ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №2

УДК: 621.37

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНО-ОПРЕДЕЛЯЕМОГО РАДИО
ДЛЯ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА ЭНЕРГОЕМКИХ ВЕЩЕСТВ
С ПОМОЩЬЮ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

В.В. Киященко, А.А. Акопян, С.Ю. Ганигин, Е.С. Журавлева

Самарский государственный технический университет
443100, Самара, ул. Молодогвардейская, д.244

Статья поступила в редакцию 30 ноября 2023 г.

Аннотация. В статье рассматривается создание системы с использованием программно-определяемого радио для исследования энергоемких веществ с использованием ядерного магнитного резонанса. Программно-определяемое радио (ПОР) использует технологию, позволяющую настраивать или изменять параметры радиочастотной работы через программное обеспечение, такие как диапазон частот, тип модуляции и выходную мощность. В статье представлена структура системы и проведен детальный анализ нескольких ключевых компонентов. Предложенный подход включает использование передатчика-приемника ПОР, который является универсальным устройством, способным как передавать, так и принимать сигналы. В статье описаны этапы обработки сигнала и предлагаются потенциальные направления развития системы в будущем. Путем использования архитектуры ПОР и программного интерфейса система достигает близкого расположения между сэмплированием, цифро-аналоговым и аналого-цифровым преобразованиями, минимизируя шум и искажения, создаваемые аналоговой частью спектрометра. ПОР позволяет использовать квадратурную модуляцию и демодуляцию, цифровую фильтрацию и усиление, а также программную настройку характеристик фильтра. В статье отмечаются проблемы, связанные с разработкой таких систем ЯМР. Преимущества системы включают расширенные возможности для разработки новых спектроскопических методов, компактные размеры для легкой переносимости и экономическую эффективность по сравнению с коммерческими спектрометрами.

Ключевые слова: программно-определяемое радио, ядерный магнитный резонанс, структурный анализ, энергонасыщенные материалы.

Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания (тема № АААА-А12-2110800012-0).

Автор для переписки: Киященко Виктория Витальевна, vv.kiyashchenko@gmail.com

Литература

1. Bryden N. et al. An open-source, low-cost NMR spectrometer operating in the mT field regime //Journal of Magnetic Resonance. – 2021. – Т. 332. – С. 107076.

2. Michal C.A. Low-cost low-field NMR and MRI: Instrumentation and applications //Journal of Magnetic Resonance. – 2020. – Т. 319. – С. 106800.

3. Louis-Joseph A., Lesot P. Designing and building a low-cost portable FT-NMR spectrometer in 2019: A modern challenge //Comptes Rendus Chimie. – 2019. – Т. 22. – №. 9-10. – С. 695-711.

4. Albannay M.M. et al. Compact, low-cost NMR spectrometer and probe for dissolution DNP //Journal of Magnetic Resonance. – 2019. – Т. 304. – С. 7-15.

5. Zhang Z. et al. THz-enhanced dynamic nuclear polarized liquid spectrometer //Journal of Magnetic Resonance. – 2021. – Т. 330. – С. 107044.

6. Galvan D. et al. Compact low-field NMR spectroscopy and chemometrics applied to the analysis of edible oils //Food Chemistry. – 2021. – Т. 365. – С. 130476.

7. Duchowny A. et al. Composition analysis of natural gas by combined benchtop NMR spectroscopy and mechanistical multivariate regression //Energy Reports. – 2022. – Т. 8. – С. 3661-3670.

8. Castaing-Cordier T. et al. High-field and benchtop NMR spectroscopy for the characterization of new psychoactive substances //Forensic Science International. – 2021. – Т. 321. – С. 110718.

9. Edgar M. et al. Low-field benchtop NMR spectroscopy as a potential non-stationary tool for point-of-care urinary metabolite tracking in diabetic conditions //Diabetes Research and Clinical Practice. – 2021. – Т. 171. – С. 108554.

10. Lee Y. et al. Quantification of mixtures of analogues of illicit substances by benchtop NMR spectroscopy //Journal of Magnetic Resonance. – 2022. – Т. 335. – С. 107138.

11. Matviychuk Y. et al. Quantitative analysis of wine and other fermented beverages with benchtop NMR //Analytica Chimica Acta. – 2021. – Т. 1182. – С. 338944.

12. Bouillaud D. et al. Using benchtop NMR spectroscopy as an online non-invasive in vivo lipid sensor for microalgae cultivated in photobioreactors //Process Biochemistry. – 2020. – Т. 93. – С. 63-68.

13. Duchowny A. et al. Versatile high-pressure gas apparatus for benchtop NMR: Design and selected applications //Journal of magnetic resonance. – 2021. – Т. 329. – С. 107025.

14. Cheng F. et al. A 2.0-GHz compact ESR spectrometer for monitoring automobile lubrication oil degradation //Journal of Magnetic Resonance. – 2021. – Т. 332. – С. 107081.

15. Sørensen M.K. et al. Quantification of protein and phosphorus in livestock feed using mobile NMR sensor technology //Biosystems Engineering. – 2022. – Т. 216. – С. 93-97.

16. Al-Shawabka A. et al. Massive-scale I/Q datasets for WiFi radio fingerprinting //Computer Networks. – 2020. – Т. 182. – С. 107566.

17. Aswathi M., Gandhiraj R., Soman K.P. Application and analysis of smart meter data along with RTL SDR and GNU radio //Procedia Technology. – 2015. – Т. 21. – С. 317-325.

18. Toldbo C. et al. Deployment method and optimal placement of surface beacon navigation system for co-located lunar landings //Acta Astronautica. – 2022. – Т. 193. – С. 432-443.

19. Marquet A., Montavont N., Papadopoulos G. Z. Towards an SDR implementation of LoRa: Reverse-engineering, demodulation strategies and assessment over Rayleigh channel //Computer Communications. – 2020. – Т. 153. – С. 595-605.

20. Michal C.A. A low‐cost multi‐channel software‐defined radio‐based NMR spectrometer and ultra‐affordable digital pulse programmer //Concepts in Magnetic Resonance Part B: Magnetic Resonance Engineering. – 2018. – Т. 48. – №. 3. – С. e21401.

Для цитирования:

Киященко В.В., Акопян А.А., Ганигин С.Ю., Журавлева Е.С. Использование программно-определяемого радио для структурного анализа энергоемких веществ с помощью ядерного магнитного резонанса. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.2.7.