CN1678926A

CN1678926A - 用于核四极矩共振测量的扫描器以及方法

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Publication number: CN1678926A
Application number: CNA038202115A
Authority: CN
Inventors: 约翰·哈罗德·弗莱克斯曼; 沃里克·保罗·奇泽姆; 彼得·亚拉里克·海斯; 瓦斯里·帝姆费维奇·米哈尔特斯维奇; 塔里斯·尼克莱维奇·鲁德科夫; 克里斯多佛·诺曼·艾特肯
Original assignee: QRSCIENCES TECHNOLOGIES Pty LT
Current assignee: QRSCIENCES TECHNOLOGIES Pty LT
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: EP1527361A4; CN1303435C; US20060012366A1; CA2496966A1; WO2004003592A1; AUPS322802A0; AU2003240310A1; EP1527361A1; IL165991A0

Abstract

NQR扫描器用于检测在一件物品中的一种物质，该物质包含四极核子。一个脉冲发生装置(1)，其产生脉冲序列，脉冲序列用于在一个必要NQR频率下辐照处于一个脉冲磁场中的物品，从而检测物质。一个高功率RF发射放大器(2)，用于放大信号，产生充分的磁场强度，辐照一个扫描空间，物品置于这个扫描空间中用于检测目的，并且如果在物品中存在物质，将在物质中引起一个NQR跃迁至一个可检测的级别。同时描述了一种方法，用于检测在一个物品中存在一种包含四极核子的物质。

Description

用于核四极矩共振测量的扫描器以及方法

发明领域

本发明涉及利用核四极矩共振(NQR)检测规定物质的扫描器及其方法。在利用NQR检测邮件，机场行李和其他包裹中的炸药以及毒品时，本发明具有特殊的，但并不是专有的新颖性。

整篇说明书，除非是上下文所另外需要的，词语“包括”(comprise)或者变形，例如“包括”(comprises)或“包括”(comprising)理解成为是指包含一个规定整数或整数组，但不排除其他任何整数或整数组。

背景技术

以下对背景技术的讨论仅仅是用于帮助理解本发明。值得注意的是，对于任何涉及的内容现在是或以前是在申请优先权日的公有一般知识的一部分这一观点，讨论不是对其确认或承认。

在安全区域的进入点，例如机场，法院等，检测炸药，毒品以及其他违禁品物质时，NQR被认为是用在扫描器中的一种可允许的检测技术。NQR还可以用于扫描机场中的保持折叠的提包。原因是通常在炸药，毒品等中存在一种¹⁴N核子。这种核子共振以响应一个规定的无线电频率(RF)激励。这种现象称为核四极矩共振，利用恰当的传感处理设备能够检测到核子发射的NQR信号。¹⁴NNQR通常出现在0.5～6MHz之间的无线电频率上，于是在那种物质规定的NQR频率下辐照一件物品，物品可能包含一种具有RF能量的¹⁴N核子的违禁品物质，并且检测作为响应的NQR发射信号，从而被动地且远程地指示出在物品中存在违禁品物质。

在先技术中，潜在地具有多种不同的组合以获取一台NQR扫描器，然而，组成一台实用的大空间扫描器所需要的部件应该精心挑选，以便令其在商业应用中顺利地发挥作用。本文中的大空间是指数量级是0.1m³的空间，包裹以及行李能够置于其中，并且此处的空间与试管大小数量级的空间形成对比，试管大小数量级的空间先前用于涉及NQR现象的大量进行的初步实验以及科学工作。

依据本发明，公开了NQR扫描器的多个关键特性，这些特性对制作成功的商用设备是非常必要的。这些特性包括：

线圈和屏蔽：

对于NQR扫描，使用的线圈应该能够在整个扫描空间上产生一个合理均匀磁场。由于需要扫描的空间很大，所以要想获得这种效果是很困难的。如果磁场在它的空间中的任何点上是微弱的，那么关系物质在线圈部分上将不受激励，因此将不会检测到物质。

一个进一步的要求是线圈必须具有高Q，以便检测来自于处在大空间中的NQR样本的典型小信号。

另外的要求是电场的大小应受限制且被包含，以至于其可以完全干扰关系扫描物品最小的可能范围。

螺旋线圈不用于大空间中，首先因为它们不能在一个特殊的空间上产生一个合理均匀的磁场。其次，螺旋线圈的电感值非常大，这意味着它们在高NQR频率下难于共振。第三，由于它们不能包含譬如螺线管产生的磁场，而浪费磁场辐照不可利用的空间。

通过使用两个线圈以及将扫描物品从两个线圈之间穿过的方式，可以改进螺旋线圈的使用。然而，电感仍然很大，线圈难于调谐。而且，螺旋线圈的Q也会很低，这将限制检测灵敏度。

由于螺线管线圈的电感值也是非常大的，则不能使用螺线管线圈，这也表明这些线圈难于在NQR频率的较高端调谐。而且由于匝数很大，螺线管线圈也在Q上受限制。有可能的是使用一组线圈扫描一件物品，此时扫描物品从两组线圈之间穿过，然而，这种系统产生两个问题：(i)一个非均匀磁场，和(ii)单个的线圈连接在一起共同降低它们的Q和灵敏度。

对于一个实用的NQR系统，屏蔽设计成其完全围住线圈，而留出至少一个开口以便扫描物品进入扫描空间。屏蔽还可以设计成阻止外部干扰进入扫描空间，并且阻止电磁(EM)辐射从线圈空间中泄漏。这种要求是出于电磁辐射对职业健康以及安全需求考虑的。

传送带：

一个NQR系统需要某种方式将扫描物品传送到扫描空间中，譬如一条传送带，其也能够自动地将扫描物品传送到邻近线圈中心的一处位置。传送带需要能够自动停止扫描物品以至于将其扫描。理想地，移动包裹进出的时间应该小于2秒钟。X光机场行李扫描器的传送带速度太慢且不能在扫描空间中停止，除非由操作员将其打断。

调谐：

一旦包裹处于扫描空间中，需要一个调谐序列。这个调谐序列确定是否进入扫描空间中的扫描物品的引入已经改变了装置的共振频率。为了再次调谐装置，需要触发开关而将电容器接入电路或将其从电路中断开。可变电容不能用于此目的，因为它们在实施中是巨大且缓慢的。

Q开关：

一个Q开关，正如同其名字所指出的，在NQR扫描器运转期间的某个点上改变Q。在一个高Q状态典型地测量信号时，需要消除在一个发射脉冲之后出现在一个线圈上的减幅振荡。为了获得这种效果，可以在发射脉冲完成之后就将Q转换成一个较低值，从而将振荡时间降低到一个较小值，允许测量NQR信号。

用于Q转换的不同方法包括简单的电阻Q阻尼，倒相阻尼，电容性或电感性阻尼以及变压器感应阻尼。所有的这些方法在消除线圈的减幅振荡时具有一些优点。

激励：

为了检测一种NQR物质，需要一个RF能量源在关系NQR频率下产生一个信号。一台程控设备从RF源中提取信号并将其转变成一个脉冲序列，然后将脉冲序列发送到线圈以在一个脉冲磁场中辐照扫描物品。这个程控设备有能力产生任何宽度和任何相位的脉冲。

测量：

检测以及放大信号，开始测量过程，然后将接收信号从线圈发送到一个混频器。混频器将信号转变成一个正交信号允许信噪比(SNR)以提高。两个正交信号发送到一个模拟-数字转换器(ADC)中。此时信号在每个脉冲之后被平均直到脉冲序列完成。在平均过程完成之后，结果发送到一台计算机中通过滤波，快速的傅立叶变换以及交叉相关的方法作进一步处理，将信号的相位以及振幅分离。测量的振幅和/或相位与一个已知的范围或者与一个临界值作比较，过程结束。

检测：

如果一个或多个测量信号的参数落入一个测量范围或超出一个临界值，那么将通过一个音响报警或可视显示警告操作员。

然而使用上述信息，理论上关于如何获取一台NQR扫描器的多种方法是已知的，这是发明人根据大量经验试验以及测试的结果，也是理论原则的应用，即详细叙述了制成一台强健的商业上实施的实用扫描器部件的精心挑选。

发明内容

本发明的一个目标是提供用于检测违禁物质存在的实用NQR扫描器以及扫描和检测的方法。

根据本发明的第一个方面，NQR扫描器用于检测在一个物品中的一种物质，该物质包含四极核子，其中包括：

一个脉冲发生装置，其产生脉冲序列，该脉冲序列用于在一个必要NQR频率下辐照在一个脉冲磁场中的物品，以便检测一种物质；

一个高功率RF发射放大器，用于放大所述的脉冲序列以产生充分的磁场强度辐照一个扫描空间，物品置于这个扫描空间中用于检测目的，并且如果在物品中存在物质，将在物质中引起一个NQR跃迁至一个可检测的级别；

一个高Q可调谐的线圈，用于在整个扫描空间上产生一个合理均匀的磁场，线圈和用于改变共振频率的一个可调谐电路连接；

一个功率匹配部件，确保基本上在NQR扫描器操作的每个频率下，从所述的发射放大器至所述线圈的最佳功率传输；

一个电磁屏蔽，完全包围线圈，留出一个开口允许物品穿入扫描空间以便检测，所述的电磁屏蔽适用阻止外部干扰进入扫描空间，且阻止电磁辐射从线圈以及扫描空间中泄漏；

一个调谐子系统，用于确定是否进入扫描空间中的扫描物品的引入已经改变了物质扫描的共振频率，并且再次调谐扫描器到必要的共振频率；

一个低等效串联电阻(ESR)开关，用于将一个大电容接入到可调谐电路中或从中断开，以便在低共振频率和高共振频率之间转换，同时，保持一个低等效串联电阻从而在低共振频率的电路中维持一个高Q；

一个接收系统，其在脉冲序列的每个发射脉冲的一个延迟后，用于放大来自线圈的一个接收信号，脉冲序列致使物品辐照并且加工所述接收信号从而提高SNR；

处理装置，处理已经加工过的信号，将它的相位以及振幅分离，并且实现合适地控制脉冲发生装置；

一个隔离装置，将线圈从接收系统隔离；

比较器，将接收信号的测量相位和振幅与一个已知范围或规定的临界值作比较；且

检测装置，用于检测是否测量信号与一个NQR信号一致，NQR信号由受检测物质的核子发射，如果存在，则发布一个警报通知扫描器的操作员已经检测到物质。

优先地，接收系统包括：

(i)放大装置，用于放大接收信号；

(ii)一个混频器，用于混频并且增强接收信号以提高SNR；

(iii)一个模拟-数字转换器，用于将增强的信号数字化且在每个发射脉冲之后平均信号直到脉冲序列完成，以便进行随后的数字处理；和

(iv)一个累积器或数字信号处理器，用于在脉冲序列上累积数字化且平均的信号。

优先地，所述处理装置包括一台计算机，通过滤波，进行快速的傅立叶变换以及交叉相关的技术处理累积的信号，分离累积信号的相位以及振幅。

优先地，放大装置是一个小信号放大器。

可选择地，放大装置优先地包括一个冷阻尼放大器，其由一个匹配系统和用于放大低频率接收信号的放大器以及放大高频率接收信号的一个高阻抗放大器组成。

优先地，线圈是一个多环路线圈。

可选择地，线圈可以是一个薄层单匝线圈。

优先地，扫描器包括一个电场屏蔽，其限定线圈的内部处于扫描空间中，从而限制并且包含由线圈产生的电场，以至于其干涉扫描物品的最小可能范围。

优先地，所述扫描器包括一个温度探头用于测量温度，且所述处理装置根据检测物质的温度计算对脉冲序列共振频率的必要调整，而且控制脉冲发生装置在调整过的共振频率下产生脉冲序列。

优先地，所述扫描器包括一个Q开关，在将脉冲序列的一个脉冲发射后，直接将线圈电路的Q因数降低到一个最小值，然后将电路的Q恢复到一个高等级，用于传感以及测量接收信号。

优先地，所述扫描器包括一条传送带，其可控制地自动地传送一个扫描物品至接近线圈中心的一个位置，且自动地在这个位置使物品停止以便将其扫描。

优先地，所述扫描器包括一个第二外屏蔽，其提供额外的保护以阻止外部的干扰进入扫描空间。

优先地，所述脉冲发生装置受控制产生脉冲序列，脉冲序列抵制磁声减幅振荡以及温度感应强度异常效应。

优先地，所述扫描器包括RF掩蔽物，其阻止RF干扰泄漏并且阻止RF噪声进入扫描空间。

优先地，所述RF掩蔽物包括橡胶背衬的铜质掩蔽物。

可选择地，所述扫描器包括门，其阻止RF干扰泄漏并且阻止RF噪声进入扫描空间。

优先地，所述扫描器包括一个调谐探头，其部分置于线圈和屏蔽之间，用于在扫描一个物品前，将线圈调谐到用于检测的必要频率，物品在线圈的扫描空间中。

优先地，所述扫描器包括一个光学电子篱笆系统，用于传感一个进入扫描器被扫描物品的存在，控制物品运输到扫描空间以便扫描，以及控制扫描之后物品随后从那里卸载。

优先地，所述扫描器包括一个遥控吊舱，用于通知扫描器的操作员系统的状态，而不需要查看一个监视器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种方法用于检测在一个物品中存在一种物质，该物质包含四极核子，其中包括：

运送一个物品到一个扫描空间中；

确定是否进入扫描空间中的物品的引入已经改变了用于检测在一个物品中的一种规定物质的共振频率，该物质包含四极核子；

再次调谐一个高Q可调谐的线圈到一个必要的调谐频率，物品在扫描空间中；

受控制地产生一个脉冲序列，如果在物品中存在物质，则激励物质中的NQR；

放大所述脉冲序列，从可调谐的线圈产生充分的磁场强度以辐照扫描空间用于检测目的，且如果在物品中存在物质，则在物质中促使一个NQR跃迁到一个可检测的等级；

功率匹配确保从放大的脉冲序列到处于必要的共振频率下的可调谐线圈的最佳功率传输；

使用一个在必要共振频率下的脉冲磁场，合理且均匀地辐照整个扫描空间，共振频率是由放大的脉冲序列应用到可调谐的线圈上而产生的；

屏蔽可调谐的线圈和扫描空间以便阻止外部干扰进入扫描空间，并且阻止电磁辐射从线圈以及扫描空间中泄漏；

在高低共振频率之间转换脉冲磁场，以适用于激励在物品中的一种物质中的NQR，在这种转换期间对可调谐线圈保持一个低等效串联电阻；

在脉冲序列的每个发射脉冲的一个延迟之后，将源于线圈的一个接收信号放大，脉冲序列引起物品辐照并且加工所述接收信号，从而提高SNR；

将可调谐的线圈从接收信号的放大中隔离；

处理已经加工过的信号用以分离它的相位以及振幅；

将接收信号的测量相位以及振幅与一个已知的范围或规定的临界值相比较；且

检测是否测量信号与一个NQR信号一致，NQR信号由受检测物质的核子发射，如果存在，则发布一个警报通知扫描器的操作员，已经检测到物质。

优先地，所述加工涉及将接收信号与一个参考信号混频，并且正交增强混频信号。

优先地，方法包括在每个发射脉冲之后，数字化且平均增强的信号直到脉冲序列完成。

优先地，方法包括在脉冲序列上累积或数字处理数字化的平均信号。

优先地，方法包括分别匹配且放大低和高频率接收信号。

优先地，方法包括通过滤波，执行快速的傅立叶变换以及交叉相关的技术来处理累积的信号，以便分离累积信号的相位以及振幅。

优先地，方法包括电场将在扫描空间中的线圈内部屏蔽，以限制且包含由线圈产生的电场，以至于其干扰扫描物品的最小可能范围。

优先地，方法包括测量温度并且根据检测物质的温度计算对脉冲序列共振频率的必要调整，并且控制在调整过的共振频率下脉冲序列的产生。

优先地，方法包括在脉冲序列的一个脉冲发射之后，直接将线圈电路的Q因数降低到一个最小值，然后将电路的Q再次恢复到一个高等级，用于传感以及测量接收信号。

优先地，方法包括自动地传送扫描物品至接近线圈中心的一个位置，线圈在扫描空间中，且自动地在这个位置使物品停止以对其扫描。

优先地，方法包括进一步屏蔽，提供额外的保护以阻止外部的干扰进入扫描空间中。

优先地，方法包括控制脉冲序列的产生，以抵制磁声减幅振荡和温度感应强度异常效应。

优先地，方法包括阻止RF干扰的泄漏并且阻止RF噪声进入扫描空间，通过开口物品可以进出扫描空间。

附图说明

图1是一幅方块图，显示了依据第一个实施例的一个实用NQR扫描器的组件。

图2是一幅方块图，显示了依据第三个实施例的一个实用NQR扫描器的组件。

图3是一幅方块图，显示了依据第四个实施例的一个实用NQR扫描器的组件。

图4是一幅方块图，显示了依据第五个实施例的一个实用NQR扫描器的组件。

图5是一幅方块图，显示了依据第六个实施例的一个实用NQR扫描器的组件。

图6是一幅方块图，显示了依据第十个实施例的一个实用NQR扫描器的组件。

图7是一幅方块图，显示了依据第十一个实施例的一个实用NQR扫描器的组件。

图8显示了一个实用的NQR扫描器。

图9显示了连接到一个NQR扫描器上的电磁屏蔽门。

具体实施方式

描述实现本发明的最佳方式将参照如图所示NQR扫描器的十三个特殊的实施例。在接下来的每个实施例中，所述特殊元件的特定组合确保能够构造检测违禁品物质的一台实用NQR扫描器。经过大量的实验，这些NQR扫描器的实施例已经取得成功。

最佳方式的第一个实施例针对一台NQR扫描器，且包括如下所述的特殊元件。

参见图1，其是整个NQR系统的一幅方块图。

一个脉冲发生装置，形式是一个脉冲发生控制器(PGC)1，其在关系频率下产生一个脉动信号，并将信号转变成为一个脉冲序列，脉冲序列适用于辐照一件物品，物品处于一个具有RF能量的线圈5中，而且适用于检测NQR信号，NQR信号在一种物质中受激励，该物质在物品中。在PGC1中，一台直接式数字合成器(DDS)产生接近关系NQR频率的一条正弦波，其频率特别地在0.5～6MHz之间。这个信号由其余的PGC1选通，产生信号脉冲，信号脉冲大约是几百微秒长并且它们之间分别间隔一个相似的量。DDS也可以配置成改变相位，以至于获得需要相位改变的脉冲序列。信号从PGC1发射出时是很小的，将其放大以便在线圈5内产生足够的磁场，令NQR跃迁。为了达到这个目的，使用一个大功率放大器2将信号放大到kW级。

接下来，信号穿过一个功率匹配元件3，该元件确保在每个频率下从大功率放大器2到线圈的最佳功率传输，NQR扫描器在这些频率下工作。为了确保功率放大器完成发射信号之后任何残余的信号不进入线圈和接收系统，使用一个二极管隔离装置4将两部分隔离。这个二极管隔离装置4将阻止在一个确定级别以下的任何信号进入线圈。

在横穿二极管隔离装置4之后，信号进入线圈5，线圈与一个或多个固定电容器6并联，形成一个线圈电容电路。固定电容器6固定线圈的共振频率，共振频率检测具有四极核子的一种特殊物质。传递到线圈5的脉冲信号产生一个大约1～2高斯的振动磁场。然而，完成此操作之前，将一件物品(没有显示)移动到线圈中并且物品在线圈中心附近停止，等待扫描。将物品譬如一个提包移动到线圈中后，提包可以改变系统的共振频率以至于线圈电容电路不在指定的NQR频率下共振。这是由于提包可能装有金属物品或其他材料，其改变了线圈电感以及电容。为了解决这个问题，通过向共振电路增加电容器9或者从共振电路中去除电容器9的方式，再次调谐线圈。这种增加或减少可以通过转换继电器获得。

一个附加的调谐开关是一个低等效串联电阻(ESR)开关8，其能够转换到一个大电容7的电路中，要求电容电路将共振频率转变成一个高或低频率以及从一个高或低频率转变成共振频率。使用这个ESR开关8，将避免增加一个大等效串联电阻，因此将在低频率的电路中保持高Q。

调谐完成之后，高功率信号从二极管隔离装置4发送到线圈5。如前说明书中所述，螺旋多匝螺线管以及大部分其他的线圈不适合用于一个实用的NQR扫描器。这对实际的NQR扫描留下了几个选择。一个选择是使用一个多环路线圈，其由并联的多个环路组成(图12)。这种设计具有以下的期望的特性：

(a)合理均匀的磁场。

(b)高Q。

(c)电场可以限制在一个小空间中，小空间的大部分从样本隔离。

多数其他线圈的设计在一个或多个特性方面是不足的，它们不适合用作一个大空间扫描器。

电磁屏蔽(图8中的55)要求由金属片制成，并且要求间隔离线圈足够远以至于它基本上不会降低线圈的Q。屏蔽距离线圈越近，电阻增加的越大并且电感损失的越大，导致降低Q。移动屏蔽使其足够远离线圈，Q限制为一个最大值。存在屏蔽可以移动远离线圈多远的限制，因此，线圈与屏蔽之间的合理间隔在线圈尺寸方向上应该是线圈尺寸的一半。线圈和波导管之间的间距大约是线圈长度的一半。任何小于这个距离的间隔基本上都会降低系统的Q。只要能够消除外部噪声的发生，波导管可以制成任何长度。波导管的最佳长度应当与NQR频率的线圈长度相同。

在一个规定的延迟时间之后，运行接收系统，开始进入测量过程，延迟时间的计算是从发射脉冲序列到线圈以便使用如前所述的一个振动磁场辐照空间开始。本质上，测量过程涉及将接收信号从线圈发送到接收系统，接收系统包括一个放大部件，放大部件包括一个小的信号放大器10和一个混频器11。放大之后，信号与一个来源于PGC1的参考信号在混频器混频，形成了一个正交信号14，15。由于混频处理，混频信号处在kHz范围，而原始信号由处在MHz范围的信号组成。两条信道发送到ADC12，通过定期取样转换成数字信号。此时信号在每个脉冲之后被平均直到完成脉冲序列。平均处理完成之后，将发送到计算机13中的结果滤波并且进行快速的傅立叶变换，分离信号的相位以及振幅。测量的振幅和/或相位与已知的范围或极限值作比较，处理过程结束。

如果一个或多个测量信号的参数落入测量范围或者超过极限值，可听警报或者可视显示部件16向操作员发送警报。

除了线圈5是单匝薄层线圈(图10)之外，第二个实施例基本上与第一个实施例相同。单匝薄层线圈具有高Q，以及基本上均匀的磁场和电场，电场限制在一个小的区域内而远离与多环路线圈相似的线圈。

除了通过两个不同的放大器将从线圈发射的小反馈信号放大之外，第三个实施例(图2)基本上与第一个或第二个实施例相同。第一放大器用于放大低频NQR信号，这个放大器包括由隔离装置17，匹配段18以及放大器19组成的冷阻尼放大器。第二放大器用于放大高频NQR信号，该放大器由高阻抗放大器10组成。匹配段保证了信号的最大转换效率。这两个不同的放大器在每个不同频率范围上的应用显示了它们在其他放大技术上具有较高的质量。开关20和21选择信号前进的路径。

除了增加一个或多个温度探头22之外，第四个实施例(图3)基本上与第一个至第三个实施例相同，加入探头的目的是提供较以前的方法相比快速的扫描时间以及更精确的结果。与第一个实施例不同，在这个实施例中，根据以下的方法，产生传输到线圈中的一个脉冲序列。首先，一个或多个探头22感应周围的温度。通过查询计算机13存储器中的转换表或者计算相应温度频率的方式，温度转换成被扫描的每种物质的频率。将来自一个RF源并且接近计算频率的信号发送到PGC1。PGC1已经在其存储器中储存了每种物质的脉冲序列，由此脉冲序列脉冲中的振动波在计算频率下从PGC1发射出去。

在本实施例的变形中，可代替地或者另外，温度探头测量周围温度，温度探头测量外部区域的温度，测量扫描物品的外部温度以及扫描物品的内部温度。利用每个测量温度的另外的或可选择的温度能够取得预期效果。

除了在系统中增加Q开关23之外，第五个实施例(图4)基本上与第一个至第四个实施例相同。通常在发射脉冲应用于线圈5之后，线圈5进行几毫秒的减幅振荡，这限制了其作为检测线圈的有效性并且降低了它的灵敏度。为了解决这个问题，增加Q开关23以便在一个脉冲发射之后直接将线圈电路的Q因数降低到最小值，接下来将线圈的Q恢复到高等级以传感且测量接收信号。这样保证能够减少线圈的减幅振荡，允许测量探测循环能够与以前的方法相比，尽可能早地开始进行以获取灵敏度。

已经发现，将减幅振荡降至最短的最佳方法是加入两个与线圈并联的三端双向可控硅开关元件，确保测量比在不同的Q开关下所使用的其他可能的方式开始的还早。

除了在NQR扫描器加入高速传送带系统(图8中的52)之外，第六个实施例(图5)基本上与第一个至第五个实施例相同，增加这个系统的目的是节省将提包等传送到扫描系统的时间。X光设备的典型传送带速度大约是20cm/s。然而，对于紧急的NQR测量这在时间上并不是足够快。传送带的速度在0.5m/s左右时，能够确保包括迅速移动到扫描区域，这样不会太快而使传输的物品造成危险或者对其造成损害。

传送带系统包括传送带控制器25，自动地将扫描的物品沿着传送带26运输到邻近线圈5中心的位置，且自动地在这个位置上停止物品以将其充分扫描。提供紧急停止器27，在紧急情况下允许其代替控制器25使用。

除了增加额外的外部屏蔽(没有显示)，第七个实施例基本上与第一个至第六个实施例相同，增加这个屏蔽的目的是提供额外的保护防止外部干扰进入扫描空间。广播站在城市区域具有特别地大功率发射能力，证实其渗漏到接收系统中。与内屏蔽间隔2mm的额外的外部屏蔽能够充分地解决这个问题。

除了脉冲序列以外，第八个实施例基本上与第一个至第七个实施例相同，脉冲序列用于防止源于扫描样本的磁声减幅振荡以及防止由NQR温度异常效应造成的温度影响。几乎所有的扫描物品显示了磁声减幅振荡的某种程度，这是由于扫描物品上的金属含量所致。因此，实用的扫描器仅仅需要利用磁声脉冲序列来解决这个问题。当在不同的偏置上从共振频率接收的信号强度以一个循环的方式减少时，出现温度异常效应。然而一些脉冲序列不顾偏置，从共振频率产生一个恒定的强度，这样可以克服这种效应。对于一个实用的NQR扫描器，很有必要使用一个脉冲序列以克服磁声减幅振荡以及温度感应强度异常效应。

除了橡胶背衬的铜质掩蔽物(图8中的53，54)以外，第九个实施例基本上与第一个至第八个实施例相同，掩蔽物能够使内部空间不受外部无线电干扰的影响，有助于阻止高频率放射线从NQR系统泄漏。通常，波导管能够在某一频率之下阻塞频率，然而在某个频率之上，波导管对于某些频率是完全透明的，其意味着这些频率可以由接收系统感应，相反地，也可以被NQR扫描器辐射到周围环境中。设法透射到接收系统的频率能够与其他高频率混合，以导致在关系频率下产生噪声。从NQR扫描器泄漏的频率由于是高电磁频率，可能造成职业，健康以及安全的影响。为了防止任一情况发生，掩蔽物连接到波导管的任一末端。掩蔽物中的铜在任一方向吸收任何辐射，防止干扰以及装置辐射的发生。当提包直接“停留”在屏蔽下方时，为了保证掩蔽物正确地行使其功能，可以使用多个掩蔽物，将一个或多个掩蔽物装置沿着波导管(图8)伸展放置。

在本实施例的变形中，可开启以及关闭的门是由金属合适地排列成行而代替掩蔽物，阻止RF电磁干扰以及噪声的辐射或进入。

除了在NQR扫描器中增加调谐探头28以外，第十个实施例(图6)基本上与第一个至第九个实施例相同。这个调谐探头是一个直径大约是30mm的铜线小圆片，其直接放置在线圈一个末端的下方，处于线圈以及屏蔽之间半距离位置。为了调谐线圈，将一个小信号发送到这个线圈中，并且线圈的调谐电容器9跨越它们的值的最大范围。在每个调谐电容值的线圈上的电压发送到ADC/DSP12中，其中它被数字化以及被处理以产生对抗电容值阵列的一个强度，最大值指出了使用的最佳调谐电容值。这个电容值用于扫描提包中的特殊物质，提包处于线圈中。

除了使用光学电子篱笆29外，第十一个实施例基本上与第一个至第十个实施例相同，光学电子篱笆用于感应物品的存在，譬如提包。NQR系统要求提包在扫描中心停止以便进行扫描。由于有充足的时间进行扫描(10秒的数量级)，当扫描发生时，使提包以任意的速度移动并不是可行的。由于抵抗磁声减幅振荡的脉冲序列不能如同提包静止时那样起作用，所以移动提包仍是不可行的。当机器开始运转时，传送带开始运行。当提包打断了光学电子篱笆的视线时，光学电子篱笆29(图8中的50)检测到提包。这个信号通知计算机存在一个正等待扫描提包。提包被运送到线圈中心附近进行扫描。将提包扫描之后，又运送到线圈的末端，在那里提包打断了第二光学电子篱笆的另外一条视线。这一切发生过后，发送信号通知计算机包裹已经退出系统。

除了增加远程操作吊舱(ROP)30以外，第十二个实施例(图7)基本上与第一个至第十一个实施例相同。ROP30用于通知机器操作员系统的状态，而不需要盯着监视器，如同机器用安装计算机的支架装配，但是没有监视器。ROP30有一台显示器，用于显示扫描的哪种炸药以及显示扫描结果。显示器能显示红色，绿色或者琥珀色，指出检测成功，提包中没有炸药或者一个中间结果。显示器可以通知操作员此时其正在处理扫描，当包裹之间的间隔太近时显示器还能给出一个指示，并且显示器可以通知操作员是否它正处于手动或者自动模式以及能够使操作员不使用计算机控制传送带，这在机器运行的繁忙阶段是很有用的。

第十三个实施例基本上与第一个至第十二个实施例相同，除了波导管要么由门所代替要么门加入到系统中，门特别地处于屏蔽主要部分以及波导管之间。在这个实施例中，由于掩蔽物是部分多余的，可以将其除去。图9显示了带有门30的NQR系统的一幅侧视图，门连接在屏蔽32的主要部分和波导管31之间。

当使用门而不使用波导管，可以缩短整个机器，允许机器适合紧密的空间，然而其他的设备譬如X光设备则不能。当门30(如图9所示)打开时，提包移动到一个位置，然后门30关闭。这会阻止RF信号从机器泄漏且阻止RF噪声进入扫描空间。一旦扫描过程结束，门30打开，提包随意向前移动，退出机器。

值得注意的是，本实施例的范围不限于在这里描述的独特的实施例，可以对元件进行较小的改造或者改变而不偏离本发明的实质，仍保持在它的范围之内。

Claims

1、一台NQR扫描器，其用于检测在一个物品中存在一种包含四极核子的物质，其中包括：

一个脉冲发生装置，其产生脉冲序列，该脉冲序列用于在一个必要NQR频率下辐照在一个脉冲磁场中的物品，以便检测这种物质；

处理装置，处理已经加工过的信号，将它的相位以及振幅分离，并且控制脉冲发生装置；

一个隔离装置，将线圈从接收系统隔离；

2、如权利要求1所述的一台NQR扫描器，其中接收系统包括：

(i)放大装置，用于放大接收信号；

(ii)一个混频器，用于混频并且增强接收信号以提高SNR；

3、如权利要求2所述的一台NQR扫描器，其中所述放大装置包括一个小信号放大器。

4、如权利要求2所述的一台NQR扫描器，其中所述放大装置包括一个冷阻尼放大器，其由一个匹配系统和用于放大低频率接收信号的放大器以及放大高频率接收信号的一个高阻抗放大器组成。

5、如权利要求2至4任意一项中所述的一台NQR扫描器，其中所述处理装置包括一台计算机，通过滤波，进行快速的傅立叶变换以及交叉相关的技术处理累积的信号，分离累积信号的相位以及振幅。

6、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，其中线圈是一个多环路线圈。

7、如权利要求1至5任意一项中所述的一台NQR扫描器，其中线圈是一个薄层单匝线圈。

8、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，其中扫描器包括一个电场屏蔽，其限定线圈的内部处于扫描空间中，从而限制并且包含由线圈产生的电场，以至于其干涉扫描物品的最小可能范围。

9、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，包括一个温度探头用于测量温度，且所述处理装置根据检测物质的温度计算对脉冲序列共振频率的必要调整，而且控制脉冲发生装置在调整过的共振频率下产生脉冲序列。

10、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，包括一个Q开关，在将脉冲序列的一个脉冲发射后，直接将线圈电路的Q因数降低到一个最小值，然后将电路的Q恢复到一个高等级，用于传感以及测量接收信号。

11、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，包括一条传送带，其可控制地自动地传送一个扫描物品至接近线圈中心的一个位置，且自动地在这个位置使物品停止以便将其扫描。

12、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，包括一个第二外屏蔽，其提供额外的保护以阻止外部的干扰进入扫描空间。

13、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，其中所述脉冲发生装置受控制产生脉冲序列，脉冲序列抵制磁声减幅振荡以及温度感应强度异常效应。

14、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，包括RF掩蔽物，其阻止RF干扰泄漏并且阻止RF噪声进入扫描空间。

15、如权利要求14所述的一台NQR扫描器，其中所述RF掩蔽物包括橡胶背衬的铜质掩蔽物。

16、如权利要求1至11任意一项中所述的一台NQR扫描器，包括门通道，其阻止RF干扰泄漏并且阻止RF噪声进入扫描空间。

17、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，包括一个调谐探头，其部分置于线圈和屏蔽之间，用于在扫描一个物品前，将线圈调谐到用于检测的必要频率，物品在线圈的扫描空间中。

18、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，包括一个光学电子篱笆系统，用于传感一个进入扫描器被扫描物品的存在，控制物品运输到扫描空间以便扫描，以及控制扫描之后物品随后从那里卸载。

19、如前所述任意一项权利要求中的一台NQR扫描器，包括一个遥控吊舱，用于通知扫描器的操作员系统的状态，而不需要查看一个监视器。

20、一种方法，用于检测在一个物品中存在一种包含四极核子的物质，其中包括：

运送一个物品到一个扫描空间中；

将可调谐的线圈从接收信号的放大中隔离；

处理已经加工过的信号用以分离它的相位以及振幅；

21、如权利要求20所述的一种方法，其中所述加工涉及将接收信号与一个参考信号混频，并且正交增强混频信号。

22、如权利要求21所述的一种方法，包括在每个发射脉冲之后，数字化且平均增强的信号直到脉冲序列完成。

23、如权利要求22所述的一种方法，包括在脉冲序列上累积或数字处理数字化的平均信号。

24、如权利要求20至23任意一项所述的一种方法，包括分别匹配且放大低和高频率接收信号。

25、如权利要求23或者从属于权利要求23的权利要求24所述的一种方法，包括通过滤波，执行快速的傅立叶变换以及交叉相关的技术来处理累积的信号，以便分离累积信号的相位以及振幅。

26、如权利要求20至25任意一项中所述的一种方法，包括电场将在扫描空间中的线圈内部屏蔽，以限制且包含由线圈产生的电场，以至于其干扰扫描物品的最小可能范围。

27、如权利要求20至26任意一项中所述的一种方法，包括测量温度并且根据检测物质的温度计算对脉冲序列共振频率的必要调整，并且控制在调整过的共振频率下脉冲序列的产生。

28、如权利要求20至27任意一项中所述的一种方法，包括在脉冲序列的一个脉冲发射之后，直接将线圈电路的Q因数降低到一个最小值，然后将电路的Q再次恢复到一个高等级，用于传感以及测量接收信号。

29、如权利要求20至28任意一项中所述的一种方法，包括自动地传送扫描物品至接近线圈中心的一个位置，线圈在扫描空间中，且自动地在这个位置使物品停止以对其扫描。

30、如权利要求20至29任意一项中所述的一种方法，包括进一步屏蔽，提供额外的保护以阻止外部的干扰进入扫描空间中。

31、如权利要求20至30任意一项中所述的一种方法，包括控制脉冲序列的产生，以抵制磁声减幅振荡和温度感应强度异常效应。

32、如权利要求20至31任意一项中所述的一种方法，包括阻止RF干扰的泄漏并且阻止RF噪声进入扫描空间，通过开口物品可以进出扫描空间。

33、一台NQR扫描器，其用于检测在一个物品中存在一种包含四极核子的物质，在这里对扫描器的充分描述应适当地参照附随的附图。

34、一种方法，用于检测在一个物品中存在一种包含四极核子的物质，在这里对该方法的充分描述应适当地参照附随的附图。