JPS60500828A - 爆発物検知のための手荷物検査装置および方法 - Google Patents

爆発物検知のための手荷物検査装置および方法

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JPS60500828A JP59502083A JP50208384A JPS60500828A JP S60500828 A JPS60500828 A JP S60500828A JP 59502083 A JP59502083 A JP 59502083A JP 50208384 A JP50208384 A JP 50208384A JP S60500828 A JPS60500828 A JP S60500828A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 球jtL野 この発明は、手荷物検査、特に、爆発物を検知するための手荷物検査方法および その装置に関する。
空港でチェックされる手荷物中には、爆発物が隠されている場合がある。航空機 の機体側面に穴をあ(ブうる但の爆発物は一定量の体積を有しているが、問題は 手荷物内に他の品物と共に賠されている最小量の爆発物を検知することである。
また、手荷物内の品物が多岐にわたっていることが、検知を困難にしている。
従来技術 米国特許第4,166.972号および第4 、296.378@には、爆発物 の強さに基づ<NMR検知システムが開示されている。この発明の装置は多くの 型の爆発物く例えば、各種の爆発性化合物のスラリーおよびエマルジョン混合物 )の検知に特に有効である。爆発物の代表的なものはニトログリセリン、および 硝酸アンモニウムダイナマイト、スラリー燥薬、RD X 。
TNT、PETN等である。
爆発物の量が少ない場合には、空輸中の手荷物に隠された多量の爆発物によって 生じる問題とは別の問題を生じる。十分な破壊力をもつ貫、例えば12オンス( 3369)の爆発物が航空機内で爆発したとすれば、その航空機の胴体は部分的 に破壊され、少なくとも機内の気圧が下がる。そうなれば墜落という危険な事態 を招くことになる。
発明の開示 この発明はNMR交互作用によって、手荷物内の品物の原子核を検出する装置に 関する。この装置においては、特定のラジオ波(RF波)による短い周期でパル ス制御された外部磁界が使用される。好ましい実施例においては、対象とする元 素は爆発物化合物を構成する水素である。したがって、一定量の加合物(その爆 発物を代表する化合物)中の水素は所定の強度の磁界および爆発物の有無を検出 するための出力信号を発生させるためのRF制御磁界と相互作用をする。
この発明の装置は従来の寸法および形状のバッグを処理゛することができる。こ のようなバッグは現在使用されている代表的なものである。このようなバッグは 金属製のヒンジおよびロックを有する金属製のフレームで構成されているものが 多い。そして、その周囲はプラスチック、布、皮等の非金属材で囲まれている。
この発明の装置には、金属で囲まれたバッグを検知するための装置も含まれる。
ここではコンベヤベルトを有するコンベヤシステムを開示している。このコンベ ヤルトによって、直立に載置されたバッグが第1マグネット間を通されて成極さ れる。このバッグはさらに進行して、所定の周期をもつ磁界が加えられる。この 磁界によってバッグおよびその中の物品を構成する水素原子の原子核が成極され る。コンベヤシステム内の所定の位置に配設されるホールセンサーは、垂直方向 に並べて設定されるため、いろいろな大きさのバッグにおける磁界強度変化を検 知することができる。磁界強度はコンベヤベルト移動方向に対して1インチ(2 ,5cm)ごとに測定されるため、バッグおよびその内容物の外部磁界強度を乱 す多点格子が得られる。これによって、バッグに加えられた磁界の歪を示すプロ フィルが得られる。
バッグ(もしくは、その内容物)に含まれる強磁性体は磁界の歪の原因となる。
この歪が生じると、バッグ内のほとんどの部分の磁界強度は減衰されるが、その 変動は乱されてV!間的に記憶され、バッグ内の所定強度の磁界を取り戻すため の磁界強度の調節が可能となる。
バッグは第2マグネツトに通される。この第2マグネツトはメインコイル、ブー スタおよびシムコイルを有する電磁石である。ブースタのコイルは第2マグネツ トによって生じる磁界強度を発生させる都で動作し、バッグ内の磁界変動を修正 する。ブースタのコイルはメインコイルに接続され、バッグが通過する範囲を磁 化する。その磁界強度は第1マグネツトの磁界内に設けられたセンサによって感 知されたバッグ内の磁界変動を克服するまで増大される。したがって、第2マグ ネツトおよびブースターコイル(必要な場合)は、第11a界の歪を測定した後 、第2磁界の強度を調節する。これによって、第2磁界はバッグ内における共鳴 に必要な強度となる。
このバッグは第2磁界内で1回目の検知がなされ、その後直ちに2回目の検知が なされる。1回目および2回目の検知を行なうために、バッグに加えられる磁界 は同一(コンベヤベルトが停止)であるとすれば、この装置は1回目および2回 目の検知から変形NMRレスポンスを検知することができる。この2つのレスポ ンスは記憶され、2回目の検知は変換された後加算される。はとんどの物質の場 合、このレスポンスは1回目と2回目の検知においてほぼ一致するから、両レス ポンスは釣り合って、零もしくはそれに近づく。爆発物を構成する物質のスピン −格子緩和時間定数(T1)は長く、スピン−スピン緩和時簡定数(T )は短 い。このT1−T2特性を有する所定量以上の爆発物には特徴がある。すなわち 、1回目の検知のNMRレスポンスは2回目の検知のNMRレスポンスと異なる 。2つの信号の間の差異があれば、それが長いT および短いT2を有する物質 であることがわかる。なお、爆発物はその範囲に含まれるが、爆発物以外の物質 でも長いT と短いT2を有するものもある。
この発明は爆発物が特殊な物質であるという事実に着目しでいる。すなわち、爆 発物は通常バック内に保管されるような物質とは異なることに着[]シている。
水系原子の原子核が磁界内で配列もしくは成極される速度は、スピン−格子緩和 時間定数によって支配される指数関数で表わされる。この定数T1の範囲は数秒 から何分の1秒の範囲である。適正なNMR信号を得るために、その物質にT1 に相当する時間にわたって磁界が加えられる。理想的には、磁界を加える時間は 数倍長くし、信号を可能な限り大きくして、感度を上げるとよい。はとんどの爆 発物の場合、T1は数秒のオーターであるが、中には数百秒に及ぶものもある。
上記のように、磁界交差技術は、T1の数倍にも及ぶ間隔をおかずに、迅速に成 極させる場合に利用できる。これは、すでに述べたように迅速に成極させる別の 因子を利用している。
物質のNMRレスポンスに関する第2の時間定数は、スピン−スピン緩和時間定 数T2である。この定数T2はRFエネルギーの伝送パルスに続く遷移NMR信 号の減衰率を示すものである。一般に、T2の値は、固体内の水素の場合数マイ クロ秒である。爆発物においては、このT2の値は非常に短い。なお、■ の値 が長く、T2の値が短い物質は爆発物に限らないが、そのような物質は航空機内 に持ち込まれるバッタ内には含まれないのが普通である。
この発明の装置においては、1同目の成極のための第17グネツトが使用される 。バッグはこの第1マグネツトに通される。この操作によって、バッグおよびそ の内容物を構成する化合物中の水素が成極される。第1マグネツトによってバッ グにかけられる磁界は比較的高い。第2グネツ1〜による磁界は第1マグネツト による磁界よりも幾分低い。第27グネツト内でバッグは一時的に停止される。
第2マグネツトにはコイルが取り付けられ、第2マグネツトの磁界に対して直角 の磁界を生じる。コイルには制御されたRFパルスを伝達寸る。最適検出のため に、パルスエネルギーは元の磁界に対して原子核の軸線を90°回転させうる値 でなくてはならない。
これは、いわゆる900パルスである。これは、パルス接続時間(マイクロ秒) およびパルス強度を制御することによって測定され、直角回転が得られる。第2 パルスは第1パルスに対して位相が90°シフトされている。この両パルスは爆 発物中の水素のT2値に比べて短時間内で発生する。これによって、比較的検出 容易なNMRエコーが生じる。パルス持続時開およびパルス間隔を選定すること によって、NMRデータが向上する。
爆発物の中には、T1値が非常に長く、300秒に達するものもある。このよう な物質は手荷物検査のための短い時間内には成極されない。しかし、特定の強度 の磁界を加えてクロスオーバーさせれば、爆発物の成極に必要な時間を短縮でき る。クロスオーバーは、水素NMRの周波数を窒素咳四極共鳴(NQR)の周波 数に一致させることによって行なう。
これによって、時間が短縮され、成極は窒素と水素のカップリングを利用して行 なわれるため、]ニネルキー移動および迅速な成極が行なわれる。これによって 、この種の畑発物内の水素のT1値が約300秒から約01秒に短縮される。こ の成極時間の短縮に鑑みて、クロスオーバー磁界強度以上の強度をもつ均一な磁 界内にバッグを通すことが望ましい。この発刺における第1マグネツトの磁束密 度は785ないし825ガウスである。クロスオーバー磁界、が生じると、燥発 物化合物内の窒素のNQR周波が窒素のエネルギーを水素の原子核内に供給する 。この磁界は01秒程度保持され、水素原子の原子核がすべて迅速に成極される 。以上のようにして物質が成極される。
クロスオーバー磁界は進行中に発生され、さらに、その装置のスケールファクタ を示す。検査に供されるバッグは毎秒2〜3インチ(5〜7.5cm)のスピー ドで進行させるのがよい。このコンベヤシステムにおける許容スピードは毎秒約 2フイート(60cm )までである。このコンベヤシステムによって、バッグ は長さ約3フイート(90cm )のマグネツ[・に通され、所定時間にわたっ てクロスオーバー磁界が加えられる。
この装置は、また第2マグネツトを有する。バッグはこの第2マグネット内で停 止される。1回目の検査はバッグ全体について行なうことができる。また、2回 目の検査も行なわれるが、両検査共バッグ全長にわたる長さを有する1つのコイ ルで行なわれる。バッグは小さい部分に分割すると便利である。1つのコイル内 に形成される空間は広いため、コイルを2つもしくは3つに分割して使用′し、 各コイルから得られるデータを使用するとよい。1回目の検査によって得られる データくすべてのコイルから得られるもの)が総合され、かつこの検査は繰り返 される。2つのデータは相互に差し引かれ5、爆発物に関する信号のみが得られ る。2つの検査の間の時間差は比較的短く1秒もしくはそれ以下である。この実 施例においては、05ないし0.75秒である。
各RFテストにおいて、適正に制御および配置された第3(および/または第4 )のパルスを使用することによって、長いT1および長いT2を有する物質が測 定および識別される。これらの物質としてはグリセロールを主体とする物質、ア ルコールを主体とする物質等がある。純粋なグリセロールは混合によって変化す る。グリセロール主体の物質は比較的長いT および比較的長いT2を有するグ リセロール混合物である。これらの物質はハンドローション、シェービングロー ション等に含まれている。第3(および/または第4)のパルスが使用される場 合、長いT および長いT2を有するグリセロール主体の物質が存在すれば、そ のエコーは著しく異なるものである。もし、T2が短ければ、上記エコーは生し ない。もし、グリセロール主体の物質(T1およびT2共に長い)が存在すれば 、上記エコーは非常に大きい。したがって、第1のエコー(第2のパルス後の工 ]−)と上記−丁]−(第3および/または第4のRFパルス後の工]−)との 間の大きさの差を調べることによって、長いT1および長いT2を有する物質が 識別される。
上記の操作はすべて以下に詳述する装置によって行なわれる。この装置の特徴の 1つは、効率よくバッグを検査するための自動検査装置およびその方法を提供す ることである。特に−1化学的に結合した水素に特徴を有する爆発物を検知する ことができる装置に関する。なお、一般に爆発物においては、T1の値は長(T 2の値は短い。
図面の簡単な説明 この発明の特徴、利点および目的は上記のとおりであるが、以下に、この発明の 実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、添附の図面はこの発明の一実施例であって、発明を制限するものではない 。
第1図はこの発明のコンベヤシステムの断面図、第2図は第1図の2−2線断面 図、 第3図はコンベヤシステムに沿った部分の磁束密度の分布図、 第4図はRFパルスに対する工]−パルスの応答を示″げ図、第5図はハンドロ ーションJ3よび爆発物におけるレスポンスを示す図、 第6図はこの装置の回路のブロック図である。
実施例の説明 第1.2図について説明する。1示10は手荷物検査装置における手荷物搬送用 のコンベヤシステムである。コンベヤベルト12上に載せられたバッグ11は、 ハウジングもしくはキャビネット13内へ搬送される。このキャビネット13は 装置全体を囲繞しているが、コンベヤシステムの両端は手荷物の載せ降ろしのた めに開放されている。コンベヤベルト12の下には、このコンベヤベルト12を 一定の高さに保持するための裏板14が配設されている。コンベヤベルトはアイ ドラーホイール15および駆動ホイール16を有する。
そして、バッグ11はコンベヤベルト12の上に直立した状態に載置されて、非 常に大型の第1マグネツト18の両極間を通される。この第1マグネツト18は 1対の異極を相対向させて配設したものである(第2図参照)。この第1マグネ ツト18によって発生する磁力線は両極間において均一に形成され、第1図の面 に対して垂直である。
取り付【プブロツク19が垂直に離間させて配設され、この取り付はブロック1 つにホールセンサ等の磁力線強度測定用のセンサ20が取りつけられている。こ れらの取り付はブロック19は両マグネット18に直接取り付けられる。そして 、その取り付は位置はバッグ11の側面に面する部分であり、バッグ11の上下 方向の各部分の磁力線強度を測定できるように配列されている。なお、取り付は ブロック1つは第1マグネツト18の両端間に位置する。すなわち、妨害がなけ ればセンサ20は磁界内に位置し、バッグ11かない状態にσヅいて、その磁力 線強度は一定である。コンベヤベルト12および裏板14は非磁性材で形成され ているので、これらによって磁界が妨害されることはない。バッグ11の通過に よる磁界の変動はセンサ20によって測定される。金1mMのバッグ11は装置 の前端部近傍に配設された金属センサ21によって検出される。金属製のバッグ 11が金属センサ21上を通ると、制御システムによってテスト操作が停止され る。
コンベヤベルト12は特定の速度で移動されるが、毎秒2フイート(毎秒60  cm >程度が適当である。第1マグネツト18の長さは平均的な大きさのバッ グの長さ程度、ずなわち移動方向に対して約25インチ(約64 cm )程度 である。このような第1マグネツト18を使用すれば、コンベヤベルト12の移 動を遮る方向に均一な磁界〈妨害のない場合)が形成される。コンベヤベルト1 2上のトンネル開口部内に収まる高さおよび幅のバッグであれば、どのような長 さのバッグであっても、この磁界によって極性を生じる。なお、これらの寸法は 適宜変更することができる。コンベヤベルト12の終端部に隣接して第2コンベ ヤベルト23が配設されている。
この第2コンベヤベルト・23は第2マグネツト24内を通っている。第2マグ ネツト25の磁気回路にはブースタもしくはシムコイル25も含まれる。第2コ ンベA7ベルト23は非金属製の裏板26上に配設され、駆動ホイール28によ って駆動されるとともにアイドラーホイール27の回りを回る。
第2マグネツト24の内部にはコイルアセンブリが直接取り付けられている。な お、このコイルアセンブリは磁界に対して直角にRF磁界を形成するように設定 されている。このコイルアセンブリは3つの複巻コイルを有する。これらの−1 イルはすべて同一のものを使用することができる。図において、左側のコイル、 中央のコイルおよび右側のコイルはそれぞれ30.31および32で示されてい る。これら3つのコイル30.31.32は等しい長さを有し、その長さ(ま移 動方向に対して約10インチ(約25 cm )である。従って、これらのコイ ルの全長は約30インチ(75cm )である。また、これらのコイルは第2コ ンベヤベルト23の上方の空間を囲繞し、第2コンベヤベルト23の下を通って いるため、最大寸法のバッグ11の検査が可能である。シムコイル25によって 最大のバッグにほぼ一致する磁界強度が発生され、バッグにおける変動が克服さ れる。
第3図は、コンベヤシステムに沿った距離と磁界強V(ガウス)どの関係を示す グラフである。コンベヤシステムは装置の前後方向に延び、その上に手荷物を直 立に保持して駆送する。したがってコンベヤシステムの前後端は開放されている 。コンベヤシステムによって搬送されたバッグは第1マグネツトに導入される。
このバッグは第3図に示すような磁界内を移動し、磁イヒピーク35に露呈され る。この磁化ピーク35の磁束密度は約800〜825ガウスである。バッグが 移動しても、磁界は比較的均一かつ広い。そのため、バッグに及ぼされる極性域 はかなり広く、バッグおよびその内容物を構成する化合物の中の結合水素の成極 が開放される。この範囲が成極域36である。
バッグはそのまま成極域36を通過する。この成極域36にJ′3いては、かな り長いスピン−格子緩和時間T1をイ]する水素結合化合物(爆発物の場合30 0秒)でも成極される。
この磁界強度は、この種の爆発物内に存在する水素−窒素結合における窒素の核 四極共鳴(NQR>によって合体されたクロスオーバーエネルギーに基づいて、 より迅速な成極を助長する強度である。すなわち、水素の′原子核に加えらる磁 界強度が窒素に関するクロスオーバー磁界の値であれば、数百秒の成極時間が約 01秒に短縮される。これは、所定の磁界強度、特に、クロスオーバー磁界強度 に応じて起る。
マグネット18.24はキャビネツ1〜内において相互に接近させて配設される 。この場合において、両マグネット18゜24のN極およびS極は同じ側に配置 され、同一方向の磁界を生じる。また、コンベヤシステムに沿った部分であって 、第1マグネツト18からはずれた部分においてもかなりの磁束密度が得られる ように設定される。第2マグネツ1へ24における磁界は第1マグネツト18に よる磁界よりも弱く、700ガウスもしくはそれを幾分上回る程度である。さら にこの磁界は、図中レベル37で示すようにかなり均一である。
そして、この磁界は3つの部分38,39.40に分割されるが、これらは3つ のコイルの位置に対応するものである。
なお、これら3つのコイルは第2マグネツ1〜を制限する極片の寸法内に収めら れている。
すでに述べたように、バッグ内の磁界に歪を生しることがあるが、その原因の主 なものは、バッグのフレーl1、ハンドル、ヒンジ、ロック等が金属で形成され ていることである。
また、バッグ内に磁界を歪ませる2へ・3個のスプレー化があったと仮定する。
その場合、磁界の歪によってバ・ング内の磁界強度が低下覆る。バッグ内の磁界 が歪むと、レベル37が減少する。次に、妨害のない場合の磁界のレベルを示す 第3図において、妨害があると、磁界はレベル41まで低下する。
すなわち、バッグのフレームに隣接する部分の磁界が歪んでこのレベル41まで 低下するのである。バッグ内の磁界強度が低下するとバッグの外側の磁界強度が 増大するが、いうまでもなく、このバッグの外側の磁界は意味のないものである 。
第1図に示されるシムコイル25によって、バッグ内の磁界強度がレベル41か らレベル37まで戻される。第3図に示されるように、磁界強度の低い部分(図 示42)は、コンベヤシステムの端部およびキャビネットの外部に相当する部分 法に、第4図について説明する。これは、自由誘導減衰(FID)を示す図であ る。簡単に説明すると、RF出力信号と時間の関係を示す曲線には、第1透過パ ルス43および第2透過パルス44が含まれる。第1透過パルス43によってF ID信号46が発生し、この信号46によって第1透過パルス43に後縁を生じ る。両パルス43.44に核磁気モーメントの900の回転に相当する。エコー パルス47は原子核の情報を示す。
第5図において、第1透過パルス48と第2透過パルス49との間にはタイムス パンTがある。第3透過パルス50の遅れは2丁であり、さらに第4透過パルス 51はさらに遅れる。
通常の爆発物は長いT1値と短いT2値を有する水素化合物で構成される。グリ セロール主体の物質、アルコールもしくはアルコール主体の物質はT1値および T2値共に長い。
第5図には、グリセロール主体の物質およびアルコールより成るハンドローショ ンの実験結果を示す。爆発物のレスポンス52とローションのレンポンス53と を比較すると、爆発物もローションも第1および第2のピークを有するが、爆発 物の第3のピーク56はローションの第3のピーク57に比べて低い。これが両 者の著しい差異であり、ハンドローションはT 値およびT2値が共に長い物質 の典型的なものであす る。なお、比較のため、第5図には短いT1値をもつ物質のデータも示しである 。
第5図中54は、短いT1値を有する物質のNMRレスポンスを示す。これらの 物質の識別は困難ではないが、グリセロール主体の物質、アルコールもしくはア ルコール主体の物質等を含む物質については多少問題がある。しかし、これらの 物質を第5図に示すような方法で処理し、そのレスポンス53を爆発物の場合の レスポンス52と比較すれば、その差が明瞭に示される。
第5図は、爆発物(長いT1値、短いT2値)とT1値およびT2値とも長い物 質との識別方法を示すもであるが、一般的には別の識別方法も必要である。これ は、バッグおよびその内容物からの第1および第2の像を得ることによって行な われる。これら2つの像は2つの部分に分けられ、相互に差し引かれる。
バッグ内にT1値の短い物質がある場合、2つの像の間の間隔は広く、水素原子 の原子核の磁気モーメントは第2の像が形成されるまでに再成極される時間を有 する。このように、水素の原子核(長いT1値もしくは短いT2値)は第1の像 が形成される前に成極される。バッグ内に伝達されるRFパルスは第1の像を得 るための成極を妨げる。第2の像を得るために約0.5秒間待てば、短いT1値 を有する水素化合物は第2の磁界内で再度成極される。RFパルスが形成さ机る と、それが短いT1値をもつ物質である場合には、第2の像は第1の像と一致す る。
逆に、爆発物は長いT1値をもつ物質である。爆発物内の水素の原子核は再成極 のための妥当な時間を右していない。
この長いT1値をもつ物質においては、第2の像を得る前に、多少成極が行なわ れる。はとんどの長いT2値を有する水素原子核は、第2の像を得るために使用 されるRFパルスの開示時においては整列されCいない。長いT1値をもつ物質 におりる不定配列によって、第1の像より小さい第2の像においてNMRレスポ ンスを生じる。これら2つの像を斧し引(Jば、そのNMRレスポンスと爆発物 (長いTi値)のNMRレスポンスとの間に差を生じるか、その差は十分に大き いため、爆発物が検知される。
すでに述べたように、少量の爆発物では大きいN lvl Rレスポンスが発生 しない。バッグ内に爆発物が隠されでおり、その寸法が最小値より大きい場合に は、NMRレスポンスは大きく、少なくとも閾値以上である。この大ぎいNMR レスポンスは第1の像には強く現われず、そのレスポンスは第2の機内に現われ るものより小さい。
第5図のレスポンス52には2つの信号が示されており、これら2つの信号はR Fパルスをプロットしたものである。
この2つの信号は2つの像を対比させたものであり、両信号のピークの間に差異 が認められる。第1の像のピークは高く、第2の像との間の差を斜線を付して示 した。
上記斜線部は2つの像を相互に差し引くことによって得られるゎこの差は爆発物 の惜が多ければ多いほど大きく、この差の有無によって爆発物の有無を検知でき る。
長いT1値を有する物質としてはM5図に示したハンドローションがある。この ような物質は第3のピーク(第5図参照)によって識別される。また、T 値お よびT2値共に長い物質においては、第3のピーク56が爆発物の第3のピーク に比へて大きいので、それによって識別可能である。
T1値の短い物質は第1および第2の像がほぼ同一であり、両者の差の有無によ って検知される。
爆発物はレスポンス52の斜線部で示した差の有無によって識別できる。なお、 レスポンス53(ハンドローション)においても斜線部で示した差が存在するが 、この両者は第3のピーク56を比較することによって識別できる。したがって NMRピーク(レスポンス52における58.59および57とレスポンス53 における59.5/Iおよび56)を比較することによって爆発物の検知が可能 である。
定常波等の結果としての可干渉R「ピーク変調は、2つの像を相互に差し引くと 零になることが重要な点である。閉止キャビネット内においては、リンギングが 起きやりいため、信号が変調される。したがって、可干渉ノイズは除去される。
制御回路 次に、第6図について説明する。第6図において、第1マグネツト18は一組の コイルを有しているとともに、その内部に金属センサ21用の検知器61が配設 される。さらに、第6図にはホールセンサ20が図示しであるが、これらのセン サ20は手荷物の移動経路の側方にそって配設される。セン4ノ20は磁界変動 検出回路62に接続されており、その出力はインターフェース回路64に伝達さ れ、データ変換された後メモリー65内に記憶され、シムコイルの操作に使用さ れる。第1マグネツト18は電源66に接続された一組のコイルによって励磁さ れる。電源66は設定後は通常変更されない。センサ20によって変化が検知さ れるが、これらの変化は定時シーケンスおいて得られ、バッグにおけるX−Yグ リッド内の多数磁界強度測定を限定する。そのデータはメモリー65内に記憶さ れる。このメモリーは変動を評価するデータを記憶し、特に、磁界レギュレータ 68用の制御信号を形成する。この制御信号は磁界レギュレータ68に入力され る。磁界レギュレータ68はシムコイル用の電源71を制御し、第2マグネット 24内の磁界を上げる。さらに、磁界レギュレータ68は電源6つに入力し、こ れを制御する。電源69は通常磁界内にバッグが存在しない状態で設定され、そ の強度は正確に制御される。
第2マグネツト24内には回転式の磁界強度セン+172が配設され、その出力 は磁界レギュレータ68に入力される。
これによって、第2マグネツトの長期調整が可能となり、第2マグネツトの磁界 強度が所定のレベルに保持される。このレベルは第3図に関する説明において述 べたとおりであり、その調整はガウスフラクション内で行なわれる。
使用するRFコイルは1つでもよいが、この実施例においては、3つの同じRF コイルが並べて使用される。これら3つのコイルは、第6図中30.31および 32で示され、独立したタンク回路の外部を形成ザる。また、各コイルはコンデ ンサを有す“る。このコンデンサのうちの一部は、他の回路から供給される大型 パルスによって動作される。タンク回路のうちの1つは適当なスイッチを介して 、所定の回路に接続゛されうる。なお、この回路(ま伝達パルスを供給するとと もに信号を受ける回路である。
コンデンサおよびコイルは、保護の目的で、6弗化イオウ(SF )内に保持さ れている。このSF6はアーク防止効果を有するものである。第6図にはその供 給/調節システム73が示されている。
インターフェース回路64はモーターコントローラ74に接続される。このモー ターコントローラ74はコンベヤシステム(特に第2コンベA7ベルト23)を 動作させるためのモータを制御する。また、第6図に示すように、コンベヤシス テムに沿った所定の位置にはポジションセンサ75が配設され杭このセンサ75 によってバッグの位置が検知される。
なお、上記したように、第1および第2コンベヤベルトは周期的に停止され、同 時に再動作される。
この発明の装置はパルス化R「バーストジェネレータ77をさらに有する。この ジェネレータ77によって直角周波のパルスが発生する。このパルスはパルス化 RFアンプ78に入力された後、パルス化RFパワーアンプ79に入力される。
このRFパワーアンプ79はTRネットワーク8oに接続される。このTRネッ トワーク80は送受間の切り換えを行なうスイッチギヤである。送信モードにお いて、このTRネットワーク80は大きいパルス(ピークパワーで1メガワット 程度)を伝達する。このパルスはコイルに対して非常に大きいパルスとして伝達 される。さらに、TRネットワーク80はレシーバ81に接続される。このレシ ーバ81はクアドラチュア検出器82に接続される。この検出器82の出力は予 約デジタイザ83.84に入力される。同様に、RFバース1ヘジ[ネレータ7 7は予約デジタイザ83.84に接続される。インディケータ/コントロールパ ネル86.87に接続されたI10コントロールパネル85によって、オペレー タに操作指示が与えられる。伝達のために励磁されたタンク回第6図の装置にお いて、操作の手順について説明する。コンベヤベルト上に載置されるバッグが、 その辺縁部に取り付けられたフレーム以外の金属を含まないと仮定する。このバ ッグをコンベヤベルト12上に載置し、これを第1マグネツト18の磁界内に通 す。そうすると、原子核が成極される。
バッグ11の各部分の成極が開始された後、第1マグネツト18に隣接させて縦 方向に配列されたセンサ20によって磁束の変動が検出される。磁界強度が、第 3図中35で示されるように、約800ないし825ガウスであると仮定すれば 、磁界の変化が測定される。この測定結果にJ:れば、バッグ11の外側への磁 束の増大が見られる。このことはバッグ11内の磁束密度の減少を意味する。当 然のことながら、検査の対象はバッグの外部ではなく内部である。磁束のライン に歪が生じると、その歪はセンサ20によって検知される。実際には、センサは コンベヤシステムの移動経路の両側に配列されているが、これは、バッグがコン ベヤベルトの中央に設置されていない場合にも、両側の磁束変化を測定可能にす るためである。事実はどうであれ、データが19られる。そして、このデータは 記憶されるとともに分析される。分析の結果、バッグ内の磁界強度の減少が認め られれば、そのデータは記憶されたデータとの比較によってパターン識別される 。、それぞれの側に3つく合計6つ)のセンサ20が配設され、読み取ンチ(5 0cm )のバッグの場合、各セ・ンサによって20点のデータが得られる。し たがって、すべてのセンサについていえば、120点のデータが得られることに なる。これらのデータは平均される。妨害があれば、予想通りのパターンが得ら れるため、パターン識別は比較的容易である。変化の程度および範囲が検討され 、パターン識別は磁界レギュレータ68月の信号を形成することによって行なわ れる。この信号によってシムコイル用の電源71のセツティングが変更される。
それに応じて、第2マグネツト24の磁界強度が増大する。
そうすると、バッグ11の影響を受けた曲線が増幅され、レベル41からレベル 37(第3図参照)へと上昇する。いうまでもなく、メモリーの部分は消去され 、次のバッグについてパターン測定が行なわれる。
さらに第6図において、金属製のバッグが検知器61の部分を通されると、セン サ21によって信号が発生される。この信号によってテストが阻止され、手動に よる検査が可能となる。さもなければ、この装置による検査が続行される。
バッグは進行して第1マグネツトの磁界内を通過した後、第2コンベヤベルト2 3によって搬送され、第2マグネツト24に隣接する検査位置まで移送される。
第5図にテストシーケンスを示す。バッグ11が最大寸法を有し、そのバッグ内 は一般的な旅行用品で満たされており、しかも爆発物は含まれていないものと仮 定する。第5図を見ると、このバッグ(二加えられるパルスシーケンスが示され ている。第1に、RFパルスシーケンスはパルス48−51を含む。最初の3っ のパルスは公称90°であり、水素の成極原子核の90“回転に必要なエネルギ ーを含む。パルス48と49との間隔は公称Tであり、パルス49と50との間 隔は2T、そして、パルス50と51との間隔は非常に長い。これらのパルスは テストを受けるボリュームの相対量に対して非常に大きい値に定められる。この ボリュームはコイル内に含まれる空間である。前に述べたように、このパルスシ ーケンスを第2マグネツト24と協同する1つのコイルに加えることができる。
一方、バッグは部分ごとにテストするのが望ましい。これは、検査ボリュームを 3つのコイル部分に分断することによって容易にできる。たとえば、パルスを両 端のコイルに順次加えてから、中央のコイルに加えることが可能である。
第5図のシーケンスは比較的容易であり、数ミリ秒で行なわれる。したがって、 3つのコイルには第5図のパルスが別々に加えられ、バッグ11からのデータが 17られる。この動作はすべて迅速に行なわれ、3つのコイルについて約170 ミリ秒で終了する。
第5図に示されるように、爆発物やハンドローションを含む異なる物質からのレ スポンスが得られる。これらのレスポンスはスイッチ回路(真空スイッチ)88 のスイッチングによって、それぞれのトランスミツタコイル(また、レシーバコ イル)から得られる。これらのパルスは伝達され、エコ〒を含むレスポンスが記 録される。3のコイルが使用される場合、3組のデータが得られる。これら3組 のデータは重畳されて、1つのデータが得られる。
爆発物を含むバッグとそうでないバッグとの間には当然差が現われる。バッグ内 に爆発物が隠されている場合には、第1のテストシーケンスによって、数ミリ秒 を越える時間の間数として記録されるデータが得られる。この信号は完全に数値 化されて記憶される。そして、適当なデータ抽出によって、データ列が形成され る。
約0,5ないし0,8秒の後に、全テストシーケンスが繰り返される。第2のデ ータは、第5図のRFパルスシーケンスを伝達することによって、全く同様にし て得られる。第1のデータから第2のデータを差し引いて、差が現われなければ 爆発物が存在しないことが証明され、差が現われれば爆発物の存在が証明される 。
第1に、この装置は水素遷移N〜IR検知のパルスエコーモードを使用している 。第5図に好ましい一連のパルスを示しである。このモードにおいては、906 のパルスが伝達され、それに続いて90’の位相差をもつ2つの90°パルスが 伝達され、ソリッド水素N IVI R信号の減衰時間が延びる。これによって 非理想状態が得られる。最適状態で検知するために、各RFパルス内のエネルギ ーは特定の値でなくてはならない。
すなわち、その値は、水素の原子核の軸を第2マグネツ1〜24によって形成さ れる磁界に対して90°回転させうるちの ゛で、なくてはならない。これは、 いわゆる90’パルスであり、マイクロ秒単位のパルス接続時間を有し、その強 度(ガウス:コイルによって生じた磁界内の強度)は一定値を示す。パルスシー ケンスは所定の時間内に起きる必要がある。ぞの時間とは、爆発物のT2値およ び均質マグネットによるT2値より幾分長い時間である。これによって、第5図 に示すように、比較的長いT 値をもつ物質と比較的短いT2値をもつ物質との 間の識別が可能となる。
爆発物を示す範囲は、T1値が3秒より長く、T2値が100マイクロ秒より短 いことである。この範囲が定められたことによって、数オンス(数十グラム)の 爆発物から得られる比較的小さい水素NMR信号がバッグ内の他の物質による大 きい水素NMR信号と混在している場合でも、その信号の検出が可能となってい る。たとえば、バッグはパラフィン系プラスチックで形成されていてもよい。こ のような化合物中には多量の水素が含まれる。この装置は、このプラスチック製 バッグから得られるNMR信号を検出して記憶し、この同一の操作を繰り返す。
そして、得られた両信号を差し引けばその値は零となる。
説明のために、第1のデータは第1の像として示され、第2のデータは第2の像 として示される。長いT1値を有する水素化合物を含む物質が存在しない場合、 第1の像と第2の像は同一となり、両者を差し引いた値は零である。、逆に、長 いT、値を有する水素化合物を含む物質が存在する場合には、2つのテストの時 間差が短く、原子核が再配列する前に第2のテストが起る。換言すれば、第1の テス1−においては、爆介物(長いT1値を有する)内の水素原子核は妨害され 、第2のNMRテストは原子核が再成極される前に起る。そのため第2の像は非 常に小さくなる。したがって、第1の像と第2の像との間の差は、長いT1値を 有する均質の存在を示すものとなる。このような物質には、爆発物、アルコール 主体の物質およびグリセロール主体の物質が含まれる。上記の説明のように、2 つの像の時間差は短いので、爆発物型の物質は、その短い時間内では成極されな い。そのため、第2の像においてはNMR出力信号は著しく小さくなる。
第5図のシーケンスは、長いT1・値を有する異なる物質が識別できるかどうか を示すものである。爆発物はパルス51の後に小さいピークを形成するだけであ るが、ハンドローションは大きい第3のピークを形成する。この長いT1値を有 する2つの物質は、パルス56を調べるだけで識別できる。
大きい第3のピークが存在すれば、それはアルコール主体の物質もしくはグリセ ロール主体の物質である。また、第1もしくは第2のピークと第3のピークを比 較して、それらが等しければ、その物質はグリセロール主体の物質もしくはアル コール主体の物質であるということもできる。いうまでもなく、トランスミッタ から第4、第5のパルスを得て、長いT1値をもつ物質の識別のために利用する こともできる。最終的に爆発物、・すなわち長いT1値および短いT2値をもつ 物質が検知できればよいのである。
スケール因子を与えるために、第1マグネツトの磁界強度の最適値は775−8 25ガウスであるが、500−900ガウスの範囲で使用できる。磁界が25秒 間保持されるならば、広い範囲の磁界を利用することができる。
790−830ガウスのRDXクロスオーバー磁界は、少なくとも0.1秒(理 想的には02秒以上)間保持することが望ましい。その場合、RDX水素原子核 におけるクロスオーバーが完全に行なわれる。すなわち、窒素と結合している水 素原子核内へのエネルギー付与によるショートカッ1〜としてのT1値が短縮さ れる。第2マグネツト24内でのテス1〜は約705ガウスで行なわれる。
なお、上記実施例は発明の範囲を制限するものではない。
発明の範囲は次の請求の範囲によって定められる。
浄書(内容に変更なし) 手続補正書(方式) 昭和石V年5月27日i 特許庁長官志賀 学殿 1、事件の表示 事件との関係 特許 出 願 人 国際調査報告 第1頁の続き o発 明 者 ロールウイツツ、ウィリアム・@発明者 マツツカニン、ジョー ジ・アンドリュー ■発明者 ホーナング、フィリップ・アレン アメリカ合衆国 78213.テキサス、サン・アントニオ、ハルバート・クレ セント 213 アメリカ合衆国 78213.テキサス、サン・アントニオ、エロル・フリン  5710 アメリカ合衆国 94536.カリフォルニア、フリモント、フリモント・ブー ルバード 36345

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)比較的長いT1値おJ:び比較的短いT2値を有する爆(a)検査に供さ れるバッグを搬送するためのコンベヤシステムと、 (b)バッグを構成する物質およびバッグ内の物質の中に含まれる水素原子の原 子核を成極させるために、前記コンベヤシステムと交差する方向の磁束を形成す るマグネッ、ト装置と、 (C)所定のRF周波によってパルス制御されるとともに、前記マグネット装置 によって形成された磁界に対する直角磁界を形成するためのコイル装置と、(d )前記バック内の物質からの信号を測定するために、前記コイル装置に接続され た粒子共鳴検出回路装置と、(e)長いT1および短いT2値を有する物質に含 まれる水素からの信号を検出するために、前記検出回路装置に接続された回路装 置とから成ることを特徴とする手荷物検査装置。 (2)重訳マグネット装置が、バッグ内の物質内の原子核を成極させるために、 前記コンベヤシステムに隣接して配置された第1マグネツトを含むことを特徴と する請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 “、(3)前記マグネット装置が、前興第1マグネットによって形成される磁界 に対した平行な第2の磁界を形成するための第2マグネツトを含むことを特徴と する請求の範囲第2項記載の手荷物検査装置。 (4)前記コンベヤシステムが第1コンベヤと第2コンベヤとを有し、前記第1 コンベヤはバックを進行させて成極を行なうために前記マグネット間に通され、 前記第2コンベヤは前記検出回路装置の動作を可能にするためにバッグを静止さ せうろことを特徴とする請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (5)前記マグネット装置が前記コンベヤシステムにそって磁界秀形成するため に配設された第1マグネツトおよび第2マグネットを含み、かつ前記コイル装置 が、第1マグネツトによって成極された後前記第2マグネツトおよび前記コイル 装置の磁界内に°搬送されたバッグおよびその内容物の前記検出回路装置による 検出を開始するために、前記第2マグネツトに対して直角であることを特徴とす る請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (6)前記マグネット装置がバッグおよびその内容物を構成する物質を成極させ る第1の磁界を形成するための第1マグネツトと゛、前記第1の磁界内を通過し lこバッグおJ、びイの内容物に加えられる第2の磁界を形成する/Cめに、前 記コンベヤシステムにそって並べて配設された第2マグネツトと、前記第2マグ ネツトによる磁界強度を設定値まで増幅させるため力ブースタ電磁石とを含むこ と澄特徴とする請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (7)金属製バッグを検出するために前記コンベヤシステムの近傍に配設された 金属検出器を有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (8)前記マグネット装置が前記コンベヤシステムにそって離間させて並設され た第1マグネットおよび第2マグネツトと、 (a)バッグおよびその内容物に加えられる磁界強度を測定するために、前記第 1マグネツ1〜によって形成された磁界内に散在される磁界強度センサ装置と、 (b)前記磁界強度センサ装置に接続された磁界レギュレータ装置と、 (C)前記第2マグネツ1〜によって形成される磁界強度を笈更させ、前記磁界 強度センサ装置の測定値に基づく所定の磁界強度を得るために、前記磁界レギュ レータにょっC動作されて、前記第2マグネツトに加えられる電流を変化させる ための電源装置どから成ることを特徴とする請求の範囲第1項記載の手荷物検査 装置。 (9)前記コイル装置が並べて接続された裾数のコイルJ、り成り、前記コイル が前記コンベヤシステムに沿ってボリュームの異なる空間を検査するために離間 されていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (10)前記各コイルに対して独立したタンク回路を形成するために、その各コ イルに取り付()られたコンデンサと、(a)前記タンク回路に接続されて、勿 1タンク回路おにび第2タンク回路を順次選択的に励磁させるためのスイッチ装 置と、 (b)前記コイル装置から前記スイッチ装置を介して、伝達される所定の周波数 おにび持続時間を有するパルスを形成するためのパルス化RFパワーアンプ装置 とから成ることを特徴とする請求の範囲第9項記載の手荷物検査装置。 (11)前記スイッチ装置は第1タンク回路を励磁した後、第2タジク回路およ び第3タンク回路を順次励磁することを特徴とする請求の範囲第10項記載の手 荷物検査装置。 (12)前記回路装置がタイミング装置および記憶装置を含み、前記コイル装置 に供給するための第1のパルスを形成し、前記検出回路装置から第1の像を受け て記憶し、かつ前記検出回路装置から第2の像を受(づて記憶することを特徴と する請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (13)前記第2の像から前記第1の像を差し引き、その(直が零であることに よって、長いT 値および知いT2値を有づす る爆発物が存在しないことを検知りるl−めの演算装置を有することを特徴とす る請求の範囲第12項記載の手荷物検査装置。 (14)前記タイミング装置によって第1の像の直後に第2の像が得られ、長い T1値を有する爆発物においては、水素が再成極されないままに第2の像が形成 されるため、第2の像においては水素の共鳴レスポンスノ六異なることを特徴と する特徴とする請求の範囲第12項記載の手荷物検査装置。 (15)前記マグネット装置が長いT1値および短いT2値を有する物質の水素 を成極さWるために十分な強度がっ十分な間隔で動作され、前記タイミング装置 は第1の像が形成された後T1に関する再成極が行なわれる前に第2の像の形成 を開始することを特徴とする請求の範囲第14項記載の手荷物検査装置。 (1G)前記コイル装置に伝達されるべき一連の制御化パルスを発生させるため にトランスミッタパルス発生装置に接続され1こタイミング装置を有することを 特徴とする請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (17)前記伝達されるパルスが送受回路装置を経て前記コイル装置に供給され 、前記検出回路装置は前記コイル装置からのレスポンスを検知するために前記送 受回路装置を介して接続されていることを特徴とする請求の範囲第16項記載の 手荷物検査装置。 (18)前記コイル装置内の物質からのエコーを連続的に受仁して記憶するため に、前記回路装置に接続されたメモリー装置を有することを特徴とする請求の範 囲第1頂記載の手荷物検査装置。 (19)前記マグネット装置が、長いT1値および短いT2値を有する爆発物内 の水素を成wA、させうる磁界強度において動作されるとともに、その爆発物内 の窒素との核四極共鳴によって窒素から水素へのエネルギー伝達を行ない、水素 の成極に要する時間を短縮しうるレベルにおいて動作されることを特徴とする請 求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (20)(a)前記回路装置からの信号を数値化するだめのディジタイザと、 (b)前記ディジタイザからのディジタルデータを記憶するためのディジタル記 憶装置と、 (C)RFパルス発生装置を動作さゼて前記コイル装置に供給される第1および 第2の同−RFパルス列を形成するためのタイミング装置とを含むことを特徴と する請求の範囲第1項記載の手荷物検査装置。 (21)第1および第2のR「パルス列に対する数値化されたレスポンスを差し 引き、ぞの値が零であることによってバッグ内に長いT1値を有する物質が存在 しないことを検知づ゛るための演算装置を有することを特徴とする請求の範囲第 20項記載の手荷物検査装置。 (22)バッグ内の爆発物を検知するための爆発物検知方法であって、バッグか らの第1および第2のNMRレスポンスを得る段階より成り、前記第2のNMR レスポンスが第1のNMRレスポンスの直後に得られ、艮いT1値を有づるvA 買が成極されないままに第2のN M Rレスポンスが117られることを特徴 とする爆発物検知方法。 (23)バッグ内に存在する水素の原子核を成極さじてから、第1のNMRレス ポンスを得ると同時に水素原子核を演極させる段階と、短いT1値を右する水素 原子核を再成極させてから、第2のNMRレスポンスを得る段階とを右すること を特徴とする請求の範囲第22項記載の爆発物検知方法。 (24)(a)水素原子核を成極させるために、バッグを第1の磁界内に通す段 階と、 (b)成極させた後第2の磁界内にバッグを置く段階と、(c)NMRレスポン スを得るために、第2の磁界内においてバッグにRFパルスエネルギーを伝達す る段階と、(d)NMRレスポンスを受信する段階と、(e)第1の像を形成す るために、得られたN M Rレスポンスを記憶する段階と、 (f)第2のNMRレスポンスを得るために、バッグにRFパルスエネルギーを 再度伝達する段階と、(q)第2の像を形成するために、得られた第2のNMR レスポンスを記憶する段階と、 (h)第1の像と第2の像との差をめるために、一方の像から他方の像を差し引 く段階と、 (i)前記差が零であることによって、バッグ内に爆発物が存在しないことを検 知する段階とを含むことを特徴とする請求の範囲第22項記載の爆発物検知方法 。 (25)前記差が閾値−以上であることによって、爆発物の存在を検知する段階 を含むことを特徴とする請求の範囲第24項記載の爆発物検知方法。 (26)RFパルスエネルギーを伝達する2つの段階の間隔を十分に短くし、前 記RFパルスエネルギーを再度伝達する段階前において、バッグ内の長いT1値 を、有する物質が成極されないようにする段階を含むことを特徴とする請求の範 囲第25項記載の爆発物検知方法。 (2γ)高い強度の磁界内で第1の成極をさせる段階を含み、かつ、 (a)前記磁界の強度を低下させる段階と、(b)水素からの第1および第2の NMRレスポンスを得る段階とを含み、前記低下される磁界強度の値は窒素およ び水素より成る爆発物内の窒素力、\らのエネルギー移動を得るための強度によ って決定され、前記エネルギー移動によって、その化合物内の水素の成極速度が その水素のT1値に基づく成極速度よりも速くなり、第1のNMRレスポンスは 爆発物内の成極された水素について得られ、第2のNMRレスポンスは成極され ないままで得られることを特徴とする請求の範囲第2/I項記載の爆発物検知方 法。 (28)前記窒素原子核の四重極共鳴極性が磁界強度の低下前に達成されること を特徴とする請求の範囲第27項記載の爆発物検知方法。 (29)バッグが磁界内で成極された後に前記両NMRレスポンスを得る段階を 含むことを特徴とする請求の範囲第22項記載の爆発物検知方法。 (30)T 値が長くT2値が知(〜ことに特徴のある爆発物を構成する水素の 化合物を検出し、これを長いT1値および長いT2値を有する他の水素化合物と 区別するために、バック内の化合物中の水素を識別する方法であって、′(a) 磁界内で水素の原子核を成極させる段階と、(b)RFパルスをバッグの成極化 域に対して直角に加えて、そのバックから第1および第2のNMRエコーを得る 段階と、 (C)前記第2のNMR工〕−を検査し、そのエコーが長い下 値および短いT 2を有する物質のエコーより大きいεとにJ:って、T 値およびT2値ととも に長い水素化合物が識別されることを特徴とする化合物中の水素を識別する方法 。
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