RU100269U1 - DEVICE FOR REMOTE DETECTION AND IDENTIFICATION OF OBJECTS OF ORGANIC AND BIOLOGICAL ORIGIN - Google Patents

Abstract

Патентуемая полезная модель относится к оптическим устройствам измерения физико-химических параметров объектов органического происхождения. Может быть эффективно использовано в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, а также на таможне и в криминалистике для дистанционного зондирования, обнаружения и идентификации широкого спектра объектов органического происхождения. Патентуемое устройство, представляет собой анализатор дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического и биологического происхождения. Содержит источник лазерного излучения 1, на оптической оси которого установлены формирующая оптика 3 и устройство сканирования лазерного излучения 4. Первый вход источника лазерного излучения 1 подключен к третьему выходу первого блока питания 5, первый, второй и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом сканирующего устройства 4, со вторым входом первого блока синхронизации и управления 2 и со вторым входом второго блока синхронизации и управления 6. Первый выход первого блока синхронизации и управления 2 соединен со вторым входом источника лазерного излучения 1, второй и третий выходы подключены соответственно к первому входу второго блока синхронизации и управления 6 и к первому входу сканирующего устройства 4. Для приема и анализа отклика молекулярного объекта 7 на лазерное возбуждение, имеющего КР природу - спектра комбинационного рассеяния (КР) устройство содержит приемную оптику 8,, оптический сигнал с которой подается на оптический вход первого анализатора спектра 10. Второй канал наблюдения может функционировать по программе в двух режимах. Для приема и анализа излученной объектом исследования 7 лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) устройство содержит приемную оптику 9, оптический сигнал с которой подается на оптический вход второго анализатора спектра 11 (режим «А»). Первый и второй анализаторы спектра 10 и 11 своими многоразрядными выходами подключены соответственно к первому и второму многоразрядным входам вычислителя 12, который многоразрядной двунаправленной шиной связан с монитором 15. Первый и второй выходы вычислителя 12 соединены соответственно с первым входом первого блока синхронизации и управления 2 и третьим входом второго блока синхронизации и управления 6. Первый вход вычислителя 12 соединен с первым выходом второго блока синхронизации и управления 6, второй выход которого подключен ко вторым входам первого и второго анализаторов спектра, 10 и 11. Пятый вход вычислителя 12 соединен со вторым выходом второго блока питания 13, первый и третий выходы которого, подключены соответственно к входу монитора 15 и к первым входам первого и второго анализаторов спектра 10 и 11. Входы первого и второго блоков питания 13 соединены с источником напряжения. Технический результат патентуемой полезной модели заключается в кардинальном повышении достоверности обнаружительных и идентификационных характеристик объектов органического происхождения. Разработанное устройство позволяет в реальное время (5-20) с и на расстоянии до 60 м с высокой степенью вероятности (до 0,8-0,9) осуществлять обнаружение и идентификацию широкого спектра объектов органического и биологического происхождения, находящихся в негерметичной упаковке (нефтепродуктов, их соединений, различных видов растительности, отравляющих и взрывчатых веществ и т.п.). 1 н.п.ф., 6 ил. The patented utility model relates to optical devices for measuring the physicochemical parameters of objects of organic origin. It can be effectively used in various industries and agriculture, as well as in customs and criminalistics for remote sensing, detection and identification of a wide range of objects of organic origin. The patented device is an analyzer for the remote detection and identification of objects of organic and biological origin. It contains a laser radiation source 1, on the optical axis of which forming optics 3 and a laser radiation scanning device 4 are installed. The first input of the laser radiation source 1 is connected to the third output of the first power supply 5, the first, second and fourth outputs of which are connected respectively to the second input of the scanning device 4, with the second input of the first synchronization and control unit 2 and with the second input of the second synchronization and control unit 6. The first output of the first synchronization and control unit 2 n with the second input of the laser source 1, the second and third outputs are connected respectively to the first input of the second synchronization and control unit 6 and to the first input of the scanning device 4. To receive and analyze the response of the molecular object 7 to laser excitation, having a Raman nature - Raman spectrum scattering (RC) device contains receiving optics 8, the optical signal from which is fed to the optical input of the first spectrum analyzer 10. The second observation channel can operate according to the program in two modes . To receive and analyze the laser-induced fluorescence (LIF) emitted by the object of study 7, the device contains receiving optics 9, the optical signal from which is fed to the optical input of the second spectrum analyzer 11 (mode “A”). The first and second spectrum analyzers 10 and 11 are connected by their multi-bit outputs to the first and second multi-bit inputs of the computer 12, which is connected to the monitor 15 by a multi-bit bi-directional bus. The first and second outputs of the computer 12 are connected to the first input of the first synchronization and control unit 2 and third, respectively the input of the second synchronization and control unit 6. The first input of the calculator 12 is connected to the first output of the second synchronization and control unit 6, the second output of which is connected to the second the first inputs of the first and second spectrum analyzers, 10 and 11. The fifth input of the calculator 12 is connected to the second output of the second power supply 13, the first and third outputs of which are connected respectively to the input of the monitor 15 and to the first inputs of the first and second spectrum analyzers 10 and 11. The inputs of the first and second power supplies 13 are connected to a voltage source. The technical result of the patented utility model is to dramatically increase the reliability of the detection and identification characteristics of objects of organic origin. The developed device allows real-time (5-20) s and at a distance of up to 60 m with a high degree of probability (up to 0.8-0.9) to detect and identify a wide range of objects of organic and biological origin that are in leaky packaging (oil products , their compounds, various types of vegetation, poisonous and explosive substances, etc.). 1 n.p.F., 6 ill.

Description

Патентуемая полезная модель относится к оптическим устройствам измерения физико-химических параметров объектов органического происхождения. Может быть эффективно использована в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, а также на таможне и в криминалистике для дистанционного зондирования, обнаружения и идентификации широкого спектра объектов органического происхождения (нефтепродукты, их производные, различные виды растительности и т.п.). Патентуемое устройство найдет применение при решении различных задач экологии почв, сельскохозяйственных культур, при исследовании состояния водоемов, атмосферы; в различных производственных процессах, для качественного и количественного дистанционного обнаружения контрабандных включений органического происхождения, а также для дистанционного обнаружения различных отравляющих и взрывчатых веществ.The patented utility model relates to optical devices for measuring the physicochemical parameters of objects of organic origin. It can be effectively used in various industries and agriculture, as well as in customs and criminalistics for remote sensing, detection and identification of a wide range of objects of organic origin (oil products, their derivatives, various types of vegetation, etc.). The patented device will find application in solving various environmental problems of soils, crops, in the study of the state of water bodies, atmosphere; in various production processes, for the qualitative and quantitative remote detection of contraband inclusions of organic origin, as well as for the remote detection of various toxic and explosive substances.

Спектрографическая лазерная диагностика является одним из перспективных способов количественной и качественной оценки, обнаружения и идентификации различных объектов органического происхождения. Дистанционное лазерное зондирование позволяет с высокой чувствительностью и разрешением исследовать малые количества образца и осуществлять экспресс анализ.Spectrographic laser diagnostics is one of the promising methods for quantitative and qualitative assessment, detection and identification of various objects of organic origin. Remote laser sensing allows with high sensitivity and resolution to study small amounts of the sample and carry out express analysis.

Разработанное устройство основано на использовании оптических методов дистанционного измерения физико-химических параметров объектов органического и биологического происхождения.The developed device is based on the use of optical methods for remote measurement of physicochemical parameters of objects of organic and biological origin.

Дистанционное зондирование в устройстве реализуется при использовании двух методов лазерной диагностики: метода комбинационного рассеяния (КР) и метода лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ). Взаимодействие интенсивного лазерного излучения с молекулярными объектами приводит к формированию отклика - вторичного излучения в соответствии с вращательно-колебательной структурой молекулы и природой взаимодействия. В устройстве регистрация вторичного излучения разнесена на два канала наблюдения. В первом канале регистрируется сигнал - спектр комбинационного рассеяния (КР), а во втором канале - спектр лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ).Remote sensing in the device is implemented using two methods of laser diagnostics: Raman scattering (Raman) and laser-induced fluorescence (LIF). The interaction of intense laser radiation with molecular objects leads to the formation of a response — secondary radiation in accordance with the rotational-vibrational structure of the molecule and the nature of the interaction. In the device, the registration of the secondary radiation is spaced into two observation channels. A signal is recorded in the first channel — the Raman spectrum (Raman), and in the second channel — the spectrum of laser-induced fluorescence (LIF).

Из регистрируемых спектров при обработке для идентификации объектов извлекаются характеристические признаки, которые по разработанному критерию правдоподобия сравниваются с эталонным набором признаков.From the recorded spectra during processing to identify objects, characteristic features are extracted, which, according to the developed likelihood criterion, are compared with a reference set of features.

При дистанционной лазерной диагностике молекулярных объектов регистрируемый сигнал на выбранной спектральной линии представляет собой суперпозицию отклика на лазерное возбуждение диагностируемого объекта и шумового фона. В шумовой фон вносят свой вклад все светящиеся объекты на регистрируемой длине волны. Поэтому, по спектрам дистанционной диагностики не всегда удается идентифицировать молекулярный объект.In remote laser diagnostics of molecular objects, the recorded signal on the selected spectral line is a superposition of the response to the laser excitation of the diagnosed object and the noise background. All luminous objects at the recorded wavelength contribute to the noise background. Therefore, it is not always possible to identify a molecular object from the spectra of remote diagnostics.

Известны различные по своей конструктивной реализации устройства количественной и качественной оценки, обнаружения и идентификации различных объектов органического происхождения.Known for various in their constructive implementation of the device of quantitative and qualitative assessment, detection and identification of various objects of organic origin.

Известен способ идентификации маркировки товарного бензина и устройство для его осуществления (патент РФ №2137111, G01N 21/64).A known method of identifying marking commercial gasoline and a device for its implementation (RF patent No. 2137111, G01N 21/64).

Для идентификации марки товарного бензина заранее снимают спектры флуоресценции образцов сравнения - эталонов, при этом для возбуждения объектов используют лазерное излучение с длиной волны, совпадающей с центром линии поглощения объекта. Затем эту же длину волны используют для возбуждения спектра флуоресценции в идентифицируемом бензине и в сине-зеленой области спектра для реперных точек проводят сравнение интегральных величин интенсивности флуоресценции идентифицируемого бензина и образцов сравнения, определяют отношение измеренных величин и судят о марке идентифицируемого бензина.To identify a brand of commercial gasoline, the fluorescence spectra of reference samples — standards — are taken in advance, and laser radiation with a wavelength coinciding with the center of the absorption line of the object is used to excite objects. Then, the same wavelength is used to excite the fluorescence spectrum in identifiable gasoline and in the blue-green region of the spectrum for reference points, the integral values of the fluorescence intensity of identifiable gasoline and comparison samples are compared, the ratio of the measured values is determined and the brand of identifiable gasoline is judged.

Существенным недостатком такого устройства является низкая точность идентификации объекта исследования. Недостаточная информативность интегральной интенсивности флуоресценции наблюдается и для «родственных» объектов, спектры таких объектов неразличимы, что приводит к значительному увеличению значения вероятности ложного сигнала, т.е. однозначная идентификация не всегда возможна.A significant disadvantage of such a device is the low accuracy of identification of the object of study. Insufficient informational content of the integrated fluorescence intensity is also observed for "related" objects, the spectra of such objects are indistinguishable, which leads to a significant increase in the value of the probability of a false signal, i.e. unambiguous identification is not always possible.

Известно устройство и способ определения характеристик сложных многокомпонентных напитков (патент РФ №2164677, G01N 21/64).A device and method for determining the characteristics of complex multicomponent drinks (RF patent No. 2164677, G01N 21/64).

Работа устройства и способ определения характеристик сложных многокомпонентных напитков основана на взаимодействии излучения с исследуемым объектом, возбуждении фотолюминесценции, наблюдении и анализе спектрального состава излучения. Фотолюминесценция тестируемого напитка наблюдается при комнатной температуре или температуре жидкого азота. Анализ спектрального состава излучения проводится аппроксимацией по закону нормального распределения.The operation of the device and the method for determining the characteristics of complex multicomponent drinks is based on the interaction of radiation with the studied object, excitation of photoluminescence, observation and analysis of the spectral composition of radiation. Photoluminescence of the test drink is observed at room temperature or the temperature of liquid nitrogen. The analysis of the spectral composition of radiation is carried out by approximation according to the law of normal distribution.

Устройство по патенту РФ №2164677 проводит сравнение и идентификацию образцов по совокупности интегральных характеристик спектра, что ограничивает сферу его использования и для надежного распознавания «родственных» веществ не применимо.The device according to the patent of the Russian Federation No. 2164677 compares and identifies the samples according to the aggregate integrated characteristics of the spectrum, which limits the scope of its use and is not applicable for reliable recognition of "related" substances.

Известны также примеры применения методов лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) и лазерно-индуцированной флуоресцентной диагностики (ЛИФ) в биологии и медицине (книга «Лазерная диагностика в биологии и медицине», авторы: А.В.Приезжев и др., М.: Наука, 1989 г., стр.173-196; стр.197-220).There are also known examples of the application of Raman spectroscopy (Raman) spectroscopy and laser-induced fluorescence diagnostics (LIF) in biology and medicine (book "Laser Diagnostics in Biology and Medicine", authors: A.V. Priezhev et al., M .: Science, 1989, pp. 173-196; pp. 197-220).

Использование методов КР в биологии или медицине осуществляют обычно по следующей схеме. Пучок лазерного излучения фокусируют оптической системой в пятно. Рассеянный исследуемым образцом свет собирается оптической системой и подается для исследования в спектрометр (стр.189). Изображение объекта получают также с помощью сканирования по нему сфокусированным пучком (стр.190-196). Этот очень чувствительный в лабораторных условиях способ имеет очень существенный недостаток - его чувствительность с увеличением дальности наблюдения существенно падает и уже для расстояний порядка 10-20 м спектр комбинационного рассеяния не несет достаточной информации для идентификации объекта.The use of Raman methods in biology or medicine is usually carried out according to the following scheme. The laser beam is focused by the optical system into a spot. The light scattered by the test sample is collected by the optical system and supplied for investigation to the spectrometer (p. 189). The image of the object is also obtained by scanning with a focused beam (p. 190-196). This method, which is very sensitive in laboratory conditions, has a very significant drawback - its sensitivity decreases significantly with increasing observation range and already for distances of the order of 10–20 m, the Raman spectrum does not provide enough information to identify the object.

В книге приведены также данные о применении ЛИФ диагностики, которая основана на лазерном зондировании объекта исследования и регистрации спектра флуоресценции с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) в режиме счета фотонов с автоматическим вычитанием окружающего фона и собственных шумов ФЭУ (стр.202-220). Описанные эксперименты не ставили вопрос об идентификации, тем более о дистанционной диагностике и дают лишь качественное представление о предметах исследования.The book also contains data on the use of LIF diagnostics, which is based on laser sensing of the object of study and recording the fluorescence spectrum using a photomultiplier tube (PMT) in the photon counting mode with automatic subtraction of the ambient background and PMT noise floor (pp. 220-220). The described experiments did not raise the question of identification, let alone remote diagnostics, and provide only a qualitative idea of the objects of study.

Известны также устройства и способы дистанционного обнаружения отравляющих веществ (см. заявку на изобретение №98123323, G01N 21/00; патент РФ №2155954, G01N 21/64).Also known are devices and methods for the remote detection of toxic substances (see application for invention No. 98123323, G01N 21/00; RF patent No. 2155954, G01N 21/64).

Известные устройства дистанционного обнаружения отравляющих веществ (ОВ) предусматривают лазерное дистанционное зондирование ультрафиолетовым (УФ) - излучением, регистрацию фоновых характеристик атмосферы и интенсивности сигналов люминесценции аэрозоля ОВ в видимой области спектра.Known devices for the remote detection of toxic substances (OM) include laser remote sensing with ultraviolet (UV) radiation, registration of the background characteristics of the atmosphere and the intensity of the luminescence signals of aerosol OM in the visible region of the spectrum.

Данные устройства позволяют осуществлять дистанционный контроль концентрации конкретных отравляющих веществ (ОВ), но не позволяют осуществлять диагностику и идентификацию ОВ.These devices allow remote monitoring of the concentration of specific toxic substances (S), but do not allow the diagnosis and identification of S.

Известно устройство, которое позволяет реализовать способ контроля подлинности драгоценных камней (патент РФ №2069350, G01N 21/64).A device is known that allows you to implement a method of authenticating precious stones (RF patent No. 2069350, G01N 21/64).

Устройство по патенту РФ №2069350, с помощью которого осуществляют контроль подлинности драгоценных камней, включает облучение образца, регистрацию и запись спектра люминесценции в заданной области, сравнение характеристик спектра образца с аналогичными величинами для эталона. Облучение исследуемого образца осуществляют импульсными электронными пучками. Облучение, регистрацию и запись спектра люминесценции образца осуществляют не менее двух раз, первый раз для создания эталона - спектрально-люминесцентного паспорта контролируемого образца, второй раз - при повторном появлении камня на контрольном пункте.The device according to the patent of the Russian Federation No. 2069350, with which the authenticity of precious stones is controlled, includes irradiation of the sample, registration and recording of the luminescence spectrum in a given area, comparing the characteristics of the spectrum of the sample with the same values for the standard. Irradiation of the test sample is carried out by pulsed electron beams. Irradiation, registration and recording of the luminescence spectrum of the sample is carried out at least two times, the first time to create a standard - spectral-luminescent passport of the controlled sample, the second time - when the stone reappears at the checkpoint.

Особенность данного устройства и запатентованного способа контроля подлинности драгоценных камней - образец сравнивается сам с собой, вводится понятие паспорта.The peculiarity of this device and the patented method for controlling the authenticity of precious stones - the sample is compared with itself, the concept of a passport is introduced.

Существенным недостатком устройства по патенту РФ №2069350 и реализованного им способа контроля является крайняя ограниченность области его практического применения. Запатентованные технические решения не могут быть использованы для идентификации и контроля объектов органического происхождения, ввиду недостаточной информативности. Имея более сложные структуры, объекты органического происхождения для родственных (близких по структуре) веществ могут иметь перекрывающиеся спектры флуоресценции, и одного спектра будет недостаточно для диагностики и идентификации с высокой вероятностью правильного обнаружения.A significant disadvantage of the device according to the patent of the Russian Federation No. 2069350 and the control method implemented by him is the extreme limitation of the field of its practical application. Patented technical solutions cannot be used to identify and control objects of organic origin, due to lack of information. Having more complex structures, objects of organic origin for related (similar in structure) substances may have overlapping fluorescence spectra, and one spectrum will not be enough for diagnosis and identification with a high probability of correct detection.

Накопленный опыт и многолетняя практика подтверждает, что спектрографическая лазерная диагностика является одним из перспективных способов количественной и качественной оценки, обнаружения и идентификации различных объектов органического происхождения. Дистанционное лазерное зондирование позволяет с высокой чувствительностью и разрешением исследовать на расстоянии малые количества образца и осуществлять экспресс анализ. Вместе с тем, проведенный заявителем анализ свидетельствует, что все многообразие используемых в различных отраслях народного хозяйства методик лазерного измерения и обнаружения различных объектов не позволяет идентифицировать детектируемые объекты с необходимой достоверностью. Это обстоятельство стимулировало разработку нового перспективного устройства и соответствующей методики, позволяющих значительно повысить обнаружительные характеристики двух методов лазерной дистанционной диагностики - метода комбинационного рассеяния (КР) и метода лазерно-индупированной флуоресценции (ЛИФ).The accumulated experience and many years of experience confirms that spectrographic laser diagnostics is one of the promising methods for the quantitative and qualitative assessment, detection and identification of various objects of organic origin. Remote laser sensing allows with high sensitivity and resolution to study small amounts of the sample at a distance and perform express analysis. At the same time, the analysis carried out by the applicant indicates that the whole variety of laser measurement and detection of various objects used in various sectors of the national economy does not allow identification of the detected objects with the necessary reliability. This circumstance stimulated the development of a new promising device and the corresponding technique, which can significantly increase the detection characteristics of two methods of laser remote diagnostics - the Raman scattering method (Raman scattering) and the laser-inducted fluorescence (LIF) method.

Известно устройство дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического происхождения, описанное в патенте РФ №2233438, (МПК: G01N 21/64). Оно наиболее близко по технической сущности и своей схемотехнике к патентуемому устройству и может быть принято в качестве прототипа.A device for remote detection and identification of objects of organic origin, described in the patent of the Russian Federation No. 2233438, (IPC: G01N 21/64). It is closest in technical essence and its circuitry to the patented device and can be adopted as a prototype.

Изобретение относится к оптическим методам измерения физико-химических параметров. Для дистанционного зондирования объекта формируют два канала наблюдения, в которых используют лазерное излучение с различной длиной волны. Формируют частотно-временной паспорт эталонного образца. Формируют угловую расходимость лазерного излучения и сканируют пространство. При обнаружении спектров излучения, коррелирующих со спектром излучения эталонного образца, сканирование прекращают. В результате взаимодействия объекта с излучением в первом канале формируют излучение комбинационного рассеяния, а во втором канале - лазерно-индуцированную флуоресценцию. Осуществляют регистрацию и запись спектров излучения объекта. Идентификацию объекта осуществляют путем сравнения частотно-временного портрета исследуемого объекта с частотно-временным паспортом эталонного образца. Существенным недостатком устройства обнаружения, описанного в патенте РФ №2233438, является технологическая длительность идентификации объектов органического происхождения, что значительно ограничивает область практического использования запатентованного устройства. К недостаткам данного устройства следует отнести необходимость его расположения в достаточной близости от объекта исследования, что не всегда возможно. Таким образом, запатентованное устройство имеет весьма ограниченную сферу реального использования.The invention relates to optical methods for measuring physico-chemical parameters. For remote sensing of an object, two observation channels are formed in which laser radiation with different wavelengths is used. Form the time-frequency passport of the reference sample. Form the angular divergence of the laser radiation and scan the space. If radiation spectra are found that correlate with the radiation spectrum of the reference sample, scanning is stopped. As a result of the interaction of the object with radiation in the first channel, Raman radiation is formed, and in the second channel, laser-induced fluorescence. Carry out registration and recording of the radiation spectra of the object. Object identification is carried out by comparing the time-frequency portrait of the object under study with the time-frequency passport of the reference sample. A significant drawback of the detection device described in RF patent No. 2233438 is the technological duration of the identification of objects of organic origin, which significantly limits the field of practical use of the patented device. The disadvantages of this device include the need for its location in sufficient proximity to the object of study, which is not always possible. Thus, the patented device has a very limited scope of real use.

Настоящая полезная модель решает техническую задачу:This utility model solves the technical problem:

- кардинального сокращения времени измерении, значительного увеличения расстояния возможного обнаружения и идентификации с высокой степенью вероятности для широкого спектра объектов органического и биологического происхождения;- dramatic reduction in measurement time, a significant increase in the distance of possible detection and identification with a high degree of probability for a wide range of objects of organic and biological origin;

- повышения достоверности обнаружительных и идентификационных характеристик объектов органического происхождения за счет регистрации отклика на лазерное зондирование объекта исследования двумя независимыми по параметрам и назначению каналами наблюдения;- increasing the reliability of the detection and identification characteristics of objects of organic origin by recording the response to laser sensing of the object of study by two observation channels independent in parameters and purpose;

- существенного снижения вероятности ложной идентификации исследуемого объекта органического и биологического происхождения.- a significant reduction in the likelihood of false identification of the investigated object of organic and biological origin.

Решение поставленной технической задачи осуществляют следующим образом.The solution of the technical problem is as follows.

В патентуемом устройстве регистрация отклика на лазерное зондирование объекта исследования осуществляют двумя независимыми и различными по параметрам и назначению каналами наблюдения. Работа патентуемого устройства основана на двух методах лазерной дистанционной диагностики - метода комбинационного рассеяния (КР) и методе лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ). Регистрация соответствующих параметров спектра КР в первом канале наблюдения и соответствующих параметров спектра ЛИФ во втором канале наблюдения позволяет получить индивидуальный многомерный и многофакторный частотно-временный портрет исследуемого образца в соответствии с его индивидуальной структурой - молекулярной, вращательно-колебательной, наличием отдельных молекул, химических связей. Все это позволяет обеспечить высокую вероятность правильного обнаружения и до минимума снизить вероятность ложной идентификации исследуемого объекта.In the patented device, the registration of the response to laser sensing of the object of study is carried out by two independent and different observation channels in terms of parameters and purpose. The work of the patented device is based on two methods of laser remote diagnostics - the Raman scattering (Raman) method and the method of laser-induced fluorescence (LIF). Registration of the corresponding parameters of the Raman spectrum in the first observation channel and the corresponding parameters of the LIF spectrum in the second observation channel makes it possible to obtain an individual multidimensional and multifactor time-frequency portrait of the test sample in accordance with its individual structure - molecular, rotational-vibrational, the presence of individual molecules, chemical bonds. All this makes it possible to ensure a high probability of correct detection and to minimize the probability of false identification of the investigated object.

Патентуемая полезная модель использует спектрографические (оптические) методы измерения физико-химических параметров объектов органического и биологического происхождения. Разработанное устройство отличается тем, что является инструментом, как для измерения физико-химических параметров объектов органического и биологического происхождения, в котором как диагностируемый объект, так и все составляющие фона рассматриваются в представлении «распознавания образов». В этом представлении любой объект - класс - определяется в векторном пространстве однозначным набором признаков. Набором признаков (характеристическими параметрами излучения или вектором) определяется излучение детектируемого объекта и каждого из выделенных составляющих фона - подстилающей поверхности, молекулярных объектов, светящихся в регистрируемом диапазоне длин волн, но не являющихся предметом детектирования. Для идентификации исследуемого объекта необходимо заранее иметь базы данных признаков как можно большего количества классов. Идентификация объекта, в соответствии с разработанным алгоритмом «распознавания образов», основывается на сравнении той или другой меры близости (или меры сходства) распознаваемого объекта с каждым классом с учетом веса признака.The patented utility model uses spectrographic (optical) methods for measuring the physicochemical parameters of objects of organic and biological origin. The developed device is different in that it is a tool for measuring the physicochemical parameters of objects of organic and biological origin, in which both the diagnosed object and all background components are considered in the “pattern recognition” view. In this representation, any object - a class - is defined in vector space by a unique set of features. A set of features (characteristic radiation parameters or a vector) determines the radiation of the detected object and each of the selected components of the background — the underlying surface, molecular objects that glow in the recorded wavelength range, but are not the subject of detection. To identify the object under study, you must have a database of features in as many classes as possible. The identification of the object, in accordance with the developed “pattern recognition” algorithm, is based on a comparison of one or another proximity measure (or similarity measure) of the recognized object with each class, taking into account the weight of the attribute.

Метод КР основан на неупругом (комбинационном) рассеянии света молекулами, что позволяет связать получаемые линейчатые КР - спектры с химическими свойствами и структурой энергетических состояний молекул. Структура энергетических состояний определяется составом, количеством атомов в молекуле, наличием определенных связей между атомами и радикалами. При взаимодействии лазерного излучения с молекулой, в соответствии с природой КР, молекула излучает линейчатый спектр на частоте биений - на частоте, формируемой как сумма или разность частоты лазерного излучения и частот внутренних переходов в молекуле. Появление тех или иных линий в спектре КР, таким образом, сугубо индивидуально, на этом и основана идентификация молекул при использовании этого метода зондирования.The Raman scattering method is based on inelastic (Raman) scattering of light by molecules, which allows us to relate the resulting linear Raman spectra to the chemical properties and structure of the energy states of the molecules. The structure of energy states is determined by the composition, number of atoms in the molecule, and the presence of certain bonds between atoms and radicals. In the interaction of laser radiation with a molecule, in accordance with the nature of Raman scattering, the molecule emits a linear spectrum at the beat frequency - at a frequency formed as the sum or difference of the frequency of laser radiation and the frequencies of internal transitions in the molecule. The appearance of certain lines in the Raman spectrum, therefore, is purely individual, and this is the basis for the identification of molecules using this sensing method.

Другой тип взаимодействия лазерного излучения с веществом лежит в основе метода ЛИФ. При взаимодействии лазерного излучения с молекулой в случае ЛИФ происходит возбуждение молекулы - она переходит на более высокий энергетический уровень. При этом заселяются многочисленные колебательно-вращательные состояния молекулы. Распад (опустошение) этих состояний при релаксации молекулы сопровождается переходами на все разрешенные энергетически нижерасположенные уровни. При регистрации наблюдается огибающая всех этих переходов - непрерывный спектр (спектр ЛИФ), определяемый колебательно-вращательной структурой молекулы. Идентификация по методу ЛИФ проводится с использованием извлеченных из спектра параметров и сличения их с параметрами эталонных молекул.Another type of interaction of laser radiation with matter is the basis of the LIF method. When laser radiation interacts with a molecule in the case of LIF, the molecule is excited - it goes to a higher energy level. In this case, numerous vibrational-rotational states of the molecule are populated. The decay (emptying) of these states during the relaxation of the molecule is accompanied by transitions to all the allowed energetically lower levels. During registration, the envelope of all these transitions is observed — the continuous spectrum (LIF spectrum) determined by the vibrational-rotational structure of the molecule. Identification by the LIF method is carried out using parameters extracted from the spectrum and comparing them with the parameters of the reference molecules.

Таким образом, совокупность новых схемотехнических решений, реализованных в патентуемом устройстве, позволяет эффективно использовать методы КР и ЛИФ для дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического происхождения. Патентуемая полезная модель позволяет одновременно использовать два независимых измерительно-информационных канала в приемном тракте устройства. Один из каналов регистрирует сигнал, формирующийся при взаимодействии лазерного излучения с молекулой как отклик на комбинационную природу взаимодействия, т.е. в первом канале на приемнике формируется спектр комбинационного рассеяния.Thus, the totality of new circuitry solutions implemented in the patented device allows the efficient use of the Raman and LIF methods for remote detection and identification of objects of organic origin. The patented utility model allows the simultaneous use of two independent measuring and information channels in the receiving path of the device. One of the channels registers a signal formed during the interaction of laser radiation with a molecule as a response to the combinational nature of the interaction, i.e. in the first channel, a Raman spectrum is formed at the receiver.

Второй измерительно-информационный канал регистрирует сигнал индуцированной лазерным излучением флуоресценции - спектр ЛИФ. Оба спектра формируются как отклик на разную природу взаимодействия лазерного излучения с веществом, разнесены по времени и спектральному диапазону, и поэтому не перекрываются и несут независимую информацию.The second measuring and information channel registers a signal induced by laser radiation fluorescence - the LIF spectrum. Both spectra are formed as a response to the different nature of the interaction of laser radiation with matter, are separated in time and spectral range, and therefore do not overlap and carry independent information.

При обработке полученных спектров реализуется подход, известный как «распознавание образов». При этом каждый диагностируемый объект рассматривается как класс, определяемый в векторном пространстве признаков вектором независимых параметров. В нашем случае, классами Ω_g, g=1,…,m являются все зондируемые молекулярные объекты, а пространство признаков определяется независимыми параметрами x_i, извлекаемыми из спектров КР и ЛИФ. Эти параметры, являющиеся составляющими вектора х={x₁,…,x_N}, (i=1,…,N), образуют пространство признаков системы распознавания D_i, i=1,…,m; количество выбранных признаков задает размерность пространства N. Набор независимых параметров представляется как частотно-временной портрет исследуемого вещества - класса ω. Алгоритм распознавания основывается на сравнении меры близости в пространстве признаков векторов детектируемого вещества х={x₁,…,x_N} и эталонного х_g={x_1g,…,x_Ng}. Мерой близости L(ω,Ω_g) выбрано среднеквадратичное расстояние d между соответствующими признаками определенного класса объектов Ω_g и детектируемым объектом - ω. С учетом веса каждого признака W_i(i=1,…,N) мера близости определяется как:When processing the obtained spectra, an approach known as “pattern recognition” is implemented. Moreover, each diagnosed object is considered as a class defined in the vector space of signs by the vector of independent parameters. In our case, the classes Ω _g , g = 1, ..., m are all probed molecular objects, and the attribute space is determined by the independent parameters x _i extracted from the Raman and LIF spectra. These parameters, which are components of the vector x = {x ₁ , ..., x _N }, (i = 1, ..., N), form the space of signs of the recognition system D _i , i = 1, ..., m; the number of selected features determines the dimension of the space N. A set of independent parameters is presented as the time-frequency portrait of the substance under study - class ω. The recognition algorithm is based on a comparison of the proximity measures in the space of signs of the vectors of the detected substance x = {x ₁ , ..., x _N } and the reference x _g = {x _1g , ..., x _Ng }. A measure of proximity L (ω, Ω _g ) is the rms distance d between the corresponding features of a certain class of objects Ω _g and the detected object - ω. Given the weight of each feature W _i (i = 1, ..., N), the proximity measure is defined as:

, ,

а заключение о принадлежности объекта ω к классу, Ω_g т.е. ω∈Ω_g принимается приand the conclusion that the object ω belongs to the class, Ω _g i.e. ω∈Ω _{g is} taken for

L(ω,Ω_g)=extr_jL(ω,Ω_i), j=1,…,mL (ω, Ω _g ) = extr _j L (ω, Ω _i ), j = 1, ..., m

Функционально решение поставленной задачи осуществляют следующим образом.Functionally solving the problem is as follows.

В устройстве дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического происхождения, включающем дистанционное импульсное зондирование исследуемого объекта излучением, регистрацию и запись спектров излучения, сравнение характеристик спектров излучения эталонного образца и исследуемого объекта, для проведения дистанционного импульсного зондирования исследуемого объекта формируют два канала наблюдения различных проявлений лазерного взаимодействия с молекулами.In the device for remote detection and identification of objects of organic origin, including remote pulsed sounding of the studied object by radiation, registration and recording of radiation spectra, comparing the characteristics of the radiation spectra of the reference sample and the studied object, two channels of observation of various manifestations of laser interaction with molecules.

В устройстве реализуется наблюдение двух типов откликов молекул на лазерное дистанционное воздействие - спектра лазерного комбинационного рассеяния КР и спектра лазерно-индуцированной флуоресценции. Для возбуждения в устройстве используется излучение одного YAG: Nd лазера, работающего на 4-ой гармонике λ₀=266 нм.The device realizes the observation of two types of responses of molecules to laser remote action - the Raman spectrum of Raman scattering and the spectrum of laser-induced fluorescence. For excitation, the device uses radiation from a single YAG: Nd laser operating at the 4th harmonic λ ₀ = 266 nm.

Лазерное воздействие на молекулярный объект сопровождается целым рядом явлений, имеющих различную природу, в том числе КР и ЛИФ. Возможность использования одного источника возбуждения базируется на том, что отклики разных типов разнесены по времени и спектральному диапазону. Отклик КР при лазерном возбуждении на длине волны λ₀=266 нм формируется на крыле лазерной линии в спектральном диапазоне 270-300 нм, с задержкой порядка 10^-15 с после акта возбуждения. Отклик ЛИФ, в свою очередь, при той же длине волны возбуждения λ₀=266 нм формируется в спектральном диапазоне 320-750 нм, с задержкой порядка 10^-12 с.Laser exposure to a molecular object is accompanied by a number of phenomena of various nature, including Raman scattering and LIF. The possibility of using one excitation source is based on the fact that the responses of different types are spaced in time and spectral range. The Raman response upon laser excitation at a wavelength of λ ₀ = 266 nm is formed on the wing of the laser line in the spectral range of 270-300 nm, with a delay of the order of 10 ^-15 s after the excitation event. The LIF response, in turn, at the same excitation wavelength λ ₀ = 266 nm is formed in the spectral range of 320-750 nm, with a delay of the order of 10 ^-12 s.

Таким образом, оба канала наблюдения позволяют независимо, в соответствии выбранной программой, наблюдать и регистрировать сигналы КР и ЛИФ. Из зарегистрированных спектров в соответствующих анализаторах извлекаются необходимые параметры.Thus, both channels of observation allow, independently, in accordance with the selected program, to observe and register the Raman and LIF signals. The necessary parameters are extracted from the recorded spectra in the corresponding analyzers.

В канале наблюдения ЛИФ, кроме того, имеется дополнительная возможность - в выбранном спектральном диапазоне исследовать характер релаксации флуоресценции, что позволяет получить еще один характеристический параметр - время распада флуоресценции. Характеристические параметры спектров КР и ЛИФ после этого подают в вычислитель, в котором и формируется вектор, составляющими которого являются полученные параметры. В вычислителе проводится математическая фильтрация шумов. В отфильтрованном виде вектор параметров представляет частотно-временной портрет исследуемого объекта, который сравнивается с соответствующими векторами эталонных объектов. Оценка меры близости позволяет сделать заключение о принадлежности тестируемого объекта к тому или иному классу и определить вероятность правильного обнаружения.In addition, there is an additional opportunity in the LIF observation channel — to study the nature of fluorescence relaxation in the selected spectral range, which allows one more characteristic parameter to be obtained — the fluorescence decay time. The characteristic parameters of the Raman and LIF spectra are then fed to a computer, in which a vector is formed, the components of which are the obtained parameters. The computer performs mathematical filtering of noise. In a filtered form, the parameter vector represents the time-frequency portrait of the object under study, which is compared with the corresponding vectors of the reference objects. The assessment of the proximity measure allows us to conclude that the tested object belongs to a particular class and determine the probability of correct detection.

Конструктивно решение поставленной технической задачи достигается следующим образом.Structurally, the solution of the technical task is achieved as follows.

Устройство дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического и биологического происхождения, аналогичное, описанному в патенте РФ №2233438, включающее:A device for remote detection and identification of objects of organic and biological origin, similar to that described in RF patent No. 2233438, including:

- источник лазерного излучения, на оптической оси которого установлены формирующая оптика и устройство сканирования лазерного излучения,- a source of laser radiation, on the optical axis of which are installed forming optics and a scanning device for laser radiation,

- первый вход источника лазерного излучения подключен к третьему выходу первого блока питания, первый, второй и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом сканирующего устройства, со вторым входом первого блока синхронизации и управления и со вторым входом второго блока синхронизации и управления,- the first input of the laser radiation source is connected to the third output of the first power supply, the first, second and fourth outputs of which are connected respectively with the second input of the scanning device, with the second input of the first synchronization and control unit and with the second input of the second synchronization and control unit,

- первый выход первого блока синхронизации и управления соединен со вторым входом источника лазерного излучения, второй и третий выходы подключены соответственно к первому входу второго блока синхронизации и управления и к первому входу сканирующего устройства,- the first output of the first synchronization and control unit is connected to the second input of the laser radiation source, the second and third outputs are connected respectively to the first input of the second synchronization and control unit and to the first input of the scanning device,

- для приема и анализа рассеянного объектом исследования излучения - спектра комбинационного рассеяния (КР) устройство содержит приемную оптику, оптический сигнал с которой подается на оптический вход первого анализатора спектра,- for receiving and analyzing the radiation scattered by the object of study - the Raman spectrum (Raman), the device contains receiving optics, the optical signal from which is fed to the optical input of the first spectrum analyzer,

- для приема и анализа излученной объектом исследования лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) устройство содержит приемную оптику, оптический сигнал с которой подается на оптический вход второго анализатора спектра, первый и второй анализаторы спектра своими многоразрядными выходами подключены соответственно к первому и второму многоразрядным входам вычислителя, который многоразрядной двунаправленной шиной связан с монитором,- for receiving and analyzing the laser-induced fluorescence (LIF) emitted by the object of study, the device contains receiving optics, the optical signal from which is fed to the optical input of the second spectrum analyzer, the first and second spectrum analyzers are connected with their multi-bit outputs to the first and second multi-bit inputs of the computer, which a multi-bit bi-directional bus is connected to the monitor,

- первый и второй выходы вычислителя соединены соответственно с первым входом первого блока синхронизации и управления и третьим входом второго блока синхронизации и управления, первый вход вычислителя соединен с первым выходом второго блока синхронизации и управления, второй выход которого подключен ко вторым входам анализаторов спектра, пятый вход вычислителя соединен со вторым выходом второго блока питания, первый и третий выходы которого, подключены соответственно к входу монитора и к первым входам первого и второго анализаторов спектра, входы первого и второго блоков питания соединены с источником напряжения, согласно патентуемой полезной модели устройство содержит блок временного анализа флуоресценции, первый выход которого подключен к шестому входу вычислителя, второй выход - к третьему входу второго анализатора спектра.- the first and second outputs of the calculator are connected respectively to the first input of the first synchronization and control unit and the third input of the second synchronization and control unit, the first input of the calculator is connected to the first output of the second synchronization and control unit, the second output of which is connected to the second inputs of the spectrum analyzers, the fifth input the computer is connected to the second output of the second power supply, the first and third outputs of which are connected respectively to the input of the monitor and to the first inputs of the first and second analyzers pektra, inputs of the first and second power supply units connected to a voltage source, according to the utility model patentable apparatus comprising: a temporal analysis of the fluorescence, a first output of which is connected to the sixth input of the calculator, the second output - to a third input of the second spectrum analyzer.

Полезная модель предусматривает, что первый блока временного анализа флуоресценции подключен ко второму выходу второго блока синхронизации и управления и ко вторым входам первого и второго анализаторов спектра, второй и третий входы блока временного анализа флуоресценции подключены соответственно к четвертому выходу второго блока питания и к четвертому выходу вычислителя.The utility model provides that the first block of the temporary fluorescence analysis is connected to the second output of the second synchronization and control block and to the second inputs of the first and second spectrum analyzers, the second and third inputs of the temporary fluorescence analysis block are connected respectively to the fourth output of the second power supply and to the fourth output of the calculator .

Технический результат патентуемой полезной модели заключается:The technical result of the patented utility model is:

- в кардинальном повышении достоверности обнаружительных и идентификационных характеристик объектов органического происхождения. Разработанное устройство позволяет в реальное время - (5-20) с и на расстоянии до 60 м с высокой степенью вероятности (до 0,8-0,9) осуществлять обнаружение и идентификацию широкого спектра объектов органического и биологического происхождения, находящихся в негерметичной упаковке (нефтепродуктов, их соединений, различных видов растительности, отравляющих и взрывчатых веществ и т.п.).- dramatically increasing the reliability of the detection and identification characteristics of objects of organic origin. The developed device allows in real time - (5-20) s and at a distance of up to 60 m with a high degree of probability (up to 0.8-0.9) to detect and identify a wide range of objects of organic and biological origin that are in leaky packaging ( petroleum products, their compounds, various types of vegetation, poisonous and explosive substances, etc.).

- благодаря тому, что регистрацию отклика на лазерное зондирование объекта осуществляют двумя независимыми и различными по параметрам и назначению каналами наблюдения, патентуемое устройство позволяет получить индивидуальный многомерный и многофакторный частотно-временный портрет исследуемого образца в соответствии с его индивидуальной структурой - молекулярной, вращательно-колебательной, наличием отдельных молекул, химических связей, и тем самым обеспечить высокую вероятность правильного обнаружения и до минимума снизить вероятность ложной идентификации исследуемого объекта.- due to the fact that the response to laser sensing of an object is recorded by two independent observation channels that are different in parameters and purpose, the patented device allows one to obtain an individual multidimensional and multifactor time-frequency portrait of the test sample in accordance with its individual structure - molecular, rotational-vibrational, the presence of individual molecules, chemical bonds, and thereby ensure a high probability of correct detection and minimize the likelihood awn false identification of the object under study.

Сущность патентуемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием примера ее конструктивной реализации чертежами, отражающими принцип работы устройства, а также принципом реализации способа дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического м биологического происхождения. На чертежах представлены:The essence of the patented utility model is illustrated by the following description of an example of its constructive implementation by drawings, reflecting the principle of operation of the device, as well as the principle of implementing a method for remote detection and identification of objects of organic and biological origin. The drawings show:

фиг.1 - блок-схема патентуемого устройства;figure 1 is a block diagram of a patented device;

фиг.2 - пример блок-схемы анализаторов спектра 10, 11;figure 2 is an example of a block diagram of spectrum analyzers 10, 11;

фиг.3 - пример блок-схемы вычислителя 12;figure 3 is an example block diagram of a calculator 12;

фиг.4 - вариант блок-схемы блоков синхронизации и управления 2, 6;4 is an embodiment of a block diagram of synchronization and control units 2, 6;

фиг.5 - укрупненная блок-схема алгоритма работы устройства;5 is an enlarged block diagram of the algorithm of the device;

Фиг.6. - блок-схема блока временного анализа флуоресценции 14.6. - block diagram of a block of time analysis of fluorescence 14.

Патентуемое устройство, представляет собой анализатор дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического и биологического происхождения, содержит источник лазерного излучения 1 (фиг.1), длина волны излучения которого составляет λ₀=266 нм (4-ая гармоника YAG: Nd лазера). На оптической оси источника лазерного излучения 1 установлены формирующая оптика 3 и устройство сканирования лазерного излучения 4. На фиг.1 тонкой пунктирной линией условно показано направление лазерного излучения от источника 1 к блокам 3 и 4, к объекту исследования и от него к приемной оптике соответствующего канала наблюдения.The patented device, is an analyzer for the remote detection and identification of objects of organic and biological origin, contains a laser radiation source 1 (Fig. 1), the radiation wavelength of which is λ ₀ = 266 nm (4th harmonic of a YAG: Nd laser). Forming optics 3 and a laser radiation scanning device 4 are installed on the optical axis of the laser source 1; FIG. 1 shows the direction of the laser radiation from source 1 to blocks 3 and 4, to the object of study and from it to the receiving optics of the corresponding channel by a thin dashed line observations.

Первый вход источника лазерного излучения 1 подключен к третьему выходу первого блока питания 5, первый, второй и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом сканирующего устройства 4, со вторым входом первого блока синхронизации и управления 2 и со вторым входом второго блока синхронизации и управления 6.The first input of the laser radiation source 1 is connected to the third output of the first power supply 5, the first, second and fourth outputs of which are connected respectively to the second input of the scanning device 4, to the second input of the first synchronization and control unit 2 and to the second input of the second synchronization and control unit 6 .

Первый выход первого блока синхронизации и управления 2 соединен со вторым входом источника лазерного излучения 1, второй и третий выходы подключены соответственно к первому входу второго блока синхронизации и управления 6 и к первому входу сканирующего устройства 4,The first output of the first synchronization and control unit 2 is connected to the second input of the laser source 1, the second and third outputs are connected respectively to the first input of the second synchronization and control unit 6 and to the first input of the scanning device 4,

Для приема и анализа отклика молекулярного объекта 7 на лазерное возбуждение, имеющего КР природу - спектра комбинационного рассеяния (КР) устройство содержит приемную оптику 8,, оптический сигнал с которой подается на оптический вход первого анализатора спектра 10. Второй канал наблюдения может функционировать по программе в двух режимах.To receive and analyze the response of a molecular object 7 to laser excitation, which has a Raman nature — Raman spectrum (Raman), the device contains receiving optics 8, the optical signal from which is fed to the optical input of the first spectrum analyzer 10. The second observation channel can operate according to the program two modes.

Для приема и анализа излученной объектом исследования 7 лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) устройство содержит приемную оптику 9, оптический сигнал с которой подается на оптический вход второго анализатора спектра 11 (режим «А»).To receive and analyze the laser-induced fluorescence (LIF) emitted by the object of study 7, the device contains receiving optics 9, the optical signal from which is fed to the optical input of the second spectrum analyzer 11 (mode “A”).

Первый и второй анализаторы спектра 10 и 11 своими многоразрядными выходами подключены соответственно к первому и второму многоразрядным входам вычислителя 12, который многоразрядной двунаправленной шиной связан с монитором 15. Первый и второй выходы вычислителя 12 соединены, соответственно, с первым входом первого блока синхронизации и управления 2 и третьим входом второго блока синхронизации и управления 6. Первый вход вычислителя 12 соединен с первым выходом второго блока синхронизации и управления 6, второй выход которого подключен ко вторым входам первого и второго анализаторов спектра, 10 и 11.The first and second spectrum analyzers 10 and 11 are connected by their multi-bit outputs to the first and second multi-bit inputs of the computer 12, which is connected to the monitor 15 by a multi-bit bi-directional bus. The first and second outputs of the computer 12 are connected, respectively, to the first input of the first synchronization and control unit 2 and the third input of the second synchronization and control unit 6. The first input of the calculator 12 is connected to the first output of the second synchronization and control unit 6, the second output of which is connected to eye inputs of the first and second spectrum analyzers 10 and 11.

Пятый вход вычислителя 12 соединен со вторым выходом второго блока питания 13, первый и третий выходы которого, подключены соответственно к входу монитора 15 и к первым входам первого и второго анализаторов спектра 10 и 11.The fifth input of the calculator 12 is connected to the second output of the second power supply 13, the first and third outputs of which are connected respectively to the input of the monitor 15 and to the first inputs of the first and second spectrum analyzers 10 and 11.

Входы первого и второго блоков питания 13 соединены с источником напряжения.The inputs of the first and second power supplies 13 are connected to a voltage source.

Патентуемое устройство содержит блок временного анализа флуоресценции 14, первый выход которого подключен к шестому входу вычислителя, второй выход - к третьему входу второго анализатора спектра 11.The patented device contains a block of temporary analysis of fluorescence 14, the first output of which is connected to the sixth input of the computer, the second output to the third input of the second spectrum analyzer 11.

Первый вход блока временного анализа флуоресценции 14 подключен ко второму выходу второго блока синхронизации и управления 6 и ко вторым входам первого и второго анализаторов спектра 10 и 11.The first input of the temporary fluorescence analysis unit 14 is connected to the second output of the second synchronization and control unit 6 and to the second inputs of the first and second spectrum analyzers 10 and 11.

Второй и третий входы блока временного анализа флуоресценции 14 подключены соответственно к четвертому выходу второго блока питания 13 и к четвертому выходу вычислителя 12.The second and third inputs of the temporary fluorescence analysis unit 14 are connected respectively to the fourth output of the second power supply 13 and to the fourth output of the calculator 12.

В «режиме Б» лазерно-индуцированная флуоресценция направляется в блок временного анализа флуоресценции 14. Управление и синхронизация блоков 10, 11, 14 осуществляется от второго блока синхронизации и управления 6.In "mode B", the laser-induced fluorescence is sent to the temporary analysis unit of fluorescence 14. The control and synchronization of blocks 10, 11, 14 is carried out from the second synchronization and control block 6.

Переключение режимов работы второго канала наблюдения осуществляется через второй выход блока временного анализа флуоресценции 14, который соединен с третьим входом анализатора 11.The operation modes of the second monitoring channel are switched through the second output of the temporary fluorescence analysis unit 14, which is connected to the third input of the analyzer 11.

Блок временного анализа флуоресценции 14 имеет также связь с вычислителем 12, что обеспечивает переключения режимов работы второго канала наблюдения по программе и передачу информации о временном анализе в вычислитель 12.The block of temporary analysis of fluorescence 14 also has a connection with the calculator 12, which provides switching modes of the second observation channel according to the program and the transmission of information about the temporary analysis to the calculator 12.

Источник лазерного излучения 1 располагают от объекта лазерного зондирования и исследования 7 на расстоянии от 5 до 60 м.The laser radiation source 1 is located from the object of laser sensing and research 7 at a distance of 5 to 60 m

В качестве источника лазерного излучения 1 может быть выбран стандартный лазер: например, источник лазерного излучения 1 (см. книгу «Инфракрасные лазерные локационные системы»; авторы: Протопопов В.В., Устинов Н.Д.; М.: Воениздат, 1987 г., стр.45), (см. "Физическую энциклопедию"; М.: "Советская энциклопедия", 1988 г., стр.384).A standard laser can be selected as a source of laser radiation 1: for example, a laser source 1 (see the book "Infrared laser location systems"; authors: Protopopov VV, Ustinov ND; M .: Voenizdat, 1987 ., p. 45), (see. "Physical Encyclopedia"; M .: "Soviet Encyclopedia", 1988, p. 384).

В разработанном устройстве используется лазер LS-2137U/4 фирмы Lotis II (Белоруссия).The developed device uses an LS-2137U / 4 laser from Lotis II (Belarus).

Источник излучения 1 позволяет осуществлять дистанционное лазерное зондирование исследуемого объекта при длительности импульса от 4 до 7 нс, частоте повторения импульсов от 10 до 50 Гц и энергии излучения в импульсе до 0,2 мДж. В устройстве предусмотрена возможность накопление сигналов по 2-50 импульсам возбуждения.The radiation source 1 allows remote laser sensing of the test object with a pulse duration of 4 to 7 ns, a pulse repetition rate of 10 to 50 Hz and a radiation energy of up to 0.2 mJ per pulse. The device provides the ability to accumulate signals for 2-50 excitation pulses.

Формирующая оптика 3 обеспечивает требуемую угловую расходимость лазерного излучения может быть реализована в виде оптического объектива (см., например, S.G.Lambert, W.L.Casey. Laser Communications in Space. Artech House, 1995, стр.119-128). Выбор значения угловой расходимости лазерного излучения определяется экспериментально и зависит от типа исследуемого объекта и дальности его расположения.The forming optics 3 provides the required angular divergence of the laser radiation can be implemented in the form of an optical lens (see, for example, S. G. Lambert, W. L. Casey. Laser Communications in Space. Artech House, 1995, pp. 119-128). The choice of the angular divergence of laser radiation is determined experimentally and depends on the type of object under study and its range.

Устройство сканирования лазерного излучения 4 обеспечивает дистанционное сканирование пространства по азимуту и углу места в диапазоне углов от 0° до ±90° по каждой из угловых координат. В качестве устройства сканирования 4 использована известная конструкция, описанная в книге S.G.Lambert, W.L.Casey. Laser Communications in Space. Artech House, 1995, стр.109).The laser scanning device 4 provides remote scanning of space in azimuth and elevation in the range of angles from 0 ° to ± 90 ° for each of the angular coordinates. As the scanning device 4, a well-known design described in the book of S.G. Lambert, W.L. Casey was used. Laser Communications in Space. Artech House, 1995, p. 109).

Первый блок синхронизации и управления 2 обеспечивает синхронизацию работы источников лазерного излучения 1 и и сканирующего устройства 4, установку расчетных параметров излучения (частота повторения импульсов излучения лазеров, диапазон углов сканирования пространства).The first synchronization and control unit 2 provides synchronization of the operation of the laser radiation sources 1 and the scanning device 4, setting the calculated radiation parameters (pulse repetition frequency of laser radiation pulses, range of scanning angles of space).

Блоки питания 5 и 13 соединены с сетью питания 220 В и обеспечивают подачу питающих напряжений на все остальные блоки. Выполнены блоки питания 5 и 13 по известной схемотехнике (см., например, Ежегодный Международный каталог опто-электронных приборов зарубежных фирм 2001 г.Power supplies 5 and 13 are connected to a 220 V power supply and provide power to all other units. Power supplies 5 and 13 were made according to well-known circuitry (see, for example, the Annual International Catalog of Optoelectronic Devices of Foreign Companies 2001

«Laser Focus World. Buyers Guide 2001 the Optoelectronics Industry Sourcebook. Vol.36).“Laser Focus World. Buyers Guide 2001 the Optoelectronics Industry Sourcebook. Vol. 36).

Приемная оптика 8 и 9 обеспечивают ввод излучения КР и ЛИФ в соответствующий анализатор спектра. Конструктивно блоки приемной оптики 8 и 9 могут быть реализованы каждый в виде оптического объектива (см., например, S.G.Lambert, W.L.Casey. Laser Communications in Space. Artech House, 1995, стр.119-128).The receiving optics 8 and 9 provide the input of Raman and LIF radiation into the corresponding spectrum analyzer. Structurally, the receiving optical units 8 and 9 can each be implemented as an optical lens (see, for example, S. G. Lambert, W. L. Casey. Laser Communications in Space. Artech House, 1995, pp. 119-128).

Первый и второй анализаторы спектра 10 и 11 обеспечивают разложение спектра исследуемого сигнала, преобразование оптического сигнала в электрический сигнал и последующее измерение частотно-временных характеристик спектров излучения КР и ЛИФ, осуществляют передачу измеренных параметров спектров КР и ЛИФ в вычислитель 12 для формирования частотно-временного портрета исследуемого объекта.The first and second spectrum analyzers 10 and 11 provide the decomposition of the spectrum of the signal under study, the conversion of the optical signal into an electrical signal and the subsequent measurement of the time-frequency characteristics of the Raman and LIF spectra, transmit the measured parameters of the Raman and LIF spectra to the calculator 12 to form a time-frequency portrait the investigated object.

Первый и второй анализаторы спектра 10 и 11 схемотехнически выполнены идентично на базе стандартных комплектующих элементов и каждый содержит (фиг.2) полихроматор на основе дифракционных решеток 16, оптический вход которого является оптическим входом анализатора спектра. Оптический выход полихроматора 16 подключен к оптическому входу фотоприемника 17, который содержит электронно-оптический усилитель яркости 18, оптический выход которого соединен с оптическим входом многоэлементной фоточувствительной линейки 19. Выход фоточувствительной линейки 19 подключен к первому входу блока управления и усиления сигналов фотоприемника 20, который многоразрядным выходом соединен с интерфейсом 21, многоразрядный выход, которого является многоразрядным выходом анализаторов спектра 10 и 11. Третий вход блока управления и усиления сигналов фотоприемника 20 соединен со вторым выходом второго блока синхронизации и управления 6. Вторые входы блоков 18, 19, 20 и интерфейса 21 соединены с третьим выходом второго блока питания 13. Третий вход интерфейса 21 соединен со вторым выходом второго блока синхронизации и управления 6. В качестве одной из возможных конкретных реализаций анализаторов спектра 10 и 11 могут быть использованы анализаторы спектра типа: HP 71450В, НВ 71451В, 71400С, 70880А, производства фирмы "Hewlett Packard" (каталог фирмы "Test & Mesurement, HP, 1996 г., стр., 426-429). В качестве анализаторов спектра могут быть использованы также монохроматоры М266 IY (фирмы SOLAR, Белоруссия), укомплектованные 4 дифракционными решетками, многоэлементной фоточувствительной линейкой TCD1205D (Toshibba) и двумя выходными портами, на одном из которых можно разместить фоточувствительную линейку, на другом - блок временного анализа.The first and second spectrum analyzers 10 and 11 are identical in circuit design based on standard components and each contains (Fig. 2) a polychromator based on diffraction gratings 16, the optical input of which is the optical input of the spectrum analyzer. The optical output of the polychromator 16 is connected to the optical input of the photodetector 17, which contains an electron-optical brightness amplifier 18, the optical output of which is connected to the optical input of the multi-element photosensitive array 19. The output of the photosensitive array 19 is connected to the first input of the control unit and signal amplification of the photodetector 20, which is multi-bit the output is connected to interface 21, a multi-bit output, which is a multi-bit output of spectrum analyzers 10 and 11. The third input of the control unit and the signal signal of the photodetector 20 is connected to the second output of the second synchronization and control unit 6. The second inputs of the blocks 18, 19, 20 and interface 21 are connected to the third output of the second power supply 13. The third input of the interface 21 is connected to the second output of the second synchronization and control unit 6. As one of the possible specific implementations of spectrum analyzers 10 and 11, spectrum analyzers of the type: HP 71450V, HB 71451B, 71400C, 70880A, manufactured by Hewlett Packard (catalog of Test & Mesurement, HP, 1996, p. ., 426-429). M266 IY monochromators (SOLAR, Belarus), equipped with 4 diffraction gratings, a multi-element photosensitive line TCD1205D (Toshibba) and two output ports, one of which can accommodate a photosensitive line, and the other with a time analysis block, can also be used as spectrum analyzers. .

Таким образом, устройство дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического происхождения представляет собой информационно-измерительную систему, решающую задачу обнаружения молекулярных объектов при использовании: одного источника лазерного излучения 1, формирующей оптики 3, устройства сканирования 4 в возбуждении и двух независимых каналов наблюдения. В первом канале регистрируется отклик на лазерное возбуждение, связанный с КР типом взаимодействия, он содержит приемную оптику 8, анализатор спектра 10. Во втором канале наблюдения регистрируется отклик на лазерное возбуждение, определяемый ЛИФ типом взаимодействии лазерного излучения и молекулы. Второй канал наблюдения также содержит приемную оптику 9 и анализатор спектра 11, а в режиме «Б» дополнительно подключается блок временного анализа 14. Первый и второй каналы наблюдения подключены к вычислителю 12.Thus, a device for remote detection and identification of objects of organic origin is an information-measuring system that solves the problem of detecting molecular objects when using: one laser source 1, forming optics 3, scanning device 4 in excitation and two independent observation channels. In the first channel, a response to laser excitation associated with the Raman interaction type is recorded; it contains receiving optics 8 and a spectrum analyzer 10. In the second channel, a response to laser excitation is determined by the LIF type of interaction between laser radiation and a molecule. The second observation channel also contains receiving optics 9 and a spectrum analyzer 11, and in the “B” mode, an additional temporal analysis unit 14 is additionally connected. The first and second observation channels are connected to the calculator 12.

Вычислитель 12 обеспечивает формирование частотно-временного портрета исследуемого объекта, сравнение частотно-временного портрета исследуемого объекта с частотно-временными паспортами эталонных образцов, размещенных в памяти вычислителя, и идентификацию исследуемого объекта. Вычислитель 12 выполнен, в виде системного блока персонального компьютера (из серийных покупных блоков), который содержит (фиг.3) корпус 22 (марки midi-tower ATX), блок питания 23 (модель AL 230W), процессор 24 (типа Intel Pentium-2 333 МГц), память 25 (марки SDRAM 64 MB), жесткий диск 26 (типа Seagate 8,6 GB), контроллеры ввода-вывода: контроллер 27 RS-232, контролер клавиатуры 28; видеокарту 29 (марки S3 savage 3D 8 MB), контроллер принтера 30 (типа Centro-nix), клавиатуру 31 (типа ВТС Turbo-PS/2), материнскую плату 32 (марки Asustec Р2В).The calculator 12 provides the formation of the time-frequency portrait of the investigated object, comparing the time-frequency portrait of the studied object with the time-frequency passports of the reference samples located in the memory of the calculator, and the identification of the studied object. The calculator 12 is made in the form of a personal computer system unit (from serial purchased units), which contains (Fig. 3) a case 22 (midi-tower ATX brand), a power supply 23 (model AL 230W), a processor 24 (type Intel Pentium- 2 333 MHz), memory 25 (SDRAM brand 64 MB), hard disk 26 (Seagate type 8.6 GB), input-output controllers: 27 RS-232 controller, 28 keyboard controller; video card 29 (S3 brand Savage 3D 8 MB), printer controller 30 (Centro-nix type), keyboard 31 (BTC Turbo-PS / 2 type), motherboard 32 (Asustec P2B brand).

Первый блок синхронизации и управления 2 и второй блок синхронизации и управления 6 реализованы на основе стандартных элементов, например, по схеме, приведенной на фиг.4.The first synchronization and control unit 2 and the second synchronization and control unit 6 are implemented on the basis of standard elements, for example, according to the circuit shown in Fig. 4.

Первый (2) и второй (6) блоки синхронизации и управления содержат (фиг.4) генератор синусоидального напряжения 33 на частоту 1 мГц, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ)-34, генератор управляющих кодов 35 и формирователь команд управления 36. Примеры конкретной реализация блоков 33-36 приведены в книге "Методы автоматизации физических экспериментов и установок на основе ЭВМ" (автор: Ступин Ю.В.; М.: Энергоатомиздат, 1983 г., 288 стр.).The first (2) and second (6) synchronization and control units comprise (Fig. 4) a sinusoidal voltage generator 33 at a frequency of 1 MHz, a programmable read-only memory (ROM) -34, a control code generator 35 and a control command generator 36. Examples of specific implementation of blocks 33-36 are given in the book "Methods of automating physical experiments and computer-based installations" (author: Stupin Yu.V .; M .: Energoatomizdat, 1983, 288 pp.).

Блок временного анализа флуоресценции 14 (Фиг.6) содержит:Block temporary analysis of fluorescence 14 (6) contains:

40 - полихроматор;40 - polychromator;

41 управляемый шаговый двигатель;41 controlled stepper motor;

39 - управляемый оптический затвор, задающий задержку времени открывания канала регистрации относительно переднего фронта импульса лазерного излучения λ₀, (привязку к лазерному импульсу, учитывающую удаленность тестируемого объекта) и длительность открытия канала;39 is a controlled optical shutter defining a delay in the opening time of the registration channel relative to the leading edge of the laser pulse λ ₀ , (binding to a laser pulse, taking into account the distance of the test object) and the duration of the channel opening;

42 - фотоэлектронный умножитель в режиме счета фотонов;42 - photomultiplier tube in photon counting mode;

43 - счетчик фотонов;43 - photon counter;

44 - память;44 - memory;

37 - блок синхронизации 3;37 - block synchronization 3;

38 - блок управления оптическим затвором.38 - control unit optical shutter.

Блок временного анализа флуоресценции 14 формирует на выходе в цифровом виде функцию распада флуоресценции в зависимости от времени прекращения лазерного воздействия, что позволяет в вычислителе 12 оценить время жизни флуоресценции в определенном спектральном диапазоне.The block of temporary analysis of fluorescence 14 generates at the output in digital form the function of the decay of fluorescence depending on the time the laser exposure ceases, which allows the calculator 12 to estimate the fluorescence lifetime in a certain spectral range.

Укрупненная блок-схема алгоритма работы устройства по обнаружения и идентификации приведена на фиг.5. Полное и подробное описание программного продукта для реализации патентуемого способа изложено в технической документации заявителя.An enlarged block diagram of the algorithm of the device for detection and identification is shown in Fig.5. A full and detailed description of the software product for the implementation of the patented method is set forth in the technical documentation of the applicant.

Патентуемое устройство работает следующим образом.Patented device operates as follows.

Для установившегося режима работы лазера λ₀=266 нм (4-ая гармоника YAG: Nd лазера) с помощью блока синхронизации и управления 2 выставляют угловую расходимость лазерного излучения и в сканирующем устройстве 4 необходимые параметры режима облучения пространства с искомым объектом. Режим работы для источника лазерного излучения 1 предусматривает длительность импульсов 5 не, частоту повторения импульсов 10-50 Гц и энергию излучения импульсов 0,1 мДж.For a steady-state laser operation, λ ₀ = 266 nm (4th harmonic of a YAG: Nd laser), the angular divergence of the laser radiation is set using the synchronization and control unit 2, and in the scanning device 4 the necessary parameters of the irradiation mode of the space with the desired object are set. The operating mode for the laser radiation source 1 provides a pulse duration of 5 ns, a pulse repetition rate of 10-50 Hz and a pulse radiation energy of 0.1 mJ.

В соответствии с запатентованной методикой (патент РФ №2233438) предварительно осуществляют формирование частотно-временного паспорта одного или нескольких эталонных образцов, который записывают в память вычислителя 12. При включении источника лазерного излучения сканирующее устройство 4 осуществляет сканирование пространства с исследуемым объектом 7. Искомый объект, если он есть в пространстве сканирования, подвергается воздействию лазерного излучения на длине волны λ₀. При обнаружении в отклике спектров излучения, которые по основным параметрам (например, положение на оси частот максимумов двух-трех самых интенсивных спектральных линий) коррелируют со спектром излучения эталонных образцов (или образца), сканирование пространства прекращают. Направляют лазерное излучение на выделенную область пространства, отклики на лазерное возбуждение регистрируют и накапливают в каналах наблюдения.In accordance with the patented method (RF patent No. 2233438), the time-frequency passport of one or several reference samples is preliminarily generated, which is recorded in the memory of the calculator 12. When the laser radiation source is turned on, the scanning device 4 scans the space with the object being studied 7. The object to be searched, if it is in the scanning space, it is exposed to laser radiation at a wavelength of λ ₀ . If a response detects radiation spectra that, according to the main parameters (for example, the position on the frequency axis of the maxima of two or three of the most intense spectral lines), correlate with the radiation spectrum of the reference samples (or sample), the space scan is stopped. Laser radiation is directed to a selected region of space, responses to laser excitation are recorded and accumulated in the observation channels.

При взаимодействии лазерного излучения с исследуемым объектом 7 в результате неупругого рассеивания в первом канале наблюдения формируется спектр комбинационного рассеяния. Спектр КР представляет собой набор узких линий, смещенных вправо и влево относительно линии возбуждения λ₀. Местоположение линий в спектре комбинационного рассеяния определяется комбинацией возбуждающей частоты и частотами переходов между вращательно-колебательными уровнями молекулярного объекта, поэтому отстройка характеристических линий от линии возбуждения является однозначной характеристикой наблюдаемого объекта. Кроме того, интенсивность сигнала КР прямо пропорциональна плотности рассеивающих молекул и не зависит от присутствия других молекул и фона.When the laser radiation interacts with the investigated object 7 as a result of inelastic scattering in the first observation channel, a Raman spectrum is formed. The Raman spectrum is a set of narrow lines shifted to the right and left relative to the excitation line λ ₀ . The location of the lines in the Raman spectrum is determined by the combination of the exciting frequency and the transition frequencies between the rotational-vibrational levels of the molecular object; therefore, the detuning of characteristic lines from the excitation line is an unambiguous characteristic of the observed object. In addition, the intensity of the Raman signal is directly proportional to the density of scattering molecules and does not depend on the presence of other molecules and the background.

Во втором канале наблюдения в режиме «А» формируется спектр лазерно-индуцированной флуоресценции, в режиме «Б» формируется временная зависимость распада флуоресценции для определенного спектрального диапазона. Для «А» режима наблюдаемый спектр ЛИФ сдвинут в длинноволновую область, относительно возбуждающей линии λ₀ Сложный характеристический спектр ЛИФ, представляет собой огибающую всех вращательно-колебательных переходов с возбужденного состояния на основной уровень молекулы. Дифференциальное сечение рассеяния для метода ЛИФ имеет в сравнении с методом КР на несколько порядков большее значение, и поэтому данный метод может быть эффективно использован для исследования объектов, удаленных на расстояние до 1 100-150 м. Спектры ЛИФ индивидуальны для каждого молекулярного объекта. На практике, имея дело со сложными молекулярными соединениями, тем более с «родственными» молекулярными объектами, например, такими как травянистые однодольные растения, легкие бензины и т.д., для которых спектры ЛИФ почти совпадают, использовать только интегральные характеристики спектров ЛИФ для достоверной идентификации наблюдаемых объектов не всегда представляется возможным.In the second observation channel in the “A” mode, a spectrum of laser-induced fluorescence is formed, in the “B” mode, the time dependence of the fluorescence decay is formed for a certain spectral range. For the "A" mode, the observed LIF spectrum is shifted to the long-wavelength region, relative to the exciting line λ _{0 The} complex characteristic LIF spectrum is the envelope of all rotational-vibrational transitions from the excited state to the ground level of the molecule. The differential scattering cross section for the LIF method is several orders of magnitude larger than the Raman method, and therefore this method can be effectively used to study objects distant up to 1,100-150 m. The LIF spectra are individual for each molecular object. In practice, when dealing with complex molecular compounds, especially with "related" molecular objects, such as grassy monocotyledonous plants, light gasolines, etc., for which the LIF spectra almost coincide, use only the integral characteristics of the LIF spectra for reliable identification of observed objects is not always possible.

Для устранения этого недостатка в патентуемом устройстве реализован, подход, известный как «распознавание образов». При этом каждый диагностируемый молекулярный объект задается вектором независимых параметров, которые извлекаются из зарегистрированных спектров КР и ЛИФ. В число независимых параметров включаются все зарегистрированные сдвиги линий КР спектра и независимые параметры, извлекаемые из ЛИФ спектров.To eliminate this drawback in a patented device, an approach known as "pattern recognition" is implemented. Moreover, each diagnosed molecular object is defined by a vector of independent parameters that are extracted from the recorded Raman and LIF spectra. The independent parameters include all recorded shifts of the Raman spectrum lines and independent parameters extracted from the LIF spectra.

Методика извлечения независимых параметров из спектра ЛИФ включает в себя:The technique for extracting independent parameters from the LIF spectrum includes:

- разбиение после первой регистрации спектра ЛИФ на ряд полос-участков спектра (либо равной ширины, либо по определенному алгоритму в соответствии с особенностями полученного спектра).- dividing after the first registration of the LIF spectrum into a number of bands-sections of the spectrum (either of equal width, or according to a certain algorithm in accordance with the characteristics of the obtained spectrum).

- нахождение для каждой полосы характеристических параметров, заметно меняющиеся со структурными отличиями «родственных» веществ. Так как спектр ЛИФ формируется как отклик на возбуждение вращательно-колебательных переходов, соответствующих различным состояниям молекулы, молекулярным связям и даже разным молекулам, и их вклад в интенсивность полос различен, то это проявляется в разбросе значений вышеуказанных параметров. Эти параметры оказываются чувствительными к структурным отличиям «родственных» молекулярных объектов.- finding for each band of characteristic parameters, noticeably changing with the structural differences of "related" substances. Since the LIF spectrum is formed as a response to the excitation of rotational-vibrational transitions corresponding to different states of the molecule, molecular bonds and even different molecules, and their contribution to the intensity of the bands is different, this is manifested in the scatter of the values of the above parameters. These parameters turn out to be sensitive to structural differences of "related" molecular objects.

- из спектра ЛИФ в вычислителе 12 определяются:- from the LIF spectrum in the calculator 12 are determined:

средняя интенсивность в каждой полосе;average intensity in each band;

ширина каждой полосы;the width of each strip;

интенсивность спектра в полосе, отнесенная к ее ширине;the intensity of the spectrum in the band, referred to its width;

отношение интенсивностей спектра различных полос;the ratio of the intensities of the spectrum of different bands;

- определение с помощью блока временного анализа флуоресценции 14 времен распада флуоресценции в каждой полосе после прекращения лазерного импульсного зондирования.- determination using a fluorescence time analysis unit of 14 fluorescence decay times in each band after the termination of laser pulse sounding.

Алгоритм распознавания молекулярного объекта, т.е. его отнесение к тому или иному классу, в устройстве реализован по методике сравнительного анализа меры схожести для независимых параметров тестируемого объекта и аналогичных параметров эталонных объектов, предварительно внесенных в базу данных вычислителя 12.The recognition algorithm of a molecular object, i.e. its assignment to a particular class, the device is implemented according to the method of comparative analysis of the similarity measure for the independent parameters of the tested object and similar parameters of the reference objects previously entered into the database of the calculator 12.

Патентуемое устройство дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического и биологического происхождения успешно прошло натурные испытания. Предварительное тестирование устройства и полученные результаты, дают основание утверждать, что патентуемое устройство найдет эффективное применение для проведения дистанционного экспресс-анализа с получением высоких обнаружительных характеристик для объектов органического и биологического происхождения.A patented device for remote detection and identification of objects of organic and biological origin has successfully passed field tests. Preliminary testing of the device and the results obtained suggest that the patented device will find effective application for remote express analysis with high detection characteristics for objects of organic and biological origin.

Claims (1)

Устройство дистанционного обнаружения и идентификации объектов органического и биологического происхождения, включающее источник лазерного излучения, на оптической оси которого установлены формирующая оптика и устройство сканирования лазерного излучения, первый вход источника лазерного излучения подключен к третьему выходу первого блока питания, первый, второй и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом сканирующего устройства, со вторым входом первого блока синхронизации и управления и со вторым входом второго блока синхронизации и управления, первый выход первого блока синхронизации и управления соединен со вторым входом источника лазерного излучения, второй и третий выходы подключены соответственно к первому входу второго блока синхронизации и управления и к первому входу сканирующего устройства, для приема и анализа рассеянного объектом исследования излучения - спектра комбинационного рассеяния устройство содержит приемную оптику, оптический сигнал с которой подается на оптический вход первого анализатора спектра, для приема и анализа излученной объектом исследования лазерно-индуцированной флуоресценции устройство содержит приемную оптику, оптический сигнал с которой подается на оптический вход второго анализатора спектра, первый и второй анализаторы спектра своими многоразрядными выходами подключены соответственно к первому и второму многоразрядным входам вычислителя, который многоразрядной двунаправленной шиной связан с монитором, первый и второй выходы вычислителя соединены соответственно с первым входом первого блока синхронизации и управления и третьим входом второго блока синхронизации и управления, первый вход вычислителя соединен с первым выходом второго блока синхронизации и управления, второй выход которого подключен ко вторым входам первого и второго анализаторов спектра, пятый вход вычислителя соединен со вторым выходом второго блока питания, первый и третий выходы которого подключены соответственно к входу монитора и к первым входам первого и второго анализаторов спектра, входы первого и второго блоков питания соединены с источником напряжения, отличающееся тем, что устройство содержит блок временного анализа флуоресценции, первый выход которого подключен к шестому входу вычислителя, второй выход - к третьему входу второго анализатора спектра, первый вход блока временного анализа флуоресценции подключен ко второму выходу второго блока синхронизации и управления и ко вторым входам первого и второго анализаторов спектра, второй и третий входы блока временного анализа флуоресценции подключены соответственно к четвертому выходу второго блока питания и к четвертому выходу вычислителя.

A device for remote detection and identification of objects of organic and biological origin, including a laser radiation source, on the optical axis of which there is a forming optics and a laser radiation scanning device, the first input of the laser radiation source is connected to the third output of the first power supply, the first, second and fourth outputs of which are connected respectively, with the second input of the scanning device, with the second input of the first synchronization and control unit and with the second input the second synchronization and control unit, the first output of the first synchronization and control unit is connected to the second input of the laser radiation source, the second and third outputs are connected respectively to the first input of the second synchronization and control unit and to the first input of the scanning device for receiving and analyzing the radiation scattered by the object of study - Raman spectrum, the device contains receiving optics, the optical signal from which is fed to the optical input of the first spectrum analyzer, for receiving for analyzing the laser-induced fluorescence emitted by the object of study, the device contains receiving optics, the optical signal from which is fed to the optical input of the second spectrum analyzer, the first and second spectrum analyzers are connected by their multi-bit outputs to the first and second multi-bit inputs of the computer, which is connected to the monitor by a multi-bit bi-directional bus , the first and second outputs of the calculator are connected respectively to the first input of the first synchronization and control unit the third input of the second synchronization and control unit, the first input of the computer is connected to the first output of the second synchronization and control unit, the second output of which is connected to the second inputs of the first and second spectrum analyzers, the fifth input of the computer is connected to the second output of the second power supply, the first and third outputs of which connected respectively to the input of the monitor and to the first inputs of the first and second spectrum analyzers, the inputs of the first and second power supplies are connected to a voltage source, characterized in that the device comprises a temporary fluorescence analysis unit, the first output of which is connected to the sixth input of the calculator, the second output is connected to the third input of the second spectrum analyzer, the first input of the temporary fluorescence analysis unit is connected to the second output of the second synchronization and control unit and to the second inputs of the first and second spectrum analyzers , the second and third inputs of the temporary fluorescence analysis unit are connected respectively to the fourth output of the second power supply and to the fourth output of the calculator.