核四极共振检查系统技术方案

公开了一种多共振核四极共振检查系统。该系统包括被调谐为同时发送和接收多个信号的多共振电路（１６）。接收器电路包括以集总元件四分之一波长单元（１０）形式的无源电路保护部，信号发生器（６）和混频器（８）用于对返回信号进行调整以便于信号监视。该系统被示出为同时检测ＲＤＸ和ＰＥＴＮ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及核四极共振(nuclear quadrupole resonance)检查系统的领域，特别涉及用于同时检测多个目标物质的存在的多共振系统。
技术介绍
核的电四极矩(electric quadrupole moment)与核周围的电场梯度的相互作用使得磁核能级分裂。当施加共振射频(RF)场以激励这种能级之间的跃迁时，发生核四极共振(NQR)。NQR检查是用于探测由共振RF场激励的产生RF谱的分裂能级间跃迁从而使得能够检测物质范围的技术。然而，只有那些诸如14N和35Cl的自旋量子数I大于1/2的核具有电四极矩并由此展现NQR响应。因为四极相互作用对分子内的四极核位置以及物质的晶体结构敏感，所以能级间的特征性迁跃发生于对特定物质唯一的频率。因此，可以将NQR用于对包含四极核的化合物的可能明确的识别。对返回信号应用信号处理和阈值处理意味着只需要很少的操作者训练就可以使检测过程完全自动化。这给予NQR检测对已知目标物质以低错误警报率进行检测的概率很高的可能性。例如，已知使用NQR检查在机场检测行李中的诸如毒品、药品、或爆炸物的物质的存在，不过原则上可以使用NQR检测包括四极核的任何物质的存在。常规地，对待检查样品施加针对所关心物质的特定共振频率的射频(RF)脉冲。如果存在所关心物质，则激励起能级间的跃迁，在驰豫期间可以检测到对应的返回信号。然而，会遗漏可能也关心的其它物质，因为NQR装置没有被调谐为检测它们。换句话说，提供理想的低错误警报率的样品检测的高专一性意味着目前不能使用NQR作为通用检测器。为了检测不同的物质，每个频率都需要优化的发送器/接收器。实践中，这需要快速的电子和机械切换以对装置进行重新调谐，或者，更可能的是需要针对各个频率调谐的分立装置。使用单个NQR装置同时检测多个物质而不需要电子或机械切换，将使得NQR检查系统的部署对各种应用更有吸引力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于同时检测多个目标物质的存在的多共振NQR检查系统。由此，本专利技术提供了一种用于同时检测多个目标物质的存在的核四极共振(NQR)检查系统，其包括用于向样品施加脉冲化射频信号的发送装置以及用于接收返回信号的接收器电路，其中，发送装置和接收器电路包括调谐为在多个预定频率同时发送和接收多个信号的多共振电路，所述多个预定频率基本与多个目标物质的特征共振频率匹配，并且接收器电路进一步包括使得可以同时接收多个返回信号的无源电路保护装置。多共振探测与无源电路保护的组合使得本专利技术能够起作用。有源电路保护(即切换)产生掩盖一些信号从而降低系统灵敏度的“阻尼振荡(ringing)”。为了保持比得上单调谐装置的灵敏度，必须通过选择高质量元件和优化电路设计来最小化电路中的损耗。系统优选地包括能够在单个脉冲序列内的多个频率进行操作的频谱仪(spectrometer)。频谱仪可能具有单个通道或多个通道。接收器电路优选地包括适于对广泛分离的返回信号进行调整以使得可以由频谱仪同时监视所述返回信号的信号处理装置。信号处理装置可以包括信号发生器，信号发生器在使用中产生预定频率的相位相干混频信号以使多个返回信号在频谱仪的最大带宽内。无源电路保护装置优选地包括调谐为在信号发送期间提供对接收器电路的保护同时允许接收多个返回信号的集总元件四分之一波长单元。它对于低压信号用作低通滤波器，并阻断所有频率的高压信号。因此它提供无源保护，即不需要电子切换，因此最大化灵敏度。存在产生多共振电路的几种设计。这些设计包括交织的取样线圈、串联调谐线圈和抽头线圈，其中在沿其长度的中点连接到取样线圈，有效地将单个线圈分离为两个电感器。以使得可以同时接收多个返回信号的方式理想地施加多个发送信号以激励目标物质。如果使用多通道频谱仪，则可以将信号作为单独的同时信号来发送。然而，如果使用单通道频谱仪，则必须对发送信号进行交织从而在由于施加一个频率的脉冲而产生的线圈阻尼振荡衰减(ringdown)期间施加另一个频率的脉冲。NQR检查的一个理想应用是通用爆炸物检测。能够同时对分别发现于几种塑性合成物(例如PE-4和Detasheet)中的环三甲撑三硝胺(RDX)和季戊四醇四硝酸酯(PETN)的存在进行检测有着重要的好处。这两种物质也作为可变比例的混和物发现于塑性炸药塞姆汀(Semtex)中。和许多爆炸物一样，RDX和PETN包含氮，由于它们是固态化合物，这使得可以对这些物质进行14N NQR。RDX中的三环14N核在固态中不等价，给出九种可能跃迁。这些跃迁的室温频率是5.239MHz；5.190MHz；5.044MHz；3.458MHz；3.410MHz；3.359MHz；1.781MHz(两个跃迁)；1.685MHz。还存在由三硝基14N核引起的九种其它可能跃迁，但这些迁跃具有低得多的频率并且在这里不予考虑。固态PETN的分子对称性引起三种可能的跃迁。由硝酸盐14N核引起的室温频率是0.890MHz；0.495MHz；0.395MHz。这些跃迁的一个重要性质是它们的温度依赖性，这牵涉到该技术的实际应用。虽然该技术的灵敏度随频率而增大，但是监视较低频率的跃迁可能更适当。例如，在RDX的情况下，3.41MHz跃迁的温度依赖性(≈-100Hz K-1)是5.19MHz跃迁的温度依赖性的五分之一。应该理解，在指定了室温共振频率的情况下，实际上需要调整发送频率以考虑温度依赖性。用于激励的脉冲序列的类型取决于驰豫参数(在实际应用中抑制乱真响应的功效)。对于诸如PETN的自旋晶格驰豫时间(T1)长的物质，脉冲化自旋锁定(PSL)脉冲序列(以准备脉冲为先导的脉冲列，其中列脉冲的相位相对于准备脉冲的相位相差90°)可能是合适的。对于诸如RDX的T1短的物质，稳态自由进动(SSFP)脉冲序列(等长度的等间隔脉冲列)可能是合适的。然而，应该理解，可以同样地选择不同类型的脉冲序列。NQR检查系统可以发送与0.890MHz脉冲化自旋锁定脉冲序列相交织的3.410MHz稳态自由进动脉冲序列以用于同时检测RDX和PETN。这些频率假定室温条件但是对于更高或更低的环境温度应该进行调整。附图说明现在参照附图通过示例来说明本专利技术，在附图中图1是根据本专利技术的检查系统的示意图；图2提供了根据本专利技术适于使用的两个另选双共振电路的示意图；图3示出了本专利技术使用的交织脉冲序列；以及图4示出了当用图3c的交织脉冲序列进行激励时的塞姆汀的NQR频谱。具体实施例方式参照图1，多共振NQR检查系统的实施例包括单通道频谱仪(美国休斯顿Tecmag公司的Apollo LF 0.5-10MHz)2，通过PC(与Apollo频谱仪一起发行的NTNMR控制软件)控制该单通道频谱仪2。NTNMR软件包括提供用于快速展开脉冲序列的环境的图形编辑器。为了使信号在频谱仪2的相同音频频带内，将前置放大器4的输出与信号发生器(PTS 040)6的适当频率的输出进行混频。通过Apollo频谱仪2的10MHz时钟输出外部地提供该信号发生器的时钟。使用的混频器8是Mini-Circuits ZAD-6混频器。通过在前置放大器4之前直接插入四分之一波长集总等效电路10和接地的交叉二极管12，提供接收器保护。四分之一波长集总等效电路具有如下特性(除了阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于同时检测多个目标物质的存在的核四极共振检查系统，包括用于向样品施加脉冲化射频信号的发送装置以及用于接收返回信号的接收器电路其中，发送装置和接收器电路包括被调谐为在多个预定频率同时发送和接收多个信号的多共振电路，所述多个预定频 率与多个目标物质的特征共振频率大致匹配，并且，发送器电路进一步包括使得可以同时接收多个返回信号的无源电路保护装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：加思奈杰尔希尔斯通，约翰迈克尔布拉德利，理查德伊恩詹金森，
申请(专利权)人：英国国防部，
类型：发明
国别省市：GB[英国]