Система распознавания материальных объектов и/или процессов по их собственному электромагнитному излучению в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра

Система относится к методам диагностики [кл. G01N 21/00, G01N 21/84] и может быть использована для распознавания материальных объектов и/или процессов различной природы по их собственному электромагнитному излучению в инфракрасном (ИК), видимом и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах спектра. Технический результат состоит в возможности распознавания материальных объектов и/или процессов различной природы по модуляции их собственного электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и УФ диапазонах спектра. Система распознавания материальных объектов отличается тем, что содержит фотодиод, функционирующий в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра, содержит усилитель, функцией которого является усиление сигнала, идущего от фотодиода, содержит анализатор спектра или компьютер со звуковой картой, ко входу которого подключен выход усилителя.

Область применения

Система относится к методам диагностики [кл. G01N 21/00, G01N 21/84] и может быть использована для распознавания материальных объектов и/или процессов различной природы по их собственному электромагнитному излучению в инфракрасном (ИК), видимом и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах спектра.

Уровень техники

Общеизвестно, что различение веществ в природе происходит благодаря свойственному этому веществу набору спектральных линий излучения и/или поглощения, при этом, чем больше атомов в молекуле, тем больше и сложнее набор спектральных линий. Кроме этого, любое вещество, имеющее температуру отличную от 0 К, излучает по закону Планка, по которому можно оценить диапазон излучаемых веществом частот при известной температуре. К результирующей кривой излучения надо добавить частоты отражаемые веществом, если оно освещено. В итоге кривая излучения имеет максимум на частоте, соответствующий температуре, и много локальных максимумов из-за происходящих с (и внутри) веществом физико-химических процессов. Любой процесс связан с изменением энергетического состояния атома или молекулы, чем больше изменение энергии, тем больше частота. При этом меньшее изменение энергии может происходить на фоне большего изменения, и тогда более высокая частота промодулирована (или расщеплена) более низкой частотой. Тонкое расщепление - эффекты Зеемана и Штарка. Супертонкое расщепление - спиновые переходы электронов или ядер, или спиновые переходы атомов в молекуле.

Известно также, что способность живых существ производить химическое расщепление поступающих в него из вне веществ уникально и позволяет живых существам в природе Живые существа способны распознавать друг друга, различать цвета, вкусы и запахи и пр. При этом взаимодействие между химическими соединениями и рецепторами живых существ проявляется не только на уровне химических реакций, но и слабых электромагнитных полей (ЭМП) (и их модуляции) (см. [1, 4-9]). Это означает, что слабым электромагнитным полем обладают как живые, так и не живые формы веществ в природе. Известно, например, что растения, животные и человек представляют собой источники низко интенсивного ЭМП широкого диапазона спектра [1, 4-9], поэтому данное излучение

вполне может служить инструментом для изучения механизмов функционирования клетки или диагностики состояния биологических систем.

Все вышесказанное показывает, что слабое ЭМП всех живых и не живых существ можно зарегистрировать [2]. Причем зарегистрировать можно поле материального объекта по его собственному излучению в ИК, видимом и УФ диапазонах спектра, поскольку для области спектра, при температурах, свойственных живым организмам, т.е. от инфракрасного диапазона до гамма лучей, все виды биологической активности в той или иной степени уже обнаружены [3].

Однако практическую ценность сведения о ЭМП того или иного материального объекта несут лишь в качестве информационной.

При этом, возможностей для использования сведений о слабых ЭМП (и их модуляции) материальных объектов в качестве инструмента для их диагностики не известно из современной техники.

Задачей данной полезной модели является создание системы, которая позволяет на основе предварительного анализа сведений о параметрах модуляции ЭМП тех или иных материальных объектов и/или процессов, выявлять эти объекты путем анализа сравнения сведений полученных и ранее измеренных.

Технический результат данного устройства состоит в возможности распознавания материальных объектов и/или процессов различной природы по модуляции их собственного электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и УФ диапазонах спектра.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показана блок-схема системы для регистрации частот звукового диапазона, где 1 - исследуемый объект и/или процесс, 2 - светодиод, 3 - фотодиод, 4 - усилитель, 5 -микрофонный вход компьютера, 6 - компьютер.

На Фиг.1 показана блок-схема системы для регистрации частот гигагерцового диапазона, где 7 - анализатор спектра гигагерцового диапазона частот.

Сущность устройства

Технический результат достигается за счет того, что система распознавания материальных объектов содержит фотодиод, функционирующий в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра, содержит усилитель, функцией которого является усиление сигнала, идущего от фотодиода, содержит анализатор спектра или компьютер со звуковой картой, ко входу которого подключен выход усилителя.

Дополнительно система может содержать записывающее устройство.

Также дополнительно система может содержать светодиод, выполненный из материала идентичного материалу фотодиода и функционирующий на той же частоте, что и фотодиод.

Принцип действия системы основан на том, что (см. Фиг.1, Фиг.2) регистрируют излучение исследуемого объекта и/или процесса (1) с помощью фотодиода (3), функционирующего в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра, полученный сигнал усиливают, затем регистрируют с помощью анализатора спектра (7) или путем направления сигнала на вход (5) звуковой карты компьютера (6) с последующим анализом спектра с помощью компьютерной программы для анализа спектров, после чего полученный спектр электромагнитного излучения анализируемого объекта и/или процесса сравнивают с ранее полученными вышеописанным путем спектрами электромагнитного излучения объектов или процессов, сведения о которых известны, и выявляют из них спектр и/или сонограмму (спектральную модуляцию по времени), соответственно, идентичный(ую) или схожий(ую) с вновь полученным(ой). При очень слабом сигнале дополнительно во время регистрации излучения исследуемого объекта и/или процесса с помощью фотодиода (3), производят облучение объекта и/или процесса излучением светодиода (2) из материала идентичного материалу фотодиода и на той же частоте. Это особенно актуально и целесообразно производить, когда работают с жидкостями (на отражение или на просвет). Это позволяет усилить поток излучения, падающего на фотодиод.

Также можно использовать записывающее устройство, на которое записывают спектры электромагнитного излучения объектов или процессов, сведения о которых известны, и создают банк данных сведений о материальных объектах и/или процессах. В качестве записывающего устройства может быть использован любой носитель информации: дисковый накопитель, флэш-память, контролер и пр.

Система основана на сравнительном анализе сведений о модуляции спектральных линий слабых электромагнитных полей (ЭМП) материальных объектов и/или протекающих во времени процессов.

Существуют атласы атомных и молекулярных спектров, в которых для каждых известных веществ приведен набор этих спектральных линий. Используя эти атласы можно выбрать диапазон, где будут производиться исследования.

Регистрируется собственное излучение объекта (1) и/или процесса (при слабом излучении

исследуемый объект и/или процесс подвергают воздействию излучения светодиода (2) из материала аналогичного материалу фотодиода (3) и на той же частоте) и исследуется его спектр.

Фотодиод (3) функционирует как детекторный приемник. Он выдает набор частот, которые отражают модуляцию или расщепление спектральной линии.

Для регистрации различного электромагнитного спектра частот, характеризующих отраженное излучение от материальных объектов используют фотодиод (3), функционирующий в инфракрасном, видимом и УФ диапазонах спектра, так как модуляция линии для вещества одинакового изотопного и изомерного состава будет иметь одинаковую базовую часть.

Выбор диапазона регистрации обусловлен предварительным знанием излучаемых частот, пример - для воды 940 нм, для ионных каналов - желтая линия натрия, для деления клетки - УФ диапазон спектра.

Фотодиод (3) детектирует падающее на него электромагнитное поле в широких диапазонах частот в зависимости от ЭМП материального объекта и/или процесса - от 0 герц до гигагерц. Этот сигнал слабый - его необходимо усилить. Для чего используют усилитель (4) гигагерцового (см. Фиг.2) или звукового диапазонов (см. Фиг.1).

В качестве регистрирующего устройства для частот гигагерцового диапазона может быть использован анализатор спектра (7), например, IFR 2393A 9 кГц - 26.5 ГГц, для регистрации частот звукового диапазона может быть использован анализатор спектра с диапазоном 0-250 кГц или компьютер (6) со звуковой картой, на вход (5) которой подается регистрируемый сигнал, с установленной программой для анализа спектров (в этом случае диапазон ограничивается сверху частотой в 20 кГц).

Полученный спектр электромагнитного излучения анализируемого объекта и/или процесса сравнивают с ранее полученными вышеописанным путем спектрами электромагнитного излучения объектов или процессов, сведения о которых известны.

Сравнительный анализ позволяет выявить спектр и/или спектральную модуляцию по времени (если речь идет о процессе), схожим(ей) с вновь полученным(ой). Сравнительный анализ может быть проведен путем разложения спектра в цифровой код в виде матрицы.

Результатом спектральной модуляции по времени является обычная сонограмма.

Сонограмма является графическим представлением звуковых колебаний. Фактически - это спектрально-временное представление звука.

В результате, последующее сравнение производится путем сравнения матрицы спектра и/или сонограммы (полученного спектра по времени) с матрицами спектров, ранее полученных, и хранящихся в базе данных.

Создание баз данных становится возможным при использовании записывающего устройства, которое позволяет запомнить модуляции, возникающие во времени, т.е. записать алгоритмическую матрицу при протекании процесса, будь то химическая реакция образования новых веществ, растяжение пружины или процесс деления клетки. С помощью запоминающего устройства создают банк модуляций материальных объектов.

Источники информации:

1. http://www.rad.pfu.edu.ru/tmp/avtoref3057.pdf

2. «ИЗМЕРЕНИЕ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ», НОВОСИБИРСК, НИИ МЕТРОЛОГИИ, 1970, стр.107, ТРУДЫ. Т.5

3. http://medicreferat.com.ru/pageid-183-1.html

4. Biological Aspects of Low Intensity Millimeter Waves / Ed. N.D.Devyatkov, O.V.Betsky. Moscow, 1994.

5. Godik E.E., Gulyaev Yu.V. Functional Imaging of the Human Body // IEEE Engineering Medicine and Biology. 1991. V.10. №4.

6. Godik E.E., Gulyaev Yu.V. Functional Imaging of the Human Body // IEEE Engineering in Medicine and Biology. 1991. V.10. №4.

7. Gulyaev Yu.V., Godik E.E. The Physical Fields of Biological Objects // Vestnik AN USSR. 1983. V.1.8.

8. Gulyaev Yu.V., Godik E.E. The Physical Fields of Biological Objects // Vestnik AN USSR. 1983. V.8.

9. Gulyaev Yu.V., Markov A.G., Koreneva L.G. et al. Dynamical Infrared Thermography in Humans // IЕЕЕ Engineering in Medicine and Biology. 1995. V.14. №6.

1. Система распознавания материальных объектов, отличающаяся тем, что содержит фотодиод, функционирующий в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра, содержит усилитель, функцией которого является усиление сигнала, идущего от фотодиода, содержит анализатор спектра или компьютер со звуковой картой, ко входу которого подключен выход усилителя.

2. Система распознавания материальных объектов по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит записывающее устройство.

3. Система распознавания материальных объектов по п.1 или 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит светодиод, выполненный из материала идентичного материалу фотодиода и функционирующий на той же частоте, что и фотодиод.