Способ согласования датчика импульсного радиоспектрометра и устройство для его реализации Советский патент 1986 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к области техничес рй физики, связанной с исследованием и анализом материалов с помощью ядерного магнитного резона нса (ЯМР) или ядерного квад- рупольного резонанса (ЯКР), и может быть использовано при разработке импульсных радиоспектрометров, ре- лаксрметров и томографов.

Целью изобретения является увеличение коэффициента полезного действия передатчика при одновременном уменьшении длительности фронтов импульсов и времени восстановления чувствительности приемного устройства.

На фиг.1 изображена схема настройки контура предусилителя; на 4Я1Г.2 - схема настройки рабочего последовательного LC-контура датчика; на фиг.З - электрическая прин ципиальная схема.

Схема настройки контура пред- усилителя состоит ИЗ индуктивности I связи с вьшодами 2 и 3, пре усили теля 4, внешнего генератора 5 высокочастотных (ВЧ) колебаний 5, с внутренним сопротивлением 6, под- строечиого конденсатора 7, защитных встречно-параллельно включенных диодов 8.

Схема настройки рабочего последо вательного LC-контура датчика состоит из передатчика 9. входного резистора Ш, ключевых встречно-параллельно включенных диодов 11, рабочей индуктивности 12, подстроеч ного конденсатора 13.

Электрическая принципиальная схема дополнительно состоит из вход ной индзгктивности 14 (L)), конденсатора 15 взаимосвязи (с,) и резистора 16.

-При осуществлении предлагаемого способа вывод 2 индуктивности 1 связи (фиг. 1 заземляют, оставляя вьшод 3 соединенным с входом пред- усилителя 4. С помощью внешнего генератора 5 высокочастотных колебаний с внутренним сопротивлением 6 На заданной рабочей частоте проводят настройку резонансного параллельного контура, образованного индуктивностью 1 связи и емкостью входа предусилителя 4, состоящей из подстроечного конденсатора 7, барьерной и диффузионной емкости защитных встречно-параллельно вклю

219965

ченных диодов 8, емкости монтажа, а также собственной входной емкости предусилителя, причем уровень испытательного сигнала генератора

5 .5 высокочастотных колебаний при настройке указанного контура соответствует уровню малых сигналов, при котором защитные встречно-параллельно включенные диоды 8 закрыты, а

10 предельный линейный д инамический диапазон предусилителя 4 не превышен.

Затем передатчик 9 (фиг.2) через входной резистор 10 и клю15 чевые встречно-параллельно включенные диоды 11 соединяют с рабочим последовательным LC-контуром датчика, состоящим из рабочей индуктивности 12 и подстроечного конден20 сатора 13, и настраивают названный контур на резонанс на той же рабочей частоте при открытых за счет достаточной мощности передатчика ключевых встречно-параллельно включенных дио25 дах 11 в соответствии со схемой.

После этого вывод 2 (фиг.З) индуктивности 1 связи отсоединяют от нулевой потенциальной шины и соединяют непосредственно с незазем30 ленным выводом рабочего последовательного LC-контура датчика, а между входным резистором 10 и ключевыми встречно-параллельно включенными диодами 11 включают входную индуктивность 14, причем к выводу входной индуктивности, электрически связанному с ключевыми встречно-параллельно включенными диодами 11 подключают первый вывод конденсатора 15

. взаимосвязи, второй вывод которого заземляют. Далее изменяют номиналы входной индуктивности 14 и конденсатора 15 взаимосвязи до совпадения .резонансных частот контура, образо.f ванного из зелементов 14 и 15, и рабочего последовательного LC-контура на элементах J 2 и 13 и добиваются возникновения критической связи между названными контурами,при которой форма амплитудно-частотной характеристики сигнала от передатчика 9 на рабочую индуктивность 12 датчика имеет один максимум, а форма импульсного сигнала близка к прямоугольной при открытых ключевых

55 и защитных встречно-параллельных диодах.

Устройство для реализации предложенного способа (фиг.З), содер35

50

жит собственно рабочий контур датчика, состоящий из рабочей индуктивности 12 и подстроечного конденс тора 13. Один из выводов этого контура заземлен, а второй соединен, во-первых, через ключевые встречно- параллельно включенные диоды 11, входную индуктивность 14 и входной резистор 10 с передатчиком 9, а во-вторых, через индуктивность 1 связи электрически связан с входом предусилителя 4. Параллельно входу предусилителя 4 включены защитные встречно-параллельно включенные диоды 8 и подстроечный конденсатор 7. К точке соединения ключевых диодов 11 и входной индуктивности 14 подключен первый вы- .вод конденсатора 15 взаимосвязи, второй вывод которого заземлен. Практически допустимо шунтирование контура на элементах 12 и 13 резистором 16 для осуществления гальванической связи рабочего контура с нулевой, потенциальной шиной. Так как при резонансе сопротивление последовательного контура чисто активно и близко к нулевому, включение резистора 16 не нарушает условия резонанса и не изменяет добротность. При этом параметры входной индуктивности L, и конденсатора взаимосвязи С, выбирают по формулам

и 1,

1q

р

где LI, С. - соответственно индуктивность и емкость рабочего последовательного Lc-контура;

9р - добротность рабочего последовательного Lc-контура датчика, в котором сопротивление потерь взят с учетом сопротивления открытых встречно-параллельно включенных диодов 11, входного резистора 10 и внутреннего сопротивления передатчика 9 не нарушает условия резонанса и не изменяет добротность.

Использование расчетных формул (l) и (2) при выводе исходных параметров входной индуктивности L, 14

са- -

о

25

I2I9965.

и конденсатора 15 взаимосвязи С предполагает определение добротности- 0. р рабочего последовательного LC-контура датчика, в котором г сопротивление потерь R взято с учетом сопротивления открытых ключевых ветречно-параллельно включенных диодов 11 Яд входного резистора 10 RjjH внутреннего сопротивле- 10 ния передатчика 9 R т.е.

R RA RB. Rr. (3)

Тогда искомая добротность рабочего последовательного контура связана с параметрами контура и (5 сопротивлением потерь,найденных с помощью (3), следующим образом:

.4.

Отсюда следует, что для определения добротности 0р необходимо определение активных потерь во входной цепи и знание параметров рабочей индуктивности и емкости..

Сопротивление собственных потерь в рабочем последовательном LС-контуре , входящее в систему второго связанного контура, при нахождении QPне учитывается.

Принцип действия предлагаемых способа и устройства основан на использовании свойств связанных контуров, образованных элементами 14, 15,12 и 13, обеспечивающих высокое пропускание сигнала, характерное 5 для одиночного высокодобротного контура и малые фронты переходных прЬ- цессов на датчике за счет широкой полосы связанных контуров, превышающих полосу высокодобротного одиночного контура.

Формула изобретения

Способ согласования датчика импульсного радиоспектрометра, заключающийся в том, что первый вывод индуктивности связи заземляют, оставляя второй вывод соединенным с входом предусилителя, и на заданной 50 рабочей частоте на уровне малого

сигнала настраивают на резонанс контур предусилителя, образованный заземленной индуктивностью связи и емкостью на входе предусилителя, о т - 55 личающийся тем, что, с целью повьш1ения КПД передатчика при одновременном уменьшении длительности фронтов импульсов и времени

30

$

восстановления чувствительности приемного устройства, передатчик через входной резистор и ключевые встречно-параллельно включенные диоды соединяют с рабочим последовательным LC-контуром датчика, настраивают на резонанс элементы этого контура, первый вывод индуктивности связи отсоединяют от земли и соединяют с рабочим последовательным LC-контуром и затем включают входную индуктивность так, что один ее вывод соединяют с входным резистором, а второй - с ключевыми встречно-параллельно включенными диодами, а также с заземленным конденсатором взаимосвязи, после чего изменяют номиналы входной индуктивности L,и конденсатора взаимосвязи С, до совпадения резонансных частот контура, образованного из входной индуктивности и конденсатора взаимосвязи и из элементов рабочего последовательного LC-KOHTypa, и до возникновения критической связи между ними, при которой число максимумов амплитудно-частотной характеристики сигнала от передатчика на индуктивность датчика равно 1, а форма сигнала близка к прямоугольной при открытых ключевых и защитных встречно-параллельных диодах, 2. Устройство для согласования датчика импульсного радиоспектрометра; содержащее последовательный рабочий LC-KOHTyp датчика, состоящий из конденсатора подстройки и рабочей индуктивности, первый вывод которого заземпен, а второй через ключевые встречно-параллельно включенные

199656

диоды, входную индуктивность и входной резистор соединен с передатчиком и через индуктивность связи - с входом предусилителя, зашунтирован- J ного защитными встречно-параллельно включенными диодами и подстроеч- ным конденсатором входа предусилителя, отличающееся тем, что к точке соединения ключевых дио10 дов и входной индуктивности L, подключен первый вьшод конденсатора взаимосвязи С,, второй вывод которого заземлен, а исходные параметры входной индуктивности L, и кон15 денсатора взаимосвязи С, выбирают по формулам

20

L- W

Р

25

I-Г ,

где 1.и Сд - индуктивность и емкость рабочего последовательного LC-конту- ра датчика соответст-п венно;

Чр - добротность рабочего последовательного LC-контура датчика с учетом сопротивления открытых вСтерчно-па- раллельно включенных диодов, входного резистора и внутреннего сопротивления передатчика.

12

Л/

1

L

rr

щ

1

15

Редактор Т. Кугрьшгева

Составитель А.Кондратьев

Техред В.Кадар Корректор С.Шекмар

1317/52 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035,Москва, .1-35, Раушская наб,, д.4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.г

Фиг.З