专利名称：基于高温超导量子干涉器的检测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测设备，尤其涉及一种基于高温超导量子千涉器
(SQUID)的核四极共振(nuclear quadruple resonance,,)探测隐藏 炸药和毒品的检测设备。
背景技术：
现有在机场安检等需要确定安全身份的地方， 一般使用X光来检查物 品，X光这种检测设备存在着不能分辨出某种白色粉末，因此在安检过程 中，很难检测出隐藏在行李中的炸药和毒品。并且，传统的法拉第电感线 圈探测已很难探测炸药(TNT)，因为炸药的共振频率低(O. 7-0. 9MHZ)并 且信号的强度非常弱。且现有金属探测器无法分辨出一小块金属以及真正 的地雷。
核的电四极矩(electric quadruplemotnent)与核周围的电场梯度的 相互作用使得磁核能级分裂。当施加共振射频(RF)场以激励时，发生核 四极共振(NQR)，核四极共振只对那些诸如"N和"C1的核自旋量子数I大 于1/2才能发生。因为四极相互作用对分子内的四极核位置以及物质的晶 体结构敏感，它能够反应出物质的精细化学结构和成分，每一个核四极共 振频镨线都对应着一个特定的化学物质。因此，可以利用其来探测固体的 化学结构。
因此，可以利用其来探测隐藏在行李中的炸药和毒品，也可以用于探 测地雷，因为炸药跟毒品里都含有氮元素。稳定的N-14的同位素在自然界 里面的丰度达到99. 635%并且原子核自旋1-1具有核四极共振动量。炸药 是含氮丰富的化合物，其含氮的重量百分含量为15-40%。 N-14原子核是椭球型的，含氮的分子中的N-14核与其周围的电子之间又核四极相互作用， 使其产生一系列的激发态。当几百千周到几兆周的电磁波通过炸药时，可 以被其共振吸收，然后炸药成了其特征频率的电磁波的发射源，可用探测 线圈探测出来。
这比传统方法中用的金属探测器更具优势，超导量子干涉器是非常好 的磁场探测器，它的磁场分辨率能达到10—"web，并且它的响应并不依赖于 信号的频率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的不能准确地检测出炸药、毒 品等物质，而提供一种基于高温超导量子干涉器的检测系统，以实现检测毒 品和炸药。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于高温超导量子干涉器的检测 设备，包括
射频发生装置，用于向样品施加脉冲；以及
高温超导量子干涉器接收装置，用于接收并采集所述脉冲施加样品后所 反馈的核四极矩共振信号。
进一步地，所述高温超导量子干涉器接收电路包括 金属共振转换器，用于探测NQR信号；和
高温超导量子干涉器，用于采集所述金属共振转换器探测的NQR信号。 进一步地，所述金属共振转换器由拾取线圈和带有可调电容的输入线圈 组成。
进一步地，所述拾取线圈的直径为9cm。 进一步地，所述输入线圈的直径为2.5cm。
进一步地，所述金属共振转换器还包括交叉的二极管开关，与所述拾取 线圏和输入线圏连接，用于减小激发场对射频SQUID的影响。
5进一步地，所述高温超导量子干涉器为STO基片上PLD沉积YBCO超 导薄膜，经过光刻和离子刻而成的。
进一步地，所迷射频发生装置由一个线圈和一个电容组成。
进一步地，基于高温超导量子千涉器的检测设备还包括四极共振i普 仪锁定探测器，用于将所述高温超导量子干涉器接收装置探测到的所述核 四极矩共振信号放大以形成核四极共振频谱线。
因此，通过该检测设备，由于每个固态物质都有其化学结构，每一个特 定的化学物质都对应着一个核四极共振频谱线，从而可以利用该检测设备即 可检测出毒品和炸药等普通X光安检机无法识别的危险物品。
附困说明
图1为本发明基于高温超导量子千涉器的检测设备的框图； 图2为本发明高温超导量子干涉器接收装置的电路示意图。
具体实施例方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 本发明公开了一种基于高温超导量子千涉器的违禁物品检测设备，该设 备利用带金属转换器的高温超导量子千涉器(rf SQUID)替代传统的带有前置 放大器的共振感应线圈。并且，为了减小强的激发场的影响，交叉的二极管 开关被插入到金属转换器中。
如图1所示，为本发明基于高温超导量子干涉器的检测设备的框图，该 检测设备1包括向样品100施加脉冲的射频发生装置10，以及高温超导量子 干涉器接收装置20，用于接收施加了脉冲后的样品所发出的反馈信号即四极 矩共振信号以形成核四极共振频谱线。该射频发生装置10由一个线圈101和 一个电容102组成。高温超导量子干涉器接收装置20包括金属转换器30，该 金属转换器用来探测施加脉沖后的样品所发出的NQR信号，以及高温超导量子干涉器40，用来釆集金属转换器30所探测到的NQR信号，这样以方便根 据探测到的NQR信号形成核四极共振频i普线。即该基于高温超导量子干涉器 的检测设备还包括四极共振傳仪锁定探测器50,用于将所述高温超导量 子干涉器接收装置探测到的所述核四极矩共振信号放大以形成核四极共振 频谱线。
由于目前4艮难制作高温超导的拾取线圈和输入线團，因此高温超导量子 干涉器件^^探测到NQR信号，然而带有正常金属共振转换器的SQUID的 敏感性提高，并能探测NQR信号。因此，本发明采用带金属转换器的高温超 导量子干涉器(rf SQUID)的接收电路替代传统的带有前置放大器的共振感应 线團。共振正常金属转换器30由直径大约9cm的拾取线圈301和带有可调电 容的直径2.5cm的输入线圏302组成，拾取线圈的直径大约9cm,为其优选 方式，以及输入线圈的直径2.5cm，也为优选方式，并非用于限制本发明的输 入线圈和拾取线圈的直径。
为了减小强的激发场的影响，交叉的二极管开关60被插入到金属转换器 30中。并且本发明的高温超导量子干涉器优选地为STO基片上PLD沉积 YBCO超导薄膜，经过光刻和离子刻而成的。
参见图2，本发明高温超导量子干涉器接收装置的电路示意图，详细描述 该高温超导量子干涉器接收装置的电路结构。高温超导交流量子千涉器工作 在液氮(如图中虚线200所示)中，高温超导交流量子干涉器接收装置并经 过磁屏蔽(如闺中虚线300所示)。由拾取线圏(Ll) 301和电容C1组成的 传输谐振器，产生激化交流磁场，LM是传递激发能量的匹配线圈，通过调节 Lm跟Ll的距离可以产生50欧姆的匹配电阻。当开关SW1关闭，SW2接通 时线圏Ll也可以用来作为采集线圈。由Ll， Cl, L2和C2组成金属转换器 30，用来采集NRQ信号。输入线圈(L2) 302和射频SQUID芯片(即高温 超导交流量子干涉器)放在装有液氮(如图中虚线200所示)的磁屏蔽筒(如 图中虛线300所示)中。对样品施加的脉冲可以用计算才几控制来产生，并由计算机进行数据的采集与处理。交叉的二极管开关60 (SW1和SW2、 Dl和
响。二极管Dl和D2主要是用来保护开关。当交流脉冲加上的时候，开关SW1 闭合，开关SW2断开，传输的信号被短路，因此强的交流信号并没有传输到 输入线圈(L2) 302。当交流脉冲终止开关SW1断开，开关SW2闭合，诱导 产生的NQR信号被拾取线圈Ll探测到并传递到输入线圈L2，再被高温超导 射频SQUID探测到。然后，由SQUID采集来的信号经过脉冲核四极共振镨 仪锁定探测器放大即可通过计算机获得核四极共振频谱线。
举例来说，当样品放置于该检测设备上时，由射频装置IO对该样品施加 脉冲，而所施加的脉冲是通过电脑来控制产生的，此时样品会有反馈信号， 此时，高温超导量子干涉器接收装置20的金属转换器30能通过其拾取线圈 301探测到样品反馈信号中的NQR信号，并输入输入线圈302，高温超导量 子干涉器40探测到该NQR信号，即采集该NQR信号，通过四极共振语仪锁 定探测器将该NQR信号放大，通过计算机数据处理获得该样品的核四极共振 频i瞽线。
这样通过该带有高温超导量子干涉器接收电路的检测设备，由于每个固 态物质都有其化学结构，每一个特定的化学物质都对应着一个核四极共振频 镨线。因此，可以利用该检测设备即可检测出毒品和炸药等普通X光安检机
无法识别的危险物
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最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当 理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技 术方案的精神和范围。
权利要求
1、一种基于高温超导量子干涉器的检测设备，其特征在于包括射频发生装置，用于向样品施加脉冲；以及高温超导量子干涉器接收装置，用于接收并采集所述脉冲施加样品后所反馈的核四极矩共振信号。
2、 根据权利要求1所述的基于高温超导量子干涉器的检测设备，其 特征在于所述高温超导量子干涉器接收装置包括金属共振转换器，用于探测所述核四极矩共振信号；和 高温超导量子千涉器，用于采集所述金属共振转换器所探测的核四 极矩共振信号。
3、 根据权利要求2所述的基于高温超导量子干涉器的检测设备，其 特征在于所述金属共振转换器由拾取线圏和带有可调电容的输入线圏组 成。
4、 根据权利要求3所述的基于高温超导量子干涉器的检测设备，其 特征在于所述拾取线圏的直径为9cm。
5、 根据权利要求3所述的基于高温超导量子干涉器的检测设备，其 特征在于所述输入线圈的直径为2.5cm。
6、 根据权利要求3所述的基于高温超导量子干涉器的检测设备，其 特征在于所述金属共振转换器还包括交叉的二极管开关，与所述拾取线 圏和输入线圏连接，用于减小激发场对射频SQUID的影响。
7、 根据权利要求l-6任一所述的基于高温超导量子干涉器的检测设 备统，其特征在于所述高温超导量子干涉器为STO基片上PLD沉积 YBCO超导薄膜，经过光刻和离子刻而成的高温超导量子干涉器。
8、 根据权利要求l-6任一所述的基于高温超导量子干涉器的检测设备，其特征在于所述射频发生装置由一个线圏和一个电容组成。
9、根据权利要求l-6任一所述的基于高温超导量子干涉器的检测设 备，其特征在于还包括四极共振i瞽仪锁定探测器，用于将所述高温超导 量子千涉器接收装置探测到的所述核四极矩共振信号放大以形成核四极 共振频镨线。
全文摘要
本发明涉及一种基于高温超导量子干涉器的检测设备，包括射频发生装置，用于向样品施加脉冲；以及高温超导量子干涉器接收装置，用于接收并采集所述脉冲施加样品后所反馈的核四极矩共振信号。通过该检测设备，由于每个固态物质都有其化学结构，每一个特定的化学物质都对应着一个核四极共振频谱线。因此，可以利用该检测设备即可检测出毒品和炸药等普通X光安检机无法识别的违禁物品。
文档编号G01N24/00GK101477069SQ200910076828
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者凯 涂, 王延军, 阳运国 申请人:北京美尔斯通科技发展股份有限公司