УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И РАСПОЗНАВАНИЯ ВЕЩЕСТВ МЕТОДОМ ЯДЕРНОГО КВАДРУПОЛЬНОГО РЕЗОНАНСА Российский патент 2013 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) для исследования и анализа веществ и может использоваться в исследовательских целях, в медицине, в установках таможенного досмотра багажа и осмотра входящей корреспонденции в почтовых учреждениях (письма, бандероли, посылки) без их вскрытия.

Известно устройство для исследования и анализа веществ на основе ядерного квадрупольного резонанса, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор, импульсный модулятор, первую катушку индуктивности, датчик сигнала, малошумящий усилитель, логарифмический усилитель, амплитудный детектор и индикатор, причем управляющий вход импульсного модулятора подключен к выходу генератора модулирующих импульсов [1].

В этих устройствах наиболее мощные паразитные гармонические составляющие попадают в сигнальную часть, усиливаются и не позволяют выявить малый ЯКР-сигнал.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для исследования и анализа веществ на основе ядерного квадрупольного резонанса, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор, импульсный модулятор, первую катушку индуктивности, датчик сигнала, малошумящий усилитель, логарифмический усилитель с амплитудным детектором и индикатор, причем управляющий вход импульсного модулятора объединен со стробирующим входом малошумящего усилителя и подключен к выходу генератора модулирующих импульсов [2].

Недостатком данного устройства является невозможность некоторое время приема ЯКР-сигнала после окончания возбуждения из-за перегрузки высокочувствительного приемного тракта собственными колебаниями контура и паразитными резонансами на высших гармониках элементов связи.

Известно, что ЯКР-сигнал характеризуется возрастанием амплитуды индуцированного сигнала после окончания импульса возбуждения, при этом длительность ЯКР-сигнала невелика.

В известных устройствах в это время сигнальные цепи подавлены импульсом возбуждения и не могут выделить весь ЯКР-сигнала с наибольшим соотношением сигнала к шуму. Это приводит к невозможности обнаружения или значительному снижению чувствительности обнаружения ЯКР-сигнала, т.е. создает "мертвую" зону для приема.

Технический результат предлагаемого устройства состоит в увеличении чувствительности предлагаемого устройства за счет улучшения соотношения сигнал-шум, что приведет к повышению вероятности обнаружения.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство для обнаружения и распознавания веществ методом ядерного квадрупольного резонанса, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор, импульсный модулятор, первую катушку индуктивности, датчик сигнала, малошумящий усилитель, логарифмический усилитель с амплитудным детектором и индикатор, причем управляющий вход импульсного модулятора объединен со стробирующим входом малошумящего усилителя и подключен к выходу генератора модулирующих импульсов, введены делитель сигнала, первый и второй управляемые аттенюаторы, первый и второй управляемые фазовращатели, вторая катушка индуктивности и осциллограф, а датчик сигнала выполнен в виде вычитающего трансформатора, при этом делитель сигнала, первый управляемый аттенюатор и первый управляемый фазовращатель последовательно соединены и включены между выходом модулятора и входом первой катушки индуктивности, второй управляемый аттенюатор, второй управляемый фазовращатель и вторая катушка индуктивности последовательно соединены, причем вход второго управляемого фазовращателя соединен со вторым выходом делителя сигнала, выход генератора модулирующих импульсов подключен к управляющим входам индикатора и осциллографа, а датчик сигнала индуктивно связан с первой и второй катушками индуктивности.

При этом высокочастотный генератор выполнен перестраиваемым.

Поскольку полоса ЯКР крайне узкая, высокочастотный генератор выполнен на основе синтезатора частот.

Для наилучшего результата по соотношению сигнал/шум первая и вторая катушки индуктивности расположены индуктивно симметрично относительно датчика сигнала.

На чертеже изображена блок-схема устройства для исследования и анализа веществ на основе ядерного квадрупольного резонанса.

Предлагаемое устройство содержит высокочастотный генератор 1, импульсный модулятор 2, делитель сигнала 3, первый и второй управляемые аттенюаторы 4 и 5, первый и второй управляемые фазовращатели 6 и 7, первую и вторую катушку индуктивности 8 и 9, датчик 10 сигнала, генератор 11 модулирующих импульсов, малошумящий усилитель 12, фильтр 13, логарифмический усилитель с амплитудным детектором 14 и индикатор 15. Осциллограф 16 подключен к выходу датчика 10 сигнала.

Высокочастотный генератор 1, импульсный модулятор 2, делитель сигнала 3, первый управляемый аттенюатор 4, первый управляемый фазовращатель 6, первая катушка 8 индуктивности, датчик 10 сигнала, малошумящий усилитель 12, фильтр 13, логарифмический усилитель с амплитудным детектором 14 и индикатор 15 включены последовательно.

Генератор 11 модулирующих импульсов подключен к объединенным управляющим входам импульсного модулятора 2 и малошумящего усилителя 12.

Для расширения области применимости высокочастотный генератор 1 выполнен перестраиваемым.

Поскольку полоса ЯКР крайне узкая, высокочастотный генератор выполнен на основе синтезатора частот.

Для наилучшего результата по соотношению сигнал/шум первая и вторая катушки индуктивности расположены индуктивно симметрично относительно датчика сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Перестраиваемый высокочастотный генератор 1 и импульсный модулятор 2, управляемый генератором 11 модулирующих импульсов, формируют высокочастотный импульс необходимой длительности с регулируемой частотой повторения. Вследствие того, что полоса ЯКР крайне узкая, внутриимпульсная частота должна быть стабильной. Поэтому высокочастотный генератор 1 выполнен на основе синтезатора частот. ВЧ импульс подается на делитель сигнала 3, который синфазно делит уровень сигнала на 2, после чего он проходит по цепям двух идентичных каналов. Первый канал состоит из первого управляемого аттенюатора 4, первого управляемого фазовращателя 6 и первой катушки 8 индуктивности, второй - соответственно из второго управляемого аттенюатора 5, второго управляемого фазовращателя 7 и второй катушки 9 индуктивности.

Датчик 10 сигнала выполнен в виде вычитающего трансформатора и индуктивно связан как с первой так и со второй катушками 8 и 9.

С помощью управляемых аттенюаторов 4, 5, и управляемых фазовращателей 6, 7 подбирают амплитуды и фазы сигнала таким образом, чтобы минимизировать сигнал на выходе датчика 10, отображаемый на осциллографе 16. Для дополнительного подавления разностного импульса малошумящий усилитель 12 стробируется модулирующим импульсом.

Таким образом, на выходе амплитудного детектора 15 отклик на возбуждающий сигнал практически отсутствует.

В катушку индуктивности одного из каналов помещается исследуемое вещество. После прохождения ВЧ импульса через некоторое время на частоте ЯКР образуется отклик, обусловленный ядерными процессами, который индицируется датчиком 10. С выхода датчика 10 сигнала усиливается малошумящим усилителем 12 и логарифмическим усилителем после чего детектируется амплитудным детектором 14 и легко может быть зафиксирован на индикаторе 15, потому что мешающий отклик от возбуждающего импульса в предлагаемом изобретении скомпенсирован и подавлен на 50-55 дБ. Чувствительность приемника составляет 1,7 нВ на $$\sqrt{Гц}$$ . Полоса приемника ограничивается перестраиваем фильтром 13.

Экспериментальные исследования показали высокую эффективность предлагаемого устройства.

Источники информации

1. US 5594338, публ. 14.01.97.

2. RU 2190842, публ. 10.10.02.

Использование: для обнаружения и распознавания веществ методом ядерного квадрупольного резонанса. Сущность заключается в том, что устройство для обнаружения и распознавания веществ методом ядерного квадрупольного резонанса содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор, импульсный модулятор, первую катушку индуктивности, датчик сигнала, малошумящий усилитель, логарифмический усилитель с амплитудным детектором и индикатор, причем управляющий вход импульсного модулятора объединен со стробирующим входом малошумящего усилителя и подключен к выходу генератора модулирующих импульсов, при этом введены делитель сигнала, первый и второй управляемые аттенюаторы, первый и второй управляемые фазовращатели, вторая катушка индуктивности и осциллограф, а датчик сигнала выполнен в виде вычитающего трансформатора, при этом делитель сигнала, первый управляемый аттенюатор и первый управляемый фазовращатель последовательно соединены и включены между выходом модулятора и входом первой катушки индуктивности, второй управляемый аттенюатор, второй управляемый фазовращатель и вторая катушка индуктивности последовательно соединены, причем вход второго управляемого аттенюатора соединен со вторым выходом делителя сигнала, выход генератора модулирующих импульсов подключен к управляющим входам индикатора и осциллографа, а датчик сигнала индуктивно связан с первой и второй катушками индуктивности. Технический результат - увеличение чувствительности устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для обнаружения и распознавания веществ методом ядерного квадрупольного резонанса, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор, импульсный модулятор, первую катушку индуктивности, датчик сигнала, малошумящий усилитель, логарифмический усилитель с амплитудным детектором и индикатор, причем управляющий вход импульсного модулятора объединен со стробирующим входом малошумящего усилителя и подключен к выходу генератора модулирующих импульсов, отличающееся тем, что введены делитель сигнала, первый и второй управляемые аттенюаторы, первый и второй управляемые фазовращатели, вторая катушка индуктивности и осциллограф, а датчик сигнала выполнен в виде вычитающего трансформатора, при этом делитель сигнала, первый управляемый аттенюатор и первый управляемый фазовращатель последовательно соединены и включены между выходом модулятора и входом первой катушки индуктивности, второй управляемый аттенюатор, второй управляемый фазовращатель и вторая катушка индуктивности последовательно соединены, причем вход второго управляемого аттенюатора соединен со вторым выходом делителя сигнала, выход генератора модулирующих импульсов подключен к управляющим входам индикатора и осциллографа, а датчик сигнала индуктивно связан с первой и второй катушками индуктивности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высокочастотный генератор выполнен перестраиваемым.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что высокочастотный генератор выполнен на основе синтезатора частот.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что первая и вторая катушки индуктивности расположены индуктивно симметрично относительно датчика сигнала.