СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01R23/16 G01J3/26 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к квантовой радиофизике, и может быть использовано для спектрального анализа импульсного излучения.

Известен способ спектрального исследования импульсного излучения, включающий воздействие на рабочее вещество тремя импульсами, один из которых исследуемый импульс, второй - дельта импульс, третий - ЛЧМ импульс, и анализ отклика, который соответствует спектральной плотности исследуемого импульса - Иванов Ю.В. Радиотехника и электроника, 1977, N 5, С. 1008 - 1013.

Недостатком данного способа является то, что он позволяет исследовать малый диапазон длительностей исследуемых сигналов с большой базой, т.к. накладывается ограничение: длительность исследуемого импульса должна быть намного меньше длительности ЛЧМ импульса. Кроме того, этот способ обладает малой чувствительностью и точностью, а также плохой помехозащищенностью.

Известен также способ спектрального исследования импульсного излучения, включающий воздействие импульсного излучения на датчик и формирование вторичного излучения - Рагульский В.В. Способ спектрального исследования излучения. / А.с. N 724942 (СССР), G 01 J 3/26, Бюл. N 12, 1980. Он взят нами за прототип.

Недостатками данного способа являются малая чувствительность и точность, а также плохая помехозащищенность.

Задачей данного изобретения является разработка способа спектрального анализа импульсного излучения, позволяющего получить высокую чувствительность и точность, а также хорошую помехозащищенность.

Эта задача решается о помощью существенных признаков указанных в формуле изобретения: общих с прототипом - способа спектрального исследования импульсного излучения, включающего воздействие импульсного излучения на датчик и формирование вторичного излучения - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков - формирование вторичного излучения производят в результате воздействия на вещество, содержащее ядра с трехуровневым неэквидистантным энергетическим спектром, исследуемым, опорным и дополнительным импульсами, при этом сначала воздействуют исследуемым импульсом, затем через время τ₁ , меньшее времени поперечной релаксации, - опорным импульсом, частота заполнения которых равна частоте одного из трех переходов, а через время τ₂ , меньшее времени продольной релаксации, - дополнительным импульсом с частотой заполнения, равной частоте второго перехода, после этого наблюдают вторичное излучение на частоте третьего перехода, являющейся смешанной частотой двух частот возбуждения, и по его спектру определяют спектр исследуемого импульса излучения.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым результатом.

Во-первых, применено двухчастотное импульсное воздействие.

Во-вторых, применена специальная импульсная программа, после воздействия которой наблюдается вторичное излучение большой амплитуды.

В-третьих, формирование вторичного излучения осуществляется на частоте, на которой нет исследуемого импульса (импульсов).

Анализ всех отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок - раньше такие приемы не использовались для решения данной задачи.

На фиг. 1 приведены трехуровневая неэквидистантная энергетическая спин-система; на фиг. 2 - схема формирования вторичного излучения; на фиг. 3 - блок-схема устройства, с помощью которого реализован способ.

Как видно на фиг. 1 предлагаемым способом можно сформировать вторичное излучение шестью вариантами:

Рассмотрим в качестве примера два варианта (два последних из шести) для радиочастотного диапазона (спиновый анализатор в этом случае реализован на основе квадрупольного резонанса).

Вариант первый
Частота заполнения информационного (исследуемого) импульса излучения и опорного импульса равна частоте ω_m+1,m-1= ω₃ (фиг. 2). Частота заполнения дополнительного импульса равна ω_m+1,m= ω₂ . В этом случае амплитуда сформированного вторичного излучения на частоте ω_m,m-1= ω₁ будет равна

Вариант второй
Частота заполнения информационного импульса и опорного импульса равна частоте ω_m+1,m-1= ω₃ . Частота заполнения дополнительного импульса равна ω_m,m-1= ω₁ . В этом случае амплитуда сформированного вторичного излучения на частоте ω_m+1,m= ω₂ будет равна

Здесь - элементы оператора I_x в представлении квадрупольного гамильтониана H_Q. Функции C₁(x, y) и B₁(x, y), являются тригонометрическими функциями угловых длительностей РЧ импульсов, τ₁ и τ₂ - временные интервалы между ними.

Таким образом, вторичное излучение формируется на смешанной частоте (т. е. на частоте, на которой нет РЧ импульсов). Кроме того, амплитуды сформированных вторичных излучений пропорциональны частоте заполнения первого (по времени воздействия) РЧ импульса. При этом сигнал вторичного излучения наблюдается в момент времени

где
ω_ии - частота заполнения исследуемого импульса, ω_ви - частота, на которой наблюдается вторичное излучение.

Выбор формирования вторичного излучения в основном зависит от двух факторов: частоты заполнения исследуемого импульса и вещества - датчика.

На фиг. 3 приведена блок-схема устройства, с помощью которого реализован предлагаемый способ. Устройство состоит из блока управления (1), формирователя импульсов излучения (2), сумматора (3), формирователя (4), датчика с рабочим веществом (5), усилителя эхо- сигналов (6) и спектроанализатора (7).

Способ осуществляется следующим образом. На рабочее вещество, содержащее ядра с трехуровневым энергетическим спектром, которое расположено в датчике (5), в момент времени t=0 воздействуют исследуемым импульсом излучения, поступающий через сумматор (3).

Кроме того, исследуемый импульс излучения поступает в блок управления (1), который в момент времени τ₁ открывает формирователь импульсов излучения (2), генерирующий опорный импульс излучения, который поступает через сумматор (3) на датчик с рабочим веществом (5). В момент времени τ₂ блок управления (1) открывает формирователь (4) импульсов с частотой заполнения, равной частоте одного из переходов. Формирователь (4) генерирует считывающий импульс (дополнительный), который поступает на датчик с рабочим веществом (5). Усилитель эхо-сигналов (6) настроен на разностную частоту, т.е. на частоту второго из переходов. Усиленный отклик поступает на спектроанализатор (7).

Таким образом, за счет использования двухчастотного трехимпульсного воздействия по специальной программе достигается эффект усиления сигналов по сравнению с обычными сигналами. Это позволяет повысить чувствительность и точность. За счет формирования вторичного излучения на частоте, на которой нет РЧ импульсов получена хорошая помехозащищенность.

Относится к радиоизмерительной технике, в частности, к квантовой физике и может быть использовано для анализа импульсного излучения. Способ спектрального исследования импульсного излучения, включает воздействие импульсного излучения на датчик и формирование вторичного излучения, вторичное излучение формируют воздействием опорного, исследуемого и дополнительного импульса на вещество датчика, содержащее ядра с трехуровневым неэквидистантным энергетическим спектром, при этом сначала воздействуют исследуемым импульсом, затем через время τ₁ , меньшее времени поперечной релаксации - опорным импульсом, частота заполнения которых равна частоте одного из трех переходов, а через время τ₂ , меньшее времени продольном релаксации - дополнительным импульсом с частотой заполнения, равной частоте второго перехода, после этого наблюдают вторичное излучение на частоте третьего перехода, являющейся смешанной частотой двух частот возбуждения, и по его спектру определяют спектр исследуемого импульса излучения. 3 ил.

Способ спектрального исследования импульсного излучения, включающий воздействие импульсного излучения на датчик и формирование вторичного излучения, отличающийся тем, что формирование вторичного излучения производят в результате воздействия на вещество датчика, содержащее ядра с трехуровневым неэквидистантным энергетическим спектром, исследуемым, опорным и дополнительным импульсами, при этом сначала воздействуют исследуемым импульсом, затем через время τ₁, меньшее времени поперечной релаксации, опорным импульсом, частота заполнения которых равна частоте одного из трех переходов, а через время τ₂, меньшее времени продольной релаксации, дополнительным импульсом с частотой заполнения, равной частоте второго перехода, после этого наблюдают вторичное излучение на частоте третьего перехода, являющейся смешанной частотой двух частот возбуждения, и по его спектру определяют спектр исследуемого импульса излучения.