Способ выделения слабых сигналов магнитного резонанса и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01N24/10 

Sc

-

сл

4

Т

:D 4Z}-

1. Способ выделения слабых сигналов магнитного резонанса,включающий когерентное суммирование регистрируемого сигнала при многократном прохождении резонансной.области Спектра, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, и точности воспроизведения спектра магнитного резонанса при сокращении объема памяти зaпo инaющёго устройства путем усреднения только шумовых компонент регистрируемого сигнала, при каждом следующем прохождении резонансной области спектра регистрируемый сигнал сравнивают с накопленным сигналом, измеряют разность между ними и когерентно % досуммируют разностный сигнал, причем при каждом Прохождении разност(Л ный сигнал досуммируют к накопленному сигналу с весовым коэффициентом, обратно пропорциональным числу вьтолненных прохождений резонансной области спектра.

Сигнал разбертки

./

литель, аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь включены последовательно, вторые входы вычитающего и суммирующего усилителей подключены на выход цифроаналогового преобразователя, а выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами делителя напряжения и запоминающего устройства. многократном прохождении резонансной области спектра. Устройство для осуществления способа .- накопитель спектров включает аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, цифровой сумматор и запоминающее устройство. При когерентном суммировании сигналов, регистрируемых за N прохождений резонансной области спектра, амплитуда сигнала магнитного резонанса возрастает в N раз, тогда как интенсивность шума возрастает только в -{«раз, поскольку в отличие от сигнала магнитного резонанса его шумовые компоненты не коррелированы между собой. Таким образом известный способ обеспечивает улучшение отношения сигнал/шум регистрируемого сигнала в Ч раз. Объем памяти П запоминающего устройства накопителя определяется раз-, рядностью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), числом накоплений , числом каналов накопления К и. составляет 1 i п ;0 где irn - число двоичных разрядов, АЦП, определяющее точность воспроизведения сигнала магнитного резонанса (TO4HocTb /2w). При заданном объеме памяти П увеличение чувствительности (т.е. увеличение числа накоплений N) возможно только вследствие уменьшения разрядности АЦП m (т.е. снижения точности воспроизведения регистрируемого спектра магнитного резонанса). И наоборот, увеличение точности воспроизведения спектра путем увеличения разрядности АЦП frt возможно только в ущерб максимально достижимой чувствительности 2 . . Недостатками указанных способа и устройства являются невысокая точность воспроизведения накопленных спектров магнитного резонанса и огра ниченная чувствительность. Цель изобретения - повышение чурс вительности и точностивоспроизведения спектра магнитного резонанаса при сокращении объема памяти запоминающего устройства, путем усреднения только шумовых компонент регистрируемого сигнала. Поставленная цель достигается тем что согласно способу вьщеления слабых сигналов магнитного резонанса,. включающему когерентное суммирование регистрируемого сигнала при многократном прохождении резонансной области спектра, при каждом прохождени резонансной области спектра регистрирующий сигнал сравнивают с накопленным сигналом, измеряют разность между ними и когерентно досуммируют разностный сигнал, причем при каждом следующем прохождении разностный сигнал досуммируют к накопленному сигналу с весовым коэффициентом, обратно пропорциональным числу выпол ненных прохождений резонансной области спектра. Устройство для выделения слабых сигналов магнитного резонанса, содержащее аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи и запоминакицее устройство, дополнительно содержит вычитающий и суммирующий усилители, управляемый делител1ь нанапряжения и блокуправления, причем вычитающий усилитель, управляемый делитель напряжения, суммирующий усилитель, аналого-цифровой npe образователь, запоминающее устройст и цифроаналоговый преобразователь включены последовательно, вторые входы вычитающего и суммирующего усилителей подключены на выход цифр аналогового преобразователя, а выходы блока управления соединены соответственно с управлякщими -входа ми делителя напряжения и запоминакйцего устройства. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для выделения слабых сиг налов магнитного резонанаса, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 - спектры ЭПР образца (дефенил пикрилгидразина (ДФПГ). Устройство содержит аналого-цифро-, вой 1 и цифроаналоговый 2 преобразователи, запоминающее устройство 3, вычитающий 4 и суммирующий 5 усилители, управляемый делитель 6 напряжения и блок 7 управления, причем вычитаюиуй усилитель 4, делитель 6 напряжения, суммирующий усилитель 5, АЦП 1, запоминающее устройство 3 и ЦАП 2 включены последовательно, вторые входы вычитающего 4 и суммирующе-. го 5 усилителей подключены на выход ЦАП 2, а выходы блока 7 управления соединены соответственно с управляющими входами делителя 6 напряжения и запоминающего устройства 3. Представленные на фиг. 2 спектры ЭПР образца ДФПГ вьщелены из шума известным {спектры 8-10) и предлагаемым (спектры 11-13) способами при различном числе накоплений. На вход устройства поступает си1- н.ал, регистрирукяций при прохождении ,резонансной области спектра. , (1) где Si - сигнал, регистрируемый при 1 -ом прохождении резонансной области спектра, 5с сигнал магнитного резонанса (информативная компонента регистрируемого сигйала, 5ш1 шумовая компонента регистрируемого сигнала. В отличие от известного предлагаемый спосоЭ вьщеления сигнала ма.гнитного резонанса €jj из шума базируется не на когерентном суммировании регистрируемых сигналов IД1. (т.е. , . . на одновременном суммировании информативной 5с. и щумовойбщ; компонент регистрируемого сигнал а) , а на коГерентном суммировании только шумовых компонент .Е ,5ц; регистрируемого сигнала, чтЬ обеспечивается путем выполнения следующих операций. Из регистрируемого сигнала 5 вычитается, сигнал, записанный в памяти запоминающего устройства (ЗУ) 3, 5-Sm-i (2) что осуществляется вычитающим усилителем 4, на один из входов которого поступает регистрируемый сигнал 5, , 5 а на другой - сигнал .5ni-o записанный в памяти ЗУ при предыдущем (1 прохождении резонансной области спе тра. Разностный сигнал нормируется на весовой коэффициент, обратно пропор циональный числу выполненных прохождений|(5;-S,.,); (3) что выполняется управляемым делителем напряжения 6. Нор шрЬванный сигнал досуммируется к сигналу, записаннному в памя ти ЗУ 3 . . .,т(3;-5п,., () что выполняется с помощью суммирующего усилителя 5, на один из входов которого поступает нор-мированны разностньй сигнал, а на другой - си нал из памяти ЗУ 3. Таким образом, в результате выпол нения указанных операций при -м прохождении резонансной области спе тра в памяти ЗУ 3 оказывается записанным сигнал 5„-5„-.,4 5-5п;мУ (5) Преобразование сигнала в цифровую форму для записи в память ЗУ осущест вляется с помощью АЦП 1, а обратное преобразование (т.е. преобразование из ц 1фровой формы в аналоговую) при выводе из памяти ЗУ 3 с помощью ЦАП 2. Точность воспроизведения регистри руемого сигнала определяется точностью преобразования АЦП и ЦАП и составляет /2 , где гп - разрядность АЦП и ЦАП (АЦП и ЦАП имеют оди наковую разрядность). Последовательность выполнения опе раций, задается блоком 7 управления, который, кроме того, формирует сигнал развертки для прохождения резонансной области спектра. Рассмотрим уровни сигналов при раз личных прохождениях резонансной- области спектра. При первом прохождении резонансной области спектра регистрируемый сигнал записывается в память накопителя 5 р, 5,, поскольку перед началом измерения информация, записанная в память ЗУ 3, стирается (5п(5 0). 476 При втором прохождении резонансной области спектра .в результате выполнения операции, описываемой выражением (2), в регистрируемом сигнале компенсируется информативная компонента 5 и вьщеляется только шумовая компонента S2-5nrS - 5, S.j-Sy,. (6) После выполнения операций, описываемых .выражениями (3) и (4), в память ЗУ 3 записывается сигнал : 5, 6c(,,). (7) Аналогично после N прохождений резонансной области спектра в память ЗУ 3 будет записан сигнал а -С. 4 1 V а п с N .с ощ, . Поскольку шумовые компоненты Si, не коррелированы м,ежду собой, после N суммирований их интенсивность возрастает только раз по отношению к первой компоненте 5ц,; и в результатеSv,.Sc-qV5 Таким образам, после N прохождений резонансной области (и, соответственно, N накоплений) отношение сигнал/шум регистрируемого сигнала магнитного резонанса на выходе предлагаемого устройства возрастает раз, но в отличие от известного способа вьщеления слабьк .сигналов без увеличения интенсивности сигнала магнитного резонанса путем уменьшения уровня щумо в в 41 раз. Объем памяти ЗУ П определяется только разрядностью АЦП Ш и числом каналов К. и не зависит в отличие от известного устройства от числа накоплений N 2 Таким образом, при одинаковом обьеме памяти ЗУ устройств, реализующих известный и предлагаемый способы, предлагаемый способ Выделения слабых сигналов магнитного резонанса обеспечивает более высокие точность воспроизведения спектров магнитного резонанса за счет большей разрядности АЦП (.которая может составлять для npezwnraeMoro устрой