Устройство измерения частоты сигналов ядерного квадрупольного резонанса Советский патент 1983 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к радиоспектроскопии и предназначено для исследования физико-химических свойств твердого тела методом ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) по нaбJpoдaeмым сигналам ядерной индукции и спинового эха, возникающих в веществе в результате воздействия на исследуемый образец радиочастотных импульсов.

Известно устройство для измерения частоты сигналов ЯКР,. содержащее последовательно соединенные импульсный автогенератор, управляемый от блока программ, индуктор с исследуемЬам образцом, приемник сигналов, схему сравнения частот и выделения разностной частоты, подключенной вторьлм вхо,п дом к генератору известной частоты, и измеритель периода разностной частоты 1 .

Однако это устройство характеризуется недостаточно высокой точностью измерений,, так как в нем частота сиг.т налов ЯКР определяется методом нулевых биений и для случая некогерентного стробирования зондирующими импульсами разностной частоты резонансного и вспомогательного генераторов приводящего к изменению формы сигна г лов ядерной индукции или спинового эха, составляет 0,1 ширины линии поглощения исследуемого вещества, что недостаточно для измерения частоты сигналов ЯКР.

Наиболее близким к изобретению является устройство измерения частоты сигналов ЯКР, содержащее последовательно соединенные импульсный про граммный блок, генератор импульсов высокой частоты,индуктор, супергетеродинный преобразоваа ель-усилиг тель, состоящий из блока автоматической подстройки частот АПЧ , гетеродина, и усилителя высокой частоты со смесителем, усилитель промежуТОЧНОЙ частоты, детектор, видеоусилитель и блок регистрации, а. также последовательно соединенные усилитель-ограничитель, фазовый детектор, управляемый ключ, подключенный входом управления к второму выходу импульсного программного блока, фильтр низких частот, управляемый генератор и частотомер, при этом второй вход фазового детектора подключен к второму выходу управляемого генератора, а встречно-последовательно соединенные блок АПЧ и гетеЁЮДИН подключены между генератором импульсов высокой частоты и усилителем высокой частоты. В известном устройстве сигнал ЯКР с выхода усилителя высокой частоты через после,довательно соединенный усилитель- ограничитель поступает на один из входов фазового детектора, а на другой вход подается напряжение управляемого генератора, изменяющаяся величина которого определяется разницей фаз фазового детектора. Частота упраляемого генератора измеряется электронно-счетным частотомером 2 ,

Недостаток данного устройства состоит в том, что делитель сигналов ядерной индукции и спинового эха определяется относительным расположением центральной компоненты частотного спектра возбуждающего импульса и центра линии ЯКР, приводящим к их уменьшению при несовпадении, что ограничивает время захвата частоты системой автолодстройки частоты, а следовательно, и точность её измерения.

Цель изобретения - повышение точг ности измерения частоты сигналов ЯКР

Поставленная цель .достигается Teivi чтоВ устройство измерения частоты сигналов ЯКР, содержащее последовательно соединенные импульсный программный блок, генератор импульсов высокой частоты, индуктор, супергетеродинный преобразователь-усилитель, состоящий из блок.а АПЧ, гетеродина и усилителя высокой частоты со смесителем, усилитель промежуточной частоты, детектор, видеоусилител и блок регистрации,. а также подключенные к выходу усилителя высокой частоты последовательно соединенные усилитель-ограничитель,.фазовый детектор, управляемый ключ, подклйченный входом управления к второму выходу импульсного программного блока, фильтр низких частот, управляемый генератор и частотомер, при этом второй вход фазового детектора подключен к второму выходу управляемого генератора, а встречно-последовательно соединенные блок АПЧ и гетеродин подключены между генератором импульсов высокой частоты и усилителем высокой частоты, введены дополнительные фазовый детектор и управляемый ключ, причем дополнительный фазовый детектор подключен первым входом. к третьему выходу управляемого генератора, вторым входом - к выходу генератора импульсов высокой частоты, а выходом - к входу дополнительного управляемого ключа, подключен ного входом управления к третьему выходу импульсного программного блока и выходом - к генератору импуль-, сов высокой частоты.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов высокой частоты, импуйьсный программный блок 2, индуктор 3, супергетеродинный преобразовательусилитель, состоящий из гетеродину 4, усилителя 5 высокой частоты со смесителем, блок АПЧ 6, усилитель 7 промежуточной .частоты, детектор 8, видеоусилитель 9, усилитель-ограничитель 10, фазовый детектор 11, управляемый генератор 12, управляемый ключ 13, фильтр 14 низких частот частотомер 15, блок 16 регистрации, дополнительный фазовый детектор 17, дополнительный управляемый ключ 18. Устройство работает следующим образом. . Высокочастотные колебания генератора 1 импульсов высокой частоты, подключенного к первому выходу импул ного программного блока 2, возбуждаю .спиновую систему рабочего вещества, помещенного в индукторе 8.Приемник дупергетеродинного типа, содержащий гетеродин 4, усилитель. 5 высокой частоты со смесителем и блок АПЧ б, принимает сигналы ядерной индукции и спин-эха, усиливает их усилителем 7 промежуточной частоты, детектирует с помощью детектора 8 и с выхода видеоусилителя 9, подает на вход блока 16 регистрации. Сигналы ядерной инду ции и спин-эха с выхода усилителя 5 высокой частоты со смесителем поступают на вход усилителя-ограничителя 10, преобразованные импульсы которого воздействуют .а один из входов фазового детектора 11. На другой вход через последовательно соединенные управляемый ключ 13 и фильтр 14 частот подается напряжение управляемого генератора 12, изменяющаяся величина которого определяется разницей фаз входных- напряжений фаэового детектора 11. При окончании процесса захвата частота выходньпс колебаний управляемого генератора . 12 остается постоянной и измеряется с помощью электронно-Счетного частотомера 15..Для дальнейшего улучшения точностных свойств устройства, ограничиваемых временем захвата частоты управляемого генератора 12, необходимо осуществить автоматическое сов мещение центральных компонент частот ных спектров сигнала ЯКР и зондирующих импульсов, возбу:$сдающих рабочее вещество. Огибающая зондиру1бщего высокочастотного импульса содержит Фурье-компоненты в диапазоне частот l/ty t где tu - длительность импульса; Поэтому короткий высокочастотный импульс эквивалентен одновременному приложению к спиновой системе набора радиочастот,лежащих в диапазоне ± f где - радиочастота заполнения импульса. В случае использования .в качестве рабочего вещества образца из КСДОд, в котором частота ЯКР составляет величину порядка 28МГц, ширина линии поглощения .0,б-1кГц, при длительности импульса 10-30 мкс спектр частот, приложенный к квадрул польным ядрам вещества, составляет величину порядка 28tO,i МГц.. Условию максимального возбуждения спиновой системы вещества, соответствующей максимальной длительности сигналов ядерной индукции и спинового эха, ..отвечает положение совмещения цёнтральных линий спектров поглощения вещества и его йозбуждения. При работе устройства измерения частоты сигналов ЯКР в режиме автоматического отслеживания центральной компоненты спектра частот возбужл дения рабочего вещества высокочастотное .напряжение управляемого генератора 12 воздействует на один из входов дополнительного фазового детектора 17, на второй вход которого подается напряжение генератора 1 импульсов высокой частоты. Выходное напряжение этого детектора, определяемое разностью фаз его выходных напряжений, поступает на вход дополнительного .управляемого ключа 18, подключенного входом управления к третьему выходу импульсного программного блока 2. При этом происходит подстройка частоты генератора 1 импульсов высокой частоты к частоте управляемого генератора 12. Предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает в режиме автоматического совмещения частотных спектров импульсов возбуждения и линии поглощения ЯКР повышение точности измерения частоты сигналов ЯКР на 20-30%.

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИГНАЛОВ ЯДЕРНОГО КВАДРУПОЛЬНОГО РЕЗОНАНСА-, содержащее последовательно соединённые импульсный: программный блок, генератор импульсов высокой частоты, индуктор, супергетеродннный прёобразователь-уси.литель, состоящий из блока автоматической подстройки частоты {,АПЧ), гетеродина и усилителя высокой частоты со смесителем, усилитель промежуточной частоты, дё« тёктор, видеоусилитель.и блок регистрации, а также подключенные к вьЬсоду усилителя высокой частоты последовательно соединенные усилитель-ограничитель, фазовый детектор, управляемый ключ, подключенный входом управления к второму выходу импульсного программного блока,фильтр низких частот, управляемый генератор и-частотомер, при этом второй вход фазового детектора .подключен к второму; выходу управляемого генератора, а встречно-последовательно соединённые блок АПЧ и гетеродин подключены между генератором импульсов высокий .частоты и усилителем высокой частоты, о л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, введены дополнительные фазовыйt , детектор и управляемый ключ, причем, (Л . дополнительный фазовый детектор подключён первым взсодом к третьему выС ходу управляемого генератора, вторым входом - к ВЫХОДУ генератора импульсов высокой частоты, а выходом- к входу дополнительного управляемого ключа, подключенного входом управления- к третьему выходу им.-. пульсного программного блока и выхо- . дом - к генератору импульсов высокой частоты. эо 00 X ее