Устройство для обнаружения и распознавания веществ методом ядерного квадрупольного резонанса

Авторы патента:

Плотникова Марина Анатольевна (UA)

Кивва Феликс Васильевич (UA)

Курекин Александр Сергеевич (UA)

Прозоровский Александр Юрьевич (RU)

Курекин Андрей Александрович (UA)

G01N24/08 - с использованием ядерного магнитного резонанса (G01N 24/12 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2488100:

Плотникова Марина Анатольевна (UA)
Прозоровский Александр Юрьевич (RU)
Кивва Феликс Васильевич (UA)
Курекин Александр Сергеевич (UA)
Курекин Андрей Александрович (UA)

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.

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.

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 $\sqrt{Г ц}$ . 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.

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.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения локальной температуры внутри вещества или живого организма. .

Способ проведения исследования внутренней структуры пиловочных бревен // 2482468

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля пиловочных бревен и может быть использовано при проведении исследования внутренней структуры пиловочных бревен методом магнитно-резонансной томографии, результаты которого могут быть использованы в процессах лесопиления, гидротермической обработки, сушки, фанерном производстве, при сортировке пиловочных бревен, фанерных кряжей и т.д.

Системы и способы контроля безопасности для магнитного резонанса // 2481592

Изобретение относится к области техники, связанной с магнитным резонансом. .

Способ определения давности события создания объекта, содержащего целлюлозу, метка давности события ее создания на поверхности изделия и способ защиты изделия от фальсификации давности события его создания // 2478198

Изобретение относится к технической экспертизе по определению давности события создания различного вида объектов из целлюлозосодержащего материала или объектов, содержащих на поверхности фрагменты, выполненные из целлюлозосодержащего материала, и имеющих на поверхности целлюлозосодержащего материала, по меньшей мере, один открытый участок, не имеющий покрытия, и, по меньшей мере, один участок покрытый, а также к способам определения давности события нанесения покрытия на указанный объект или на указанный фрагмент.

Датчик якр // 2476865

Ячейка для осуществления спектральных измерений методом спектроскопии ядерного магнитного резонанса при вращении образца вещества под магическим углом // 2472139

Способ дистанционного обнаружения вещества в неоднородном магнитном поле с использованием ядерного магнитного резонанса // 2471177

Изобретение относится к средствам досмотра на пропускных пунктах для обнаружения скрытых веществ (например, наркотиков и/или взрывчатых веществ), в частности к системам обеспечения безопасности пассажирских перевозок.

Способ исследования образцов керна // 2471176

Изобретение относится к области исследования горных пород и может найти применение при определении параметров граничных слоев в нефтеводонасыщенных образцах горных пород, влияния этих параметров на фильтрационные характеристики горных пород и смачиваемость поверхности пор.

Коррекция движения в гибридной системе визуализации позитронно-эмиссионной/магнитно-резонансной томографии // 2457503

Изобретение относится к устройству для диагностической визуализации, содержащему систему для исследований с использованием магнитного резонанса, а также систему для эмиссионной томографии.

Способ петрофизических исследований образцов горных пород большого диаметра в полевых условиях // 2453831

Способ дистанционного обнаружения вещества // 2488810

Способ детектирования сигналов ядерного квадрупольного и ядерного магнитного резонанса // 2490618

Способ детектирования трехчастотного ядерного квадрупольного резонанса // 2495406

Использование: для детектирования трехчастотного ядерного квадрупольного резонанса. Сущность: заключается в том, что осуществляют облучение образца на частоте υ- первым радиочастотным импульсом, вторым радиочастотным импульсом на частоте υ0, импульсы прикладываются на частотах соответствующих ЯКР переходов, регистрация сигнала осуществляется на третьей частоте ЯКР υ+, при этом все катушки датчика взаимно ортогональны, причем применяется многоимпульсная последовательность, состоящая из составных (композитных) импульсов, в которой каждый импульс представляет собой комбинацию из трех импульсов - первый импульс прикладывается на частоте υ-, второй импульс прикладывается на частоте υ0, затем прикладывается третий импульс на частоте υ-, при этом первые N циклов многоимпульсной последовательности содержат композитный импульс, в котором второй импульс имеет фазу 0°, вторые N циклов многоимпульсной последовательности содержат композитный импульс, в котором второй импульс имеет фазу 180°, регистрация сигнала происходит на частоте υ+, далее происходит когерентное накопление полученных сигналов в каждой последовательности и последующим вычитанием из сигналов, накопленных после первых N импульсов, сигналов накопленных после вторых N импульсов. Технический результат: увеличение отношения сигнал/шум. 7 ил.

Устройство прецизионного перемещения полноразмерного керна в датчике ямр // 2495407

Предложено устройство прецизионного перемещения полноразмерного керна в датчике ЯМР. Устройство содержит подающий и приемный конвейерные модули. Контейнер керна вместе с капроновым буксировочным тросиком, объединяющим подающий и приемный конвейерные модули, образует замкнутый контур. Техническими результатами являются упрощение конструкции, повышение надежности и уменьшение веса устройства. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Физиологический фармакокинетический анализ для комбинированной молекулярной магнитно-резонансной томографии и динамической позитронно-эмиссионной томографии // 2498278

Использование: для диагностической визуализации. Сущность: заключается в том, что выполняют комбинированное формирование изображений посредством РЕТ-МР томографии (позитронно-эмиссионная (РЕТ)-магниторезонансная (MP) томография) для создания гибридных или улучшенных изображений, которые объединяют в себе преимущества обоих способов воздействия. В такой комбинированной конфигурации способов воздействия можно использовать контрастное вещество (80), которое включает в себя как РЕТ-метку (82), так и магниторезонансное средство усиления контраста (86). Контрастное вещество (80) также включает в себя систему (84) нацеливания, которая позволяет контрастному веществу (80) накапливаться в области, представляющей интерес. Технический результат: повышение качества диагностической визуализации. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ дистанционного обнаружения вещества // 2498279

Предложен способ поиска и обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ, находящихся в неметаллической оболочке и в укрывающих средах. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения наркотического вещества. В веществе возбуждают магнитный резонанс с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества. Предполагаемое место закладки вещества зондируют плоскополяризованным сигналом. Сигналы, отраженные от наркотического вещества, имеют правую и левую круговую поляризацию. Сигнал с правой круговой поляризацией дифференцируют по времени и перемножают с зондирующим сигналом, формируют производную корреляционной функции и определяют расстояние до вещества. Диаграммы направленности приемных антенн создают равносигнальную зону. Отраженные сигналы с правой и левой круговой поляризацией сравнивают по фазе, формируют управляющее напряжение, зависящее от степени и стороны отклонения направления на вещество от равносигнальной зоны, вращают антенный блок в горизонтальной плоскости, при этом фиксируют азимут на вещество и определяют его местоположение. 3 ил.

Магнитная резонансная томография с расширенной зоной обзора // 2505803

Использование: для магниторезонансного обследования объектов. Сущность: заключается в том, что принимают множество групп магниторезонансных сигналов от объекта для различных положений опоры в двумерной области, причем по меньшей мере первое из положений и второе из положений смещены относительно друг друга в первом направлении, и причем по меньшей мере первое из положений и третье из положений смещены относительно друг друга во втором направлении, ортогональном первому направлению. Технический результат: обеспечение возможности высокого качества изображения крупного объекта. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 17 ил.

Способ определения содержания твердого жира по данным ямр-релаксации, прямой метод // 2506572

Использование: для определения содержания твердого жира по данным ЯМР-релаксации. Сущность: заключается в том, что осуществляют помещение исследуемого образца в ампулу для ЯМР измерений, проведение стандартной процедуры темперирования, помещение ампулы в датчик ЯМР-анализатора, поляризацию образца намагничивающим импульсом, при этом при помощи ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, получают полную кривую спада магнитной индукции, которая записывается на ПК в виде файла, содержащего пары чисел - время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке, затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой соответствующей формулой до наилучшего совпадения с формой полной кривой спада, и рассчитывают содержание твердого жира по определенной формуле. Технический результат: повышение точности измерения содержания твердого жира. 4 ил.

Способ определения содержания твердого жира по данным ямр-релаксации // 2506573

Использование: для определения содержания твердого жира по данным ЯМР-релаксации. Сущность заключается в том, что осуществляют помещение исследуемого образца в ампулу для ЯМР измерений, проведение стандартной процедуры темперирования, помещение ампулы в датчик ЯМР-анализатора, поляризацию образца намагничивающим импульсом, при этом при помощи ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, получают полную кривую спада магнитной индукции, которая записывается на ПК в виде файла, содержащего пары чисел - время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке, затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой соответствующей формулой до наилучшего совпадения с зарегистрованной полной кривой спада и рассчитывают содержание твердого жира по определенной формуле. Технический результат: упрощение процедуры измерений, исключение использования эталонного вещества. 3 ил.

Способ геохимической разведки для геоэкологического мониторинга морских нефтегазоносных акваторий // 2513630

Изобретение относится к области нефтегазовой геологии и может быть использовано при поиске углеводородов. Сущность: выполняют съемку рельефа акватории. По результатам съемки выявляют затопленные речные долины, пересекающие континентальный шельф. Зондируют донные осадки акустическими импульсами. Восстанавливают слои грунта и донных отложений до глубин 2-4 км. Анализируют структурно-денудационные формы рельефа и выделяют терригенные отложения. При выявлении предпосылок существования нефтегазовых участков выполняют зондирование грунта когерентным импульсным протонным спиновым эхом. Выполняют томографическое восстановление изображения исследуемого геологического разреза грунта на уровне призматических кристаллов. Дополнительно устанавливают не менее двух донных сейсмических станций для регистрации и анализа микросейсмических волн. С помощью пенетрометров, размещенных на указанных сейсмических станциях, определяют коэффициенты сопротивления и трения грунта, по которым определяют его прочностные характеристики. После этого отбирают пробы горных пород и растительности вдоль водотоков. Пробы горных пород разделяют на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм. Первую фракцию анализируют на содержание Si, Al, Ti, Y, a вторую - на содержание Hg. Пробы растительности анализируют на содержание Ba, Cu, Pb, Zn, Ag. Результаты анализа фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций. Строят карты распределения указанных аддитивных показателей и Hg. Отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и Hg в ряду Si, Al, Ti, Y-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Hg-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Si, Al, Ti, Y, с нефтегазоперспективными участками. Анализируют водную толщу на содержание метана. Определяют координаты газового образования. При выявлении разливов транспортируемого жидкого продукта с образованием нефтяного пятна процессы растекания и переноса нефти рассчитывают с учетом гидродинамических параметров водной среды. При зондировании грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом дополнительно зондируют гидросферу, при этом исследуемую среду подвергают одновременному воздействию СВЧ-излучения и переменного магнитного поля в области частот ядерно-магнитного резонанса, при этом СВЧ-излучение и постоянное магнитное поле поддерживаются в условиях резонанса, при этом измеряют уменьшение интенсивности одного сверхтонкого перехода при одновременном насыщении за счет большой мощности соответствующей СВЧ-частоты второго сверхтонкого перехода, дополнительно электронный парамагнитный резонанс подвергают оптическому детектированию, при этом спиновое состояние радикальной пары (синглетное или триплетное) изменяют вынужденным путем, вызывая спиновые переходы партнеров пары под действием резонансного микроволнового поля во внешнем магнитом поле, спектр электронного магнитного резонанса при этом регистрируется путем изменения выхода продуктов из радикальной пары аналитическим методом. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа, повышение достоверности выявления перспективных нефтегазовых участков. 1 ил.