RU69640U1

RU69640U1 - DEVICE FOR DETECTING TRACE CONCENTRATIONS OF HAZARDOUS SUBSTANCES ON DOCUMENTS

Info

Publication number: RU69640U1
Application number: RU2007125236/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Сергеевич Борейшо; Андрей Валерьевич Савин; Сергей Юрьевич Страхов; Владимир Семенович Корепанов; Татьяна Евгеньевна Тарасова; Елена Владимировна Берцева
Original assignee: Общество с ограниченной ответственостью "Научно-производственное предприятие "Лазерные системы"
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2007-12-27

Abstract

Устройство предназначено для обнаружения следовых концентраций опасных веществ на документах при их проверке в местах контролируемого доступа. Устройство содержит точечный источник излучения 1, систему формирования излучения 2, включающую сферическое 11, в фокальной плоскости которого установлен источник излучения, и плоское 12 зеркала, элемент МНПВО 3, образующий световод между его параллельными гранями, спектроанализатор 4, включающий дифракционную решетку 13 и объектив 12, в фокальной плоскости которого установлен приемник излучения - линейка фотоэлементов 5. Выявление опасных веществ на поверхности документа выполняется методом МНПВО-спектроскопии по принадлежащим только данному веществу линиям поглощения в ИК-диапазоне длин волн, создающим участки малой интенсивности на отдельных элементах линейки 5, на каждом из которых строится изображение источника излучения в узком спектральном диапазоне.The device is designed to detect trace concentrations of hazardous substances on documents when they are checked in places of controlled access. The device contains a point radiation source 1, a radiation generation system 2, including a spherical 11, in the focal plane of which a radiation source is installed, and a plane 12 mirror, an element MNIPO 3 forming a fiber between its parallel faces, a spectrum analyzer 4, including a diffraction grating 13 and a lens 12 , in the focal plane of which a radiation detector is installed - a line of photocells 5. The detection of hazardous substances on the surface of a document is carried out by the method of MNPVO spectroscopy according to data only To this substance, absorption lines in the infrared wavelength range that create low-intensity sections on individual elements of line 5, on each of which an image of the radiation source in a narrow spectral range is built.

Description

Заявляемая полезная модель относится к области аналитического приборостроения и может быть использована для обнаружения следовых концентраций опасных веществ (взрывчатых, токсических, наркотических и других) на поверхности различных документов в местах контролируемого доступа, таких, как аэропорты, военные учреждения, гражданские предприятия, места массового скопления людей при проведении различных мероприятий, для выявления людей, имевших непосредственный контакт с указанными опасными веществами.The inventive utility model relates to the field of analytical instrumentation and can be used to detect trace concentrations of hazardous substances (explosive, toxic, narcotic and others) on the surface of various documents in places of controlled access, such as airports, military institutions, civilian enterprises, places of mass congestion people during various events to identify people who have had direct contact with these hazardous substances.

Обнаружение опасных веществ является одной из актуальных проблем в связи с получившими в последние годы широкое распространение во всем мире актами терроризма и незаконным оборотом наркотиков. При этом важным становится не только обнаружение запасов взрывчатых и токсичных веществ, готовых зарядов, партий наркотиков, но и выявление лиц, причастных к их изготовлению, транспортировке, введению в оборот, на основе следовых количеств, оставшихся на руках, одежде, багаже и ручной клади, документах, предъявляемых к досмотру.The detection of hazardous substances is one of the pressing problems in connection with acts of terrorism and drug trafficking that have become widespread in recent years. At the same time, it becomes important not only to detect stockpiles of explosive and toxic substances, ready-made charges, batches of drugs, but also to identify the persons involved in their manufacture, transportation, putting into circulation, based on trace amounts left on hands, clothes, luggage and hand luggage documents submitted for inspection.

Выявление следов опасных веществ на документах представляет особый интерес, так как благодаря высокой адгезионной способности их следы сохраняются на документах длительное время. В отличие от рук, одежды и других предметов, документы не подвергают чистке, мытью и другим процедурам, способным уничтожить эти следы. Документы, удостоверяющие личность, в обязательном порядке предъявляются при проведении паспортно-визового контроля, что позволяет проводить проверку на наличие следов скрытно, параллельно с просмотром документов.The identification of traces of hazardous substances on documents is of particular interest, since due to the high adhesive ability their traces are stored on documents for a long time. Unlike hands, clothes and other objects, documents are not subjected to cleaning, washing and other procedures that can destroy these traces. Identity documents are required to be submitted during passport and visa control, which allows you to check for traces secretly, in parallel with viewing documents.

Существует целый ряд возможных методов, способов и устройств на их основе для проведения анализа на наличие следов опасных веществ. Многие из них предусматривают поиск с помощью масс-спектрометрии, газовой хроматографии и спектрометрии ионной подвижности. Однако, при осуществлении этих методов необходима подготовка пробы в газовой фазе, а многие из опасных веществ имеют очень низкое давление паров, особенно при комнатной температуре, что делает их обнаружение достаточно трудным. Поэтому необходимо предварительное концентрирование паров и нагрев микроследов для существенного увеличения давления паров.There are a number of possible methods, methods and devices based on them for analyzing the presence of traces of hazardous substances. Many of them include searches using mass spectrometry, gas chromatography, and ion mobility spectrometry. However, the implementation of these methods requires the preparation of a sample in the gas phase, and many of the hazardous substances have very low vapor pressure, especially at room temperature, which makes their detection rather difficult. Therefore, it is necessary to pre-concentrate the vapors and heat the micro trace to significantly increase the vapor pressure.

Так, например, известно устройство обнаружения следов микропримесей опасных веществ на поверхности документов (патент RU 2288459 C1, G01N 13/00 (2006.01), оп. 2006.11.27), относящееся к области газового анализа, которое может использоваться для определения микроследов опасных веществ - взрывчатых веществ, наркотиков, токсичных веществ и т.п. на поверхности документов при прохождении контрольных проходов в аэропортах, железнодорожных вокзалах, выставках и т.д.So, for example, it is known a device for detecting traces of trace elements of hazardous substances on the surface of documents (patent RU 2288459 C1, G01N 13/00 (2006.01), op. 2006.11.27), related to the field of gas analysis, which can be used to determine the trace of hazardous substances - explosives, drugs, toxic substances, etc. on the surface of documents when passing control passages at airports, railway stations, exhibitions, etc.

Известное устройство содержит систему ввода обследуемого объекта, побудитель расхода воздуха, нагреватель и газоанализатор, а также фильтр очистки воздуха. В качестве газоанализатора используется спектрометр приращения ионной подвижности (СПИП), выход которого соединен через побудитель расхода воздуха с входом фильтра. Вход системы ввода обследуемого объекта и вход СПИП соединены с выходом фильтра. Нагреватель расположен непосредственно над поверхностью документа, а устройство ввода обследуемого объекта выполнено в виде герметичной камеры, защищающей обследуемую поверхность документа от внешней атмосферы.The known device includes a system for inputting the object under examination, an inducer of air flow, a heater and a gas analyzer, as well as an air purification filter. An ion mobility increment spectrometer (SPIP) is used as a gas analyzer, the output of which is connected through an air flow inducer to the filter inlet. The input system of the input object of the examined object and the input SPIP connected to the output of the filter. The heater is located directly above the surface of the document, and the input device of the examined object is made in the form of a sealed chamber that protects the examined surface of the document from the external atmosphere.

При выполнении исследований необходимы герметизация обследуемого документа от внешней атмосферы в камере, применение When performing research, it is necessary to seal the document being examined from the external atmosphere in the chamber, use

нагревателя и замкнутой газовой схемы с насосом и очищающим фильтром, что существенно усложняют конструкцию и эксплуатацию устройства. Непосредственное расположение нагревателя у поверхности обследуемого документа и нагрев этой поверхности на 50-100°С могут привести к повреждению или разрушению анализируемой поверхности. Сам документ должен быть помещен в герметичную камеру, что исключает скрытное выполнение проверки.a heater and a closed gas circuit with a pump and a cleaning filter, which greatly complicate the design and operation of the device. Direct location of the heater near the surface of the document being examined and heating of this surface by 50-100 ° C can lead to damage or destruction of the analyzed surface. The document itself must be placed in a sealed chamber, which eliminates the secretive verification.

К достоинствам известного устройства можно отнести высокую чувствительность, обусловленную использованием в качестве газоанализатора спектрометра приращения ионной подвижности, однако необходимость предварительного нагрева исследуемого документа и подготовки пробы является его недостатком.The advantages of the known device include high sensitivity due to the use of an ion mobility increment as a gas analyzer, but the need for pre-heating the test document and preparing the sample is its drawback.

Известен также детектор для обнаружения взрывчатых веществ (патент RU 2148825, МПК 7 G01N 33/22, G01N 25/54, G01N 21/65, оп. 2005.05.10), который относится к устройствам для обнаружения взрывчатого материала в образце. Детектор используют для обнаружения присутствующего в образце пластикового взрывчатого вещества Семтекс с помощью Рамановской спектроскопии. Активные химические ингредиенты Семтекса имеют устойчивые Рамановские пики на 885 и 874 см^-1 соответственно. С учетом этого данные пики могут быть обнаружены Рамановской спектроскопической системой с использованием фильтра, имеющего узкую ширину пропускания, сцентрированного на 880 см^-1 и имеющего ширину полосы пропускания, равную 20 см^-1. Такой фильтр следует использовать в Рамановской системе, применяемой для сканирования авиационных посадочных талонов или в Рамановском микроскопе, который воспроизводит изображение отпечатков пальцев.A detector for detecting explosives is also known (patent RU 2148825, IPC 7 G01N 33/22, G01N 25/54, G01N 21/65, op. 2005.05.10), which relates to devices for detecting explosive material in a sample. The detector is used to detect the Semtex plastic explosive present in the sample using Raman spectroscopy. The active chemical ingredients of Semtex have stable Raman peaks at 885 and 874 cm ^-1, respectively. With this in mind, these peaks can be detected by the Raman spectroscopic system using a filter having a narrow passband centered at 880 cm ⁻¹ and having a passband equal to 20 cm ⁻¹ . Such a filter should be used in the Raman system used for scanning aircraft boarding passes or in the Raman microscope, which reproduces the image of fingerprints.

При прохождении регистрации в аэропорту пассажир получает посадочный талон. Если он перед этим держал в руках взрывчатое вещество, например, Семтекс, то следы частиц этого вещества останутся на его руках и в дальнейшем могут быть перенесены на посадочный талон When registering at the airport, the passenger receives a boarding pass. If before this he was holding an explosive in his hands, for example, Semtex, then traces of the particles of this substance will remain on his hands and can later be transferred to the boarding pass

при обычном контакте. Затем на проверочном посту, например, в предпосадочном проходе аэропорта, пассажир пропускает свой посадочный талон через считывающее устройство. Во время перемещения в считывающем устройстве посадочный талон сканируется излучением лазера. Встроенный в считывающее устройство детектор реагирует на присутствие на посадочном талоне любой из RDX или PETN-частиц, характерных для вещества Семтекс. При наличии в образце загрязнений детектор позволяет в относительно короткий промежуток времени обнаружить наиболее часто применяемые взрывчатые вещества.during normal contact. Then at the checkpoint, for example, in the pre-landing pass of the airport, the passenger passes his boarding pass through the reader. While moving in the reader, the boarding pass is scanned by laser radiation. The detector integrated in the reader responds to the presence on the boarding pass of any of the RDX or PETN particles characteristic of the Semtex substance. If there is contamination in the sample, the detector allows you to detect the most commonly used explosives in a relatively short period of time.

Необходимость использования дополнительного документа (посадочного талона, билета и др.), который является только вторичным переносчиком следов, уменьшает количество анализируемого вещества и снижает вероятность его обнаружения.The need to use an additional document (boarding pass, ticket, etc.), which is only a secondary carrier of traces, reduces the amount of analyte and reduces the likelihood of its detection.

Одним из наиболее развитых аналитических методов, которые могут быть применены для обнаружения и исследования малых количеств веществ, является оптическая спектроскопия и, в частности, один из ее видов - спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), которая служит дополнением к обычным абсорбционным методам и применена в случаях, когда обычные методы использовать сравнительно трудно.One of the most developed analytical methods that can be used to detect and study small quantities of substances is optical spectroscopy, and, in particular, one of its types is spectroscopy of impaired total internal reflection (ATR), which complements the usual absorption methods and is used in cases where conventional methods are relatively difficult to use.

Отражение света, падающего на границу раздела двух сред из среды оптически более плотной (с большим показателем преломления), принято называть внутренним отражением. В частном случае двух прозрачных полубесконечных сред внутреннее отражение может быть полным. При полном внутреннем отражении (ПВО) граница раздела двух сред ведет себя как идеальное зеркало, отражая весь световой поток. Необходимым условием ПВО является прозрачность оптически менее плотной среды. Если же эта среда обладает способностью поглощать электромагнитную энергии, то интенсивность отраженного света будет меньше The reflection of light incident on the interface between two media from an optically denser medium (with a large refractive index) is commonly called internal reflection. In the particular case of two transparent semi-infinite media, internal reflection can be complete. With full internal reflection (AA), the interface between two media behaves like an ideal mirror, reflecting the entire light flux. A necessary condition for air defense is the transparency of an optically less dense medium. If this medium has the ability to absorb electromagnetic energy, then the intensity of the reflected light will be less

интенсивности падающего света, т.е. происходит нарушение полного внутреннего отражения (НПВО).the intensity of the incident light, i.e. there is a violation of total internal reflection (ATR).

Важнейшей деталью устройства для измерения спектров НПВО является элемент НПВО - световод, играющий роль оптически более плотной по отношению к объекту исследования среды.The most important part of the device for measuring the ATR spectra is the element of the ATR - the fiber, which plays the role of optically more dense in relation to the object of study of the medium.

В свою очередь, важнейшими характеристиками элементов НПВО являются: область прозрачности, показатель преломления n, число отражений N и угол падения θ. Варьируя эти параметры, можно существенным образом влиять на контрастность и вид спектров НПВО.In turn, the most important characteristics of ATR elements are: transparency region, refractive index n, number of reflections N and angle of incidence θ. Varying these parameters, one can significantly affect the contrast and type of the ATR spectra.

Для усиления интенсивности спектра применяются элементы с большим числом отражений от границы - элементы многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО).To enhance the intensity of the spectrum, elements with a large number of reflections from the boundary are used — elements of repeatedly disturbed total internal reflection (INRM).

Известен датчик (патент JP 2002195944, G01N 21/27; G01N 21/25, оп. 2002.07.10), который может быть применен для обнаружения опасных веществ на поверхности документа. Известный датчик работает на основе нарушенного полного внутреннего отражения. Датчик содержит источник излучения, оптическую систему формирования излучения, диэлектрический блок, на поверхности которого находится исследуемое вещество, систему приема излучения. Оптическая система формирования излучения позволяет направлять пучок под различными углами для обеспечения угла полного внутреннего отражения к исследуемой поверхности, и формирует на этой поверхности изображение источника излучения. Отраженное от диэлектрического блока с исследуемым веществом излучение направляется через объектив и рассеивающую пластину на приемник излучения в виде линейки фоточувствительных элементов.A known sensor (patent JP 2002195944, G01N 21/27; G01N 21/25, op. 2002.07.10), which can be used to detect hazardous substances on the surface of the document. The known sensor operates on the basis of impaired total internal reflection. The sensor contains a radiation source, an optical system for generating radiation, a dielectric block on the surface of which the substance under study is located, and a radiation receiving system. The optical system for the formation of radiation allows you to direct the beam at different angles to ensure the angle of total internal reflection to the surface under study, and forms an image of the radiation source on this surface. The radiation reflected from the dielectric block with the test substance is directed through the lens and the scattering plate to the radiation receiver in the form of a line of photosensitive elements.

Недостатком известного датчика является то, что излучение отражается однократно и на исследуемой поверхности освещается очень малая область. Для выявления следовых концентраций веществ на большой поверхности с неизвестной областью локализации искомого A disadvantage of the known sensor is that the radiation is reflected once and a very small area is illuminated on the test surface. To identify trace concentrations of substances on a large surface with an unknown region of localization of the desired

вещества необходимо выполнение последовательно большого числа измерений на поверхности документа, что приводит к увеличению времени измерения и снижению вероятности обнаружения таких веществ, а также усложнению конструкции при введении системы автоматизированного сканирования по поверхности.substances, it is necessary to perform a succession of a large number of measurements on the surface of the document, which leads to an increase in the measurement time and a decrease in the probability of detection of such substances, as well as to complicate the design with the introduction of an automated surface scanning system.

Известно устройство по патенту US 6420708, МПК 7 G01N 21/27, G01N 21/35, оп. 16.07.2002., которое по совокупности признаков является наиболее близким к заявляемому техническому решению и может быть использовано для обнаружения следовых концентраций опасных веществ на документах. Известное устройство работает на основе анализа спектра методом МНПВО и включает источник излучения, спектроанализатор, образованный оптическим линейно-переменным фильтром и линейкой фотоэлементов, и элемент МНПВО, расположенный между источником излучения и спектроанализатором. Элемент МНПВО имеет две поверхности, на одной из которых размещается образец из материала, подвергаемого МНПВО-анализу, и две грани, скошенные под углом к вышеуказанным поверхностям. Условием надежного детектирования спектра и построения массива данных в виде зависимости интенсивности от длины волны является равенство ширины элемента МНПВО, длины источника излучения и приемника - линейки фоточувствительных элементов. Существенным недостатком известного технического решения является малая оперативность.A device is known according to the patent US 6420708, IPC 7 G01N 21/27, G01N 21/35, op. July 16, 2002., Which, by the totality of features, is closest to the claimed technical solution and can be used to detect trace concentrations of hazardous substances on documents. The known device operates on the basis of spectrum analysis by the MNIP method and includes a radiation source, a spectrum analyzer formed by an optical linear variable filter and a line of photocells, and an MNIP element located between the radiation source and the spectrum analyzer. The INLM element has two surfaces, on one of which a sample of material subjected to INL analysis is placed, and two faces, beveled at an angle to the above surfaces. The condition for reliable detection of the spectrum and the construction of a data array in the form of a dependence of the intensity on the wavelength is the equality of the width of the MNE element, the length of the radiation source and receiver, the line of photosensitive elements. A significant disadvantage of the known technical solution is the low efficiency.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является сокращение времени обследования предъявляемого документа на наличие на его поверхности следов опасных веществ, обеспечение высокой достоверности и вероятности обнаружения.The task to which the claimed utility model is aimed is to reduce the time of examination of the presented document for the presence of traces of hazardous substances on its surface, ensuring high reliability and probability of detection.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в уменьшении времени выхода устройства на рабочий режим, малой инерционности измерительной системы и повышении спектрального разрешения спектроанализатора.The technical result obtained by the implementation of the inventive utility model is to reduce the time the device goes to operating mode, the low inertia of the measuring system, and to increase the spectral resolution of the spectrum analyzer.

Указанный технический результат при реализации полезной модели достигается тем, что в заявляемом устройстве для обнаружения следовых концентраций опасных веществ на документах, содержащем источник излучения, оптическую систему формирования излучения, элемент многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) в виде пластины трапецеидальной формы с оптическим входом и выходом, спектроскопический анализатор с приемником излучения с линейкой фотоэлементов, в отличие от известного устройства, источник излучения выполнен точечным, оптическая система формирования излучения выполнена в виде установленных по ходу излучения сферического, в фокальной плоскости которого расположен источник излучения, и плоского зеркал, расположенных между источником излучения и скошенной входной гранью, являющейся оптическим входом, элемента МНПВО спектроскопический анализатор расположен между скошенной выходной гранью - оптическим выходом элемента МНПВО и приемным устройством и выполнен в виде оптически связанных дифракционной решетки и объектива, в фокальной плоскости которого расположен приемник излучения.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the inventive device for detecting trace concentrations of hazardous substances on documents containing a radiation source, an optical radiation generation system, an element of repeatedly impaired total internal reflection (INME) in the form of a trapezoidal plate with an optical input and output, spectroscopic analyzer with a radiation receiver with a line of photocells, in contrast to the known device, the radiation source is made perpendicular, the optical system for generating radiation is made in the form of a spherical radiation installed along the radiation in the focal plane of which the radiation source is located, and flat mirrors located between the radiation source and the beveled input face, which is the optical input, of the INMIS element, the spectroscopic analyzer is located between the beveled output face optical output element MNPVO and receiving device and is made in the form of optically coupled diffraction grating and lens in the focal plane to The radiation receiver is located far away.

На фиг.1 изображена схема заявляемого устройства, на фиг.2 - спектры чистой обложки документа и обложки документа со слабыми следами опасного вещества.Figure 1 shows a diagram of the inventive device, figure 2 - spectra of a clean cover document and document cover with weak traces of a dangerous substance.

Заявляемое устройство для обнаружения следовых концентраций опасных веществ на документах содержит (фиг.1) расположенные по ходу оптического излучения источник излучения 1, оптическую систему 2 формирования излучения, элемент МНПВО 3, спектроскопический анализатор 4 и приемник излучения - линейку фотоэлементов 5.The inventive device for detecting trace concentrations of hazardous substances on the documents contains (Fig. 1) a radiation source 1 located along the optical radiation, an optical radiation generating system 2, an MNEO 3 element, a spectroscopic analyzer 4 and a radiation receiver - a line of photocells 5.

Осветитель 1 представляет собой малогабаритный, близкий к точечному, источник инфракрасного излучения.The lighter 1 is a small, close to a point source of infrared radiation.

Элемент МНПВО 3 представляет собой тонкую пластину из оптического материала трапецеидальной формы с двумя плоскими The element MNPVO 3 is a thin plate of optical material of a trapezoidal shape with two flat

параллельными гранями верхней 6 и нижней, являющейся основанием 7 элемента МНПВО 3 и предназначенный для контакта с поверхностью 8 исследуемого документа, и двумя скошенными под углом 45° к основанию 7 входной 9 и выходной 10 гранями - оптическим входом и оптическим выходом соответственно.parallel faces of the upper 6 and lower, which is the base 7 of the element MNPVO 3 and intended for contact with the surface 8 of the investigated document, and two beveled at an angle of 45 ° to the base 7 of the input 9 and output 10 faces - the optical input and optical output, respectively.

Оптическая система 2 формирования излучения представляет собой последовательно установленные по ходу излучения между источником излучения 1 и входной гранью 9 элемента МНПВО 3 сферическое зеркало 11, в фокальной плоскости которого расположен источник излучения 1, и плоское зеркало 12. Сферическое зеркало 11 выполнено прямоугольной формы с высотой и шириной, соответствующими высоте и ширине входной грани 9 элемента МНПВО 3.The optical system 2 for generating radiation is a spherical mirror 11, in the focal plane of which the radiation source 1 is located, and a flat mirror 12. The spherical mirror 11 is made rectangular in height and the width corresponding to the height and width of the input face 9 of the element MNPVO 3.

Спектроскопический анализатор 4 представляет собой последовательно установленные за выходной гранью 10 по ходу излучения дифракционную решетку 13 и объектив 14, в фокальной плоскости которого расположена линейка фотоэлементов 5.The spectroscopic analyzer 4 is a diffraction grating 13 and a lens 14 sequentially installed behind the output face 10 in the direction of the radiation, in the focal plane of which there is a line of photocells 5.

Устройство для обнаружения следовых концентраций опасных веществ на документах работает следующим образом.A device for detecting trace concentrations of hazardous substances on documents works as follows.

Устройство устанавливают основанием 7 на поверхность 8 исследуемого документа, например, обложки паспорта, и прижимают рукой для обеспечения контакта между указанными поверхностями 7 и 8.The device is installed with the base 7 on the surface 8 of the investigated document, for example, the cover of the passport, and pressed by hand to ensure contact between the indicated surfaces 7 and 8.

Излучение от источника излучения 1 преобразуется сферическим зеркалом 11 в параллельный пучок и направляется плоским зеркалом 12 по нормали на входную грань 9 элемента МНПВО 3.The radiation from the radiation source 1 is converted by a spherical mirror 11 into a parallel beam and sent by a flat mirror 12 along the normal to the input face 9 of the element MNIPO 3.

Плоские параллельные верхняя грань 6 и основание 7 элемента МНПВО 3 образуют оптический световод, по которому излучение проходит, многократно отражаясь между верхней плоской гранью 6 и основанием 7, к выходной грани 10 элемента МНПВО 3.Flat parallel upper face 6 and the base 7 of the element MNIPO 3 form an optical fiber through which the radiation passes, repeatedly reflected between the upper flat face 6 and the base 7, to the output side 10 of the element MNIPO 3.

Вышедшее по нормали к грани 10 излучение направляется на отражательную дифракционную решетку 13, которая раскладывает The radiation that has come out normal to the face 10 is directed to a reflective diffraction grating 13, which decomposes

падающее излучение по длинам волн. Далее излучение проходит через объектив 14, который строит изображение спектра в плоскости приемника - линейки фотоэлементов 5. При этом в результате того, что фокальные точки для разных длин волн расположены последовательно в пространстве, на приемнике излучения - линейке фотоэлементов 5 каждый из фотоэлементов принимает излучение, соответствующее своему узкому спектральному диапазону.incident radiation at wavelengths. Next, the radiation passes through the lens 14, which builds an image of the spectrum in the plane of the receiver - the line of photocells 5. Moreover, as a result of the fact that the focal points for different wavelengths are arranged sequentially in space, each of the photocells receives radiation on the radiation receiver - line of photocells 5, corresponding to its narrow spectral range.

Если на поверхности 8 исследуемого документа есть зоны со следами искомого опасного поглощающего вещества, то в местах контакта этих зон и основания 7 произойдет нарушение полного внутреннего отражения. В спектре излучения, распространяющегося от источника излучения 1 через все элементы к линейке фотоэлементов 5, на элементах, принимающих эти участки спектра, сигнал будет маленьким, и на спектре появятся характерные провалы, соответствующие линиям поглощения.If on the surface 8 of the document under study there are zones with traces of the sought-after hazardous absorbing substance, then in the places of contact of these zones and the base 7 there will be a violation of the total internal reflection. In the spectrum of radiation propagating from radiation source 1 through all the elements to the line of photocells 5, the signal will be small on the elements receiving these parts of the spectrum, and characteristic dips corresponding to absorption lines will appear on the spectrum.

Большинство представляющих интерес веществ являются многоатомными молекулами и обладают присущими только этому веществу достаточно узкими линиями поглощения на колебательно-вращательных переходах в ближней и средней инфракрасной области спектра. Поэтому в качестве источника 1 может быть использован «Миниатюрный инфракрасный излучатель» производства ЗАО «Патинор Коутингс Лимитед», Зеленоград, Москва. В качестве линейки фотоэлементов 5 может быть использована линейка пироэлектрических элементов, чувствительных к излучению в диапазоне 6-11 мкм, например, Microray64, фирмы IRmicrosystems, Швейцария.Most of the substances of interest are polyatomic molecules and possess sufficiently narrow absorption lines inherent in this substance only at vibrational-rotational transitions in the near and middle infrared spectral regions. Therefore, as a source 1, the “Miniature infrared emitter” manufactured by CJSC “Patinor Coatings Limited”, Zelenograd, Moscow, can be used. As a line of photocells 5, a line of pyroelectric elements sensitive to radiation in the range of 6–11 μm can be used, for example, Microray64, manufactured by IRmicrosystems, Switzerland.

В качестве примера на фиг. 3 представлены МНПВО-спектры чистой обложки паспорта и обложки со следами опасных веществ. Измерения выполнены в диапазоне длин волн 5-12,5 мкм с элементом МНПВО из селенида цинка, обеспечивающем 4-х кратное отражение от исследуемой поверхности. Линия I на фиг.3 - спектр чистой обложки паспорта, линия II - спектр обложки со следами октогена, линия III - спектр обложки со As an example in FIG. Figure 3 shows the INLO spectra of a blank passport cover and cover with traces of hazardous substances. The measurements were carried out in the wavelength range of 5-12.5 μm with an MNEIR element of zinc selenide, providing 4-fold reflection from the surface under study. Line I in figure 3 is the spectrum of the blank cover of the passport, line II is the spectrum of the cover with traces of HMX, line III is the spectrum of the cover with

следами нитроглицерина, линия IV - спектр обложки со следами тротила. Время однократного измерения не превышает 1 с.traces of nitroglycerin, line IV - spectrum cover with traces of TNT. The time of a single measurement does not exceed 1 s.

Элемент МНПВО 3 изготовлен из оптического материала, который не поглощает излучение в диапазоне длин волн, соответствующем линиям поглощения исследуемых опасных веществ, например, сульфид цинка, селенид цинка, германий и др. Габариты основания 7 элемента МНПВО 3 определяются размерами исследуемого документа, а толщина элемента МНПВО 3 рассчитывается с учетом оптимального числа отражений при заданном габарите основания.The element MNIPO 3 is made of optical material that does not absorb radiation in the wavelength range corresponding to the absorption lines of the studied hazardous substances, for example, zinc sulfide, zinc selenide, germanium, etc. The dimensions of the base 7 of the element MNIPO 3 are determined by the dimensions of the document under study, and the thickness of the element MNPVO 3 is calculated taking into account the optimal number of reflections for a given size of the base.

Объектив 14 может быть линзовым, изготовленным также из материала, оптически прозрачного для рабочего диапазона длин волн, или зеркальным.The lens 14 may be a lens, also made of a material that is optically transparent for the operating wavelength range, or a mirror.

Увеличение всей оптической системы, которое определяется отношением фокальных расстояний сферического зеркала 11 и объектива 14, подбирается таким образом, чтобы размер изображения источника излучения 1 был равен размеру одного элемента линейки фотоэлементов 5. Дифракционная решетка 13 обеспечивает высокое спектральное разрешение, и ее характеристики (число штрихов на мм, размер, угол блеска) также рассчитываются из условия соответствия размера источника, его изображения и размера отдельного фотоэлемента линейки 5.The increase in the entire optical system, which is determined by the ratio of the focal distances of the spherical mirror 11 and the lens 14, is selected so that the image size of the radiation source 1 is equal to the size of one element of the photocell array 5. The diffraction grating 13 provides high spectral resolution and its characteristics (number of strokes per mm, size, brightness angle) are also calculated from the condition of matching the size of the source, its image and the size of an individual photocell of line 5.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет исключить лишнюю засветку и уменьшить паразитный нагрев устройства за счет применения точечного источника излучения малой мощности, обеспечить равномерную освещенность исследуемой поверхности большой площади, полное использование спектральной яркости источника и возможность применения для детектирования малоинерционных и высокочувствительных линеек фотоэлементов малого размера за счет коллимирования пучка и согласования размера светового пятна между источником и приемником.Thus, the inventive device eliminates unnecessary illumination and reduces spurious heating of the device through the use of a point source of radiation of low power, to ensure uniform illumination of the investigated surface of a large area, the full use of the spectral brightness of the source and the possibility of application for detection of low-inertia and highly sensitive lines of small photocells due to collimating the beam and matching the size of the light spot between the source and receiver.

Claims

A device for detecting trace concentrations of hazardous substances on documents, containing a radiation source, an optical system for generating radiation, an element of repeatedly impaired total internal reflection (MNPE) in the form of a trapezoidal plate with optical input and output, a spectroscopic analyzer and radiation receiver with a line of photocells, characterized in that the radiation source is made point, the optical system for the formation of radiation is made in the form of installed along the radiation of a spherical, in the focal plane of which the radiation source is located, and flat mirrors located between the radiation source and the beveled input face, which is the optical input of the INME element, the spectroscopic analyzer is located between the beveled output face - the optical output of the INME element and the receiving device, and is made in the form of optically coupled diffraction grating and a lens in the focal plane of which the radiation receiver is located.