NQR激励脉冲序列和探头电路的设计与实现

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核四极矩共振(Nuclear Quadrupole Resonance,NQR)技术是一种非接触式的固态射频谱分析技术,可广泛应用于爆炸物探测、矿物勘探等领域。但受本身固有的低信噪比、射频干扰及虚假信号的影响,制约了NQR技术的实际应用。为了提高其实用性及拓展应用领域,许多国外研究机构均致力于抑制NQR探测技术中的噪声和射频干扰,提高NQR检测信噪比的研究,成为近年来该领域研究的重点和热点。由虚假信号概念可知,与射频相关的振铃拖尾信号可通过设计相应的振铃拖尾抑制电路,使得收发同置的天线线圈恢复时间有效缩短,但其抑制效果有限。因此,在深入研究激励脉冲序列形式和强虚假信号特性的基础上,考虑从复合多脉冲激励序列设计入手,从NQR信号产生级提高信噪比。利用虚假信号与射频脉冲之间的相位关系,通过脉冲相位交替变换构造新的复合多脉冲激励序列可对长持续时间的虚假信号进行有效抑制。本文重点研究了核四极矩共振激励脉冲发生器,并对振铃拖尾抑制电路进行设计和改进。目前设置激励脉冲序列参数存在经验性与特定性,在不同探测环境中无法灵活的配置参数。文中采用由任意信号发生器PXI-5421、计数器/定时器PXIe-6612和示波器PXIe-5114组成的PXI系统与LabVIEW软件平台结合的方法,产生参数可控的NQR激励脉冲序列。通过LabVIEW编程设计激励脉冲序列参数,PXI-5421和PXIe-5114通过PXIe-6612输出的单脉冲信号实现同步触发,NQR激励脉冲序列由任意信号发生器PXI-5421产生。在此基础上设计了一种新型的Q值切换电路,在工作状态下具有高Q值,发射与接收切换过程中具有低Q值,并对所设计的电路进行了仿真分析,验证了振铃拖尾时间与Q值的关系。实验结果表明,设计的振铃信号抑制电路可使探头的振铃恢复时间从390.152 us降低至7.955 us,可以有效抑制振铃拖尾时间。最后对激励脉冲发生器性能进行测试分析,该脉冲发生器可输出FID序列、SE序列和参数自定的序列,输出频率在500 kHz~6 MHz之间可调,初始相位0°~360°之间可调,最小输出脉宽为80 ns。测试结果表明,基本达到预期要求。
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