Импульсный спектрометр ядерного квадрупольного резонанса Советский патент 1987 года по МПК G01N24/08 

р

Изобретение относится к- радиоспектроскопии и может быть использовано для поска, наблюдения и исследования сигналов ядерного квадруполь- ного резонанса (ЯКР) при изучении фи- зико-химических свойств вещества.

Цель изобретения - упрощение эксплуатации устройствао

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого спектром т ра.

Спектрометр содерзкит блок 1 грубой настройки, управляемый генератор 2, первый управляемьш ключ 3, импульсный программный блок 4, усилитель 5 им пульсов высокой частоты, индуктор 6, первый фазовый детектор 7, блок 8 подстройки индуктора, усилитель 9 высокой частоты, гетеродин 10, блок 11 автоматической подстройки частоты гетеродина, смеситель 12, усилитель 13 промежуточной частоты, детектор 14, видеоусилитель , 15, блок 16 регистрации, усилитель- ограничитель 17, второй фазовый детектор 18, второй управляемый кшоч 19, фильтр 20 нижних частот и частотомер 21 .

л-

Спектрометр работает следующим образом.

При включении питания на выходе блока 1 грубой настройки появляется плавно изменяющееся от минимального значения к максимальному напряжение. Величина этого напряжения и скорость его изменения определяются в блоке 1 грубой настройки выбором нужного диапазона работы спектрометра. Воздействуя на один из входов управляемого генератора (УГ) 2, это напряжение плавно изменяет частоту его выходных колебаний, которые поступают на один из входов второго управляемо го ключа 19. По другому входу на второй управляемый ключ 19 поступают.импульсы с импульсного программного блока (ИПБ) 4. При этом на выходе второго управляемого ключа 19 получают радиоимпульсы с частотой заполнения, равной частоте выходных колебаний УГ 2, которые с помощью усилителя 5 импульсов высокой частоты (УИВЧ) усиливают до необходимой величины и подают на индуктор 6 для возбуждения спиновой системы исследуемого вещества, помещенного в ин- дуКторе 6. Высокочастотные колебания

2

УИВЧ 5 поступают также на

fO

-- 5

йй 15

20

25

30

35

40

, - 45

50

55

один из входов второго фазового детектора 18, на другой вход которого подаются радиоимпульсы, снимаемые с индуктора 6. I

Блок 8 подстройки индуктора в случае электромеханической подстройки представляет собой воздушный конденсатор переменной емкости, ротор ко .торого приводится во вращение малоинерционным электродвигателем, а в случае электронной подстройки - варикап со схемой питания, и вместе с индуктором 6 образуют параллельный колебательный контур с собственной резонансной частотой., .Если резонансная частота этого контура не будет равна частоте заполнения радиоимпульсов, поступающих с УИВЧ 5, то фаза высокочастотных колебаний, поступающих с индуктора 6 на второй фазовый детектор 18, будет отличаться от фазы колебаний, поступающих на , его другой вход с yiiB4 5. Такое поведение колебательного контура определяется его фазо-частотной характе- - ристикой. Поэтому на выходе второго фазового детектора 18 будет иметь место постоянное напряжение, величина которого определяется разностью фаз высокочастотных колебаний, поступающих на его входы. Воздействуя на блок 8 подстройки индуктора, это напряжение изменяет собственную резонансную частоту колебательного контура к частоте заполнения радиоимпульсов возбуждения с УИВЧ 5, в свою очередь, равную частоте выходных колебаний УГ 2.

Таким образом осуществляется оптимальная сопряженная с изменением частоты колебаний УГ 2 настройка индуктора в любом частотном диапазоне работы спектрометра. Частота выходных колебаний УГ 2 под воздействием приложенного, с блока 1. грубой настройки напряжения изменяется до появления на выходе индуктора 6 сигналов ЯКР, которые усиливают с помощью усилителя высокой частоты (УВЧ) 9 и подают на вход приемника супергетеродинного ти- ,па, содержащего гетеродин 10, блок 11 автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧГ), смеситель 12, усилитель 13 промежуточной частоты (УПЧ), детектор 14 и видеоусилитель 15.

Управляющими сигналами для блока АПЧГ 11 служат радиочастотные импульW

сы, поступающие на его вход по одному из выходов УИВЧ 5. Сигналы ЯКР с выхода УВЧ 9 подают на вход смесителя 12, где с помощью гетеродина 10 преобразуют в сигналы промежуточной частоты, усиливают их УПЧ 13, детектируют на детекторе 14 и с выхода видеоусилителя 15 подают на бдок 16 регистрации; Кроме того, усиленные на УВЧ 9 сигналы ЯКР подают на кольцо системы фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), состоящей из усилител-я-ограничителя 17, первого фазового детектора 7, первого управляемого ключа 3, фильтра 20 нижних 15 частот и УГ 2. Преобразованные на усилителе-ограничителе 17 сигналы ЯКР воздействуют .на один из входов первого фазового детектора 7. На дру- гдй вход через последовательно соеди-20 ненные первый управляемый ключ 3 и фильтр 20 нижних -частот подается напряжение УГ 2, изменяющаяся величина которого определяется разницей фаз входных напряжений первого фазового детектора 18.

, Таким образом, с появлением сигналов ЯКР начинается процесс захвата частоты ЯКР системой ФАПЧ ,который характеризуется определенной величиной напряжения на выходах первого фазо- |вого детектора 18. При этом п о дру- гому выходу первого фазового детек- :тора 18 прекращается изменение напряжений на выходе блока 1 грубой настройки, а изменение частоты колебаний УГ 2 определяется лишь коль- цом ФАЛЧ. ИПБ А управляет работой первого управляемого ключа 19 таким образом, что последний открывается только на время действия сигналов ЯКР. При окончании процесса захвата частота выходных колебаний УГ 2 остается постоянной, равной частоте сигналов ЯКР, и изменяется с помощью 45 частотомера 21. Формул.а изобретения

Импульсный спектрометр ядерного квадрупольного резонанса, содержа 5

„ эп

LT

35

40

W

х 15 - -20

45

5

эп

T

35

40

щий последовательно соединенные индуктор, усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, детектор, видеоусилитель и блок регистрации, встречно-последовательно соединенные блок автоматиче- ской подстройки частоты гетеродина и гетеродин, при этом второй выход гетеродина подключен к второму входу смесителя, последовательно соединенные усилитель-ограничитель, первый фазовый детектор, первый управляемый ключ, фильтр нижних частот, управляемый генератор и частотомер,при этом второй выход управляемого генератора подключен к второму входу первого фазового детектора, а, вход усилителя-ограничителя соединен с вторым выходом усилителя высокой частоты,а также импульсный программный блок, второй управляемый ключ и второй фазовый детектор, при этом первый выход импульсного программного блока подключен к входу второго управляемого ключа, а второй - к второму входу первого управляемого ключа, отличающийся тем, что, с целью упрощения эксплуатации устройства, в него дополнительно введены усилитель., импульсов высокой частоты,блок подстройки индуктора и блок грубой настройки, причем вход усилителя импульсов высокой частоты соединен с выходом второго управляемого ключа, а выходы - соответственно, с вторым входом блока автоматической подстрой1си частоты гетеродина,входом индуктора и первым входом второго фазового детектора, второй вход которого подключен к выходу индуктора, а выход через блок подстройки дуктора - к второму входу индуктора, третий выход управляемого генерато- ра соединен с вторым входом второго управляемого ключа, а второй выход первого фазового детектора через блок грубой настройки подключен к второму входу управляемого генератора.

Составитель В.Майоршин Редактор А.Шандор Техред А.Кравчук Корректор Г.Решетник

Заказ 2502/36

Тираж 776Подписное

.ВНИИПИ 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