre un plano cóncavo C practicado en el piso, diseñado de tal forma que la densidad de corriente en las espiras se optimice para lograr un campo magnético lo más uniforme posible en todo el volumen que se espera que ocupe la sustancia prohibida a detectar. Un transmisor Tx genera señales de excitación, preferentemente pulsos de radiofrecuencia RF, en una frecuencia cercana a la de resonancia cuadrupolar nuclear de la sustancia prohibida a detectar. Els pulsos son enviados hacia el elemento sensor 6 a través de un bloque de salida 7.

Posteriormente las señales de interferencia ambiental y las inducidas debido a la presencia de sustancias prohibidas, son enviadas a través de un bloque de salida 8 hacia un receptor Rx. Todo el conjunto sensor 3 está blindado en sus laterales y en la parte inferior por chapa de cobre o de aluminio de al menos 0,5 mm de espesor. El blindaje eléctrico superior se lleva a cabo de la manera usual, es decir por medio de una fina capa de un material no ferromagnético, tal como cobre o aluminio. También puede utilizarse plástico metalizado, comúnmente conocido como "antiestático"; siendo el más indicado para la presente aplicación, el que se construye con resinas epoxy metalizadas y puede formar parte de la propia senda peatonal 1. El espesor del metal no debe superar lo que se conoce como "profundidad de skin" (J. D. Jackson, "Electrodinámica Clásica", Editorial Alambra, Madrid, Buenos Aires, México, 1966) , de manera que no atenúe demasiado el campo magnético tanto para la excitación como para la detección, y para que al mismo tiempo provea un blindaje contra los campos eléctricos. El blindaje superior se coloca entre la antena Li, L2 y el objeto a detectar, en una posición adecuada para evitar la generación de corrientes parásitas ("eddy currents") cuyo efecto es la de disminuir el factor de calidad Q. Para lograr este efecto se realizan cortes de geometría adecuada (en forma de barras, círculos, etc) en el film metálico del blindaje. Las antenas Lx y L2 también pueden construirse en geometría "auto-blindadas" las cuales pueden ser, por ejemplo, biplanares (ver D. Tomasi, E.C. Caparelli, H. Panepucci and B. Foerster, "Fast optimization of a Biplanar Gradient Coil Set", Journal of Magnetic Resonance, 140 325 (1999), E.C. Caparelli, D. Tomasi and H. Panepucci, "Shielded biplanar Gradient Coil Design", Journal of Magnetic Resonance Imaging, 9, 725 (1999)). La Figura 3 ilustra en detalle el circuito eléctrico del conjunto sensor 3 conforme a uno de los ejemplos de realización de la presente invención. Los elementos sensores 6 están conformados por circuitos de sintonía que pueden adoptar una configuración en paralelo, en serie o balanceado. Las configuraciones están al alcance de cualquier técnico del oficio de nivel medio. Para el caso particular de lo ilustrado en la Figura 3, se observa un circuito de sintonía en paralelo, que incluye antenas Lx y L2 conformadas por bobinas Bi y B2 enrolladas en el mismo sentido y capacitores Ci a C4. Opcionalmente, els circuitos de sintonía pueden incluir bobinas de acoplamiento para lograr una manera más eficiente de adaptar las impedancias con el transmisor Tx y el receptor Rx. El funcionamiento eléctrico del conjunto sensor 3 es el siguiente: los pulsos de radiofrecuencia (RF) generados por los medios de excitación incluidos en el transmisor Tx, son enviados hacia una llave de conmutación, preferentemente una llave Transmisor/Receptor Tx/Rx ("Tx/Rx switch") . La llave Tx/Rx está conformada por conjuntos de pares de diodos cruzados 10, 11 y 11' y una línea de cuarto de onda (?/4) 12. La función de la llave Tx/Rx es la de aislar al transmisor Tx del conjunto sensor 3 cuando el primero no actúa, impidiendo el pasaje de interferencia o ruido ambiental desde el transmisor Tx al receptor Rx, durante el período de detección. Otros diseños para la llave Tx/Rx son también posibles, tal como los conocidos circuladores compuestos por guías de onda de fracciones de la longitud de onda de trabajo. A continuación los pulsos de radiofrecuencia se dividen en el primer divisor/sumador con desfasaje de 0°-180°13, invirtiendo la fase de uno de ellos. Este procedimiento es clave para el funcionamiento de una disposición de antenas con arrollamientos en el mismo sentido en procesos de detección simultánea, motivo de este invento. Los pulsos de radiofrecuencia ya divididos ingresan a cada circuito de sintonía y en particular a cada antena Li y L2. De esta manera ambas antenas Li y L2 emiten pulsos de radiofrecuencia RF en oposición de fase a una frecuencia cercana a la de resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) de la sustancia prohibida a detectar. Durante el proceso de detección se pueden inducir fuerzas electromotrices (fem's) en cada una de las antenas Li y L2 producto de la detección de alguna sustancia prohibida y de la interferencia ambiental . Las fuerzas electromotrices inducidas son posteriormente amplificadas en amplificadores de radiofrecuencia apareados 20,21 y filtradas en filtros pasa-banda 22,23 antes de ingresar a un segundo divisor/sumador por desfasaje de 0o- 180° 24, en donde una de las señales cuadrupolares inducidas provenientes de una de las sustancias detectadas vuelve a ser desfasada en 180° para estar en fase con la otra señal cuadrupolar inducida proveniente de la otra sustancia detectada y que permanece sin desfasar. De esta manera ambas señales cuadrupolares inducidas al estar ¦ nuevamente en fase son sumadas, aumentando la sensibilidad de la detección. Por otro lado, la señal de interferencia ambiental se induce en ambas antenas Li y L2 en fase. Luego al pasar por el segundo divisor/sumador con desfasaje 0°-180° 24, una de las señales de interferencia ambiental inducida en una de las antenas es desfasada 180° con respecto a la señal de interferencia ambienta inducida en la otra antena. De esta manera ambas señales de interferencia ambiental inducidas se cancelan. Els amplificadores de radiofrecuencia apareados 20 y 21 son protegidos por líneas de cuarto de onda 16 y 17 y por diodos cruzados 18 y 19 respectivamente, conformando primeros y segundos circuitos de acople, preferentemente de modo común.

La Figura 4 ilustra una variante del ejemplo ilustrado en la Figura 3, en donde las bobinas Bx y B2 asociadas a las antenas de emisión/recepción Lx y L2 están enrolladas en sentidos opuestos. En este caso particular, la única variante con respecto al primer ejemplo de realización ilustrado en la Figura 3 es que los divisores/sumadores de señal 13,24 son con desfasaje de 0°-0°. El propio arrollamiento en sentido opuesto de las bobinas hace que la señal inducida por interferencia ambiental se cancele al combinarse, ya que el origen de la interferencia es una fuente común. En lo que respecta a las sustancias prohibidas, ambas antenas Li y L2 emiten pulsos de radiofrecuencia en contrafase debido a los arrollamientos opuestos de sus bobinas respectivas Ba y B2, con lo cual las fuerzas electromotrices (fem's) inducidas en respuesta a els pulsos de radiofrecuencia, vuelven a estar en fase, ya que son captadas por antenas con arrollamientos opuestos, razón por la cual se suman sus valores . La electrónica asociada (no ilustrada) al conjunto sensor de la invención comprende elementos de conexión, aislación y protección del conjunto sensor 3, el receptor Rx y el transmisor Tx. El dispositivo de cambio del factor de calidad Q consiste en un conjunto de diodos del tipo PIN 35 y comandados por un pulso de control provenientes de la unidad de control 50. El conjunto de diodos cruzados 36 y Zener en oposición 37 sirven para disminuir el ruido de baja frecuencia generalmente producido por los diodos PIN 35. La línea de cuarto de onda (?/4) , conformada por los capacitores Ci y C2 y la antena L existe al sólo efecto de evitar manipular un cable coaxial que produce el mismo efecto pero que a la frecuencia de unos pocos MHz resulta de una longitud que dificulta su manejo. Por último, el dispositivo de auto sintonía consiste en agregar o quitar capacitancia al capacitor de sintonía 30 de la Figura 3 por medio de un relay del tipo coaxial. Por otro lado existen diversas secuencias de pulsos posibles de utilizar para los fines de este invento. Nos referimos a la secuencia SLSE, sigla que responde a su nombre en el idioma inglés: Spin-Locked Spin Echo. Esta consiste en irradiar a la muestra con un primer pulso de RF de amplitud tal que sea capaz de reorientar a la magnetización de los núcleos cuadrupolares en un ángulo de 90° y con una fase de 0o para el generador de señal sintetizado. Luego de que transcurre un tiempo t, se aplica un segundo pulso de RF, ahora del doble de duración ó que reoriente a la muestra en 180° y con fase a 902 respecto de la del primer pulso. Exactamente a un mismo período t desde que finalizó el segundo pulso de RF aparece el eco de espín. Mas tarde se aplica otro pulso de 180° y con fase 90° apareciendo el segundo eco de amplitud algo menor que el primero. Más tarde se aplica un tercer pulso y aparece el tercer eco -siempre de amplitud ligeramente menor que su precedente-, y así sucesivamente hasta colectar n ecos (típicamente 1000 de ellos) . Lo que se denomina "señal de detección", es la colección de las amplitudes de todos los ecos digitalizados y sumados entre sí. En muchos casos prácticos es posible reemplazar tanto al primero como al segundo pulso de RF por medio de los denominados "pulsos compuestos" (ver Agreev, et al, "Composite pulses in nuclear quadrupole resonance", Molecular Physics, vol . 83, pp. 193-220 (1994)), con el propósito de aumentar considerablemente la eficiencia de la detección . Una segunda secuencia de detección es la denominada por sus siglas en inglés: SORC ó Strong Off-Resonance Comb (ver, G.V. Mozjuokhine, "The frequency offset effects of NQR of spin 1 =1 for remote detection", Z. Naturforschung, vol . 57a, p . 297-303 (2002)) . Esta secuencia, de la cual se ejemplifican sólo dos versiones-, consiste de pulsos compuestos de diferentes amplitudes y fases, denotadas aquí sus amplitudes por las letras griegas a.?.ß, equiespaciadas en el tiempo. En la Figura 6 los rectángulos sombreados representan a los pulsos de RF de excitación y en la parte inferior de la misma figura se muestra un oscilograma dígitalizado de la señal de RCN para el caso del RDX, en las condiciones experimentales que se detallan en la parte inferior de la misma figura. Nuevamente aquí la señal de detección se construye sumando digitalmente en la computadora 6 varios cientos o miles de las señales de RCN que preceden a cada pulso compuesto de la secuencia SORC. En todas estas secuencias de pulsos es posible cambiar la frecuencia de la referencia, en la etapa de detección de la señal del eco de espín. Esta operación se realiza por medio de un cambio en la frecuencia del sintetizador digital directo DDS y es habilitada por un pulso proveniente del programador de pulsos. Es conveniente aclarar que el cambio, en el caso de nuestro circuito, toma unos pocos nanosegundos en llevarse a cabo. En la etapa de detección en cuadratura se logra un "batido" del eco de espín, el cual es sincrónico al momento en que la señal del eco es digitalizada en la etapa respectiva. De esta manera lo que se logra es aumentar el contenido en frecuencias del eco de espín en una cantidad: A=v0-vref, es decir igual a la diferencia entre la frecuencia de precesión nuclear (la cual es igual a la de irradiación en la condición de resonancia exacta) y la frecuencia de la referencia en el momento de la detección. Con este truco lo que se logra es correr, en el espectro de frecuencias, a la señal del eco que se capta en la condición de resonancia agregándole un contenido en frecuencias. En efecto en la condición de resonancia (o también en la de irradiación en resonancia) el eco obtenido al finalizar la etapa de la detección sensible a la fase y en cuadratura, sólo posee componentes de muy baja frecuencia. Ahora al cambiarse la frecuencia de la referencia en una cantidad conocida se llega a la condición llamada "de eco batido", la cual posee contenido en frecuencia controlable externamente; siendo generalmente situada en la practica predominantemente en el rango de las decenas y aún centenas de KHz. Como la relación señal ruido (SNR) aumenta con el contenido de frecuencias predominantes del eco, por medio del corrimiento en la frecuencia de la señal de referencia en el detector en cuadratura se logra digitalizar una señal con notable mejora en la relación entre la señal y el ruido. Esta innovación puede ser aplicada con todas las secuencias de pulsos conocidas, y en particular en las que se mencionan arriba, y puede aplicarse al mismo tiempo que se realiza el procedimiento conocido como "ciclado de fase". Este procedimiento sirve para eliminar ambos: i) efectos de ruido en la línea base y ii) señales de ruido coherente (ver para mas detalle E. Fukushima, y S.B.W. Roeder: "Experimental Pulse NMR: A Nuts and Bolts approach", Addison- esley Publishing Co . , Reading, MA, USA (1981)). Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (35)

1. REIVINDICACIONES
2. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un conjunto sensor para la detección de sustancias por resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) y en presencia de interferencia ambiental, caracterizado porgue comprende: - un transmisor Tx que comprende medios de excitación que generan señales de excitación, - una llave de conmutación conectada a la salida de el transmisor Tx; - un primer divisor/sumador de señal con desfasaje, conectado a la salida de la llave Tx/Rx; - primeros y segundos elementos sensores, conectados a las salidas respectivas de el primer divisor/sumador de señal con desfasaje; primeros y segundos circuitos de acople, preferentemente de modo común, conectados a la salida de els primeros y segundos elementos sensores respectivamente, - primeros y segundos amplificadores conectados a las salidas de els primeros y segundos circuitos de acople respectivamente ; - primeros y segundos filtros pasa-banda conectados a las salidas de els primero y segundo amplificadores respectivamente ,- - un segundo divisor/sumador de señal con desfasaje conectado a las salidas de els primero y segundo filtros pasa-banda respectivamente; y - un receptor Rx conectado a la salida de el segundo divisor/sumador de señal con desfasaje. 2. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las señales de excitación son pulsos de radiofrecuencia.
3. 3. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los amplificadores son amplificadores de radiofrecuencia que están apareados.
4. 4. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque está rodeado por un blindaje.
5. 5. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el blindaje en la parte lateral y en la parte inferior del mismo está conformado por chapa de cobre o de aluminio de al menos 0.5 mm de espesor.
6. 6. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el blindaje en la parte superior del mismo está conformado por una fina capa de ' un material no ferromagnético o de plástico metalizado.
7. 7. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el blindaje superior se coloca entre la antena y el objeto a detectar, en una posición adecuada para evitar la generación de corrientes parásitas.
8. 8. Conjunto de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el blindaje comprende cortes de geometría adecuada .
9. 9. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación I, caracterizado porque el primer y segundo elementos sensores son circuitos de sintonía.
10. 10. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los circuitos de sintonía adoptan las configuraciones paralelo, serie o balanceados.
11. 11. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque los circuitos de sintonía incluyen primera y segunda antenas de emisión/recepción La y L2, preferiblemente de geometría auto-blindadas.
12. 12. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación II, caracterizado porque la primer y segunda antenas de emisión/recepción Li y L2 están conformadas por bobinas Bi y B2 respectivamente .
13. 13. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las bobinas Bi y B2 poseen arrollamientos en el mismo sentido.
14. 14. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el primer y segundo divisores/sumadores con desfasaje son de 0o- 180°.
15. 15. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el primer elemento sensor está conectado a la salida de 0° de el primer divisor/sumador con desfasaje 0-180°.
16. 16. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el segundo elemento sensor está conectado a la salida de 180° de el primer divisor/sumador con desfasaje 0-180°.
17. 17. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el primer filtro pasa-banda está conectado a la entrada de 0o de el segundo divisor/sumador con desfasaje 0-180°.
18. 18. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el segundo filtro pasa-banda está conectado a la entrada de 180° de el segundo divisor/sumador con desfasaje 0-180°.
19. 19. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las bobinas Bx y B2 posee arrollamientos en sentidos opuestos.
20. 20. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el primer y segundo divisores/sumadores con desfasaje son de 0°-0°.
21. 21. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las primera y segunda antenas están conectadas en serie.
22. 22. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la primer y segunda antenas están conectadas en paralelo.
23. 23. Conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque está fijado a un piso que tiene practicadas hendiduras elipsoidales y cóncavas para cada uno de los pies; alrededor de las cuales se disponen la primer y segunda antenas .
24. 24. Un conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la primer y segunda antenas son de conformación elipsoidal, y están dispuesta sobre un plano cóncavo C, diseñado de tal forma que la densidad de corriente en las espiras en la superficie cóncava se optimice para lograr un campo magnético lo más uniforme posible en todo el volumen que se espera que ocupe el material prohibido a detectar .
25. 25. Un conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque está montado en paredes, en barreras o lo similar.
26. 26. Un conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque es portátil.
27. 27. Un conjunto sensor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la llave de conmutación es una llave Transmisor/Receptor Tx/Rx ("Tx/Rx switch") que comprende conjuntos de pares de diodos cruzados y una línea de cuarto de onda (?/4) .
28. 28. Un método para la detección por resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) y en presencia de interferencia ambiental, de sustancias prohibidas ocultas que utiliza el conjunto sensor de conformidad con las reivindicaciones 1 a 27, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: - generar señales de excitación en una frecuencia cercana a la frecuencia de resonancia de las sustancia prohibidas a detectar; - dirigir las señales de excitación hacia una llave de conmutación; dividir las señales de excitación en un primer di isor/sumador con desfasaje; - emitir las señales de excitación mediante una primera y una segunda antenas; - detectar las señales inducidas en cada antena debido a la presencia de sustancias prohibidas y de interferencia ambiental ; - amplificar y filtrar las señales inducidas; combinar las señales inducidas en un segundo divisor/sumador con desfasaje; y - sumar las señales inducidas y enviarlas al receptor Rx.
29. 29. Un método según la reivindicación 28, caracterizado porque las señales de excitación son pulsos de radiofrecuencia.
30. 30. Un método según las reivindicaciones 28 y 29, caracterizado porque la amplificación de señales inducidas se lleva a cabo en amplificadores de radiofrecuencia apareados.
31. 31. Un método según la reivindicación 28, caracterizado porque el filtrado de las señales de excitación se lleva a cabo en filtros pasa-banda.
32. 32. Un método según la reivindicación 28, caracterizado porque la llave de conmutación es una llave Transmisor/Receptor Tx/Rx ("Tx/Rx switch")
33. 33. Un método según la reivindicación 28, caracterizado porque cuando las bobinas que conforman la primer y segunda antenas están arrolladas en el mismo sentido, el primer y segundo divisores/sumadores con desfasaje, desfasan en 0°-180° luego de la división de los pulsos de radiofrecuencia y de la combinación de la señales inducidas respectivamente.
34. 34. Un método según la reivindicación 28, caracterizado porque cuando las bobinas que conforman las primera y segunda antenas están arrolladas en sentidos opuestos, el primer y segundo divisores/sumadores con desfasaje, desfasan en 0°-0o° luego de la división de los pulsos de radiofrecuencia y de la combinación de la señales inducidas respectivamente.
35. 35. Un método según la reivindicación 28, caracterizado porque las señales de excitación son generadas por medios de excitación incluidos en un transmisor Tx. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se describe un conjunto sensor para la detección de sustancias por resonancia cuadrupolar nuclear (RCN) y en presencia de interferencia ambiental, comprendiendo el conjunto sensor: - un transmisor Tx que comprende medios de excitación que generan señales de excitación, - una llave de conmutación conectada a la salida de el transmisor Tx; - un primer divisor/sumador de señal con desfasaje, conectado a la salida de la llave Tx/Rx; - primeros y segundos elementos sensores, conectados a las salidas respectivas de el primer divisor/sumador de señal con desfasaje; primeros y segundos circuitos de acople, preferentemente de modo común, conectados a la salida de els primeros y segundos elementos sensores respectivamente, - primeros y segundos amplificadores conectados a las salidas de el primeros y segundos circuitos de acople respectivamente ; - primeros y segundos filtros pasa-banda conectados a las salidas de el primero y segundo amplificadores respectivamente ; - un segundo divisor/sumador de señal con desfasaje conectado a las salidas de els primero y segundo filtros pasa-banda respectivamente; y - un receptor Rx conectado a la salida de el segundo divisor/sumador de señal con desfasaje. También se describe el método asociado al conjunto sensor .