Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   4 A ugus 2020,   pp.  3468~3 475   IS S N: 20 88 - 8708 DOI: 10 .11 591/ ijece . v10 i 4 . pp3468 - 34 75     3468       Journ al h om e page http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Des i gn o f probe f or NQR/ NMR de tection       Preeti  Hem nani 1 A. K . Ra j araj an 2 Gopa l Joshi 3 S.   V.   G . Ra vindr anat h 4   1 Hom Bhabha   Nati ona Insti tute,   Ind ia   2 ,3,4 Bhabha   Ato m ic   Resea r ch  C e ntre Indi a   1 Depa rtment of  El e ct roni cs  and   Te l ec om m unic ation  Eng ine er ing ,   S.I.E. S Gradu ate  School   of Te ch nolog y ,   Ind ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma 10 , 201 9   Re vised  Dec  16 ,   2019   Accepte J an   11 , 2 020     Nucle ar   Magne t i Resonan ce   (N MR)  is  RF   t echnique   th at  is  ab le   to   detec t   an y   compound  b y   sensing  the   e xci t ed  resona nce  signal from  at om ic   nucl e i   havi ng  non - z ero   spin.  NQ is  sim il ar  to  NM but  the   onl y   di ffe ren c is   NM nee ds  DC  m agne ti fi el d   and  due  to  th is  i ts  appl icati on  in  the   fi el is  li m it ed .   FPG base NQ s pec tromet er  is  designe usin single   FP GA   chi to  per form   the   digital   t asks  req uire for  NQ spec trometer.  Design  of   Probe  for  NM R/NQR  spec tromete r   is  r ese ar ched.  Para llel  tune d   and  se rie tune Probes  are   discussed  and  sim ula te d. 14 NQ fro m   NaNO is  observe from   s pec tromet er  d esi gned  with   par al l el   tune d   probe .   Ke yw or d s :   Coil   FPGA   NMR   NQR   Pr obe   Copyright   ©   202 0 Instit ute of   Ad v ance Engi ne eri ng  and  Sc ie n ce   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Pr eet i   Hem nani   Dep a rtm ent o f El ect ro nics  and Telec omm un ic at ion  E ng i ne erin g,   S.I . E.S  Gra du a te  Schoo of Te chnolo gy,   Nerul,  Na vi Mum bai, I ndia .   Em a il pr eet ia he m nan i@ gm ail.co m       1.   INTROD U CTION   Nu cl ea Qu a dr upole  Re s onan ce  ( NQ R is  s pectr os co py  of  nucl ear  ene rgy   le vels  res ult ing   from     the  interact ion  o nucl ear q ua dru po le   m o m e nt  with  the  el ect ric  fiel gr a di ent  in  cryst al lin (no n - c ubic so li ds .   The  nucl ear  e ne rg le vels  pe r ta ining   to  this  intera ct ion   a bsor an em it  e le ct ro m agn et ic   rad ia ti on   i th RF  range.  I the pulsed  NQ R sp e ct ro m et er,  the sam ple  is exp ose to intense  RF rad ia ti on   of r eso nan ce  fr e quency   from   wh ic th nucl ei   ab sor powe r.   Whe th RF   ra diati on   is  switc he off  t he  a bsor bed  e ne r gy  is  r adiat ed   from   the  nu cl ei   in  t ypic al  tim con sta nt   (T 2 *)   of   fe w   te nth of   m i cro sec onds  to   few   m illi se conds   The  res on a nce   fr eq ue ncy  de pends  on  both   the  qu ad r upol m o m ent  and   the  e le ct ric  fi el gr a dient  he nce  is   pro per ty   of   no only   the  nucl eus   but  al s of   t he  m at erial Fo r   m os of   t he  orga nic  cryst al the  re so na nce  fr e qu e ncy  li es  belo 10  MHz 14 NQ f re qu e ncies  f or   organ ic   c om po unds   li ke  ur ea NaNO 2,   RD et li es   in  the  range  of  1 - MHz  [1 - 3 ].   T he  e xp l osi ve  detect io via  N QR  is  al so   base on  presence   of  14 N   as  al exp l os ives  usu al ly  co ntain  nitroge [ 4].   NQ is   relat e to   N uclear   m agn et ic   Re sonance   ( NMR)   [5 ] w hich  is   al so   known   by   on e   of  it s   app li cat io ns Ma gn et ic   Re sonance  Im aging  (MRI).   NMR  i sp ect rosco pic  te chn i qu wh ic is  us e t detect   the  com po un ds  by  obser vi ng   t he  res onance  sig nal  f ro m   at o m ic   nu cl ei   with  non - zer s pin   inside    the  com po un d.  As  f or   NMR  la rg m agn et ic   fiel is  require d,   it fiel ap pl ic at ion   bec om e lim it ed  and   he nce   the   NMR - ba se ex plo sive  detect ion  syst e m are d evel oped fo lugga ge  scr eenin g   [6 ] . Ho wev e r,  unli ke NMR   the  j ob  of  pro du ci ng   the  s pe ct ro sc op ic   ene rg le vels  in  NQ is  carrie out  by  the  cryst al li ne  el ectr ic   fiel gr a dient a nd  he nce, N QR  do e s not re quire a   st at ic   m agn et ic  f ie ld.   Or i gin al ly   conceptuali zed  a nd  obse rv e by   I.   I.   Ra bi  [ 7 ] te chnolo gy   of   NMR  de velo ped   i instru m entat ion   an theo ry  al ong  with  the  dev el op m ent  of   RF  te chn ol ogy  durin the  world  wa an la te com m ercial   in strum ents  fo obser vatio of  NM and   Ma gnet ic   Re so na nc Im aging   (MRI)  we re  avail able  for   var i ou c om pan ie s.  NQ howev e rem ai ned   as  s pecial iz ed  fiel an the  de velo pm e nt  in  this  fiel wa s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec   &  C om En g   IS S N: 20 88 - 8708       Desig n of  pr ob e for N QR/NM R d et ect io n   ( Pr eet i   Hemnani )   3469   lim it ed  to  sp eci al iz ed  app li cat ion li ke  m i ne  an dru de te ct ion   The  theo reti cal   devel op m ent  in   NMR  is  ver y a dvance d t the e xte nt th at  N MR  d e vice s ar bein g de ve lop e d for  qu a ntu m  co m pu ti ng   pur po ses  [ 8 ].   The  N QR  w orkin pri nciples   are  si m il ar  to  tho se  of   NMR.   NQ dif fers  with  NMR  only   in  the  way   nu cl ea m agn e ti m o m ent  and  the   exter na m agn et ic   fie l interact s w her e   unli ke  N MR N QR  e xploit   the  interact io betwee the  el ect ric  qu a drupole  m o m ent   of   nucl e us   an EF that  surr ounds  the  nucl eus.  Ther e f or e,  NQR   do es  not  re qu i re  an  exter nal  m agn et ic   fiel d.   Atom ic   n uclei   with  sp i I> 1/ 2 s uch   as  14 N     (I = 1) 17O  (I = 5/2), 35 Cl   ( I= 3/ 2),  63Cu (I = 3/2)  possess  non  sphe rical   ch arg distrib ution   (s hap e a nd   hen c e   quad r upole  m o m ent.  I N QR,  t he  el ect r ic   qu a dru pole   m o m ent  (d e no te by   Q int eracts  wi t E FG   of   the  no n - c ubic   cryst al   sit whic h,   m uch   li ke  the  Zeem an  ef fect  of  NMR,  r esults  in  t he  e ne rg of  the  nu cl eus,  dep e nd  on  it or ie ntati on   with  resp ect   to  E FG .   FP G bas ed  pu lse N Q syst e m   is  de sign e us in pa rall el  tun e pro be   [ 9 ] Two   ty pe  of  prob ci rc uit s   are  avail able.  Re search  was  done  on   wh ic ty pe  of   pr ob to  be  us e d.  T his  pa pe r descri bes  a bout t he  tw ty pe s of  pro bes  a nd  wh ic to  b e   us e d based  on t he  st ud y.       2.   FPGA  BA SED P ULSED  NQR  SYST EM  DESIG N   An   N QR /NM R   syst e m [10,  11] in  ge ne ral,  is  com po sed  of  fo u sect io ns,  transm itter,  prob e recei ver   and   c om pu te con t ro l   as  sho wn   in  Fi gure  1.   The  tra ns m i tt er  sect ion   is  desi gne to  ex ci te   the  nu cl ei   us in g   high   pow er  RF  pulse he nc it   is  com pr ise of  a R s ource,   pu lse   pro gr am m er  and  powe a m pl ifie r.  The  r ecei ve s ect ion   is  desig ned   to  re cei ve  weak   sig nal  f ol lowing  the  str ong   excit at io and   it   com pr ise of   pream plifie r,   detect ors,   fil te rs.   T he  c ompu te c on tr ol  cou l pro du ce   the  require pu lse   seq ue nc f or  excit at ion   of  nu cl ei howe ve it   is  designed  to  ac quire,   dig it iz e,  store   and   process   the  data.  I highly   so phist ic at ed  c omm ercial  syste m s the co m pute co ntr ol m od ule  r un s  the e ntire  process.   FPGA  base pulse 14 N Q sp ect r om et e wh ic is  de ve lop e as   pa rt  of  th work  is  ex plained   in [ 12 - 1 4 ] . F P GA  c hip   co ntai ns  larg num ber  o f pro gr am m able log ic  g at e s in  wh ic any o the  dig it al  circuits  can  be  desig ne us i ng   hard war descr i ption   la ngua ges  li ke  V HD a nd  Ve rilog.  T he   dig it al   ta sk s   of   this   sp ect r om et er  li ke  pu lse   pro gr am m er  (P P) Direct  Digital   Synth esi zer   (DDS )   [ 1 5 ,   1 6 ],   dig it al   dem od ulato r   [ 17 ] lo pa ss  Finit Im pu lse   Re sp onse  filt er   (FIR)   [18 ]   are  desi gn e usi ng     sin gle  c hip   of  FPGA.  T he  a na log   per i ph e ral su c as  cr os s   diodes,  pr e - a m pifier,   qu a rter  wa ve  tra ns f orm er  and   pr obe  wer e   al so   desig ne as  par of   th is  research.  T his  pa per   ex pl ai ns   the  desi gn   a nd   dev el op m ent  of   pr ob for   the N MR /N QR  sp e ct r om et er.           Fig ure   1. Bl oc diag ram  o pulse N QR  pec trom et er       3.   NMR/N QR P ROBE   The  job  of  a N QR  prob e   i tw ofold.  It  i re qu i red  to  pro du ce   the  R m agn et ic   fiel that  i s   su f fici ently   str ong  t e xcite   the  nu cl ei   a nd  require to   be   sensiti ve  e no ugh  t detect   the  weak  sig na after    the  excit at io is  com plete The  m os su it ab le   pro be  ci rc ui for  this   pur pose  is  t he  tu ne LCR   ta nk  ci rcu it .     The  Fig ure   sh ows   series   a nd  pa rall el   ta nk  ci rc uits  that  can  be  us e f or  this  pur po s e.  Since   in   the   tune conditi on,  t he  ta nk   ci rcu it ha ve  e xtrem i m ped ances  ( ze ro  or  in finity   theo reti cal ly ),   the  tra nsfer  of  powe r   into  th c oil  as  well   as   tran sfer  of  si gn al   from   the  coil  require  ad diti onal   com pone nts  that  c ou l m at ch     the  im ped ance  of  these  ci rcu it   to  the   outp ut/i nput   im ped anc es  of  the   am pli fiers.   This   is  ty pical ly   achieve by       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 4 A ugus 2020 :   3468  -   3475   3470   m aking   us of   sta nd a rd   im ped ance  c onfi gur at ion   f or   t he  com po ne nts  in  the  ci rcu it   an m at ching   the  pro be  i m ped ance   to   that  value.  T he  auth or  ha us e 50  Oh m   com pone nts  wh e re  as  75   O hm   stan da r config urat ions   are also  av ai la ble co m m ercia ll y.             Fig ure   2. The   par al le l an d ser ie s LC probe       The  fact or   of   the  ta nk  ci r cuit  play an  im po rtant  ro le   in  a m plifyi n the  excit ing   si gn al   f ur t her.  Howe ver   this  is  bo t boon  and   ba ne  as  the  vo lt a ges  in   the  coil  cou ld   easi ly   go   beyond  the  brea kdow vo lt age of  t he vari ou s  co m ponen ts  of the  cir cuit an r esult  in brea kdown or   sp a rk i ng etc .   S th e pr ob e   needs  to  hav e   good  i ns ulati on  a nd  nee to   us com po ne nts  w it hi gh  volt ag rati ngs  w herever   re quired c oil   al ways  has  r esi sta nce  ass oc ia te with  it   an the  sa m ser ves  as  dam pin t the  of   the  ci rcu it O ne   m a add  ad diti on al   resist ances  t the  ci rc uit  in  order  to  furthe dam pen   t he  or  for  the   pur poses  of   m at ching    the  i m ped ance   of   the  pr ob e   with  rest  of  th el ect ro nics.  The  hi gh   is  al so   associat ed  with  lo ng   recove tim (r ing i ng)   of  the   probe.   A dd it io nal  ci rcu it ry  ca be   us e i s uc case  t s witc t he  to   da m pen     the r i ng i ng [ 1 9 ].   In   m os of   the  m od ern   ci rc uits,  sing le   coil  is  us ed  f or  both  excit at ion   of   the  nu cl ei   and   detect ion   of  sign al s.   T his  po ses  so m string e nt  requirem ent  of  the  pro be an ad diti onal   ci rcu it ry  t i so la te   the   excit at ion   and  detect io ci rcu it s. I s ome   of  the  desig ns  [ 20 21 ]   the  t ran sm it te and  receive c oils  are  di ff e ren t,   wh ic si m plifie the  el ect ro nics  a nd   al s m akes  it   easi er  to  op ti m iz the   ind e pende nt  requirem ents  of   bot transm itter  an receiver H ow e ve r,   m echan ic al ly the  c ro ss   coil  a rr a ng em ent  is  m or e   com plica t ed  th a   the  sin gle  c oil  syst em   becau se  la r ge volum is  req ui r ed  i the   cr osse c oil  ar ra ngem ent.  More ove r   i so la ti ng   the  t ran s f or m er  co up li ng  betwee the  e xcita ti on   c oil  an t h recei ving  coil  cou l be   qu ite   a chall en ge.   Seve ral  desi gns  ha ve  been  pro po se for  NQ c oil.  F or  la desig ne s pectr om et e rs,   sim ple   so le noid  is  of t en  em plo ye d,   wh e re  the  sam ple  unde st udy  is  placed  insi de  the  c oil  that   enab le t he  ef fecti ve   util iz at ion   of  t he  m agn et ic   fi el ds For  fiel app li cat io ns   re qu i rin the   detect ion   of  c hem ic al   com po unds,  flat   patte rn   c oil  is  of te us e d.  Ther are  al so   so m coil  desig ns   that   p r ov i de  m or robu st  inter fer e nce   rej ect io [ 2 2 ] In   or der   to  m a ke  the  receive r   con fi gurati on  si m pler,   it   is   ob ser ve that  the  par al le ta nk   ci rcu it   is m or e d esi ra bl e for  a n NQ R   pro be.     The  pro be  ci rc uit  has  coil  a nd   tw va riabl capaci tors.   W it the  ad j ustm ent  of   capaci tors   the  pro be   ci rcu it   is  co nf i gure so   t hat  the  tu ning  is  ac hieve ove th desire f re quency  ra ng with  an  i nput  im ped anc e   of   t he  pr ob ci rcu it   at   50.T he  f orwa rd   po wer   ge ner at e by  powe am plifi er  is  tra nsfer red   t the  pro be,   by  m at ching   the  i m ped an ce   of   pro be  to  50   oh m Also  the  sign al   ge ner at e by  prob will   be  eff ic ie ntly   trans ferred  to  de te ct ion   ci rcu it   as  the  pr obe  im ped ance  is  m at ched   to  50   ohm   wh ic is  the  inp ut  im ped ance  of  pre - am plifie r. The  t wo  pr ob e   ci rcu it ,   serie tu ned  ci rc uit  an pa rall el   tun e d   ci rcu it   a re  discusse he re .     Th pa rall el   tun ed  LC  ci rc uit  i m ped ance  m at ched   to  50  ohm with  ser ie capaci tor  is  sh own  in  F ig ure   3.   The  ca pacit ors   are  var ie in  order  to  t un e   the  ci rc uit  to  th res on a nce  frequ e ncy  a nd  m at ch  the  ci rc uit  to  50   oh m for  m axim u m   po wer   t r ansf e from   the  transm it te r.   Fo r   the  ci rcu it   show i Fi g ure   3.   T he  im ped a nce   betwee n A a nd C eq uals :     Z AC =   Z BC + 1 j ω C M = ( R + j ω L ) / j ω C T R + j ω L + 1 / j ω C T + 1 j ω C M   (1)     =   R ( 1 ω 2 L C T ) 2 + ( ω C T R ) 2 + j ω L ( 1 ω 2 L C T ) C T R 2 ( 1 ω 2 L C T ) 2 + ( ω C T R ) 2 + 1 j ω C M   (2)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec   &  C om En g   IS S N: 20 88 - 8708       Desig n of  pr ob e for N QR/NM R d et ect io n   ( Pr eet i   Hemnani )   3471       Fig ure   3.  Pro be  w it h pa rall el  tun e ci rc uit       is  the  resist ance  of  coil  at   r eso nan ce   f requ ency.  Si nce  th te rm 2   an ( ) 2   are   very   sm a ll  an d neg li gib le , a s s how in  (2)   can  b e   si m plifie to :      =   ( 1 2 ) 2 +  ( 1 2 ) + 1    (3)     In   or der   to  sat isfy  the  m at chi ng   co ndit ion   th real  par of   ( 3)   m us be  set   to  char act erist i i m ped anc e   of  the c onnecti ng co a xial ca ble which is  50Ω  b y a dju sti ng    a t fixe f re qu e nc y:       ( 1 2 ) 2 = 50   (4)     Th us ,       =   1 / 50 2   (5)     In   order   to  obta in  res on a nce  at   sa m f req ue ncy  i m aginar par of  ( 3)   m us be  zer o.   T hu e q uati ng   i m aginar y pa rt  of (3)   to ze ro,  we get :     =   / 50 2   (6)     The   prob ci r cuit  with   se ries  tun e LC  ci rcu it   im ped an ce  m at ched   to   50   ohm wit pa rall el   capaci tor   is  s how i Fi g ure   4.           Fig ure   4. Pro be  w it h serie s t uned  circ uit       Fo r  the  circuit  sh ow in  Fi g ure   t he  im ped a nce  betwee n A  and C e qual s :      = (   +  + 1  ) 1  (   +  + 1  ) + 1    (7)      =   2 2 2 2 2 + ( 2 ) 2 2 2 2 + ( 2 1 ) ( 2 ) 2 2 2 2 + ( 2 ) 2       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 4 A ugus 2020 :   3468  -   3475   3472   is  the   resist a nce  of  c oil  at   r eso nan ce   f requ ency.  Since  t he   te rm ( 2 ) 2 ver sm al l   and n e gligi b le ,  as s how in   ( 7 )   ca n be sim pli fied  t o:      =   2 2 2 ( 2 1 ) ( 2 ) 2 2 2 2   (8)     In   or der   to  sat isfy  the  m at chi ng   c onditi on   th real   par of   ( 8)   m us be  set   to  char act erist i i m ped anc e   of the c onnecti ng co a xial  ca ble   w hich  is  50Ω  b y a dju sti ng    a t fixe f re qu e nc y:       2 2 2 = 50   (9)     Th us ,       =   1 50     (10)     I order   to  obta in  res on a nce   at   sa m fr e qu e ncy  i m aginar par of  ( 8)   m us be  zer o.   T hu e q uati ng   i m aginar y pa rt  of  ( 8)   to ze ro,  we get :     =   1 2   (11)       4.   DESIG N OF  COI L   The  RF   coil  c om bin es  with  m at ching  ci rc uit  to  f or m   res onant  ci rc uit,  an w orks  unde t he  r eso na nt   sta te )   [ 23 ] .   I de al   coil  sho uld   possess  unifo rm   RF  fiel d,  go od  fill   fa c tor  a nd  high   qual it facto ( Q ) .   The  am plit ud e   of  RF  volt ag w hich  a ppe a rs  at   the   te rm i nal  of  t he  ta nk  ci rc uit  at   re so na nce   f requ ency  is   pro portion al   to   qu al it factor   of   the  c oil  thu s   it   is   adv isa ble   to  us coils  w it hig fact or   [2 4 ] The  qual it factor i know as  Q   val ue  a nd it  r e pr ese nts  the  rati o of  i nductive  r eact a nc e an e qu i val ent loss  r esi sta nce.     = 2    (12)     Wh e re    is  the   fr e quency,     is  the  in du ct a nce   of  the  coil,  and  is  the   total   loss  re sist ance.   The    value  is  hi gh e r,   the  l os s   of   t he  ci rc uit  is  s m al le r,   the  sign al   am plific at ion   is  str onger,  the  f re qu e ncy  sel ect ivit is  bette r,   and   fr e quency  sta bili ty   of   res onant  ci rcu it is  higher Howe ver   the   bandw i dth   be com es  ver narrow  at   high    resu l ti ng   in   exces s ive  loss   of  use fu si gn al   s pectral  c om po nen ts  a nd  e ne rg y.   Th us   t he  key  de sign  of  c oil  is   the  sel ect ion  of    an t he  range  of  the   var ia ble  ca pacit or s Seve ral  c oils  wer e   wou nd  an te st ed.   The   one  t ha was  finall us e f or  this  w ork  was  with  l eng t to   diam e te rati of  tw [ 2 5 ] is m ade o ut  of   17 AG c oppe r wire a nd h a s  32 tur ns   of 20   m m  d iam et er o le ngth  40 mm .   Sm it Softwa r is use t fin t he  ra ng e  o f   inducta nce  o f   c oil  with   a vaila ble  ca pacit ors    and    of  (5   pF - 125  pF) The   capaci t or s   us e a re  high  vo lt age   ( 5kV)  vac uum   var ia ble  ca pa ci tors.   Acc ord ing   t inducta nce th coil  diam et e an the   le ng th  of  tu rn s th tur ns   of   t he   coil  windin wer cal c ulate by   inducti on   cal c ulati on   s of t wa re.  T he  coil  w as  desi gne an m ade  m echa nical   sta ble  by  po tt in it tur ns   in   resin base a dhesi ve  (Aral dite ®) . T he  i nduc ta nce of  t he  c oil i s 8  H.       5.   DESIG N OF  PROBE   Fo obser ving  14 NQ sig na fr om   NaN O 2   (N QR  Fr e que ncy  =4.64 M Hz and   H.   The  value   of   cap aci tors  f or   pa rall el   tun e ci rcu it   pro be   as  per   (5)  an (6)   are  C T =126 .4pF  C M 20 . 8pF  ,A ls sim ulate us in g   Sm it so ftwar a sho wn   i Fig ure  5   the  value of  C T   and   C M   are   126.5 pF   a nd   20.7   pF   res pec ti vely .   The  val ue  of  capaci tors  for  ser ie tu ne ci rcu it   pro be  as  per   ( 10 )   a nd  ( 11 )   are  C T =1 4 pF,  C M 4.8 nF .   Also   sim ulated   us in g   Sm it softwa re  as  s how in   Fig ur 6   t he  values   of  C T   a nd  C M   are  151.8 pF  an d   4.8  nF.   T he  pa rall el   tun e LC   ci rcu it   pro be  l ooks   fine  for  t he  w ork  a val ues  of   ca pac it ances  a re  m at ch ing   t values  of   a vaila ble  capaci to rs The  val ues  of   capaci tors  in  s eries  pro be  are   no as  pe the  rati ng of   a vaila ble  capaci ta nces  a nd   al s the  siz of   va riable  c apacit o of   ra nge  in  nF   is  to la rg e For  current  pulse NQ R   sp ect r om et er   par al le tun e ci rcu it   prob e   wit c oil  of  H   was  de ve lo pe a nd  ph oto   is   show i Fi gure   7.   The  pro be  ci rc uit  is  sh ie lded  inside  an  al um inu m   bo an is  well   gr ound ed   to  re du ce  t he  noise The  coil  is   m ade  m echan i cal ly   sta ble  by  bindin it tur ns   usi ng  resi bas ed  a dhesi ve  ( Ar al dite  ® ).   T he  f orwa rd  power  is  m axi m ise and  re flect ed  powe is  m ini m ise by  tu nin an m at chi ng   of  the  pro be.   T he  for wa rd   a nd   ref le ct ed  pow er  is  obse rv e by  di recti on a coupler  buil in  the  t ran s m itter.  Fig ure   s hows   t he   plo t   of   i m ped ance  of  pro be vers us   frequ e ncy.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec   &  C om En g   IS S N: 20 88 - 8708       Desig n of  pr ob e for N QR/NM R d et ect io n   ( Pr eet i   Hemnani )   3473         Fig ure   5. Sm ith  c har t a nd sc hem at ic  o pr obe w it h pa rall el  tun e ci rc uit o btained  fro m  sm it so ftwa re             Fig ure   6. Sm ith  c har t a nd sc hem at ic  o pr obe w it h pa rall el  tun e ci rc uit o btained  fro m  sm it so ftwa re             Fig ure   7. P ho t ogra ph of  par al le l t un ed  circ uit  pro be     Fig ure   8. im pe dan ce  of   prob e v s   f reque ncy.  hor iz on ta l a xis  is fr e quency i n M Hz,   ve rtic al  ax is i n   le ft is Z _pr ob e  in  oh m s,v erti cal  a x is i n rig ht is  phase i n degrees     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 4 A ugus 2020 :   3468  -   3475   3474   6.   RESU LT S   6.1.   14 N QR si gnal   FPGA  base NQ R   sp ect rom et er  us in pa rall el   tun e pro be  ci r c uit  w as  desi gn e a nd  de vel op e d.   It  was  us e to  ob s er ve  14 N QR  sign al   f rom   NaN O 2 .   Fig ure   s hows  th 14 NQ sig nal The  obse r vatio fr e qu e ncy  is  4.642  MHz  wh e re   as  the  sign a is  of res on a nt  by  about  25 00   Hz  res ul ti ng   in  os ci ll at ory   NQR   sign al .   RF  e xci ta ti on   pulse   le ng t of  20   μs   and  po wer  of  120   was   use for  e xcita ti on.  T he  pulse   l eng t is   sel ect ed  su c t hat it  is a  / 2   puls e, to get m axim u m  a m p li tud e   of  NQ R si gn al .           Fig ure   9.  14 N NQ sig nal fr om  N aNO 2       7.   CONCL US I O N   A n   F P G A   b a s e d   p u l s e d   N Q R   s p e c t r om e t e r   i s   e x p l a i n e d   i n   t h i s   p a p e r T h e   e n t i r e   d i g i t a l   t a s k   r e q u i r e d   for  s p e c t r om e t e r  s u c h  a s  P u l s e   P r o g r a m m e r ,  D D S ,  D i g i t a l   R e c e i v e r ,   a  l o w  pa s s  F I R  fi l t e r  a n d  d a t a  a c q u i s i t i o n   i s   d e v e l o p e d   i n   F P G A .   Also,  the  analo pe riph e ral  com ponen ts  s uch   as  pre - am plifie r,   cro ss  diodes ,   qu a rter   wav t ran s f orm er  and   pa rall el   tun ed   p robe   wer desig ne an dev el op ed .   S e ries  a nd  par al le ta nk  ci rcu it s   wer sim ulate d The  sim ulatio n   show tha ran ge  of   va riable   capaci tors  re quire for  pa rall el   tun ed  ci rc uit  are   of lo wer   ra ng e   (so easi ly  av ai la ble)  as  co m pa red to t hat r e qu ired fo se ries t un e ci rcu it s.         REFERE NCE S   [1]   Garrowwa y   A .   N,  Buess  M.  L,  Mill er   J.  B ,   Suit B.   H,   Hibbs  A.  D,   Barr a ll  G.  A,  Mat th ews  R.   and  Burn et t   L .   J,   Remote  sensing  b y   nuclea qu adr upole   reson a nce ,   in  IEEE  Tr ansacti ons  on  Geosci ence  and   Re mote  Sensin g ,   vol.   39 ,   no .   6 ,   pp .   1108 - 1118 ,   Jun 2001.   [2]   Sheng y un  Z . ,   Xing  L. ,   Zhon gche ng   L.,  Guobao  W . ,   and  W ei guo  S. A ppli c at ion  of  Nuclear  Quadrupol e   Resonanc to  Detect ion  of  Explos ive a nd  Rese arc Act ivi t ie at   CIAE,”   Inte r nati onal  A tomic  Ene rgy  Ag enc y   ( IAE A) vol. 43,  no.   18 ,   2010 .   [3]   E.   Gudm undson ,   A.  Jakobss on  and  P.  Stoic NQ base Ex plosive   detec t ion - An  Overvi ew,   9 th   Inte rnational   sympos ium  on  signal  Circu it s an systems   ( ISSCS) Iasi,   Rom an i a ,   Jul y   2009.   [4]   P.  Hem nani ,   G.  Jos hi,   A.  K.  Raj ara j an  and  S.  V.  G.  Ravi ndra na th ,   14 N QR  spec tromete for   exp losive   detec t ion:  rev ie w,   20 16  Inte rnationa Confe ren ce   o Aut omati C ontrol  and  Dy namic  Optimiza ti on  Techn ique ( ICACDO T ) ,   Pune,   pp .   1120 - 112 5,   2016 ,   Doi:   10. 1109/ICACDO T. 2016. 7877761 .   [5]   W .   L.  Roll wi tz,  J.   D.  King ,   and  G.  A.  Ma tz k anin,  Fundam ent als   of  nuclea r   m a gnet i reson anc e   for  th d et e ctio and  id ent if ic a ti o of  exp losive s,   Proc ee dings  of  New  Con ce p ts  Symposium  and  Workshop  o detec t ion  an d   Ide nti f ic a ti on  o f Ex plosi ve s ,   1978 .   [6]   Flexman  J.   H.,   Rudakov  T.   N . ,   Ha y es  P.   A.,   S h anks  N.,   Mikha l tsevi tc h   V.   T . ,   C hisholm   W .   P.,   The   Detect ion  of  Expl osives  in   Airport  Lugg ag Us ing  the  Di rec t   Nucl e ar  Q uadr upole  Reso nanc e   Method”  In:  Schube rt  H.,   Kuzne tsov  A.,   Dete c ti on  of  Bu lk  Expl osives  Advanc ed  T ec hn i ques  aga inst  T e rrori sm ,   NATO  Sci ence  Serie ( Serie s II:  Math emati cs,   Ph ysic s   and  Chemistry) ,   vol   138 ,   Spring er,   Dordr ec ht ,   2 004.   [7]   Rabi ,   I.   I . ,   Z ac h ari as,   J.  R. ,   Mill m an,   S.,   Kus ch,   P.,   New  M et hod  of  Mea suring  Nucle ar  Ma gnet i Mom ent ,   Phy sica R evie w   Journals  Arch ive ,   vo l. 53,  no.   4,   pp.   318 - 318 ,   Fe brua r y   1938 .   [8]   Glase   S.   J.,   NM Quantum  Com puti ng,   Ang ewandt Ch emie  Inte rnationa E dit ion ,   vol .   40 ,   n o.   1,   pp.   147 - 14 9,   2001.   [9]   Hem nani   P. ,   Ra ja ra ja A .   K. ,   J oshi  G. ,   R avi nd ran at h   S.   V.   G.,  FP G base Puls ed  NQ spec tromet er , ”  A I P   conf er en ce P roc ee dings ,   v ol .   15 91,   no .   1 ,   pp .   66 1 - 663 ,   2014 .   [10]   Kaz u y uki  J.   S. Hu m ani ta ri an  de - m ini ng:  Det e ct ion  al gori thms   for  NQ signal s ,   M.S .   The si s,  Univer sit y   of   Twe nte,  Ne the rl and ,   Janu ar y   200 4.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec   &  C om En g   IS S N: 20 88 - 8708       Desig n of  pr ob e for N QR/NM R d et ect io n   ( Pr eet i   Hemnani )   3475   [11]   Kaz u y uki  T . ,   OP ENCORE  NMR:   Open - source   cor m odule for  implementi ng  an  int egr ated  FP GA - base NM R   spec tromete r , ”  J ournal  of  Magn e ti c   Re sonanc e ,   v ol.   192 ,   no .   2 ,   pp .   218 - 229 ,   2008 .   [12]   Hem nani   P. ,   Rajara j an  A.   K.,   Jos hi  G. ,   Ravi ndr an at S.   V.   G.,   The   Buil ding  of  pulsed  NQ R/NM Spect rom et er ,   Inte rnational   Jo urnal  o f El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring   ( IJE CE) ,    v o l.   8,   no .   3 ,   pp .   1442 - 14 50,   June   2018.   [13]   Hem nani   P.,   Rajara j an  A.  K.,   Jos hi  G.,   Rav indra n at S.  V.  G. ,   Deve lopment  of  L ow  fre quency   pu lsed  NM R/NQR   spec tromete r ,   Global  J ournal   of  R ese arch  in  E ngine ering ,   vol .   16,   no .   2 ,   2016 .   [14]   Hem nani   P.,   Rajara j an  A.  K.,   Jos hi  G.,   Ravi ndra nat S.  V.  G.,   FP GA  base RF   pulse  gene rat or   for  NQ R/N MR   spec tromete r ,   P roce dia  Comput er  Scienc e ,   vol.  93,   pp .   161 - 168 ,   2016.   [15]   Eva   M . ,   Colm   S. ,   All about   Dir ec t   digital s y nth esis ,   Ana log   Di alogue ,   v o l .   38 ,   Augus t   2004.   [16]   João  G . ,   Jorge   R .   F.,   Manu el   M .   S.,   Rec onfig ura ble   qu adr a tur oscillat or   base on  DD s y st em , ”  DCIS  2006 [Online ] .   Avai lable.   ht tp: / /www . ine sc - id. p t/ fi cheir os/publi cacoe s/3 627. pdf   [17]   Fukus hima,   R. ,   Expe riment al Pulse  NM R:   Nuts  a nd  Bolt appr oa c h ,”  W estvie Pr ess ,   1993.   [18]   Gurpada m   S.,   Nee la m   R.   P. ,   FPGA  Im ple me ntation  of   Hig her   Order   FIR  Filt er ,   In te rnat ional   Journal  o El e ct rica and   C omputerEngi ne e ring ( IJE CE) , v o l.   7 ,   n o.   4,   pp . 18 74 - 1881 ,   Augus t   2017.   [19]   Mark  S.   C. FET  sw it ch  fo pulsed  NM R ,   Re v ie o Sc ientif i Instrum ents ,   vol.   48 ,   issue   3,   pp.   359 - 361,   Marc 1977 ,   Do i:   10 . 1063/1 . 113 5027   [20]   Grec hishkin  V.  S.,   NQ devi ce   for  det ec t ing  pla stic   expl osiv e s,  m ine s,  and  dr ugs,”   Applied  P hysic A ,   vo l.   5 5,   no.   6 ,   pp .   505 - 5 07,   1992 .   [21]   Rudakov  T.  N.,  Bely akov   A.  V.   and  Mikha lts evi ch  V.  T.,  low - fre quency   instrument  fo remote  nuc lea r   qu adr upole re so nanc e   exp eri m en ts, ”  M easuremen Sc ie nc e   and   Te chnol ogy ,   vo l. 8, no. 4, pp. 444 - 4 48,   1997 .   [22]   Suits  B.   H. ,   Th noise   imm unit y   of   gra d iometer  coi ls  for  14N  NQ la nd  m ine  detec t i on:  pr act ic a l imita t ions,"  Appl ie d   Magne tic  R esonanc e ,   vo l .   25 ,   no .   3 ,   pp .   3 71 - 382,   Sept ember  2004.   [23]   Hao,   F. ,   Xu  G. ,   Huang   X. ,   Stud y   of   RF   Coil   in  NQ Expl o sive  Det ec t ion  S y stem ,   Procedia  Engi n ee rin g ,   Vol.   43 ,   pp .   302 - 306 ,   2012 .   [24]   Alan  G.,  Tomaž   A .,  Aplicabi li t y   of   TNT  supe r - QQ   det ection”  to  m ult ipu lse  s eque nc es ,”   Jour nal  of   Magn et i c   Re sonance ,   vo l.  201,   no .   2 ,   p p .   1 31 - 136 Sept ember  2009.   [25]   Minard  K.  R. ,   W ind.   R.   A.,   Solenoi dal   Micro  coil  Design - Part1:   Optimizi ng  RF   H om o gene i t y   and  Coil   Dim ensions,   C once pts  in  Magn et i R esonanc e ,   vol.   13 ,   no .   2 ,   Ja nuar y   2001.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.