本發(fā)明涉及爆炸物和毒品檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種基于核四極矩共振的爆炸物和毒品檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
金屬探測(cè)儀是較早采用的一種查緝爆炸物的儀器，采用交變電磁場(chǎng)來探測(cè)爆炸物中的金屬部件及雷管等發(fā)火裝置上的金屬元器件和電池等從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爆炸物的探測(cè)。由于爆炸物制作工藝和技術(shù)水平的提升，現(xiàn)在爆炸物中的金屬部件越來越少；液體炸藥和塑料炸藥的出現(xiàn)，使得單一的金屬探測(cè)手段已經(jīng)無法滿足日益隱蔽化和多樣化的爆炸物探測(cè)實(shí)踐需要。X光射線法爆炸物檢測(cè)，是根據(jù)物質(zhì)的電子密度作出判斷，由于電子密度或等效原子序數(shù)無法唯一地表征炸藥,因此無法在嚴(yán)格意義上識(shí)別物質(zhì)。此外，市場(chǎng)上已有的爆炸物和毒品的檢測(cè)技術(shù)還包括中子探測(cè)技術(shù)、太赫茲測(cè)量技術(shù)等，都存在著嚴(yán)重的缺陷。中子探測(cè)技術(shù)是利用炸藥、毒品和有機(jī)物中C、N、O含量的不同來達(dá)到檢測(cè)的目的，但是此方法無法完全清楚的檢測(cè)是何種物質(zhì)，并且當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)用于人體檢測(cè)時(shí)，安全劑量與測(cè)量靈敏度之間難以協(xié)調(diào)；太赫茲測(cè)量技術(shù)難度相對(duì)較大，輸出功率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的首要目的在于提供一種能直接對(duì)爆炸物和毒品種類進(jìn)行探測(cè)、誤報(bào)率低的基于核四極矩共振的爆炸物和毒品檢測(cè)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于核四極矩共振的爆炸物和毒品檢測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)字控制系統(tǒng)、功率放大系統(tǒng)、天線系統(tǒng)和模擬信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)，數(shù)字控制系統(tǒng)的輸出端與功率放大系統(tǒng)的輸入端相連，功率放大系統(tǒng)的輸出端與天線系統(tǒng)的輸入端相連，天線系統(tǒng)的輸出端通過模擬信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)的輸入端相連。所述數(shù)字控制系統(tǒng)由系統(tǒng)時(shí)序控制模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、第一信號(hào)發(fā)生模塊、第二信號(hào)發(fā)生模塊和數(shù)字信號(hào)采集模塊組成；所述功率放大系統(tǒng)采用功率放大模塊；所述天線系統(tǒng)由發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊、阻抗匹配模塊和寬帶天線模塊組成；所述模擬信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)由中頻放大模塊、第二帶通濾波模塊、混頻模塊、第一帶通濾波模塊和超低噪聲前置放大模塊組成。所述系統(tǒng)時(shí)序控制模塊的輸出端分別與數(shù)字信號(hào)處理模塊、第一信號(hào)發(fā)生模塊、第二信號(hào)發(fā)生模塊、數(shù)字信號(hào)采集模塊、功率放大模塊、發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，系統(tǒng)時(shí)序控制模塊向第一信號(hào)發(fā)生模塊、功率放大模塊、發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送使能信號(hào)a，系統(tǒng)時(shí)序控制模塊向數(shù)字信號(hào)處理模塊發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)b，系統(tǒng)時(shí)序控制模塊向數(shù)字信號(hào)采集模塊、第二信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)送使能信號(hào)c；第二信號(hào)發(fā)生模塊的輸出端與混頻模塊的輸入端相連，中頻放大模塊的輸出端與數(shù)字信號(hào)采集模塊的輸入端相連，數(shù)字信號(hào)采集模塊的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理模塊的輸入端相連，數(shù)字信號(hào)處理模塊的輸出端與第一信號(hào)發(fā)生模塊的輸入端相連。所述功率放大模塊的輸入端與第一信號(hào)發(fā)生模塊的輸出端相連，功率放大模塊的輸出端與發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連。所述發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊的輸入輸出端與阻抗匹配模塊的輸入輸出端相連，阻抗匹配模塊的輸入輸出端與寬帶天線模塊的輸入輸出端相連。所述超低噪聲前置放大模塊的輸入端與發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，超低噪聲前置放大模塊的輸出端與第一帶通濾波模塊的輸入端相連，第一帶通濾波模塊的輸出端與混頻模塊的輸入端相連，混頻模塊的輸出端與第二帶通濾波模塊的輸入端相連，第二帶通濾波模塊的輸出端與中頻放大模塊的輸入端相連。本發(fā)明檢測(cè)方法如下：(1)系統(tǒng)時(shí)序控制模塊發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)b，結(jié)束時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，向第一信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)出NQR激勵(lì)頻率的控制字；經(jīng)過時(shí)間t1后，系統(tǒng)時(shí)序控制模塊向第一信號(hào)發(fā)生模塊、功率放大模塊、發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出使能信號(hào)a，使能信號(hào)a在高電平時(shí)，第一信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率射頻脈沖進(jìn)入功率放大模塊；功率放大模塊將射頻脈沖放大后進(jìn)入發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊，發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊將射頻脈沖通過阻抗匹配模塊傳輸至寬帶天線模塊，輻射至樣品；(2)寬帶天線模塊接收信號(hào)，信號(hào)依次經(jīng)超低噪聲前置放大模塊、第一帶通濾波模塊、混頻模塊、第二帶通濾波模塊、中頻放大模塊處理；第一帶通濾波器模塊濾除以f1為中心頻率帶通以外的信號(hào)；混頻模塊將濾波后的信號(hào)下變頻至f0；第二帶通濾波器濾除以f0為中心頻率帶通以外的信號(hào)；濾波放大后的信號(hào)傳輸至數(shù)字信號(hào)采集模塊，采集到的數(shù)字信號(hào)傳輸至數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理判定；(3)當(dāng)待檢測(cè)物質(zhì)中有與頻率f1相對(duì)應(yīng)的爆炸物和毒品時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理模塊能夠檢測(cè)出以f1為中心頻率的信號(hào)，系統(tǒng)報(bào)警且顯示毒品名稱；當(dāng)待檢測(cè)物質(zhì)中沒有與該頻率相對(duì)應(yīng)的爆炸物和毒品時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理模塊無法檢測(cè)出以f1為中心頻率的信號(hào)。使能信號(hào)a低電平時(shí)，第一信號(hào)發(fā)生模塊和功率放大模塊終止使能，發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入接收狀態(tài)。其中系統(tǒng)時(shí)序控制模塊通過使能信號(hào)a控制第二信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸出狀態(tài)。使能信號(hào)a為高電平時(shí)，第二信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生一個(gè)頻率為f＇且相位和第一信號(hào)發(fā)生模塊相同的信號(hào)，最終產(chǎn)生一包絡(luò)為使能信號(hào)a的脈沖調(diào)制信號(hào)，其中f＝f1-f0。不管有無爆炸物或毒品，經(jīng)過ts時(shí)間段后，進(jìn)入第二種樣品的檢測(cè)由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明由數(shù)字控制系統(tǒng)先發(fā)出0.4～6MHZ頻率范圍內(nèi)的某一正弦波信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)功率放大系統(tǒng)后，由天線系統(tǒng)輻射待檢測(cè)物質(zhì)，若與待檢測(cè)物質(zhì)的核四極矩共振頻率一致，則引起爆炸物和毒品共振，再由天線系統(tǒng)將接收的爆炸物和毒品共振信號(hào)傳輸至模擬信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)，后由數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行匹配分析處理，若數(shù)字控制系統(tǒng)發(fā)生的正弦波信號(hào)的頻率與待檢測(cè)物質(zhì)的核四極矩共振頻率不一致，則不引起共振，天線系統(tǒng)接收不到回波信號(hào)，判定為無此樣品，信號(hào)至此中斷。本發(fā)明能直接對(duì)爆炸物和毒品種類進(jìn)行探測(cè)、誤報(bào)率低。附圖說明圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖2是圖1中使能信號(hào)a、啟動(dòng)信號(hào)b、使能信號(hào)c的控制脈沖時(shí)序示意圖；圖3是CPMG(Carr–Purcell–Meiboom–Gill)脈沖串時(shí)序圖；圖4是寬帶天線的匹配性能測(cè)試圖；圖5是有無80gRDX(黑索金)樣品的NQR信號(hào)頻譜對(duì)比圖。具體實(shí)施方式一種基于核四極矩共振的爆炸物和毒品檢測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)字控制系統(tǒng)1、功率放大模塊2、天線系統(tǒng)3和模擬信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)4，數(shù)字控制系統(tǒng)1的輸出端與功率放大模塊2的輸入端相連，功率放大模塊2的輸出端與天線系統(tǒng)3的輸入端相連，天線系統(tǒng)3的輸出端通過模擬信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)4與數(shù)字控制系統(tǒng)1的輸入端相連。所述數(shù)字控制系統(tǒng)1由系統(tǒng)時(shí)序控制模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、第一信號(hào)發(fā)生模塊、第二信號(hào)發(fā)生模塊和數(shù)字信號(hào)采集模塊組成；所述功率放大模塊2采用功率放大模塊2；所述天線系統(tǒng)3由發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊、阻抗匹配模塊和寬帶天線模塊組成；所述模擬信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)4由中頻放大模塊、第二帶通濾波模塊、混頻模塊、第一帶通濾波模塊和超低噪聲前置放大模塊組成。如圖1所示。如圖1所示，所述系統(tǒng)時(shí)序控制模塊的輸出端分別與數(shù)字信號(hào)處理模塊、第一信號(hào)發(fā)生模塊、第二信號(hào)發(fā)生模塊、數(shù)字信號(hào)采集模塊、功率放大模塊2、發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，系統(tǒng)時(shí)序控制模塊向第一信號(hào)發(fā)生模塊、功率放大模塊2、發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送使能信號(hào)a，系統(tǒng)時(shí)序控制模塊向數(shù)字信號(hào)處理模塊發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)b，系統(tǒng)時(shí)序控制模塊向數(shù)字信號(hào)采集模塊、第二信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)送使能信號(hào)c；第二信號(hào)發(fā)生模塊的輸出端與混頻模塊的輸入端相連，中頻放大模塊的輸出端與數(shù)字信號(hào)采集模塊的輸入端相連，數(shù)字信號(hào)采集模塊的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理模塊的輸入端相連，數(shù)字信號(hào)處理模塊的輸出端與第一信號(hào)發(fā)生模塊的輸入端相連。如圖1所示，所述功率放大模塊2的輸入端與第一信號(hào)發(fā)生模塊的輸出端相連，功率放大模塊2的輸出端與發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連。所述發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊的輸入輸出端與阻抗匹配模塊的輸入輸出端相連，阻抗匹配模塊的輸入輸出端與寬帶天線模塊的輸入輸出端相連。所述超低噪聲前置放大模塊的輸入端與發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，超低噪聲前置放大模塊的輸出端與第一帶通濾波模塊的輸入端相連，第一帶通濾波模塊的輸出端與混頻模塊的輸入端相連，混頻模塊的輸出端與第二帶通濾波模塊的輸入端相連，第二帶通濾波模塊的輸出端與中頻放大模塊的輸入端相連。采用射頻脈沖作為檢測(cè)手段，應(yīng)用于人體安檢時(shí)，完全避免了射線檢測(cè)帶來的問題，以下介紹核四極矩共振技術(shù)的原理：原子核的電荷分布通常不是球?qū)ΨQ的，不對(duì)稱的程度可以用電四極矩Q表示，即核電四極矩是原子核的電荷分布偏離球?qū)ΨQ的量度。自旋大于等于1的原子核具有電四極矩，例如炸藥和毒品中常見到的14N等。電四極矩不為零的原子核在非均勻電場(chǎng)作用下，處于分立能量狀態(tài)，受到射頻電磁波的激勵(lì)，發(fā)生低能級(jí)與高能級(jí)之間的躍遷，稱為核電四極矩共振，即NQR。相同電四極矩核處于不同物質(zhì)中，感受分子或晶格不均勻電場(chǎng)的作用，共振頻率是不一樣的，即同一電四極核素在不同分子或晶格結(jié)構(gòu)中NQR頻譜不同。所以，可以利用電四極矩不為零的核素的NQR頻譜識(shí)別物質(zhì)，或?qū)ξ镔|(zhì)“定性”。炸藥、火藥或毒品含有14N等電四極核，凡處于固態(tài)或粉末狀態(tài)，都具有確定的NQR頻譜。頻譜處于射頻波段范圍，且對(duì)于一般外界物理?xiàng)l件不靈敏?？梢赃x擇物質(zhì)中某電四極核素，利用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)共振激發(fā)和信號(hào)接收處理，再提取頻譜，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)識(shí)別。本發(fā)明采用了以下技術(shù)：一，采用CPMG(Carr–Purcell–Meiboom–Gill)脈沖序列，如圖3所示，其序列表達(dá)式為式(11)：二，寬帶天線發(fā)射技術(shù)：技術(shù)參數(shù)S11，VSWR如圖4所示，發(fā)射完一種待測(cè)樣品的功率激勵(lì)之后，無需改變硬件即可以無延時(shí)的發(fā)射下一種待檢測(cè)物的功率激勵(lì)，大大節(jié)省了檢測(cè)多種樣品的調(diào)諧時(shí)間；能在0.4～6MHz的頻率范圍內(nèi)，使寬帶天線的等效阻抗等于50歐姆，確保發(fā)射天線無反射功率。以下對(duì)本發(fā)明的工作過程作進(jìn)一步的描述。系統(tǒng)時(shí)序控制模塊發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)b，結(jié)束時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，向第一信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)出NQR激勵(lì)頻率的控制字；經(jīng)過時(shí)間t1后，系統(tǒng)時(shí)序控制模塊向第一信號(hào)發(fā)生模塊、功率放大模塊2、發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出使能信號(hào)a，使能信號(hào)a在高電平時(shí)，第一信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率射頻脈沖進(jìn)入功率放大模塊2，功率放大模塊2將射頻脈沖放大后進(jìn)入發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊，發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊將射頻脈沖通過阻抗匹配模塊傳輸至寬帶天線模塊，輻射至樣品；使能信號(hào)a低電平時(shí)，第一信號(hào)發(fā)生模塊和功率放大模塊2終止使能，發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入接收狀態(tài)。寬帶天線模塊接收信號(hào)，信號(hào)依次經(jīng)超低噪聲前置放大模塊、第一帶通濾波模塊、混頻模塊、第二帶通濾波模塊、中頻放大模塊處理。第一帶通濾波器模塊濾除以f1為中心頻率帶通以外的信號(hào)?；祛l模塊將濾波后的信號(hào)下變頻至f0。第二帶通濾波器濾除以f0為中心頻率帶通以外的信號(hào)。濾波放大后的信號(hào)傳輸至數(shù)字信號(hào)采集模塊，采集到的數(shù)字信號(hào)傳輸至數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理判定。其中系統(tǒng)時(shí)序控制模塊通過使能信號(hào)a控制第二信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸出狀態(tài)。使能信號(hào)a為高電平時(shí)，第二信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生一個(gè)頻率為f＇且相位和第一信號(hào)發(fā)生模塊相同的信號(hào)，最終產(chǎn)生一包絡(luò)為使能信號(hào)a的脈沖調(diào)制信號(hào)，其中f＝f1-f0。當(dāng)待檢測(cè)物質(zhì)中有與該頻率相對(duì)應(yīng)的爆炸物和毒品時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理模塊能夠檢測(cè)出以f1為中心頻率的信號(hào)，系統(tǒng)報(bào)警且顯示毒品名稱；當(dāng)待檢測(cè)物質(zhì)中沒有與該頻率相對(duì)應(yīng)的爆炸物和毒品時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理模塊無法檢測(cè)出以f1為中心頻率的信號(hào)。不管有無爆炸物或毒品，經(jīng)過ts時(shí)間段后，進(jìn)入第二種樣品的檢測(cè)。如此周期重復(fù)，直至檢測(cè)完所有樣品為止，最終由數(shù)字控制系統(tǒng)1給出有哪幾種樣品的結(jié)論。結(jié)論如圖5為有無80gRDX(黑索金)樣品的NQR信號(hào)頻譜對(duì)比圖。如圖2所示，使能信號(hào)(a)在脈沖(b)的第一個(gè)脈沖結(jié)束t1時(shí)間后產(chǎn)生，(c)的每個(gè)脈沖都相對(duì)于(a)延后t2時(shí)間，(a)為發(fā)射脈沖，(c)為接收脈沖。綜上所述，本發(fā)明由數(shù)字控制系統(tǒng)1先發(fā)出0.4～6MHZ頻率范圍內(nèi)的某一正弦波信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)功率放大系統(tǒng)后，由天線系統(tǒng)3輻射待檢測(cè)物質(zhì)，若與待檢測(cè)物質(zhì)的核四極矩共振頻率一致，則引起爆炸物和毒品共振，再由天線系統(tǒng)3將接收的爆炸物和毒品共振信號(hào)傳輸至模擬信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)4，后由數(shù)字控制系統(tǒng)1進(jìn)行匹配分析處理，若數(shù)字控制系統(tǒng)1發(fā)生的正弦波信號(hào)的頻率與待檢測(cè)物質(zhì)的核四極矩共振頻率不一致，則不引起共振，天線系統(tǒng)接收不到回波信號(hào)，判定為無此樣品，信號(hào)至此中斷。本發(fā)明能直接對(duì)爆炸物和毒品種類進(jìn)行探測(cè)、誤報(bào)率低。