[發明專利]一種核四極矩共振檢測系統及其天線

有效

• 申請號: 201810014705.7
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108414956B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 張通勝
• 申請（專利權）人: 曼森伯格（深圳）科技發展有限公司
• 主分類號: G01R33/34
• 分類號: G01R33/34;H01Q1/36;H01Q1/52;H01Q7/00
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 張全文

本發明屬于核四極矩共振(Nuclear Quadrupole Resonance，NQR)以及地磁場核磁共振系統的應用技術領域，提供了一種核四極矩共振檢測系統及其天線，該天線包括第一線圈，所述第一線圈形成第一圖形；第二線圈，所述第二線圈形成第二圖形；所述第一線圈和所述第二線圈構成的梯度天線，同時接收來自目標區信號和外界的射頻干擾；其中，所述第一線圈和所述第二線圈位于同一平面，所述第一線圈和所述第二線圈的繞制方向相反，所述第二圖形均勻分布于所述第一圖形周圍，所述第一圖形與所述第二圖形面積相等。本發明的方案能有效地提高天線在檢測NQR或者應用于地磁共振時對環境中無線電干擾的抑制能力，并增強信號的檢測能力，從而提高測量系統的信號噪聲比。

技術領域

本發明屬于核四極矩共振以及地磁場核磁共振系統的應用技術領域，尤其涉及一種核四極矩共振檢測系統及其天線。

背景技術

核四極矩共振技術提取的信號客觀地反映了在特定的物質結構下原子核呈現的電四極矩結構，因此這種技術能用來檢測和分析含有四極矩原子核結構的元素或者同位素，諸如氮14(N14)，鉀39，氯35以及氯37，從而能確定含有這種元素或者同位素的物質的存在。特別是，炸藥、尼古丁、藥物普遍含有N14成分，而炸藥是恐怖分子威脅現代社會的常用手段，對其進行可靠的檢測是維護公共安全的必須程序。用四極矩共振技術就能有針對性地檢查爆炸裝置，例如地雷或者路邊炸彈。四極矩共振技術也可以用來進行機場乘客或者任何公共場合的安檢。常見與爆炸物相關的成分的四極矩共振的頻率大約在500KHz到5MHz的范圍，和磁共振技術相比，四極矩共振技術不需要外加磁場。

地磁場磁共振技術是利用地球的磁場作為磁共振所需要的極化場B0，極化水或者石油成分中的氫原子中的質子，通過天線發射激勵電磁場對此做磁共振來檢測地下水或者造成地下污染的石油。地磁場的強度大約為0.5高斯，其對應的拉馬(Lamar)磁共振頻率大約為略高于2000Hz。

上述兩種共振信號的共同點是信號幅度極其微小，而其工作頻率又分布在人類文化活動產生的常見電磁干擾范圍內。例如，40多次諧波的工頻電干擾(對于50Hz的工頻干擾源)對地磁場核磁共振信號的干擾，以及中、短波無線電廣播對四極矩共振信號的干擾。因此，當應用這些共振技術在非屏蔽環境下檢測爆炸物時，環境干擾就成為一個棘手的問題。因此，開發抑制這種干擾的天線和信號處理方法提高信噪比，一直是成功應用這些技術的關鍵。

由于上述兩種技術有結構上和面臨應用上要解決的困難的共性，下面我們集中表述圍繞四極矩共振技術的發展和存在的問題。在敘述中，天線和線圈這兩個詞有可能依據場合會交替使用。

傳統上最常見的抑制外界干擾的天線的典型結構，是由兩個線圈組成的梯度天線。二線圈以這樣的方式來連接，以保證產生的磁場矢量方向在二線圈平面上剛好相反。物理上，施加已知電流在空間產生的場分布，被稱為導聯場，導聯場的分布，決定了同樣的線圈在用做測量時的空間靈敏度分布。這種互易關系被稱為電磁場的互易定律。因此，前述梯度天線的特征保證了能敏銳地檢測位于附近的被測爆炸物產生的NQR信號，而對遠距離外的來自干擾源的干擾有很好的抵抗作用。這是因為，相對于干擾源的距離，梯度天線中的兩個線圈間的距離很小，接收到的遠方傳來的干擾在二線圈上呈顯相同的干擾強度和相反的相位，因此二者經梯度天線抵消。而對于來自附近的爆炸物的信號，其具有較強的梯度特性，因此天線能感應到該梯度分量，從而輸出信號供后續電路放大處理。實踐上為了提高信噪比，接收天線往往調諧在工作頻率上。這樣的常規天線，在大多數情況下是能夠滿意工作的。但是，在NQR系統中，由于信號極其微小，來自干擾源的干擾，即便是有微小的梯度分量，也足以對被測信號造成干擾，影響處理分析和判斷。

和上述梯度天線類似，只是在應用上讓被測爆炸物居于梯度線圈的一邊也就是僅僅一個線圈來發射電磁場并接收NQR信號，另一個線圈離爆炸物較遠，只感知干擾。因為干擾同時出現在梯度天線的兩個相位相反的線圈上，從而互相抵消。這樣的天線結構，由于多出來一個不感知信號的相位相反的線圈，因此增加了天線系統的熱噪聲，從而降低了信噪比。