В рамках решения поставленной задачи был разработан способ скрытой идентификации психофизиологического состояния субъекта в процессе его профессиональной деятельности [5].

Сущность предлагаемой технологии заключаются в том, что вначале решается задача обнаружения лица субъекта, так как именно в этом направлении будет наибольшая концентрация интересующих нас веществ. Для этого в направлении субъекта осуществляют посылки импульсов оптического излучения на двух длинах волн, характеризующих локальные максимум и минимум отражения меланина кожи человека. Так на длине на длине волны л₁= 1,1 мкм коэффициент отражения лица превышает отражение на длине волны л₂= 1,2 мкм вне зависимости от национальности субъекта в 1,5 раза [6]. С учетом этого обстоятельства, для обнаружения меланина в поле зрения оптического прибора необходимо произвести посылки импульсов оптического излучения на указанных длинах волн и сравнить отраженные сигналы путем вычисления отношения

(1),

где U_л1, U_л2 - амплитуды принятых и усиленных импульсов на длинах волн л₁ и л₂ соответственно. Если результат отношения попадет в заранее установленный диапазон, можно говорить, что "меланин в поле зрения оптического прибора присутствует" [7]. После этого возможно проведение измерения концентрации содержания паров алкоголя и наркотических веществ в выдыхаемом субъектом воздухе.

С этой целью в выбранном направлении дополнительно проводятся посылки импульсов оптического излучения на длинах волн поглощения этанола и аммиака и на так называемых опорных к ним длинах волны [8]. При работе на близких расстояниях (несколько десятков метров) предпочтительнее использование длин волн 3,1 мкм (для этанола) и 2,8 мкм (для аммиака) ввиду более мощных полос поглощения излучения исследуемых веществ, наличию в этом диапазоне "окна прозрачности" атмосферных газов [9]. На выбранных длинах волн помехи, связанные с поглощением водяных паров пренебрежимо малы, а уровень СО₂ относительно постоянен. Таким образом, поглощение излучения, обусловленное Н₂О и СО₂ можно считать постоянным, и эту величину вычитать как постоянное смещение. Переход на обозначенную полосу ведет к снижению амплитуды полезных сигналов, а с учетом низкого отражения кожи в этом диапазоне (~7%) отношение сигнал/шум в измерительном канале приближается к единице. Чтобы увеличить это отношение до уровня решения задач измерительного плана введем в каждый канал операцию накопления.

Измерение проводят с помощью классической схемы сравнения. Если облучать газовую смесь излучением на опорной и измерительной длинах волн, то прошедшие через нее потоки согласно закону Бугера-Ламберта соответственно равны [10]

(2) и (3),

где k - коэффициент передачи оптического канала, учитывающий потери энергии в оптическом канале, усиление электронной схемы, чувствительность приемника излучений,

I₀ - плотность потока излучения посылаемых импульсов, - коэффициенты поглощения паров исследуемого вещества в выдыхаемом воздухе соответственно на длинах волн и, d - протяженность пути лучей в воздухе, содержащем пары вещества.

Логарифм отношения регистрируемых сигналов будет иметь следующий вид:

(4).

Коэффициент поглощения связан с концентрацией поглощающего газа. По закону Бера - каждая молекула или атом независимо от относительного расположения других молекул или атомов поглощает одну и ту же долю энергии излучения, т.е.

(5),

где A - молярный коэффициент поглощения, характеризующий поглощающие свойств вещества, л*моль^-1*см^-1, Ср - концентрация искомого вещества, моль/л,

Тогда

(6).

Соотношение концентрации алкоголя и наркотических веществ в крови и альвеолярном воздухе определяется разностью плотности сред: крови и воздуха.

Величина соотношения кровь альвеолярных капилляров/выдыхаемый воздух определена, но в разных странах принятое значение этой величины несколько отличается.

В рамках данной работы будем использовать соотношение, принятое законодательством РФ [11]. Это означает, что в 2200 см³ альвеолярного воздуха содержится такое же количество искомых веществ, как в 1 см³ крови.

Содержание паров алкоголя в выдыхаемом воздухе выражается в миллиграммах на 1 м³ и с учетом отношения плотностей крови и воздуха может быть выражено в промиллях по крови. При этом 0,1 ⁰/₀₀ алкоголя в крови соответствует приблизительно 45 мг/м³ алкоголя в выдыхаемом воздухе, т.е.

(7),

В результате построения и программной реализации математической модели прохождения ИК излучения через выдыхаемый субъектом воздух и измерения концентрации этанола и аммиака в нем, с учетом влияния комплекса возмущающих факторов (расстояние до субъекта, помехи в оптическом канале, температура, влажность) была оценена возможность применения данного способа для скрытой идентификации психофизиологического состояния субъекта, а также получены зависимости погрешности вычислений концентрации искомого вещества от расстояния до субъекта и от количества посылаемых импульсов. Так при концентрации этанола в крови субъекта равной 0,3⁰/₀₀ расчетная зарегистрированная концентрация этанола составит от 0,28 до 0,26⁰/₀₀ (в зависимости от расстояния между источником/приемником излучения и лицом субъекта). Установлено, что при расстоянии от субъекта до источника излучения 0,7 м и 10000 посылаемых импульсов с частотой 40 мксек средняя квадратичная погрешность вычислений составит 0,0094. Что приемлемо для решения практической задачи.

С учетом, всего вышесказанного, блок-схема устройства, реализующего предлагаемую технологию представлена на рисунке 1.

Рис. 1 - блок-схема работы устройства, реализующего технологию скрытой дистанционной идентификации степени алкогольного и наркотического опьянения субъекта.

Устройство для реализации предложенного способа содержит три блока: блок 1, предназначенный для сканирования пространства с целью захвата субъекта для исследования, блок 2 - состоящий из излучателей оптических сигналов на разных длинах волн в направлении исследуемого пространства и приемников излучения, блок 3 - регистрирующая схема, принимающая решение о наличии субъекта в поле зрения оптической системы и оценивающая концентрацию алкоголя и наркотических веществ в крови субъекта по содержанию их паров в выдыхаемом воздухе.

Блок 2 содержит измерительный 2.1 и опорный 2.2 ИК-излучатели (на длинах волн 1,1 и 1,2 мкм), переключающиеся генератором 3.1, который также перераспределяет сигнал от приемника на два канала, основным звеном каждого из которых является схема накопления (суммирование результатов отражения по каналу с л=1,1 мкм и л= 1,2 мкм). В процессе накопления идет непрерывное сравнение выходных сигналов и принимается решение "меланин в поле зрения оптического прибора". Перечисленные операции выполняются схемами 3.3 и 3.2 Схема 2.3 является приемником излучений на указанных длинах волн.

Импульс "меланин" сохраняется до тех пор, пока в поле зрения прибора находится лицо субъекта. Этим импульсом открываются схемы совпадений 3.4 и 3.5 и в установленном направлении с помощью последовательно переключаемых излучателей 2.4-2.7 субъект облучается на длинах волн 3,1 и 3,3 мкм (измерительная и опорная длины волн для этанола), а также на длинах волн 2,8 и 3 мкм (измерительная и опорная длины волн для аммиака). Эти излучения дважды проходят через выдыхаемый объем воздуха (в прямом и обратном направлениях) и регистрируются приемниками 2.8 и 2.9 Схема сравнения 3.6, на которую поступают сигналы с приемников в части накопления сигналов на указанных длинах волн аналогична схеме 3.3 Однако дальнейшая обработка накапливаемых сигналов осуществляется по приведенным выше формулам с вычислением концентраций этанола и аммиака. Результаты вычислений выводятся на экран монитора оператора службы безопасности (схема 3.7) и уже там принимается решение о дальнейших действиях.

Схема определения концентрации искомых ингредиентов отличается от классической схемы абсорбционного оптического анализатора введением после излучателей накопителей энергии отраженных импульсов, а после анализатора - схемы вычисления оценок среднеквадратического отклонения и математического ожидания на заданном интервале и при превышении отношения второй оценки к первой установленной величины оценка математического ожидания принимается за результат измерения.

Заключение