DE69519236T2

DE69519236T2 - Kontrolle mittels kernquadrupolresonanz

Info

Publication number: DE69519236T2
Application number: DE69519236T
Authority: DE
Inventors: Martin Blanz; David Rowe; Alec Smith
Original assignee: BTG International Ltd
Current assignee: QRSciences Pty Ltd
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: CA2201160A1; GB2293885B; GB2293885A; JP2007279065A; EP0788608A1; US6091240A; JP3828573B2; JP2005345482A; DE69519236D1; IL115469A; IL115469A0; JPH10506469A; WO1996010193A1; EP0788608B1; US6222364B1; GB9519926D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfähren zum Konfigurieren eines Gerätes zum Feststellen des Vorhandenseins einer eine bestimmte Art eines Quadrupolkernes enthaltenden Substanz wie z. B. von Explosivstoffen oder Betäubungsmitteln und auf die Verwendung einer gepulsten Anregung beim mehreren verschiedenen Frequenzen, um eine inhomogene Verteilung der Temperatur oder des Druckes innerhalb solch einer Substanz zu kompensieren.
Als ein Beispiel wird die Erfindung für den Nachweis im Bereich von ¹&sup4;N-Quadrupolresonanzsignalen vom Explosivstoff RDX verwendet, der in Paketen oder im Gepäck oder an einer Person versteckt oder in explosiven Vorrichtungen eingesetzt ist. Als weiteres Beispiel wird sie für den Nachweis versteckter Drogen beispielsweise an Flughäfen verwendet. Typische Explosivstoffe könnten RDX, HMX, PETN und TNT sein, wohingegen typische Drogen Kokain oder Heroin sein können.
Messungen mittels Kernquadrupolresonanz (NQR) haben den Vorteil, daß die Probe nicht in einem starken Magnetfeld angeordnet werden muß, und sie daher nicht die großen, teuren und Proben begrenzenden Magnetanordnungen benötigen, die für Messungen mittels magnetischer Kernresonanz benötigt werden.
Quadrupolkerne haben eine Kernspin-Quantenzahl I, die gleich oder größer als Eins (I ≥ 1) ist. Falls sie halbzahlig sind, erzeugt die Quadrupolwechselwirkung (in einem Magnetfeld Null) zwei doppelt entartete Niveaus für den Fall I = 3/2 und einen erlaubten Übergang (1/2 → 3/2), drei doppelt entartete Niveaus für I = 5/2 und zwei stark erlaubte Übergänge (1/2 → 3/2, 3/2 → 5/2) und einen schwach erlaubten (1/2 → 5/2) Übergang usw. Bei Kernen mit ganzzahligem Spin, von denen der wichtigste ¹&sup4;N mit I = 1 ist, gibt es gewöhnlich drei Niveaus und drei Übergangsfrequenzen, die bei Kernen in axialsymmetrischen Umgebungen zusammenfallen. All diese Übergänge haben eine oder mehrere charakteristische Frequenzen, die verwendet werden können, um die zu untersuchende Substanz zu identifizieren. Diese Frequenzen hängen nicht vom Vorhandensein anderer Substanzen ab, vorausgesetzt sie haben keine Übergänge im gleichen Frequenzbereich.
Antwortsignale der magnetischen Kernresonanz werden herkömmlicherweise mittels gepulster Hochfrequenzstrahlung (HF) mit der richtigen Anregungsfrequenz (v&sub0;) festgestellt, um den ausgewählten Übergang (bei der Resonanzfrequenz vQ) anzuregen; ein Puls mit voreingestellter Breite t, einer HF-Feldamplitude B&sub1; und einem Umklappwinkel erzeugt unmittelbar nach dem Puls ein abklingendes Signal, das als Abfall der induzierten Magnetisierung (f.i.d.) bekannt ist.
Ein Gerät, das imstande ist, NQR-Antwortsignale festzustellen, ist in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 92/17794 im Namen von British Technology Group Ltd. offenbart.
In diesem Dokument wird berichtet, daß Umgebungsschwankungen (insbesondere Temperaturschwankungen) zwischen einem Ort und einem anderen Eigenschaften wie z. B. die Resonanzfrequenz der speziellen relevanten NQR-Substanz und die Testergebnisse beeinflussen können. Techniken, um mit derartigen Einflüssen zurechtzukommen, sind im gleichen Dokument offenbart.
Nun stieß man auf Probleme, die mit Temperaturinhomogenitäten sogar innerhalb der Probe verbunden sind. Unter Umständen, unter denen eine Probe sogar mäßigen Temperaturschwankungen über die Probe ausgesetzt ist (z. B. einer Schwankung von 1 oder 2ºC über die Länge einer langgestreckten Probe), kann die Temperaturinhomogenität derart sein, daß Signale von der Substanz mit normalen Einrichtungen nur mit Schwierigkeiten (oder überhaupt nicht) festgestellt werden können. Es ist besonders zu erwähnen, daß interessierende Substanzen wie z. B. der Explosivstoff RDX relativ niedrige thermische Leitfähigkeiten aufweisen können, so daß man gewöhnlich auf anhaltende Temperaturinhomogenitäten treffen kann.
Die vorliegende Erfindung trachtet danach, diese und andere Probleme zu überwinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Konfigurieren eines Gerätes zum Feststellen des Vorhandenseins einer eine bestimmte Art eines Quadrupolkerns enthaltenden Substanz in einer Probe geschaffen, von der nicht bekannt ist, daß sie die Substanz enthält, welche Substanz einer inhomogenen Verteilung von Temperatur oder Druck ausgesetzt wird oder ist, wobei das Gerät eine Einrichtung zum Anwenden einer Anregung auf die Probe, um eine Kernquadrupolresonanz anzuregen, und eine Einrichtung zum Nachweisen des Resonanzsignals enthält, wobei das Verfahren umfaßt:
Auswählen eines Temperatur- oder Druckbereichs, über den sich gemäß der Erwartung die Temperatur oder der Druck über die Substanz ändert,
Bestimmen der Zeit, die das Resonanzantwortsignal benötigt, um aufgrund der inhomogenen Temperatur- oder Druckverteilung, die eine vorzeitige Phasenverschiebung bzw. ein vorzeitiges Außer-Phase-Geraten (dephasing) des Antwortsignals hervorruft und im ausgewählten Temperatur- oder Druckbereich vorliegt, bis zu einem ausgewählten Grad außer Phase zu geraten; und
Einrichten der Nachweiseinrichtung, um mindestens einen Teil des Resonanzantwortsignals nachzuweisen, bevor das Signal bis zum ausgewählten Grad außer Phase geraten ist.
Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus der gemäß der vorliegenden Erfindung gemachten Entdeckung, daß die Probleme, auf die man mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik trifft, sich zum Teil aus einer Phasenverschiebung bzw. dem Außer-Phase-Geraten des NQR-Resonanzantwortsignals infolge der inhomogenen Temperatur- oder Druckverteilung ergeben. Falls der Parameter die Temperatur ist, können z. B. relativ kleine Inhomogenitäten der Temperatur innerhalb der Substanz zu einer signifikanten Schwankung der Resonanzfrequenz des Quadrupolkernes führen. Es ist diese Schwankung, die wiederum zu der Phasenverschiebung des Signals führen kann.
Setzt man den oben erwähnten Aspekt des Konfigurationsverfahrens der Erfindung in die Praxis um, kann das Gerät durch z. B. eine geeignete Konstruktion oder Einstellungen ihrer Steuerhardware (oder Software) konfiguriert werden. Eine derartige Konfiguration kann vor Auslieferung des Gerätes im Werk stattfinden.
Die Erfindung erstreckt sich auf die Verwendung eines Gerätes, wenn es gemäß dem obigen Verfahren konfiguriert wurde.
Die Verwendung eines Geräts erfolgt vorzugsweise in einem Verfahren zum Feststellen des Vorhandenseins einer eine gegebene Art eines Quadrupolkerns enthaltenden Substanz in einer Probe, von der nicht bekannt ist, daß sie die Substanz enthält, welche Substanz einer inhomogenen Temperatur- oder Druckverteilung ausgesetzt ist, wobei das Verfahren umfaßt:
Anwenden einer Anregung auf die Probe, um eine Kernquadrupolresonanz anzuregen; und
Nachweisen zumindest eines Teils des Resonanzantwortsignals, bevor das Signal infolge der inhomogenen Temperatur- oder Druckverteilung, die eine vorzeitige Phasenverschiebung des Antwortsignals hervorruft, bis zum ausgewählten Grad außer Phase geraten ist.
Der ausgewählte Grad der Phasenverschiebung kann ein Pegel sein, bei dem das Antwortsignal nicht nachgewiesen werden kann, oder ein etwas höherer Pegel wie z. B. weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 20 oder 10% des Spitzenantwortsignals.
Mit "nicht nachweisbar" kann insbesondere gemeint sein, daß das Antwortsignal von der Größenordnung des Effektivrauschens (das typischerweise ein Fünftel des Spitze-Spitze- Rauschausschlages ist) oder geringer ist, obwohl diese Definition nicht ausschließend sein soll.
Die Anregung ist vorzugsweise eine gepulste Anregung, oder es wird dafür gesorgt, und für den oder jeden Puls wird zumindest ein Teil des Resonanzantwortsignals vor dem Ablauf einer mit dem Beginn dieses Pulses beginnenden Zeitspanne nachgewiesen, die gleich dem Kehrwert der einfachen, vorzugsweise doppelten, fünffachen oder zehnfachen Schwebungsfrequenz ist, die den beiden Resonanzfrequenzen entspricht, die den beiden Grenzen des Temperatur- oder Druckbereiches entsprechen, dem die Substanz ausgesetzt ist oder gemäß der Erwartung ausgesetzt ist. Dieses Merkmal liefert spezielle Zeitgrenzen, vor denen zumindest ein Teil des Nachweises des Antwortsignals vorzugsweise abgeschlossen sein sollte, bevor das Signal außer Phase gerät.
Um die Schwebungsfrequenz zu bestimmen, die den beiden Grenzen des Temperatur- oder Druckbereiches entspricht, dem die Substanz ausgesetzt ist oder gemäß der Erwartung ausgesetzt ist, können zuerst die diesen beiden (oberen und unteren) Grenzen entsprechenden Resonanzfrequenzen bestimmt werden; und die Schwebungsfrequenz ist dann die Differenz zwischen diesen beiden Resonanzfrequenzen. Der Kehrwert der Schwebungsfrequenz liefert ein Maß der Dauer der Phasenverschiebung des Antwortsignals infolge der oben erwähnten Inhomogenitäten, denen die Substanz ausgesetzt ist.
Die Phasenverschiebung der Antwortsignale tritt nicht nur auf, wenn der Puls einmal geendet hat; außer im Fall eines Pulses mit vernachlässigbarer Dauer tritt eine Phasenverschiebung in einem gewissen Maße sogar vor Beendigung auf. Dies gilt insbesondere, wenn geformte Pulse verwendet werden. Derartige Pulse können eine relativ lange Dauer haben und, da sie gewöhnlich eine relativ breite Frequenzbandbreite abdecken, bestimmte Frequenzen von Interesse früh während des Pulses anregen. Von solch einem Standpunkt aus können schädliche Phasenverschiebungseffekte auftreten. Daher ist es wichtig, die Länge der Anregungspulse sorgfältig zu steuern.
Falls die Anregung eine gepulste Anregung ist, ist daher die Dauer des oder jedes Pulses vorzugsweise geringer als das Doppelte der Abklingzeit T&sub2;* der induzierten Magnetisierung entsprechend der NQR-Resonanz, und die Dauer ist vorzugsweise geringer als 100%, 75%, 50% oder gar 25% von T&sub2;* sein. Dies ist ein wichtiges Merkmal, welches sicherstellen kann, daß keine inakzeptable Abschwächung des NQR-Antwortsignals infolge der oben erwähnten Inhomogenitäten auftritt, bevor das Signal nachgewiesen ist.
Aus dem gleichen Grund beträgt die Dauer des oder jedes Pulses vorzugsweise weniger als 5 ms, eher vorzugsweise weniger als 3 ms, 2 ms, 1 ms, 0,7 ms, 0,4 ms oder 0,1 ms. Es ist besonders wichtig, derartige Dauern aufrechtzuerhalten, falls die Pulse geformte Pulse sind, da unter diesen Umständen allgemein ausgedrückt längere Pulse wahrscheinlicher verwendet werden.
Die oben erwähnten Dauern sind von besonderer Bedeutung für den Explosivstoff RDX, der für die Linie bei 5,19 MHz einen T&sub2;*-Wert bei 298 K (Raumtemperatur) von ungefähr 1,4 ms hat.
Die Probe wird vorzugsweise bei mehreren verschiedenen Anregungsfrequenzen angeregt, wobei derartige Frequenzen in den Resonanzfrequenzbereich für den Kern fallen, der dem Temperatur- oder Druckbereich entspricht, dem die Probe ausgesetzt ist oder gemäß Erwartung ausgesetzt ist.
Indem man dafür sorgt, daß die Anregung bei mehreren Anregungsfrequenzen angewendet wird, die in den interessanten Resonanzfrequenzbereich fallen, kann die Empfindlichkeit der Tests verbessert werden.
Die Verwendung mehrerer Anregungsfrequenzen dient dazu, die Substanz vorstellungsmäßig in mindestens zwei Temperaturzonen zu teilen, die den durch die verschiedenen Anregungsfrequenzen abgedeckten jeweiligen Frequenzbereichen entsprechen. Indem man den gesamten Frequenzbereich in kleinere Abschnitte effektiv aufteilt, können somit die Phasenverschiebungseffekte verringert werden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist das relevante Resonanzantwortsignal gewöhnlich der Abfall der induzierten Magnetisierung (f.i.d.).
Wie hierin verwendet bezeichnet der Ausdruck "Anregungsfrequenz" im Zusammenhang einer gepulsten Anregung vorzugsweise die "zentrale" Trägerfrequenz des relevanten Anregungspulses, wo der Kontext dies verlangt.
Das Verfahren umfaßt vorzugsweise ein Bestimmen eines Resonanzfrequenzbereichs für den Kern, der dem ausgewählten Bereich der Temperatur oder des Druckes entspricht, und ein Einrichten der Anregungseinrichtung, um eine Anregung bei mehreren verschiedenen Anregungsfrequenzen anzuwenden, wobei solche Frequenzen in den bestimmten Resonanzfrequenzbereich fallen.
In einem unmittelbar verwandten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in einem Verfahren zum Feststellen des Vorhandenseins der Substanz in einer Probe, von der nicht bekannt ist, daß sie die Substanz enthält, die Verwendung einer gepulsten Anregung bei mehreren verschiedenen Frequenzen vorgesehen, um eine inhomogene Verteilung von Temperatur oder Druck innerhalb einer Substanz zu kompensieren, die eine gegebene Art eines Quadrupolkerns enthält, wobei das Verfahren umfaßt:
Anwenden einer Anregung auf die Probe, um eine Kernquadrupolresonanz anzuregen; und
Nachweisen des Antwortsignals;
worin die Anregung Pulse bei mehreren verschiedenen Anregungsfrequenzen aufweist, wobei solche Frequenzen in den Resonanzfrequenzbereich für den Kern entsprechend der Temperatur- oder Druckverteilung fallen, der die Substanz ausgesetzt wird oder ist, wobei die Bandbreite von jedem der Anregungspulse im Vergleich zum Resonanzfrequenzbereich ausreichend schmal ist, um den Betrag einer vorzeitigen Phasenverschiebung des Antwortsignals zu reduzieren, die durch die inhomogene Temperatur- oder Druckverteilung hervorgerufen wird.
Es wird vorzugsweise dafür gesorgt, daß die Anregung ein Echoantwortsignal erzeugt. Im Zusammenhang mit Temperaturinhomogenitäten oder ähnlichen Effekten, denen die Substanz ausgesetzt sein kann, ist dies ein besonders wichtiges Merkmal, da die Verwendung von Echos bis zu einem gewissen Maße Signale nachfokussieren kann, die damit begonnen haben, aufgrund dieser Inhomogenitäten außer Phase zu geraten. Dieses Merkmal kann in Kombination mit einem beliebigen der vorerwähnten Merkmale verwendet werden.
Die Anregung umfaßt vorzugsweise Pulse bei den verschiedenen Anregungsfrequenzen, die so eingerichtet sind, daß sie jeweilige Anregungsfrequenzbereiche aufweisen, die im wesentlichen nicht überlappen. Indem im wesentlichen nicht überlappende Frequenzbereiche vorgesehen werden, können Phasenverschiebungseffekte reduziert werden.
Aus dem gleichen Grund umfaßt die Anregung vorzugsweise Pulse bei den verschiedenen Anregungsfrequenzen, wobei die Pulse so geformt sind, daß sie ein im wesentlichen rechteckiges Frequenzprofil haben. Im Gegensatz dazu haben herkömmliche einfache "rechteckige" Pulse ein Profil in der Frequenzdomäne, das tatsächlich beträchtliche, oft als "Gibbs- Oszillationen" bezeichnete Frequenzseitenbänder besitzt. Derartige Pulse sind nur in der Zeitdomäne "rechteckig". Falls solche Pulse verwendet werden, könnten entweder, falls die Pulse im wesentlichen überlappen, sehr erhebliche Phasenverschiebungseffekte hervorgerufen werden, insbesondere durch die Seitenbänder, oder, falls sie nicht überlappen, könnte ein wesentlicher Anteil des Potentialsignals verloren bzw. abgeschwächt werden. Die Formgebung der Pulse wie oben beschrieben kann optimalen Nutzen aus der für den Test zur Verfügung stehenden Zeit machen.
Die Pulse sind vorzugsweise in der Frequenz/Phase verschoben. Dies kann erlauben, daß die Pulslänge bei einem niedrigen Wert gehalten wird.
Vom Gesichtspunkt einer Reduzierung des Phasenverschiebungsproblems aus sollte der Abstand zwischen den Anregungsfrequenzen so klein wie möglich sein, obwohl hier klarerweise praktische Grenzen vorliegen. Der Frequenzabstand zwischen benachbarten Anregungsfrequenzen ist daher geringer als 0,1% von einer derartigen Anregungsfrequenz, vorzugsweise geringer als 0,06%, 0,04%, 0,02%, 0,01% oder 0,005% einer derartigen Anregungsfrequenz. Der Frequenzabstand zwischen benachbarten Anregungsfrequenzen ist vorzugsweise auch geringer als 5 kHz, vorzugsweise geringer als 3, 2, 1, 0,5 oder 0,25 kHz.
Vom Gesichtspunkt der Reduzierung des Phasenverschiebungsproblems aus sollten wieder so viele Anregungsfrequenzen wie möglich verwendet werden, obwohl es klarerweise wieder praktische Grenzen dafür gibt, wie viele solche Frequenzen verwendet werden können. Die Anzahl derartiger Anregungsfrequenzen ist daher vorzugsweise größer als 2, vorzugsweise größer als oder gleich 4, 8, 16 oder 32. Vom praktischen Standpunkt aus können Vielfache von 2 Frequenzen zum einfachen Programmieren des NQR-Testgeräres vorzuziehen sein.
Die Anregung bei benachbarten Anregungsfrequenzen wird vorzugsweise zu verschiedenen Zeiten angewendet. Durch dieses Merkmal können Phasenverschiebungseffekte zwischen den verschiedenen Resonanzantwortsignalen reduziert werden, besonders wenn die Zeit einer Anwendung der Anregung bei den verschiedenen Frequenzen derart ist, daß der Nachweis des Signals von einer Frequenz im wesentlichen abgeschlossen ist und/oder der f.i.d. im wesentlichen auf Null abgeklungen ist, bevor ein Nachweis des Signals von der anderen begonnen wird.
Das jeder Anregungsfrequenz entsprechende jeweilige Resonanzantwortsignal wird vorzugsweise bei dieser Anregungsfrequenz nachgewiesen. Dies ist ein wichtiges Merkmal, ohne das wegen Phasenverschiebungseffekten in der Nachweisschaltung selbst auf viele der Vorteile der Erfindung verzichtet werden muß.
Allgemein ausgedrückt kann der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur oder des Druckes geringer als 100%, vorzugsweise geringer als 10 oder 1% seines, mittleren Absolutwertes umfassen. Entsprechend kann der Bereich größer als 0,01%, vorzugsweise größer als 0,1 oder 1% des Mittelwertes sein.
Falls der Parameter die Temperatur ist, ist konkreter dann vorzugsweise der Bereich oder der erwartete Bereich der Temperatur geringer als 10ºC, vorzugsweise geringer als 6ºC, 4ºC, 2ºC, 1ºC oder 0,5ºC, obwohl in Wirklichkeit natürlich der Bereich größer als jeder dieser Werte sein kann.
Ein anderes bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die Kernquadrupolresonanz der Substanz, für die eine bestimmte Eigenschaft die geringste Empfindlichkeit auf Temperatur oder Druck hat, angeregt wird. Dieses Merkmal kann in Kombination mit irgendeinem der vorerwähnten Merkmale verwendet werden.
Falls z. B. die Resonanz mit der niedrigsten Temperaturempfindlichkeit verwendet wird, ist es dann weniger wahrscheinlich, daß von einer Temperaturinhomogenität induzierte Phasenverschiebungsprobleme vorliegen.
Um Phasenverschiebungsprobleme zu vermeiden, ist die bestimmte Eigenschaft vorzugsweise die Resonanzfrequenz. Alternativ dazu oder zusätzlich kann sie irgendeine andere Eigenschaft wie z. B. die Spin-Gitter-Relaxationszeit T&sub1; oder Spin- Spin-Relaxationszeit T&sub2;* sein. Vorzugsweise mehr als eine solche Eigenschaft zeigt die geringste Empfindlichkeit auf Temperatur oder Druck.
Die Probe weist gewöhnlich eine Substanz mit zwei, drei oder mehr ausgeprägten Resonanzfrequenzen auf. Falls die Probe eine Substanz aufweist, die eine Mehrzahl ausgeprägter Resonanzfrequenzen oder Gruppen von Resonanzfrequenzen aufweist, muß die Resonanz, die angeregt wird, nicht die höchste Resonanzfrequenz aufweisen oder muß keine Resonanzfrequenz in der höchsten Gruppe von Resonanzfrequenzen aufweisen. Einfach gesagt, muß die Resonanz, die angeregt wird, die nicht höchste Frequenz der Resonanzfrequenzen haben.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die Substanz den Explosivstoff RDX auf, und die Resonanz bei entweder 5,05 MHz oder 5,19 MHz oder 5,24 MHz oder 3,41 MHz bei 298 K wird vorzugsweise angeregt.
Die letzte derartige Resonanz bei 3,41 MHz und 298 K kann besonders nützlich sein, da gemäß der vorliegenden Erfindung entdeckt wurde, daß diese Resonanz ungewöhnlich temperaturunempfindlich ist, und es daher weniger wahrscheinlich ist, daß sie mit durch eine Temperaturinhomogenität induzierten Phasenverschiebungsproblemen verbunden ist. Da diese Resonanzfrequenz nicht die höchste derartige Frequenz für RDX ist und da sie ferner einen relativ niedrigen Wert für T&sub2;* hat, würde man erwarten, daß die Verwendung dieser speziellen Resonanz zu einer deutlichen Abschwächung der Empfindlichkeit im Vergleich zur Verwendung einer der höheren Frequenzen führt. Man ist der Ansicht, daß aus diesem Grund die Verwendung dieser Resonanz früher nicht in Betracht gezogen wurde. Wie später erläutert wird, wurde jedoch nun festgestellt, daß, falls die geeignete Anregungspulssequenz verwendet wird, die Abschwächung der Empfindlichkeit tatsächlich nur marignal sein kann und durch die Vorteile einer Verwendung dieser speziellen Resonanz aufgewogen werden kann.
Die zweite der oben erwähnten vier Resonanzen (5,19 MHz) weist eine etwas geringere Abhängigkeit von der Temperatur als die erste oder dritte derartige Resonanz auf und wird somit ebenfalls bevorzugt.
Wie früher erwähnt wurde, ist ein besonders bevorzugtes Merkmal die Verwendung sogenannter "geformter Pulse", wie sie in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 95/09368 beschrieben wurden. Allgemein ausgedrückt kann man sich einen geformten Puls als einen Puls vorstellen, für den die Zeitdomänenwellenform der Anregung entweder phasenmoduliert oder amplitudenmoduliert oder sowohl phasen- als auch amplitudenmoduliert ist.
In der bevorzugten Ausführungsform werden spezielle Arten geformter Pulse verwendet. Falls die Anregung z. B. eine gepulste Anregung ist, die einen gegebenen Frequenzbereich abdeckt, wird die Anregung vorzugsweise auf die Probe in der Weise angewendet, daß die Phase der Anregung mit der Anregungsfrequenz über den gegebenen Bereich im wesentlichen nicht-linear variiert.
Noch einmal dargelegt, die Phase der Anregung variiert eher vorzugsweise im wesentlichen quadratisch innerhalb des Frequenzversatzes.
Eine ausgewählte NQR-Resonanz kann angeregt werden, und, falls dies geschieht, ist die Dauer der Anregung vorzugsweise geringer als das Doppelte der Abklingzeit T&sub2;* der induzierten Magnetisierung entsprechend dieser Resonanz. Dies ist ein wichtiges Merkmal, das sicherstellen kann, daß keine inakzeptable Abschwächung des NQR-Antwortsignals auftritt, bevor das Signal nachgewiesen ist. Die Dauer beträgt tatsächlich vorzugsweise weniger als 100%, 75% oder gar 50% von T&sub2;*.
Andere Möglichkeiten sind in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 95/09368 beschrieben.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Theorie sowie bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines NQR-Testgerätes ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Variante der bevorzugten Ausführungsform eines NQR-Testgerätes ist;
Fig. 3 ein Pulszeitdiagramm für eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 die Variation der Temperatur mit der Zeit für eine Gruppe von Experimenten zeigen;
Fig. 5 Spektren zeigen, die während eines ersten Experiments zu fünf verschiedenen Zeiten erhalten wurden;
Fig. 6 den Abfall der induzierten Magnetisierung entsprechend dem in Fig. 5 gezeigten vierten Spektrum darstellt; und
Fig. 7 Spektren zeigen, die während eines zweiten Experiments zu vier verschiedenen Zeiten erhalten wurden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Theorie wird zuerst ausführlich beschrieben. Insbesondere zeigt der folgende Text, wie die vorher erwähnten Phasenverschiebungseffekte auftreten können, und diskutiert das voraussichtliche bzw. wahrscheinliche Ausmaß solcher Effekte.
Der Einfachheit halber wird zuerst angenommen, daß eine Probe zwei ausgeprägte Temperaturzonen aufweist, eine Zone A bei einer Temperatur TA und eine Zone B bei einer etwas verschiedenen Temperatur TB. Die kleine Differenz (TA - TB) ist als ΔT definiert und in dem vorliegenden Beispiel gleich 1ºC. Die Probe enthält den oder besteht aus dem Explosivstoff RDX. Man nimmt an, daß die beiden Zonen A und B gleiche Mengen des Explosivstoffes enthalten.
Die drei Gruppen von NQR-Resonanzfrequenzen für RDX, vx, vy, vz sind infolge von Kristalleffekten alle Tripletts; nahe 298 K tritt die höchste Gruppe (vx) bei 5047 (N&sub1;), 5192 (N&sub2;) und 5240 (N&sub3;) kHz auf. Zwischen 240 und 340 K genügen ihre Frequenzen in kHz gut den Gleichungen
N&sub1; vQ(1) = 5210 - 0,548 T
N&sub2; vQ(2) = 5345 - 0,517 T (1)
N&sub3; vQ(3) = 5414 - 0,584 T
worin T die Temperatur ist.
Für eine kleine Schwankung in der Temperatur ΔT wird sich vQ(2) von
5345 - 0,517 T (2)
zu
5345 - 0,517 (T + ΔT) (3)
verschieben. Subtrahiert man (3) von (2) ist die Verschiebung in der Resonanzfrequenz ΔvQ(2) entsprechend einer ΔT- Schwankung der Temperatur gleich
- 0,517 ΔT
Für die oben erwähnte N&sub2;-Resonanz von RDX würden daher Antwortsignale, die aus den Zonen A und B der Probe gleichzeitig ausgestrahlt werden, miteinander interferieren, wobei die Schwebungsfrequenz der Interferenz gleich 0,517 ΔT kHz = 517 Hz auf der Basis von ΔT = 1ºC ist. Ein Zyklus der Schwebungsfrequenz hat daher eine Dauer von ungefähr 2 ms. Das Resonanzantwortsignal von der Probe würde daher in einem Viertel des Zyklus auf Null abfallen, d. h. in etwas mehr 0,5 ms in dem vorliegenden einfachen Beispiel.
Im Hinblick auf die üblicherweise verwendeten Sequenzen von Anregungspulsen ist die Dauer von 0,5 ms nicht besonders lang, und falls ΔT statt 1ºC 3ºC betrüge, betrüge natürlich die Dauer nur ungefähr 0,17 ms, was von der gleichen Größenordnung ist wie üblicherweise die Totzeit aufgrund eines Abklingens der Empfängerspule nach der Anwendung eines Anregungspulses. Falls geformte Anregungspulse verwendet werden, können diese außerdem typischerweise selbst eine Dauer von bis zu 0,5 ms oder länger aufweisen, und die spezielle interessierende Frequenz kann relativ früh im Puls angeregt werden. Unter solchen Umständen ist es daher ohne die Techniken der vorliegenden Erfindung möglich, daß aufgrund der Temperaturinhomogenität die Antwortsignale außer Phase geraten sein können, sogar bevor die Totzeit des Empfängers geendet hat, und daß im schlimmsten Fall überhaupt kein Antwortsignal nachgewiesen werden kann.
Das oben gegebene einfache Beispiel ist natürlich nicht vollkommen realistisch. Tatsächlich ist es wahrscheinlich, daß die Temperaturschwankung über die Probe äußerst nichtlinear mit z. B. heißen Stellen (hot spots) vorliegt, wobei ein Teil der Probe irgendeiner Wärmequelle wie z. B. Sonnenlicht ausgesetzt worden ist und der Rest der Probe aber bei einer relativ konstanten Temperatur liegt. Das obige Beispiel dient dazu, eine vorsichtige Angabe der wahrscheinlichen Effekte von Temperaturinhomogenitäten zu liefern. Schlimmere Fälle kann man sich vorstellen, aber solche Fälle treten in der Praxis weniger wahrscheinlich auf.
Aus den obigen Gleichungen (1) ist besonders festzuhalten, daß die N&sub2;-Resonanz eine geringere Temperaturabhängigkeit als die N&sub1;- oder N&sub3;-Resonanzen aufweist und daher zu weniger Phasenverschiebungsproblemen führen kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Geräts, um die vorliegende Erfindung in die Praxis umzusetzen, wird nun mit Verweis auf Fig. 1 beschrieben. Dieses Gerät ist im wesentlichen das gleiche wie das in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 95/09368 beschriebene, worauf für weitere Einzelheiten und Informationen auch verwiesen werden soll.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines NQR-Testgerätes wird nun mit Verweis auf Fig. 1 beschrieben. Diese Ausführungsform ist besonders für den Nachweis des Vorhandenseins einer bestimmten Substanz in einer Probe (wie z. B. einem Koffer oder dergleichen) geeignet. Das Gerät umfaßt im allgemeinen einen Steuercomputer 100, eine Einrichtung 102 zum Anwenden eines oder, eher üblich, mehrerer kontinuierlicher Hochfrequenz-Anregungspulse auf die Probe, die einen ausgewählten Anregungsfrequenzbereich abdecken, für eine vorgegebene Dauer, eine Einrichtung 104 zum Erzeugen geformter Pulse zum Leiten zur Anwendungseinrichtung 102, eine Einrichtung 106 zum Nachweisen des NQR-Antwortsignals und eine Einrichtung 108 zum Erzeugen eines Alarmsignals in Abhängigkeit davon, ob eine gegebene Nachweisschwelle für das Vorhandensein der bestimmten Substanz überschritten worden ist. Das Alarmsignal wird normalerweise verwendet, um einen akustischen oder optischen Alarm 108 zu aktivieren, um den Bediener über das Vorhandensein der nachzuweisenden Substanz zu alarmieren. Obgleich nicht veranschaulicht enthält das Gerät normalerweise einige Einrichtungen wie z. B. eine Fördereinrichtung, um die Probe in bezug auf das Gerät zu transportieren, so daß eine Reihe von Proben "ohne Stillstand" getestet werden kann.
Bei der Technik der bevorzugten Ausführungsform ist jeder einzelne Anregungspuls so geformt, daß die Phase während des Pulses und vorzugsweise über einen beträchtlichen Teil der Dauer des Pulses z. B. über mindestens 50%, eher vorzugsweise mindestens 75% oder 90%, am meisten bevorzugt über den gesamten Puls variiert. Die Phasenmodulation ist vorzugsweise in der Zeit kontinuierlich, wobei der Anregungspuls selbst in der Zeit kontinuierlich ist (d. h. es gibt keine Periode während des Pulses, in der die Anregung ausgeschaltet ist, obgleich die Anregung momentan durch Null gehen kann).
Die bevorzugte Ausführungsform ausführlicher dargestellt, enthält die Einrichtung 102 zum Anwenden von Anregungspulsen einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker 110, dessen Ausgang mit einer HF-Sonde 112 verbunden ist, die eine oder mehrere HF-Spulen enthält, die um die zu testende (nicht dargestellte) Probe angeordnet sind.
Die HF-Sonde 112 bildet auch einen Teil der Nachweiseinrichtung 106, die ebenfalls eine HF-Empfänger- und Nachweisschaltung 120 enthält.
Die geformte Pulse erzeugende Einrichtung 104 umfaßt einen Pulsprogrammierer 130 zum Erzeugen von Auslösesignalen, um den Puls zu timen bzw. zeitlich festzulegen, ein von SMIS, Großbritannien, hergestelltes Spektrometer 132, um ein Hochfrequenz-Trägersignal bei einer bekannten Träger-Referenzfrequenz und mit festgelegter Amplitude zu erzeugen, wobei das Signal durch die Auslösesignale torgesteuert wird, einen von Farnell, Großbritannien (Modell Nr. SFG 25) hergestellten Funktionsgenerator 134, um aus einer gespeicherten Darstellung eine Wellenform zu erzeugen) um die Amplitude des Trägersignals zu modulieren, wobei die Ausgabe des Funktionsgenerators auch durch die Auslösesignale initiiert wird, und einen Ringmischer 136 zum Mischen der modulierenden Wellenform und des Trägersignals und Leiten des gemischten Signals zum HF-Leistungsverstärker 110. Man erkennt somit, daß die geformte Pulse erzeugende Einrichtung 104 imstande ist, eine Zeitdomänen-Anregungswellenform, die amplituden-, aber sonst nicht phasenmoduliert ist, auf die Probe anzuwenden.
Der Computer 100 steuert schließlich alle Pulse, ihre Hochfrequenz, die Zeit, die Breite, die Amplitude und Phase. Er ist dafür eingerichtet, die Anwendung der Anregungspulse im wesentlichen gleichzeitig mit der Ankunft einer bestimmten Probe der Sonde 112 benachbart zeitlich festzulegen. Er wirkt auch dahingehend, um nachgewiesene NQR-Antwortsignale von der Nachweiseinrichtung 106 zu empfangen und zu verarbeiten, eine Signaladdition oder Subtraktion auszuführen und schließlich nötigenfalls den Alarm 108 auszulösen.
Das Gerät von Fig. 1 ist zum Erzeugen einer rein amplitudenmodulierten Zeitdomänen-Anregungswellenfortn geeignet. Obgleich die vorliegende Erfindung eher normalerweise die Erzeugung einer phasen- sowie amplitudenmodulierten Zeitdomänen-Wellenform verlangt, gibt es nichts desto trotz bestimmte Fälle, für die dieses Gerät verwendet werden kann. Diese sind in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 95/09368 beschrieben.
Eine Variante der bevorzugten Ausführungsform eines NQR- Testgerätes wird nun mit Verweis auf Fig. 2 beschrieben. Es ist nur die geformte Pulse erzeugende Einrichtung 204 veranschaulicht; die restlichen Komponenten sind denjenigen der mit Verweis auf Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform identisch. Allgemein ausgedrückt ist die Erzeugungseinrichtung 204 der Variante der Erzeugungseinrichtung 104 ähnlich, außer daß sie statt einer Einkanal- eine Zweikanaleinrichtung ist. Daher kann sie eine Wellenform erzeugen, die phasen- sowie amplitudenmoduliert ist.
Die Variante enthält wieder einen Pulsprogrammierer 230 und ein Spektrometer 232. Jedoch sind zwei Funktionsgeneratoren 234a und 234b und zwei Ringmischer 236 vorgesehen. Außerdem sind ein Quadraturhybrid-0-90ºC-Teiler 238, ein Kombinierer 240 und Widerstände 242 und 244 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist der Teiler 238 ein 5-MHz-Teiler, der von Mini Circuits (U.S.A.) hergestellt wurde und die Modellnummer PSCQ 2-5-1 trägt; der Kombinierer 240 und die Mischer 236 sind beide von Hatfield (GB) hergestellt und tragen die Modellnummern DP102 bzw. MC291. Die Widerstände 242 haben 56 Ω, während die Widerstände 244 560 Ω aufweisen. Das gesamte Netzwerk aus Widerständen 242 zusammen mit den Widerständen 244 ergibt einen Widerstandswert von 50 Ω, der von den Funktionsgeneratoren 234 wahrgenommen wird.
Die Variante arbeitet wie folgt. Das Spektrometer 232 wird torgesteuert, und die Ausgaben der Funktionsgeneratoren 234 werden durch den Pulsprogrammierer 230 wie bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben initiiert. Der Teiler 238 erzeugt aus dem Hochfrequenz-Trägersignal zwei Hochfrequenzsignale mit einer relativen Phasenverschiebung von 90º. Die Funktionsgeneratoren 234a und 234b erzeugen die Real- bzw. Imaginärteile der modulierenden Wellenform. Die Widerstände 242 liefern eine Impedanzanpassung mit den Kabeln von den Funktionsgeneratoren, während die Widerstände 244 die Spannungsabgabe der Funktionsgeneratoren in eine Stromabgabe für eine Leitung zu den Mischern 236 umwandeln. Nachdem die relevanten modulierenden Wellenformen und Trägersignale in den Mischern 236 gemischt wurden, werden die beiden resultierenden Wellenformen im Kombinierer 240 kombiniert, um ein amplituden- und phasenmoduliertes Signal zu bilden, um es zum Hochfrequenz-Leistungsverstärker 110 zu leiten.
In einer Modifikation der Variante könnte ein einziger Funktionsgenerator vorgesehen sein. Die Abgabe des Generators würde man dann durch ein weiteres Quadraturhybrid bzw. 90º- Phasenverschiebungshybrid leiten, dessen beide Ausgaben zu den jeweiligen Mischern 236 geleitet werden würden. Diese Modifikation würde die Art einer Modulation erzeugen, die auf dem Gebiet der Nachrichtenübertragung als ein Seitenbandmodulation mit unterdrücktem Träger bekannt ist. Die Modifikation hat den möglichen Nachteil, daß das 90º-Phasenverschiebungshybrid bei sehr niedrigen Frequenzen arbeiten würde. Beispiele der Verwendung dieser Variante des Geräts sind in der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 95/09368 beschrieben.
Verschiedene spezielle Bedingungen müssen erfüllt sein, wenn die vorliegende Erfindung unter Verwendung des oben beschriebenen Geräts in die Praxis umgesetzt wird.
Zuerst wird das Gerät der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei mehreren Anregungsfrequenzen betrieben. Sich wiederholende Pulsfolgen bei jeder Frequenz werden in versetzter, verschachtelter Weise angewendet, so daß, falls es z. B. nur zwei Anregungsfrequenzen gibt, der erste Puls bei einer ersten Frequenz, dann ein erster Puls bei einer zweiten Frequenz, dann ein zweiter Puls bei der ersten Frequenz, ein zweiter Puls bei der zweiten Frequenz usw. angewendet wird. Das Intervall zwischen den Pulsen bei den verschiedenen Frequenzen reicht aus, um zu ermöglichen, daß der Großteil des Abklingsignals der induzierten Magnetisierung, wenn nicht das ganze, von einem Puls nachgewiesen wird, bevor der nächste Puls bei der nächsten Frequenz angewendet wird.
Ein geeignetes Pulszeitdiagramm für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt in Fig. 3 vor und wird später ausführlich beschrieben.
Zweitens ist es beim Nachweisen der Resonanzantwortsignale wichtig, daß jedes Signal tatsächlich bei seiner relevanten Anregungsfrequenz nachgewiesen wird, falls nicht einige der Vorteile der Erfindung verloren werden sollen. Bei herkömmlichen NQR-Tests enthält die Nachweiseinrichtung für Resonanzantwortsignale einen phasenempfindlichen Detektor, der die einzelne Anregungsfrequenz, die vom Spektrometer geliefert wird, mit der Frequenz des Antwortsignals mischt. Antwortsignale, die gegen die Anregungsfrequenz verschoben sind, rufen Schwebungsfrequenzen in der Nachweiseinrichtung im Verhältnis zum Frequenzversatz hervor. Bei der vorliegenden Erfindung könnten merkliche Frequenzversatze infolge der Temperaturinhomogenität in der Probe zu merklichen Phasenverschiebungseffekten in der Nachweiseinrichtung führen. Daher ist es wichtig, daß die in Fig. 1 als 120 bezeichnete Empfänger- und Nachweisschaltung jedes Antwortsignal statt bei z. B. einer einzigen mittleren Frequenz bei der relevanten Anregungsfrequenz feststellt bzw. nachweist. Fig. 1 zeigt folglich eine Leitung vom Spektrometer 132 zur Empfänger- und Nachweisschaltung 120, um anzugeben, daß die verschiedenen Anregungsfrequenzen, die vom Spektrometer verwendet werden, zur Empfänger- und Nachweisschaltung geleitet werden.
Drittens ist es wichtig, ein möglichst gleichmäßiges B&sub1;- Feld über die Probe zu erzeugen, um eine Verschlechterung eines etwaigen Phasenverschiebungsproblems, das bestehen kann, zu Vermeiden. Um dies zu erreichen, kann es wichtig sein, dem Aufbau des die Hochfrequenz-Sende- und Empfangsspule bildenden Teils der HF-Sonde 112, die in Fig. 1 dargestellt ist, verschiedene Beschränkungen aufzuerlegen. Zum Beispiel könnte die HF-Spule vorzugsweise eine ebene Oberflächenspule oder eine spiralförmige Spule, ein Solenoid oder ein Solenoid mit veränderlicher Ganghöhe sein.
Falls die Temperaturinhomogenität in der Probe sehr ausgeprägt ist, kann es viertens notwendig sein, den die Hochfrequenz-Sende- und Empfangsspule bildenden Teil der in Fig. 1 gezeigten HF-Sonde 112 erneut abzustimmen und/oder anzupassen.
Fünftens und schließlich ist es wichtig, eine digitale Bandpaßfilterung auf den Abfall der freien Magnetisierung unter Verwendung eines Filters mit einer Bandbreite anzuwenden, die für die Anregungsbandbreite jeder der angelegten Frequenzen geeignet ist. Die Filterbandbreite kann geeigneterweise geringer als das Doppelte oder 1,5-fache der relevanten Anregungsbandbreite sein. Wie später erläutert wird, kann dies die Nachweisempfindlichkeit steigern.
Ein Beispiel des Betriebs der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Im Beispiel wird das Signal mit 5192 kHz in RDX bei 298 K betrachtet; für diesen Übergang gelten T&sub1; = 10 ms, T&sub2; = 8 ms, T&sub2;* = 1,5 ms und der Temperaturkoeffizient der Frequenz beträgt -0,52 kHz K&supmin;¹. Der T&sub2;*-Wert von 1,5 ms entspricht einer Linienbreite bei halber Höhe von etwa 0,2 kHz für eine Lorentz-Spektralform. Man nehme an, daß der Temperaturgradient über die Probe gleichmäßig und gleich 4ºC ist. Dies entspricht einem Bereich einer Resonanzfrequenz von 2 kHz, z. B. von einem Mittelwert von 5192 ± 0,5 kHz in einer der beiden "Zonen", in die die Probe vorstellungsmäßig geteilt ist, bis 5191 ± 0,5 kHz in der anderen derartigen Zone.
Bei einer Mitten-Anregungsfrequenz von 5191,5 kHz tritt wahrscheinlich eine bedeutende Phasenverschiebung beider Resonanzantwortsignale bezüglich des Trägers in einer Zeit von (z. B.) 0,3 bis 0,5 ms auf. Eine einzelne Rechteckphase mit einer Anregungsbandbreite von 2 kHz und einer Länge von 0,3 ms würde zu einer bedeutenden Abschwächung in der Empfindlichkeit bei Vorhandensein eines derartigen Temperaturgradienten in Abhängigkeit von der Zeit nach dem Ende des Pulses führen, zu der eine Erfassung beginnt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden statt, daß ein einziger Puls verwendet wird, mindestens zwei rechteckig geformte, in der Frequenz/Phase durchgestimmte (frequency/phase swept) solche Pulse verwendet. In der vorliegenden Erfindung hat einer eine Mittenfrequenz von 5192,0 kHz und der andere eine Mittenfrequenz von 5191,0 kHz. Beide haben eine Anregungsbandbreite 1 kHz. Daher fallen beide (Mitten-) Anregungsfrequenzen in den Bereich der Resonanzfrequenz, und ferner überlappen die Pulse miteinander nicht. Daher kann die Verwendung solcher Pulse Phasenverschiebungseffekte infolge der Temperaturinhomogenität in der Probe reduzieren.
Im vorliegenden Beispiel kann ferner für die gleiche HF- Leistung, wie sie für einen einzigen Rechteckpuls erforderlich wäre, bei zwei, in der Frequenz/Phase durchgestimmten Pulse die Pulslänge trotz der reduzierten Bandbreite bei 0,3 ms gehalten oder möglicherweise sogar unter 0,3 ms reduziert werden. Für in der Frequenz/Phase durchgestimmte Pulse hängt die Länge des Pulses nicht notwendigerweise mit der Anregungsbandbreite zusammen. Eine Datenerfassung sollte mit minimaler Verzögerung stattfinden. Eine merkliche Phasenverschiebung bezüglich des Trägers findet nun in 0,6 bis 1,0 ms statt, so daß die Abschwächung der Empfindlichkeit beträchtlich reduziert ist. Es ist besonders zu betonen, daß durch Verwenden von Pulsen mit reduzierter Bandbreite es möglich sein kann, den Umklappwinkel des Pulses bei gleicher HF- Leistung zu vergrößern.
Alternativ dazu könnten vier solche Pulse mit Frequenzen von 5190, 5191, 5192 und 5193 kHz einen gesamten Temperaturgradienten von 8ºC oder ansonsten eine Unbestimmtheit in der mittleren Temperatur von 4ºC und einen Temperaturgradienten über die Probe von 4ºC abdecken. Es ist nicht notwendig, die gesamte Signalerfassungszeit unter Verwendung dieser, in der Frequenz abgestuften Pulse übermäßig zu verlängern. Falls T&sub1; 10 ms beträgt und nur ein einziger geformter Puls verwendet würde, wäre es üblich, die Pulswiederholzeit auf (z. B.) 20 ms festzulegen. Vier oder gar acht, in der Frequenz abgestufte geformte Pulse könnten in dieses Zeitintervall eingefügt werden mit einer angemessenen Zeit, um den Puls zu erzeugen und genug Zeit zu lassen, um den Abfall der freien Magnetisierung zu erfassen. Da diese Pulse nur einen bestimmten Bereich der Probe anregen, beträgt die effektive Pulswiederholzeit immer noch 20 ms.
Es wird erwartet, daß unter gewissen Umständen eine gewisse Veränderung an den in diesem. Beispiel angegebenen Figuren notwendig sein kann, um die Tatsache zu berücksichtigen, daß die verschiedenen Gebiete bzw. Zonen der Probe nicht nur verschiedene Resonanzfrequenzen zeigen, sondern auch verschiedene Spin-Gitter-Relaxationszeiten haben. Eine geeignete Veränderung kann gemäß den Lehren der oben erwähnten internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 92/17794 vorgenommen werden.
In dem Beispiel werden die in den frequenzabgestuften Sequenzen erzeugten Signale in der Empfänger- und Nachweisschaltung getrennt verarbeitet. Jede Frequenzantwort bzw. jeder Frequenzgang kann dann getrennt untersucht werden, oder die Antworten können summiert werden, um eine Gesamtantwort von der Probe zu liefern.
Allgemein ausgedrückt würde man unter der Annahme, daß n abgestufte Frequenzen verwendet werden, beim Summieren der n Stufenantworten erwarten, daß das gesamte Signal-Rausch- Verhältnis um einen Faktor n bezüglich des Falles, bei dem solche Antworten gleichzeitig angeregt und nachgewiesen werden sollen, mittels eines einzigen Pulses oder einer Pulssequenz reduziert ist, die ausreicht, um die gesamte Anregungsbandbreite Δv abzudecken. Durch eine Anwendung auf jede Stufenantwort während einer Signalverarbeitung eines Filters mit schmalem Bandpaß, dessen Breite 1/n-tel derjenigen beträgt, die man verwenden würde, falls die gesamte Antwort nachgewiesen werden sollte, d. h. dessen Breite Δv/n beträgt, wird das Signal-Rausch-Verhältnis jeder Stufe um einen Faktor n erhöht. Daher kann das gesamte Signal-Rausch-Verhältnis der summierten Antwort unverändert bleiben.
Mit Verweis auf Fig. 3 wird nun ein Pulszeitdiagramm beschrieben, das den Betrieb der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Zwei, sich wiederholende Hochfrequenz-Pulsfolgen bei verschiedenen Frequenzen werden in versetzter, verschachtelter Weise angewendet. Die Pulse der beiden Folgen sind so geformt, daß sie eine Rechteckform in der Frequenzdomäne aufweisen, und haben eine Breite tw(1) und tw(2) und verschiedene Frequenzen f&sub1; und f&sub2;. Man nimmt an, daß die beiden Frequenzen wegen der verschiedenen Temperaturen, denen sie entsprechen, verschiedenen Werten der Spin-Gitter-Relaxationszeit T&sub1; zugeordnet sind. Die Pulse werden bei Pulswiederholzeiten τ (τ > > tw) wiederholt, die viel länger als die längere T&sub1; sind, z. B. τ = 5 T&sub1;, um eine volle Signalerholung zwischen Pulsen sicherzustellen; Phasenverschiebungen abwechselnder Pulse oder geeignete Kombinationen von Pulsen mit der Breite tw und 2tw können verwendet werden, um eine gedämpfte Schwingung (ringing) der Sonde zu eliminieren. Nach einer phasenempfindlichen Feststellung und Manipulation der geeigneten Signale kann veranlaßt werden, daß sich die Restoszillationen aufheben und nur das echte NQR-Antwortsignal beobachtet wird. Da τ viel länger als jeder T&sub1;-Wert ist, ist in diesem speziellen Fall keine T&sub1;-Kompensation notwendig.
Die Gesamtzeit des Tests ist durch die längere T&sub1; beschränkt; falls τ = 5T&sub1; ist (wobei T&sub1; der längere T&sub1;-Wert ist) und die zulässige Beobachtungszeit Tbeob ist, ist die maximale Zahl möglicher Akkumulationen N = Tbeob/(tw + τ) = Tbeob/(tw + 5T&sub1;). Das Signal/Rausch-Verhältnis ist der Quadratwurzel von N proportional, so daß es wichtig ist, die Pulswiederholzeit τ so festzulegen, daß τ nicht merklich länger als 5T&sub1; ist; ansonsten wird Information verloren. Eine Beschränkung des Abstandes τf zwischen den beiden Pulsen ist, daß τf z. B. 2T&sub2;* oder 3T&sub2;* übersteigen sollte, um zu ermöglichen, der f.i.d. vom ersten Puls abfällt, im wesentlichen bevor der zweite Puls angewendet wird. Da T&sub2; z. B. mit der Temperatur variieren kann, kann es wichtig sein, τf einzustellen, um dies zu kompensieren.
In einer alternativen Form der bevorzugten Ausführungsform ist die Pulswiederholzeit τ kleiner als 5T&sub1; eingestellt (wobei T&sub1; nun der kürzere T&sub1;-Wert ist) und die Pulsbreite und/oder HF-Leistung so eingestellt, um Umklappwinkel zu erzeugen, die geringer als der dem maximalen f.i.d. entsprechende Umklappwinkel sind und die Variation von τ/T&sub1; mit Temperatur berücksichtigen, wie in der früher angeführten internationalen Patentanmeldung beschrieben ist. Das heißt, die Anregung ist so, als ob sie gleiche Signalstärken bei den Temperaturen erzeugen würde, bei denen f&sub1; und f&sub2; die Resonanzfrequenzen sind. Die Signale sind schwächer, als wenn τ/T&sub1; ungefähr gleich 5 ist, aber mehr können in einer gegebenen Zeit akkumuliert werden, und es wird eine geringere HF- Leistung benötigt.
Obgleich das in Fig. 3 veranschaulichte Pulszeitdiagramm für die Erzeugung und den Nachweis von Abklingsignalen der induzierten Magnetisierung geeignet sind, können alternativ dazu oder zusätzlich durch eine geeignete Einstellung der Pulswiederholzeit τ Echos erzeugt oder nachgewiesen werden. Diese können einzelne Echos oder mehrere Echos sein (die unter Verwendung einer Mehrpulssequenz erzeugt wurden).
Die Verwendung von Echos kann bis zu einem Maße die außer Phase geratenen Antwortsignale nachfokussieren und daher die Probleme reduzieren, die durch Inhomogenitäten in der Probe hervorgerufen werden.
Man würde jedoch infolge der begrenzten Bandbreite, über die Sequenzen mit mehreren Pulsen erfolgreich arbeiten können, nicht erwarten, daß das Nachfokussieren in vollem Ausmaß auftritt. Sequenzen mit mehreren Pulsen leiden im allgemeinen an einer schlechten Güte außerhalb der Resonanz.
Aus diesem Grund glaubt man, daß die Verwendung von Echos nicht allein die vorher erwähnten Inhomogenitätsprobleme vollständig beheben kann. Eines der anderen, hierin beschriebenen Verfahren, wie z. B. die Verwendung mehrerer Frequenzen oder einer besonders günstigen Resonanz der Kernart von Interesse müßte zusätzlich verwendet werden.
Die Verwendung von Echos ist ebenfalls vorteilhaft, weil sie zusätzliche Informationen betreffend die interessierenden Kernarten durch die Messung von sowohl Echoabklingzeiten als auch Abklingzeiten der induzierten Magnetisierung erzeugen kann.
In Fällen, in denen die Probe eine Vielzahl von Resonanzantwortsignalen mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten zeigt, wurde festgestellt, daß es vorteilhaft ist, für einen Nachweis den Übergang mit dem niedrigsten Wert des Temperaturkoeffizienten auszuwählen, vorausgesetzt die Relaxationszeiten sind nicht ansonsten ungünstig. Nimmt man z. B. wieder den Fall von RDX, gibt es insgesamt neun bekannte ¹&sup4;N- Quadrupolresonanzen, die in Tripletts um Frequenzen von 1,8, 3,4 und 5,2 MHz gruppiert sind. Bei Raumtemperatur liegen die drei Resonanzen um 3,4 MHz bei Frequenzen von 3,46, 3,41 und 3,36 MHz. Von den neun Resonanzen ist die bei 3,41 MHz (298 K) dadurch außergewöhnlich, daß nun entdeckt wurde, daß sie einen Temperaturkoeffizienten von nur -0,094 kHz K&supmin;¹ aufweist, was ungefähr ein Sechstel desjenigen der Resonanz mit 5,19 MHz und in der Tat erheblich geringer als der irgendeiner anderen Resonanz ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann daher dann ein einziger geformter oder ein einfacher rechteckiger Puls oder eine Folge solcher Pulse bei einer einzigen Anregungsfrequenz ausreichen, um einen Temperaturgradienten von 12ºC über die Probe oder einen Gradienten von 6ºC und eine Unbestimmtheit der mittleren Temperatur von nicht mehr als 6ºC abzudecken. T&sub2;* beträgt für diesen speziellen Übergang 0,7 ms (entsprechend einer Linienbreite von 0,4 kHz), so daß der geformte (oder rechteckige) Puls eine Länge aufweisen muß, die nicht wesentlich größer als dieser Wert ist.
Beim Leiten bemerkt man, daß die Spin-Gitter-Relaxationszeit T&sub1; der Linie bei 3,41 MHz einen Temperaturkoeffizienten hat, der dem der Linie bei 5,19 MHz ähnlich ist. Daher muß eine Kompensation der Schwankung von T&sub1; wie oben beschrieben noch ausgeführt werden.
Nun wird eine ähnliche Analyse für die Droge Kokain, entweder in Form einer Kokainbasis oder in Form von Kokainhydrochlorid präsentiert. Es wurde festgestellt, daß die Linie bei 3,82 MHz bei Raumtemperatur für eine Kokainbasis oder die bei 0,961 MHz für Kokainhydrochlorid hinsichtlich der Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von der Temperatur die am wenigsten empfindliche ist.
In Verbindung mit der weiteren bevorzugten Ausführungsform ist allgemein gesprochen ein Nachteil einer Wahl einer Linie mit einer niedrigeren Frequenz eine Abschwächung im Signal-Rausch- (SNR) -Verhältnis (SNR vQ3/2). Für RDX würde man folglich bei der Wahl der Linie mit 3,41 MHz statt der bei 5,19 MHz eine Halbierung des Signal-Rausch-Verhältnisses erwarten.
Es wurde jedoch nun gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß diese Abschwächung auf irgendeine oder alle drei, mit Verweis auf die Übergänge bei 3,41 MHz und 5,19 MHz des Explosivstoffes RDX veranschaulichten Arten teilweise oder vollständig kompensiert werden kann.
In Fällen, in denen das Produkt aus B&sub1; und der Anregungsfrequenz bei oder unter einem gegebenen Pegel gehalten werden muß, kann zunächst das B&sub1;-Feld im Verhältnis des Kehrwertes der Frequenzen (in diesem Beispiel im Verhältnis 5,2 zu 3,4, d. h. 1,5) erhöht werden. Dies kann ermöglichen, daß der Umklappwinkel und daher das beobachtete Signal vergrößert wird, das vom Verhältnis τ/T&sub1; abhängig ist, wobei τ der Pulsabstand ist. Unter der Annahme, daß die Umklappwinkel im gleichen Verhältnis wie das B&sub1;-Feld zunehmen, könnte die Signal- Rausch-Verstärkung ungefähr 1,25 betragen.
Zweitens könnte die Verwendung der Linie bei 3,41 MHz statt der bei 5,19 MHz von RDX eine Reduzierung in der Anregungsbandbreite um einen Faktor 6 von z. B. 20 auf 3,5 kHz gestatten. Ein geeignet abgewandelter geformter Puls oder ein Rechteckpuls mit stark reduzierter Breite, z. B. 170 us, könnte für die gleiche HF-Leistung verwendet werden, wobei somit zum Beispiel die Zeit von der Mitte des Pulses bis zum Beginn der Signalerfassung vermindert wird.
Dieses zweite Merkmal hat zwei weitere Vorteile; je kürzer die Zeit zwischen dem Puls und der Signalerfassung ist, desto geringer sind die Effekte einer Phasenverschiebung bzw. des Außer-Phase-Geratens des Signals infolge des Temperaturgradienten; außerdem können im Fall von RDX z. B. die ansonsten schädlichen Effekte einer Auswahl eines Signals (3,41 MHz) mit einer kürzeren T&sub2;* (0,7 ms) und breiteren Linie (0,4 kHz) als die Linie bei 5,19 MHz (1,4 ms, 0,2 kHz) überwunden werden.
Drittens bringt die Auswahl einer schmaleren Bandbreite der Anregung es mit sich, daß bei der Signalverarbeitung ein Filter mit schmalerem Bandpaß verwendet werden kann. Im Fall von RDX beispielsweise kann die Filterbreite um einen Faktor 6 von z. B. 24 auf 4 kHz reduziert werden. Dies könnte eine Verbesserung im SNR (wobei andere Faktoren die selben bleiben) von 6 = 2,45 ergeben.
Ein geeignetes Bandpaßfilter wäre ein Blackman-Sinus- Filter (oder "Blackman-Fenster-Filter"), wie es im Artikel mit dem Titel "Selective Detection in NMR by Time-Domain Digital Filtering" (M.E. Rosen, J. Magn. Reson. 1994, 107, 119) beschrieben wurde.
Berücksichtigt man alle Faktoren, ist man nun der Ansicht, daß eine Wahl einer Linie bei 3,41 MHz statt bei 5,19 MHz für RDX die Empfindlichkeit der Tests nur marginal reduziert.
Ein weiteres Beispiel der Funktion der vorliegenden Erfindung wird nun mit Verweis auf die Fig. 4 bis 7 der Zeichnungen beschrieben.
In dem Beispiel werden Ergebnisse geliefert von Experimenten, die für den Explosivstoff RDX bei nominellen Resonanzfrequenzen von 5,19 MHz und 3,41 MHz durchgeführt wurden. Der Explosivstoff lag in Form einer zylindrischen Probe mit einem Durchmesser von 5 cm, einer Länge von 6 cm und einem Gewicht von ungefähr 200 g vor. In der Probe wurde eine Temperaturdifferenz erzeugt, indem ihre Temperatur zuerst auf etwa -9ºC in einem Gefrierapparat verringert und sie dann zurück auf Umgebungstemperatur (ungefähr 22ºC) gebracht wurde. Fig. 4 zeigt die Variation der Temperatur mit der Zeit, wobei Temperaturmessungen mit Sensoren, einer bei der Mitte der Probe (vgl. die quadratischen Datenpunkte) und einer nahe der zylindrischen Oberflächenmitte (vgl. die kreisförmigen Datenpunkte) vorgenommen wurden. Die Ergebnisse wurde mit der HF- Sonde 112 in situ, aber ohne vorhandene Anregungspulse erhalten. Unter der Annahme, daß eine HF-Erwärmung gering ist, würde man erwarten, daß die Ergebnisse eine vernünftige Angabe des Temperaturgradienten in der Probe während der nun zu beschreibenden Messungen ergeben.
Eine Untersuchung von Fig. 4 zeigt, daß die Temperaturdifferenz in der Probe für mindestens eine Stunde fortbesteht.
Die Fig. 5 zeigen die Linie bei 5,19 MHz bei a) t = 0, b) t = 2 Min., c) t = 4 Min., d) t = 6 Min. und e) t = 15 Min., nachdem die Probe in der HF-Sonde 112 plaziert wurde. In den Fig. 5(a) bis 5(d) ist jede der Unterteilungen auf der horizontalen Frequenzachse durch 2,5 kHz getrennt. In Fig. 5(e) beträgt der Abstand der Unterteilungen 12,5 kHz. Die gestrichelte Linie repräsentiert eine einzelne Anregungsfrequenz mit 5296 kHz (5199 kHz für Fig. 5(e)). Für das Experiment wurde eine einfache Sequenz aus Rechteckpulsen verwendet. Die Dauer jedes Pulses betrug 150 us.
Zu Anfang (Fig. 5(a)) wurde ein gutes Signal erhalten. Die Resonanzfrequenz legt eine Temperatur von ungefähr -7ºc nahe. Das Signal verschlechtert sich jedoch schnell unter den verwendeten Bedingungen, so daß nach t = 6 Min. (Fig. 5(d)) nur zwei breite schwache Strukturen übrigbleiben. Bei t = 6 Min. lag die Temperaturdifferenz zwischen der Mitte und dem Ende der Probe im Bereich von 9ºC. Während sich die Temperaturdifferenz in der Probe schließlich reduziert, nimmt die Signalintensität zum Schluß wieder zu. Bei t = 15 Min. (Fig. 5 (e)) wird ein relativ starkes Signal mit zwei Resonanzlinien erhalten. Die größere entspricht einer Temperatur von ungefähr 13ºC, und die kleinere einer Temperatur von ungefähr 3ºC.
Fig. 6 zeigt das Resonanzantwortsignal des Abfalls der induzierten Magnetisierung entsprechend dem Spektrum von Fig. 5(d), d. h. das Signal nach t = 6 Min. Jede Unterteilung auf der horizontalen Achse repräsentiert 500 us. Wie man erkennen kann, gibt es in den ersten 50 us noch ein starkes Signal; dieses gerät aber schnell zu einem nicht nachweisbaren Rauschen außer Phase.
In anderen Experimenten wurde ein etwas stärkeres Signal erhalten, indem eine geringere Datenkompression und eine kürzere Abtastzeit verwendet wurden. Daher wurde in diesen Experimenten eine größere Konzentration von Datenpunkten nahe dem Anfang des Antwortsignals verwendet. Von 100 us an wurde auch ein Auffüllen mit Nullen genutzt; das Auffüllen mit Nullen ist in dem Buch mit dem Titel "A Handbook of Nuclear Magnetic Resonance" (R. Freeman, Longman, 1987, S. 302-305) beschrieben. Der Abfall der induzierten Magnetisierung war jedoch noch vergleichsweise schwach.
Aus den Ergebnissen des in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten Experiments kann man erkennen, daß bei Vorhandensein einer ausgeprägten Temperaturdifferenz innerhalb einer Probe, wenn keine Maßnahmen ergriffen werden, um ihr entgegenzuwirken, das Resonanzantwortsignal bis zu einem Grad außer Phase geraten kann, der innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne nicht festgestellt werden kann.
Fig. 7 veranschaulicht ein weiteres Experiment, bei dem spezielle Maßnahmen ergriffen wurde, um der Temperaturdifferenz entgegenzuwirken. In diesem Fall schließen die Maßnahmen die Verwendung der am wenigsten temperaturempfindlichen RDX- Linie ein, d. h. der bei 3,41 MHz bei Raumtemperatur. (Dies ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der oben beschriebenen Erfindung.) Wie bei dem früher beschriebenen Experiment wurde wieder eine einfache Sequenz von Rechteckpulsen mit der jeweiligen Pulsdauer von 150 us verwendet. Das heißt, die Sequenz war wie die in bezug auf Fig. 3 beschriebene, aber nur bei einer Anregungsfrequenz.
Fig. 7 zeigt die Linie a) t = 0, b) t = 4 Min., c) t = 6 Min. und d) t = 16 Min. Jede Unterteilung auf der horizontalen Frequenzachse ist durch 3,125 kHz getrennt. Die gestrichelte Linie repräsentiert die einzelne Anregungsfrequenz bei ungefähr 3412 kHz. Während man bei b) t = 4 Min. eine gewisse Änderung der Linienform erkennt, gibt es in dem beobachteten Signal für diese Linie eine viel geringere Änderung unter Verwendung von Rechteckpulsen, als man bei der Linie bei 5,19 MHz erkennt. Nach (nicht veranschaulichten) t = 40 Min. hat sich das Signal nahezu vollständig erholt.
Daher kann man erkennen, daß im vorliegenden Fall die Verwendung der RDX-Linie mit der geringsten Temperaturempfindlichkeit das Problem einer Signalabschwächung größtenteils beseitigen kann, das mit der durch unterschiedliche Temperaturen induzierten Phasenverschiebung verbunden ist.
In einem weiteren Experiment, das dem oben beschriebenen (unter Verwendung der RDX-Linie mit 3,41 MHz) ähnlich ist, wurde eine Sequenz geformter Pulse mit einer jeweiligen Dauer von 250 us verwendet.
Die Effekte einer Phasenverschiebung, auf die man bei Verwendung geformter Pulse trifft, sind etwas schlimmer als die, auf die man bei Verwendung der einfachen Rechteckpulse trifft, Man ist der Ansicht, daß der Grund dafür die relative Bandbreite der verwendeten Pulse ist. Es sollte möglich sein, bessere Ergebnisse unter Verwendung geformter Pulse mit reduzierter Bandbreite zu erhalten.
Es versteht sich natürlich, daß die vorliegende Erfindung oben lediglich beispielhaft beschrieben wurde und Abwandlungen von Einzelheiten innerhalb des Umfangs der Erfindung vorgenommen werden können.

Claims

1. Verfahren zum Konfigurieren eines Gerätes zum Feststellen des Vorhandenseins einer eine bestimmte Art eines Quadrupolkerns enthaltenden Substanz in einer Probe, von der nicht bekannt ist, daß sie die Substanz enthält, welche Substanz einer inhomogenen Verteilung von Temperatur oder Druck ausgesetzt wird, wobei das Gerät eine Einrichtung zum Anwenden einer Anregung auf die Probe, um eine Kernquadrupolresonanz anzuregen, und eine Einrichtung zum Nachweisen des Resonanzantwortsignals enthält, wobei das Verfahren umfaßt:

Auswählen eines Temperatur- oder Druckbereichs, über den sich gemäß der Erwartung die Temperatur oder der Druck über die Substanz ändert;

Bestimmen der Zeit, die das Resonanzantwortsignal benötigt, um aufgrund der inhomogenen Temperatur- oder Druckverteilung, die eine vorzeitige Phasenverschiebung des Antwortsignals hervorruft und in dem ausgewählten Temperatur- oder Druckbereich vorliegt, bis zu einem ausgewählten Grad außer Phase zu geraten; und

Einrichten der Nachweiseinrichtung, um mindestens einen Teil des Resonanzantwortsignals nachzuweisen, bevor das Signal bis zum ausgewählten Grad außer Phase geraten ist.

2. Verwendung eines Geräts, das gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 konfiguriert wurde.

3. Verwendung eines Geräts nach Anspruch 2 in einem Verfahren zum Nachweisen des Vorhandenseins einer eine bestimmte Art eines Quadrupolkerns enthaltenden Substanz in einer Probe, von der nicht bekannt ist, daß sie die Substanz enthält, welche Substanz einer inhomogenen Temperatur- oder Druckverteilung ausgesetzt wird, wobei das Verfahren umfaßt:

Anwenden einer Anregung auf die Probe, um eine Kernquadrupolresonanz anzuregen; und

Nachweisen zumindest eines Teils des Resonanzantwortsignals, bevor das Signal aufgrund der inhomogenen Temperatur- oder Druckverteilung, die eine vorzeitige Phasenverschiebung des Antwortsignals erzeugt, bis zu einem ausgewählten Grad außer Phase geraten ist.

4. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anregung eine gepulste Anregung ist oder dafür gesorgt wird und für den oder jeden Puls zumindest ein Teil des Resonanzantwortsignals vor Ablauf einer mit dem Anfang dieses Pulses beginnenden Zeitspanne nachgewiesen wird oder dafür gesorgt wird, die gleich dem Kehrwert der einfachen, doppelten, fünffachen oder zehnfachen Schwebungsfrequenz ist, die den beiden Resonanzfrequenzen entspricht, die den beiden Grenzen des Temperatur- oder Druckbereiches entsprechen, dem die Substanz ausgesetzt wird oder gemäß der Erwartung ausgesetzt wird, vorausgesetzt diese Zeitspanne liegt innerhalb der in Anspruch 1 spezifizierten Grenze.

5. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anregung eine gepulste Anregung ist oder dafür gesorgt wird und die Dauer des oder jedes Pulses weniger als das Doppelte der Abklingzeit T&sub2;* der induzierten Magnetisierung entsprechend der NQR-Resonanz beträgt oder dafür gesorgt wird.

6. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 5, worin die Anregung eine gepulste Anregung ist oder dafür gesorgt wird und die Dauer des oder jedes Pulses weniger als 100%, 75%, 50% oder 25% der Abklingzeit T&sub2;* der induzierten Magnetisierung entsprechend der NQR-Resonanz beträgt oder dafür gesorgt wird.

7. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anregung eine gepulste Anregung ist oder dafür gesorgt wird und die Dauer des oder jedes Pulses weniger als 5 ms beträgt oder dafür gesorgt wird.

8. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 7, worin die Anregung eine gepulste Anregung ist oder dafür gesorgt wird und die Dauer des oder jedes Pulses weniger als 3 ms, 2 ms, 1 ms, 0,7 ms, 0,4 ms oder 0,1 ms beträgt oder dafür gesorgt wird.

9. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anregung auf die Probe bei mehreren verschiedenen Anregungsfrequenzen angewendet wird oder dafür gesorgt wird, wobei solche Frequenzen in den Resonanzfrequenzbereich für den Kern fallen, der dem Temperatur- oder Druckbereich entspricht, dem die Substanz ausgesetzt wird oder gemäß der Erwartung ausgesetzt wird.

10. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein:

Bestimmen eines Resonanzfrequenzbereichs für den Kern entsprechend dem ausgewählten Temperatur- oder Druckbereich; und

Einrichten der Anregungseinrichtung, um eine Anregung bei mehreren verschiedenen Anregungsfrequenzen anzuwenden, wobei solche Frequenzen in den bestimmten Resonanzfrequenzbereich fallen.

11. Verwendung einer gepulsten Anregung bei mehreren verschiedenen Frequenzen, um eine inhomogene Verteilung von Temperatur oder Druck innerhalb einer eine bestimmte Art eines Quadrupolkerns enthaltenden Substanz zu kompensieren, in einem Verfahren zum Nachweisen des Vorhandenseins der Substanz in der Probe, von der nicht bekannt ist, daß sie die Substanz enthält, wobei das Verfahren umfaßt:

Nachweisen des Antwortsignals;

worin die Anregung Pulse bei mehreren verschiedenen Anregungsfrequenzen aufweist, wobei solche Frequenzen in den Resonanzfrequenzbereich für den Kern entsprechend der Temperatur- oder Druckverteilung fallen, der die Substanz ausgesetzt wird, wobei die Bandbreite von jedem der Anregungspulse im Vergleich zum Resonanzfrequenzbereich ausreichend schmal ist, um den Betrag einer vorzeitigen Phasenverschiebung des Resonanzsignals zu reduzieren, die durch die inhomogene Temperatur- oder Druckverteilung hervorgerufen wird.

12. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anregung dafür eingerichtet ist, ein Echoantwortsignal zu erzeugen.

13. Verfahren oder Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, worin der Frequenzabstand zwischen benachbarten Anregungsfrequenzen weniger als 0,1% einer solchen Anregungsfrequenz beträgt.

14. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 13, worin der Frequenzabstand zwischen benachbarten Anregungsfrequenzen weniger als 0,06%, 0,04%, 0,02%, 0,01% oder 0,005% einer solchen Anregungsfrequenz beträgt.

15. Verfahren oder Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, worin die Anregung Pulse bei verschiedenen Anregungsfrequenzen umfaßt, welche Pulse so eingerichtet sind, daß sie jeweilige Anregungsfrequenzbereiche aufweisen, die im wesentlichen nicht überlappen.

16. Verfahren oder Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, worin die Anregung Pulse bei den verschiedenen Anregungsfrequenzen aufweist, wobei die Pulse so geformt sind, daß sie ein im wesentlichen rechteckiges Frequenzprofil aufweisen.

17. Verfahren oder Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, worin der Frequenzabstand zwischen benachbarten Anregungsfrequenzen weniger als 5 kHz beträgt.

18. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 17, worin der Frequenzabstand zwischen benachbarten Anregungsfrequenzen weniger als 3 kHz, 2 kHz, 1 kHz, 0,5 kHz oder 0,25 kHz beträgt.

19. Verfahren oder Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, worin die Zahl solcher verschiedener Anregungsfrequenzen größer als 2 ist.

20. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 19, worin die Zahl derartiger verschiedener Anregungsfrequenzen größer oder gleich 4, 8, 16 oder 32 ist.

21. Verfahren oder Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, worin die Anregung bei benachbarten Anregungsfrequenzen zu verschiedenen Zeit angewendet wird oder dafür gesorgt wird.

22. Verfahren oder Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, worin das jeder Anregungsfrequenz entsprechende jeweilige Resonanzantwortsignal bei der Anregungsfrequenz nachgewiesen wird oder dafür gesorgt wird.

23. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur oder des Druckes weniger als 100% ihres oder seines mittleren Absolutwertes beträgt.

24. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 23, worin der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur oder des Druckes weniger als 10% oder 1% ihres oder seines mittleren Absolutwertes beträgt.

25. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur oder des Druckes größer als 0,01% ihres oder seines mittleren Absolutwertes ist.

26. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 25, worin der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur oder des Druckes größer als 0,1% oder 1% ihres oder seines mittleren Absolutwertes ist.

27. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur weniger als 10ºC beträgt.

28. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 27, worin der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur weniger als 6ºC, 4ºC, 2ºC, 1ºC oder 0,5ºC beträgt.

29. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur größer als 0,5ºC ist.

30. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 29, worin der Bereich oder erwartete Bereich der Temperatur größer als 1ºC, 2ºC, 4ºC, 6ºC oder 10ºC ist.

31. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anregung auf die Probe über einen gegebenen Frequenzbereich angewendet wird oder dafür gesorgt wird, wobei die Zeitdomänenwellenform der Anregung entweder phasenmoduliert oder amplitudenmoduliert oder sowohl phasen- als auch amplitudenmoduliert ist.

32. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anregung eine gepulste Anregung ist oder dafür gesorgt wird, die einen gegebenen Frequenzbereich abdeckt, und die Anregung auf die Probe auf solch eine Weise angewendet wird oder dafür gesorgt wird, daß die Phase der Anregung über den gegebenen Bereich im allgemeinen nicht linear mit der Anregungsfrequenz variiert.

33. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 32, worin die Phase der Anregung im allgemeinen quadratisch mit dem Frequenzversatz variiert oder dafür gesorgt wird.

34. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Kernquadrupolresonanz der Substanz mit der geringsten Temperaturempfindlichkeit angeregt wird oder dafür gesorgt wird.

35. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 34, worin die Probe eine Substanz aufweist, die mehrere deutliche Resonanzfrequenzen oder Gruppen von Resonanzfrequenzen hat, und die Resonanz, die angeregt wird, nicht die höchste Resonanzfrequenz hat oder keine Resonanzfrequenz in der höchsten Gruppe von Resonanzfrequenzen hat.

36. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 34 oder 35, worin die Resonanz, die angeregt wird, nicht die höchste Frequenz der Resonanzfrequenzen hat.

37. Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Substanz das explosive RDX aufweist.

38. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 37, worin die Resonanz bei 298 K bei 3,41 MHz angeregt wird oder dafür gesorgt wird.

39. Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 37, je nach einem beliebigen Anspruch mit Ausnahme von Anspruch 34, worin die Resonanz bei 298 K bei entweder 5,05 MHz oder 5,19 MHz oder 5,24 MHz angeregt wird oder dafür gesorgt wird.