基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備的製作方法

2023-09-18 18:43:35 1

專利名稱：基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測設備，尤其涉及一種基於高溫超導量子幹涉器
(SQUID)的核四極共振(nuclear quadruple reso畫ce， NQR )探效'J隱藏 炸藥和毒品的檢測設備。
背景技術：
現有在機場安檢等需要確定安全身份的地方， 一般使用X光來檢查物 品，X光這種檢測設備存在著不能分辯出某種白色粉末，因此在安檢過程 中，很難檢測出隱藏在行李中的炸藥和毒品。並且，傳統的法拉第電感線 圈探測已很難探測炸藥(TNT)，因為炸藥的共振頻率低(O. 7-0. 9MHZ)並 且信號的強度非常弱。且現有金屬探測器無法分辨出一小塊金屬以及真正 的地雷。
核的電四才及頭巨(electric quadrupleraoment )與4t周圍的電場4弟度的 相互作用使得磁核能級分裂。當施加共振射頻(RF)場以激勵時，發生核 四極共振(NQR)，核四極共振只對那些諸如"N和35C1的核自旋量子數I大 於1/2才能發生。因為四極相互作用對分子內的四極核位置以及物質的晶 體結構敏感，它能夠反應出物質的精細化學結構和成分，每一個核四極共 振頻i普線都對應著一個特定的化學物質。因此，可以利用其來探測固體的 化學結構。
因此，可以利用其來探測隱藏在行李中的炸藥和毒品，也可以用於探 測地雷，因為炸藥跟毒品裡都含有氮元素。穩定的N-14的同位素在自然界 裡面的豐度達到99. 635%並且原子核自旋1=1具有核四極共振動量。炸藥 是含氮豐富的化合物，其含氮的重量百分含量為15-40%。 N-14原子核是橢
4球型的，含氮的分子中的N-14核與其周圍的電子之間又核四極相互作用， 使其產生一系列的激發態。當幾百千周到幾兆周的電磁波通過炸藥時，可 以被其共振吸收，然後炸藥成了其特徵頻率的電磁波的發射源，可用探測 線圏探測出來。
這比傳統方法中用的金屬探測器更具優勢，超導量子幹涉器是非常好 的磁場探測器，它的磁場解析度能達到1(T"web，並且它的響應並不依賴於 信號的頻率。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中存在的不能準確地檢測出炸藥、毒 品等物質，而提供一種基於高溫超導量子幹涉器的檢測系統，以實現檢測毒 品和炸藥。
為了實現上述目的，本發明提供了一種基於高溫超導量子千涉器的檢測 設備，包括
射頻發生裝置，用於向樣品施加脈衝；以及
高溫超導量子幹涉器接收裝置，用於接收並採集所述脈衝施加樣品後所 反饋的核四極矩共振信號。
進一步地，所述高溫超導量子千涉器接收電路包括 金屬共振轉換器，用於探測NQR信號；和
高溫超導量子千涉器，用於採集所述金屬共振轉換器探測的NQR信號。 進一步地，所述金屬共振轉換器由拾取線團和帶有可調電容的輸入線圏 組成。
進一步地，所述拾取線圈的直徑為9cm。 進一步地，所述輸入線圈的直徑為2.5cm。
進一步地，所述金屬共振轉換器還包括交叉的二極體開關，與所述拾取 線圈和輸入線團連接，用於減小激發場對射頻SQUID的影響。進一步地，所述高溫超導量子幹涉器為STO基片上PLD沉積YBCO超 導薄膜，經過光刻和離子刻而成的。
進一步地，所述射頻發生裝置由一個線圏和一個電容組成。
進一步地，基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備還包括四極共振譜 儀鎖定探測器，用於將所述高溫超導量子幹涉器接收裝置探測到的所述核 四極矩共振信號放大以形成核四極共振頻譜線。
因此，通過該檢測設備，由於每個固態物質都有其化學結構，每一個特 定的化學物質都對應著一個核四極共振頻語線，從而可以利用該檢測i殳備即 可檢測出毒品和炸藥等普通X光安^l^4幾無法識別的危險物品。


圖1為本發明基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備的框圖； 圖2為本發明高溫超導量子幹涉器接收裝置的電路示意圖。
具體實施方式
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。 本發明公開了一種基於高溫超導量子千涉器的違禁物品檢測設備，該設 備利用帶金屬轉換器的高溫超導量子幹涉器(rf SQUID)替代傳統的帶有前置 放大器的共振感應線圈。並且，為了減小強的激發場的影響，交叉的二極體 開關被插入到金屬轉換器中。
如圖1所示，為本發明基於高溫超導量子千涉器的檢測設備的框圖，該 檢測設備1包括向樣品100施加脈沖的射頻發生裝置10，以及高溫超導量子 幹涉器接收裝置20，用於接收施加了脈衝後的樣品所發出的反饋信號即四極 矩共振信號以形成核四極共振頻譜線。該射頻發生裝置10由一個線圈101和 一個電容102組成。高溫超導量子幹涉器接收裝置20包括金屬轉換器30，該 金屬轉換器用來探測施加脈衝後的樣品所發出的NQR信號，以及高溫超導量
6子幹涉器40，用來採集金屬轉換器30所探測到的NQR信號，這樣以方便根 據探測到的NQR信號形成核四極共振頻譜線。即該基於高溫超導量子幹涉器 的檢測設備還包括四極共振語儀鎖定探測器50，用於將所述高溫超導量 子幹涉器接收裝置探測到的所述核四極矩共振信號放大以形成核四極共振 頻i普線。
由於目前很難製作高溫超導的拾取線圏和輸入線圈，因此高溫超導量子 幹涉器件很難探測到NQR信號，然而帶有正常^屬共振轉換器的SQUID的 敏感性提高，並能探測NQR信號。因此，本發明採用帶金屬轉換器的高溫超 導量子幹涉器(rf SQUID)的接收電路替代傳統的帶有前置放大器的共振感應 線圈。共振正常金屬轉換器30由直徑大約9cm的拾取線團301和帶有可調電 容的直徑2.5cm的輸入線圏302組成，拾取線團的直徑大約9cm，為其優選 方式，以及輸入線圈的直徑2.5cm，也為優選方式，並非用於限制本發明的輸 入線圏和拾取線圈的直徑。
為了減小強的激發場的影響，交叉的二極體開關60被插入到金屬轉換器 30中。並且本發明的高溫超導量子幹涉器優選地為STO基片上PLD沉積 YBCO超導薄膜，經過光刻和離子刻而成的。
參見圖2，本發明高溫超導量子幹涉器接收裝置的電路示意圖，詳細描述 該高溫超導量子幹涉器接收裝置的電路結構。高溫超導交流量子千涉器工作 在液氮(如圖中虛線200所示)中，高溫超導交流量子千涉器接收裝置並經 過磁屏蔽(如圖中虛線300所示)。由拾取線圈(Ll) 301和電容C1組成的 傳輸諧振器，產生激化交流磁場，LM是傳遞激發能量的匹配線圈，通過調節 Lm跟Ll的距離可以產生50歐姆的匹配電阻。當開關SW1關閉，SW2接通 時線圈Ll也可以用來作為採集線圈。由Ll， Cl, L2和C2組成金屬轉換器 30,用來採集NRQ信號。輸入線圈(L2) 302和射頻SQUID晶片(即高溫 超導交流量子幹涉器)放在裝有液氮(如圖中虛線200所示)的磁屏蔽筒(如 圖中虛線300所示)中。對樣品施加的脈衝可以用計算機控制來產生，並由計算機進行數據的採集與處理。交叉的二極體開關60 ( SW1和SW2、 Dl和
響。二極體Dl和D2主要是用來保護開關。當交流脈沖加上的時候，開關SW1 閉合，開關SW2斷開，傳輸的信號被短路，因此強的交流信號並沒有傳輸到 輸入線圏(L2) 302。當交流脈衝終止開關SW1斷開，開關SW2閉合，誘導 產生的NQR信號被拾取線圈Ll探測到並傳遞到輸入線圏L2,再被高溫超導 射頻SQUID探測到。然後，由SQUID採集來的信號經*沖核四極共振傳 儀鎖定探測器放大即可通過計算機獲得核四極共振頻i普線。
舉例來說，當樣品放置於該檢測設備上時，由射頻裝置IO對該樣品施加 脈衝，而所施加的脈沖是通過電腦來控制產生的，此時樣品會有反饋信號， 此時，高溫超導量子千涉器接收裝置20的金屬轉換器30能通過其拾取線圏 301探測到樣品反饋信號中的NQR信號，並輸入輸入線圈302，高溫超導量 子幹涉器40探測到該NQR信號，即採集該NQR信號，通過四極共振譜儀鎖 定探測器將該NQR信號放大，通過計算機數據處理獲得該樣品的核四極共振 頻鐠線。
這樣通過該帶有高溫超導量子千涉器接收電路的檢測設備，由於每個固 態物質都有其化學結構，每一個特定的化學物質都對應著一個核四極共振頻 語線。因此，可以利用該檢測設備即可檢測出毒品和炸藥等普通X光安檢機 無法識別的危險物品。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制， 儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當 理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技 術方案的精神和範圍。
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權利要求1、一種基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備，其特徵在於包括射頻發生裝置，用於向樣品施加脈衝；以及高溫超導量子幹涉器接收裝置，用於接收並採集所述脈衝施加樣品後所反饋的核四極矩共振信號。
2、 根據權利要求1所述的基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備，其 特徵在於所述高溫超導量子幹涉器接收裝置包括金屬共振轉換器，用於探測所述核四極矩共振信號；和 高溫超導量子幹涉器，用於採集所述金屬共振轉換器所探測的核四 極矩共振信號。
3、 根據權利要求2所述的基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備，其 特徵在於所述金屬共振轉換器由拾取線圏和帶有可調電容的輸入線圏組 成。
4、 根據權利要求3所述的基於高溫超導量子千涉器的檢測設備，其 特徵在於所述拾取線圏的直徑為9cm。
5、 根據權利要求3所述的基於高溫超導量子千涉器的檢測設備，其 特徵在於所述輸入線圏的直徑為2.5cm。
6、 根據權利要求3所述的基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備，其 特徵在於所述金屬共振轉換器還包括交叉的二極體開關，與所述拾取線 圈和輸入線囷連接，用於減小激發場對射頻SQUID的影響。
7、 根據權利要求l-6任一所述的基於高溫超導量子千涉器的檢測設 備統，其特徵在於所述高溫超導量子幹涉器為STO基片上PLD沉積 YBCO超導薄膜，經過光刻和離子刻而成的高溫超導量子幹涉器。
8、 根據權利要求l-6任一所述的基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備，其特徵在於所述射頻發生裝置由一個線圈和一個電容組成。
9、根據權利要求l-6任一所述的基於高溫超導量子幹涉器的檢測設 備，其特徵在於還包括四極共振譜儀鎖定探測器，用於將所述高溫超導 量子幹涉器接收裝置探測到的所述核四極矩共振信號放大以形成核四極 共振頻諳線。
專利摘要本實用新型涉及一種基於高溫超導量子幹涉器的檢測設備，包括射頻發生裝置，用於向樣品施加脈衝；以及高溫超導量子幹涉器接收裝置，用於接收並採集所述脈衝施加樣品後所反饋的核四極矩共振信號。通過該檢測設備，由於每個固態物質都有其化學結構，每一個特定的化學物質都對應著一個核四極共振頻譜線。因此，可以利用該檢測設備即可檢測出毒品和炸藥等普通X光安檢機無法識別的違禁物品。
文檔編號G01N24/00GK201352207SQ20092010532
公開日2009年11月25日 申請日期2009年1月22日 優先權日2009年1月22日
發明者凱 塗, 王延軍, 陽運國 申請人:北京美爾斯通科技發展股份有限公司