Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса Советский патент 1987 года по МПК G01N24/00 

1

Изобретение относится к радиоспектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и может быть исполь зовано при проведении лабораторного и производствен ного контроля потребительских параметров магнитоупоря- доченных материалов, обладающих эффектом ядерного спинового эха (ЯСЭ).

Цель изобретения - повьшение точности и быстродействия измерения мак симального значения спектральных составляющих амплитудного спектра информационных радиоимпульсов. -На чертеже представлена блок-схема предлагаемого спектрометра.

Импульсный спектрометр ЯМР содержит блок 1 импульсных программ, формирователь 2 радиоимпульсов, генератор 3 высокочастотного напряжения, аттенюатор 4, усилитель 5 мощности, датчик 6, первый ключ 7, приемник 8, детектор 9, компаратор 10, первый одновибратор 11, второй одновиб- ратор 12, элемент 13 аналоговой памяти, элемент 14 сравнения, третий одновибратор 15, логический элемент НЕ 16, первый логический элемент И 17, второй логический элемент И 18, реверсивный счетчик 19, регистратор 20 памяти, цифроаналоговый преобразователь 21, самописец 22, второй ключ 23,преобразователь 24 импульсов в постоянное напряжение, осциллограф 25 и счетчик 26.

Блок 1 импульсных программ состоит из трех генераторов типа 15-60, из которых один синхронизирует остальные, а также формирует информационный импульс, второй формирует считьшающий импульс с заданной задержкой, третий формирует строб, в течение которого происходит прием сигнала спинового эха..

Генератор 3 высокочастотного напряжения представляет собой синтезатор частоты. Ключи 7 и 23 и формирователь 2 радиоимпульсов вьшолнены в виде нескольких Т-звеньев на СВЧ-ди- одах структуры p-i-n. Аттен1оатор 4 рассчитан на изменение амплитуды в пределах 40 дВ и управляется двоичным кодом с реверсивного счетчика 19. Усилитель 5 мощности выполнен трехкаскадным на транзисторах типа КТ913 и в исследуемом диапазоне частот обеспечивает на выходе амплитуду до 15 В,

-10

f5

.

31S8752

Датчик 6 представляет собой резонатор с помещенным в него исследуемым материалом. Приемник 8 выполнен как широкополосный усилитель на транзисторах КТ 368 и КТ 399. Детектор 9 собран по последовательной схеме на диоде КД 407А. Компаратор 10 и элемент 14 сравнения выполнены на микросхеме 521САЗ. Одновибраторы 11, 12 и 15 вьтолнены на микросхеме 155АГЗ. Элемент 12 аналоговой памяти собран на микросхеме К1100СК2.

Логические элементы НЕ 16 и И 17 и 18, а также реверсивный счетчик 19, регистратор 20 памяти и .счетчик 26 вьтолнены на микросхемах серии 155. Цифроаналоговый преобразователь 21 основан на микросхеме 572ПА1.Самописец 22 представляет собой потенциометр планшетный двухкоординатный ;самопищущий ПДП4-002. Преобразова- тель 24 импульсов в постоянное напря- ,жение представляет собой измеритель импульсов И 4-5.

Генератор 3 высокочастотного напряжения вьщает непрерывные радиочастотные колебания, заданные кодом со счетчика 26, на формирователь 2 радиоимпульсов, где происходит импульсная модуляция сигнала. Далее информационный и считывающий радиоимпульсы поступают на аттенюатор 4, который устанавливает амплитуду импульсов задаваемую кодом с реверсивного счетчика.-Усилитель 5 мощности усипивает эти радиоимпульсы и они поступают на датчик 6 с исследуемым материалом и на высокочастотный электронный ключ 23, который включается на время прохождения информационного импульса, где преобразователь 24 импульсов в постоянное напряжение преобразует амплитуду информационных радиоимпульсов в напряжение постоянного тока, поступающее на вход ординаты самописца 22.

20

25

30

35

40

45

50

I

В датчике 6 в результате воздействия на исследуемое вещество последовательностью двух возбуждающих радиоимпульсов формируется сигнал спинового эха в момент времени 0, 2t ,2 где t,2 время между двумя возбуждающими радиоимпульсами. Далее сигналы ГС поступают на ключ 7, который выделя - ет сигнал спинового эха, который поступает на приемник 8, усиливается и затем поступает.на детектор 9 и вход осциллографа 25, где можно наблюдать

эхо-сигнал. Детектор 9 преобразует радиосигнал спинового эха в видеосиг- нал, который поступает на компаратор 10, элемент 13 аналоговой памяти и элемент 14 сравнения. Компаратор 10 5 фиксирует момент появления сигнала спинового эха и второй одновибратор 11 формирует строб записи, нербходи- мый для запоминания амплитуды эхо- сигнала в начальный момент, а первый О одновибратор 12 формирует строб записи в момент времени ---.

Поступая с элемента 13 аналоговой 5 памяти и детектора 9 сигналы сравниваются на элементе 14 сравнения .Если сигналы одинаковые,.элемент 14 сравнения на выходе выделяет сигнал логического О, который, проходя логический 20 элемент НЕ 16, дает разрешение на прохождение стробирующего импульса через элемент И 18 на вычитающий вход

реверсивного счетчика 19. По приходу с блока 1- импульсных программ очеред-- ного импульса код реверсивного счетчика 19 уменьшается и амплитуды радиоимпульсов на выходе аттенюатора 4 увеличиваются.. Процесс увеличения радиоимпульсов повторяется до тех пор, 30 пока величина постоянного напряжения на выходе элемента 13 аналоговой памяти- не станет больше величины выода детектора 9. В этот момент элеент 14 сравнения срабатывает, на 35 выход поступает логическая 1, которая передается на третий одновибратор 15, где формируется импульс, поступающий на регистратор.20 памяти и .дающий сигнал на запоминание 40 кода реверсивного счетчика 19. Этот код поступает на цифроаналоговый преобразователь (ПАП) 21, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, величина которого пропорциональ-45 на амплитуде радиоимпульса, который затем поступает на вход абсциссы самописца 22.

Самописец 22 фиксирует значение величины радиоимпульса на данной частоте. Сигнал с третьего одновибра- тора 15 также поступает на счетчик 26, который меняет код управления генератора 3 и спектрометр переходит на измерение оптимальной амплитуды радиоимпульсов на следующей фиксированной частоте. Если амплитуда измеряемых радиоимпульсов превьшает

5 О

5 20

30

35

40 45

50

55

свое оптимальное значение, то эле,- мент 14 сравнения остается в положении логической 1, давая разрешение первому логическому элементу И 17 на прохождение информационных радиоимпульсов с блока 1 программ на суммирующий вход реверсивного счетчика 19. Код аттенюатора 4 увеличивается и амплитуда радиоимпульсов уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока амплитуда радиоимпульсов не станет оптимальной. В этот момент срабатывает элемент 14 сравнения, фиксируется значение амплитуды радиоимпульсов самописцем 22 и процесс измерения повторяется. Так как измерение амплитуды радиоимпульсов носит дискретный характер, а величина дискретизации достаточно мала, график, выполненный самописцем 22, имеет практически непрерывный характер.

Введение в предлагаемое устройство дополнительно аттенюатора,первого и второго ключей, амплитудного детектора, компаратора, первого, второго и третьего одновибратора, элемента аналоговой памяти, элемента сравнения, первого и второго ло- гичес;ких элементов И, логического элемента НЕ, реверсивного счетчи- ка, регистра памяти, цифроаналогово- го преобразователя, самописца, преобразователя радиоимпульсов в постоянное напряжение и счетчика позволяет в отличие от известного спектрометра применить косвенный метод измерения переходного затухания, характеризующийся отсутствием случай ных ошибок измерения, позволяющий повысить томность измерения переходного затухания на порядок, так как ошибки, присущие предлагаемому устройству, носят систематический характер и могут быть учтены.

По сравнению с известным предлагаемое техническое решение позволяет автоматизировать процесс построения амплитудной характеристики в диапазоне рабочих частот, что повышает быстродействие в 40-50 раз и значительно уменьшает трудоемкость измерений.

Формула изобретения

Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса, содержащий блок импульсных программ и последовательно соединенные генератор высокочастот

ного напряжения, формирователь радиоимпульсов, управляющий вход, которого подключен к первому выходу блока импульсных программ, последовательно соединенные усилитель мощности и дат- чик, последовательно соединенные приемник и осциллограф, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения максимального значения спек- . тральньдх тСоставляющих амплитудного .спектра информационных радиоимпульсов, в устройство дополнительно введены аттенюатор, первый и второй ключи, амплитудный детектор, компаратор,первый, второй и третий одновибраторы, элемент .аналоговой памяти, элемент сравнения, логический элемент НЕ, . первый и второй логические элементы И, реверсивный счетчик, регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь, самописец, преобразователь радиоимпульсов в постоянное напряжение и счеТчик, причем сигнальный вход аттенюатора соединен с выходом формирователя радиоимпульсов, выход - с входом усилителя мощности, выход которого подключен к сигнальному входу первого ключа, выход датчика через- второй ключ соединен с приемни- ,ком, выход которого соединен с амплитудным детектором, выход последнего -подключен к сигнальному входу эле

ход первого одновибратора соединен с управляющим входом элемента аналоговой памяти, а выход второго одновибратора подключен к управляющему входу элемента сравнения, второй сигнальный вход которого подключен к вы ходу элемента аналоговой памяти, а вькод элемента сравнения соединен с входом третье го одновибратора, первым входом первого логического эле-- мента И и через логический элемент НЕ с первым входом второго логического элемента И-, выходы первого и второго логических элементов И подключены к суммирующему и вычитающему, входа.м реверсивного счетчика, соответственно, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора и входом регистра памяти, выход которого через цифроаналоговый пре- образов.атель подключен к перв.ому вхо ду самописца, второй вх-од которого соединен с выходом преобразователя импульсов в постоянное напряжение, вход последнего соединен с выходом первого ключа, выход третьего одно- вибратора подключен к управляющему входу регистра памяти и к входу счетчика, выход которого соединен с входом генератора высокочастотного напряжения, первый выход блока импульсных программ подключен к управляющему входу.первого ключа, второй выход .подключен к второму управляющемента аналоговой памяти, первому сиг- нацьному входу элемента сравнения и 35 му входу формирователя радиоимпуль- положительному входу компаратора,от- сов и к вторым входам первого и вто- рицательный вход которого заземлен, рого логических элементов И, а тре- выход комааратора подключен к входам тий выход подсоединен к управляюще- первого и второго одновибраторов, вы- му входу второго ключа.

Редактор А.Шандор Заказ 2502/36

Составитель С.Рыков Техред А.Кравчук

Корректор Л.Па

Тираж 776Подписное

ВНИИШ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

5

0

5

0

ход первого одновибратора соединен с управляющим входом элемента аналоговой памяти, а выход второго одновибратора подключен к управляющему входу элемента сравнения, второй сигнальный вход которого подключен к выходу элемента аналоговой памяти, а вькод элемента сравнения соединен с входом третье го одновибратора, первым входом первого логического эле-- мента И и через логический элемент НЕ с первым входом второго логического элемента И-, выходы первого и второго логических элементов И подключены к суммирующему и вычитающему, входа.м реверсивного счетчика, соответственно, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора и входом регистра памяти, выход которого через цифроаналоговый пре- образов.атель подключен к перв.ому входу самописца, второй вх-од которого соединен с выходом преобразователя импульсов в постоянное напряжение, вход последнего соединен с выходом первого ключа, выход третьего одно- вибратора подключен к управляющему входу регистра памяти и к входу счетчика, выход которого соединен с входом генератора высокочастотного напряжения, первый выход блока импульсных программ подключен к управляющему входу.первого ключа, второй выход .подключен к второму управляюще5 му входу формирователя радиоимпуль- сов и к вторым входам первого и вто- рого логических элементов И, а тре- тий выход подсоединен к управляюще- му входу второго ключа.

Корректор Л.Патай