CN1668935A - 核共振测量用的低esr开关 - Google Patents

Abstract

低等效串联电阻(ESR)开关用于选择地加入到核子或电子共振系统的线圈—电容器电路中。该开关包括一对物理和电接触元件，它们相互接触的表面积大。该元件可在两个接触面间隙很小的静态位置和两个接触面作物理和电接触从而连接到线圈—电容器电路的工作位置之间运动。

Description

核共振测量用的低ESR开关

发明领域：

本发明涉及应用核子和电子共振探测技术探测特定物质的方法。它在核四极共振(NQR)方面有具体应用，但其某些方面在核磁共振(NMR)、磁共振成象(MRI)和电子自旋共振技术方面也有某些应用。

更具体地说，本发明涉及不同频率之间的切换，同时在共振线圈两端保持低的等效串联电阻(ESR)，用于核共振探测。

在本说明书全文中，除非上下文另有要求，“包括”这个词及其变体应理解为包含所述的整体或整体组合，但并不排斥其它整体或整体组合。

技术背景：

下面要讨论的技术背景只是为了便于对本发明的理解。但应认识到，讨论并非是认同所提供的任何资料是本申请之前的常识的一部分。

在核共振成像MRI，核磁共振NMR，和核四极共振NQR的领域中，系统中应用共振线圈来检测受检查的物质或产品发出的信号。该线圈与电容器连接以便使该系统在高频下发生共振。从下式(1)可见，通过改变电容而不改变线圈尺寸(电感L与其相关)，也可改变频率：

${\mathrm{\ω}}^2=\frac{1}{\mathrm{LC}}\·\·\·\left(1\right)$

具体地说，在NQR领域，常需以十分不同的频率测试不同物质。例如，NQR炸药探测器是在5.2MHz下检测RDX(三甲撑三硝基胺)时所需的，然后转向检测PETN(季戊炸药)，其共振频率为0.89MHz。从式(1)可见，线圈的共振频率从5.2MHz变到0.89MHz需要在电路中接入大量电容器，其典型实例示于附图1。如图所示，电容器7，8与线圈9并联，形成共振电路，从而通过开关5可使电容器7接入电路或与电路断开。为了实施该切换操作，工人可应用继电器或半导体器件。

来自NQR系统的信号强度，部分取决于线圈系统的Q(品质因素)。根据式(2)，线圈的Q取决于电路的电阻(R)。

$Q=\frac{\mathrm{\ωL}}{R}\·\·\·\left(2\right)$

在此，开关电器的ESR会影响电路，因为当要求切换频率时它是电路的一部分。理想状态开关的ESR最好是零，但这不现实。机械继电器固有的问题是它的ESR高且使用多次后会“卡住”。半导体器件虽然比继电器可靠，但其ESR也高。

发明内容

本发明的目的是使核子或电子共振系统，如NQR，NMR，电子自旋共振，或MRI中的线圈-电容器电路的电阻降低，以提高系统的Q，从而提高系统的灵敏度。

本发明试图采用低等效串联电阻(ESR)的开关来解决降低线圈-电容器电路的电阻的问题，采用这种开关降低线圈-电容器电路的电阻，可使其Q高于用继电器和半导体器件时的Q值。

根据本发明的第一方面，在核子或电子共振系统的线圈-电容器电路中有选择地加入一低等效串联电阻(ESR)开关。此开关包括一对作物理和电接触的元件，它们的互相接触表面面积很大，该元件可在静态位置和工作位置间运动，静态位置时接触表面隔开小的间隔，工作位置时接触表面作物理与电接触，从而接入线圈-电容器电路。

根据本发明的另一方面，所提供的低等效串联电阻(ESR)开关有选择地加入到核子或电子共振系统的线圈-电容器电路中，该开关包括一对作物理与电接触的元件，它们的相互接触表面面积大，所述元件可在静态位置和工作位置之间运动，静态位置时接触表面隔开小间隙，工作位置时接触表面作物理与电接触，从而连接到线圈-电容器电路中。

连接元件最好靠诸如气动气缸活塞系统、马达或螺线管等作动装置在静态位置和工作位置之间移动。

接触元件最好包括一对平行导条，而ESR开关最好包括许多根绝缘导杆，将平行导条引导到静态和工作位置之间。

接触元件最好用铜制造。

接触元件最好用金制造，或镀金。

接触元件最好用铑制造，或镀铑。

接触元件最好用银制造，或镀银。

接触元件最好由汞制成或涂汞，且装入容器中以防汞逃逸。

整个开关最好装入真空容器内。

本开关最好为椭园形截面的导杆，放在二个凹形平行导条之间，椭园形截面导杆可以转动从而与凹形平行导条接触或分离。

本开关最好是细长的多极开关，其转动使接线片发生接触从而与电路连接。

根据本发明另一方面，提供将低效串联电阻有选择地加入到核或电子共振系统的线圈-电容器电路中的方法，该方法包括：

使二个大的接触表面在静态位置和工作位置之间运动，静态位置时二接触表面相隔小间隙，工作位置时二接触表面作物理与电接触；

其特征在于，当二接触表面处于静态位置时，低等效串联电阻与线圈-电容器电路断开，而当二接触表面处于工作位置时低等效串联电阻连接线圈-电容器电路。

附图简要说明

本发明根据实施本发明最佳方式的描述将得到较好的理解。参考图2至图4及最佳方式的特定实施例进行描述。附图说明如下：

图1示出外加电容到共振电路中的先有技术切换结构；

图2示出低ESR开关的第一实施例；

图3示出本发明第八实施例；

图4示出本发明的第十五实施例。

本发明最佳实施方式

本发明最佳实施方式与NMR、MRI，电子自旋共振或NQR系统的线圈-电容器电路的实现方法有关，更具体地说，它与将低ESR开关加到图1所示那种线圈-电容器电路中的方法有关。

在最佳实施方式中低ESR开关由两个可动平行金属条组成，适合于放置在金属条间有小间隙的静态位置和二金属条互相作物理和电接触的工作位置之间。该条的特征在于当处于工作位置时接触表面面积较大。向ESR开关提供作动装置，以便或者将两金属条挤紧在一起，使它们接触，或者将它们分开。平形金属条可以是任何形状，只要能提供牢靠的电接触，例如，两条金属条，或一个三角形条嵌入凹三角形中。

最佳实施方式的第一实施例是图2所示形式的ESR开关。该开关包括两个平行金属平条10，其互相接触面积大，当处于其静态位置时两平条间有小间隙。以气动气缸活塞系统，马达或螺线管(图2未示)形式的作动装置在需要二平条接触时使二平条挤紧。绝缘导杆20使它们保持对准。实际上，这种操作是在控制计算机指导下进行的。

开关接触面积大使电流流动表面积大，因此电阻小。该开关使工作人员能提高电路的电容，而不会对电阻有损害，从而提高线圈-电容器系统的Q。

例如，在NQR中，当从RDX频率切换到PETN频率时，需要按照毫微法控制的顺序在电路中加入大的电容，该开关由计算机来关闭，导致线圈与第二排电容器接触，导致频率由5MHz变成近0.89MHz。

除了完成上述的粗调外，还可用小型开关来细调线圈。小型开关可替代继电器，致使终接电路的电阻减小，从而提高Q。

第二实施例与第一实施例同，但平行条上涂金属，以防金属表面腐蚀及/或碳化。

在该实施例的一个实施方案中，附加的金属是金。金触头的加入可防止金属表面因氧化和碳化而腐蚀。由于金软而有延性，触头贴合在一起，从而提供较好接触。

在该实施例的另一方案中，平行条镀铑。铑触头的加入可防止金属表面的腐蚀和碳化。铑还极硬，不会随时间而变形，使开关在使用期内接触良好。

在该实施例的另一方案中，平行条涂上汞液。汞触头的加入可防止金属表面腐蚀与碳化。汞的加入需要有防污染容器，以防汞漏到环境中影响身体健康。

在该实施例的另一方案中，平行条镀银。银的加入可防止下面的金属表面腐蚀。

第三实施例与第一实施例同，但整个开关在真空中隔离。在金属条周围应用真空室可防止这些条氧化，提高开关有效寿命。

第四实施例和前述几个实施例同，但将图3所示那种低ESR开关加到NQR，NMR，电子自旋共振或MRI系统的线圈-电容器电路中。

如图所示，低ESR开关包括一可旋转椭园形截面的金属条35、放置在两个凹形板条40之间，它们有较大互相接触面面积。气动气缸活塞系统，马达，或螺线管形式的作动装置当需要接触时能转动椭园形截面条，以便与板40接触。该操作是在控制计算机指导下进行的。开关接触面积大为电流流过提供大的面积，从而减小电阻。此开关可以增加电路的电容而不会影响电阻，从而提高线圈-电容器系统的Q。

第五实施例与第八实施例同，但其椭园形截面条镀上金属，可防止金属表面腐蚀与碳化。

在第五实施例的一个方案中，椭园形截面的条上镀金。

在第五实施例另一方案中，椭园形截面的条上镀铑。

在第五实施例的另一方案中，椭园形截面的条上镀银。

在第五实施例的还有另一方案中，椭园形截面条涂汞液。汞液密封在容器中。

第六实施例基本上和第五或第四实施例同，但开关密闭在真空室内防止开关腐蚀。

第七实施例与前述诸实施例同，但在NQR，NMR，电子自旋共振或MRI系统的线圈-电容器电路中加入图4所示的那种低ESR开关。

如图所示，低ESR开关包括一个可旋转多极开关，其上有许多径向配置，横向隔开的金属接线片45，它们与一对沿径向安装在外的凹形触头55作滑动连接，该接线片45及触头55相互接触面积大。当需要接触时，以气动气缸活塞系统，马达或螺线管(未示)形成的作动装置转动多极开关。实际上，这种操作是在控制计算机指引下进行的。

开关接触面大为电流通过提供大的表面积，从而减少电阻，此开关可提高电路的电容而不影响电阻，从而提高线圈-电容器系统的Q。

准备接入电路的电容器50位于开关的园桶形区。各电容器系统彼此电绝缘，因此转动开关时只有与凹形触头55接触的接线片45相连的电容器导电。

第八实施例与第七实施例同，但多极开关的金属接线片涂上金属以防开关金属表面腐蚀与碳化。

在第八实施例的一个方案中，多极开关的金属接线片镀金。

在第八实施例的另一方案中，多极开关的金属接线镀铑。

在第八实施例的另一方案中，多极开关的金属接线片镀银。

在第八实施例的另一方案中，多极开关的金属接线片涂汞。汞装在密闭容器中。

第九实施例基本上与第七，八实施例同，但多极开关隔离在真空中以防腐蚀。

显然，本发明范围不限于这里描述的特例，可根据本发明技术的常识作改变和修改，这些仍在本发明范围内。

Claims (17)

1、在核子或电子共振系统的线圈-电容器电路中，加入一低等效串联电阻的开关，该开关包括一对作物理与电接触的元件，它们相互接触面积大，所述元件可在两个接触面分隔一个小间隙的静态位置与两接触面作物理与电接触从而接入线圈-电容器电路中的工作位置之间运动。

2、可选择地加入到核子或电子共振系统的线圈-电容器电路中的低等效串联电阻(ESR)开关，该开关包括一对作物理与电接触的元件，它们互相接触面积大，所述元件可在二接触面隔开一小间隙的静态位置和二接触面作物理和电接触从而接入线圈-电容器电路的工作位置之间运动。

3、权利要求1或2所述的低ESR开关，其包括作动装置，可使所述接触元件在所述静态位置和所述工作位置之间运动。

4、上述权利要求任一项的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件包括一对平行条，而所述ESR开关包括很多绝缘导杆，可引导所述平行条进入所述静态位置与工作位置之间。

5、权利要求1至3任一项所述的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件包括一椭园形截面的导杆，该导杆位于二个凹形平行条之间，所述椭园形截面导杆可转动到所述工作位置，使与所述凹形平行条作物理和电连接，还可转到所述静态位置，以便与所述凹形平行条断开。

6、权利要求1至3任一项所述的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件包括一细长多极开关，该开关有一对径向配置，横向隔开的接线片和一对径向向外安装的凹形触头，该接线片可相对于触头旋转，从而使开关转动到不同角度，使不同对的接线片与在散离的工作位置的所述触头作物理和电接触，还使其在散离的静态位置上在所述接线片与触头之间脱离物理和电接触。

7、上述权利要求任一项的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件镀上一层金属，以防表面的腐蚀与碳化。

8、上述权利要求任一项的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件用铜制造或镀铜。

9、上述权利要求任一项的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件用金制造或镀金。

10、上述权利要求任一项的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件用铑制造或镀铑。

11、上述权利要求任一项的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件用银制造或镀银。

12、上述权利要求任一项的低ESR开关，其特征在于，所述接触元件用汞制造或涂汞且装在容器内以防汞逃逸。

13、上述权利要求任一项的低ESR开关，其特征在于，整个开关装入真空容器内。

14、用于有选择地将低等效串联电阻加入到核子或电子共振系统的线圈-电容器电路中的方法，该方法包括：

使两个大的接触面在该两接触面被小间隙分开的静态位置与该两接触面作物理和电接触的工作位置之间运动，

其特征在于，当接触面处于静态位置时低等效串联电阻与线圈-电容器电路断开，当接触面处于工作位置时低等效串联电阻接入线圈-电容器电路中。

15、在线圈-电容器电路中，所述参照附图的低ESR开关是合适的。

16、所述参照附图的低ESR开关基本上是合适的。

17、所述并参照附图的一种有选择地将低等效串联电阻加入到核子或电子共振系统的线圈-电容器电路的方法是合适的。

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