Анализатор намагниченности для импульсных ЯМР-спектрометров Советский патент 1988 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к спектроскопии с использованием ядерного магнитного резонанса может быть использовано для исследования динамики ядерной намагниченности слож- ньк гетерогенных смесейд например жиров, масел, растительных и животны тканей, имекщих многоэкспоненциальны характер релаксации, и может найти применение в химической пищевой промьшшенности, медицине, биологии IB комплексе с импульсным ЯМР-спектро метром.

; Целью изобретения является повышение точности анализа и быстродействия путем исключения коммутации и накопления.

На чертеже представлена блок-схема анализатора.

Анализатор содержит последовательно соединенные входной усилитель 1, параметрический избирательный фильтр (ПИФ) 2, аналого-цифровой преобразовтель (АЦП) 3, схему 4 выбора инфор- мации, а также логическую схему 5 управления, подключенную к входу управления ПИФ 2 и схему 6 хранения информации. Схема выбора информации выполнена из трех последовательно соединенных регистров 7-9, двух схем 10 и 11 сравнения и последовательно ;соединенных схемы 12 совпадения и во ;миразрядного двоичного счетчика 13, I Логическая схема 5 управления выпол- ;йена из кшротно-импульсного модулято ра (ШИМ) 14, семиразрядного счетчика

15 и линии 16 задержки, а схема хранения информации выполнена из восми регистров 17-24 показателя степен экспонент и восьми регистров 25-32 амплитуды составляющих многоэкспоненциального спада сигнала ЯМР. При

Таким образом, осуществляется по следовательный во времени перебор всех N 2 возможных значений параметра об , обеспечивающий точность 0,3%, В том случае, когда во вход- ном анализируемом сигнале намагниче ности, поступающем из усилительного тракта спектрометра через усилитель 1 на вход ПИФ, будет присутствовать компонента с параметром ы; , на выходе ПIiФ будет наблюдаться максимум выходного напряжения, причем информ ция о параметрах oi; и А;, где А - амплитуда сигнала ЯМР, АЦП 3 преобразует выходной сигнал в код и пода этот код на схему выбора. В первый регистр 7 запись кода осуществляетэтом выходы АЦП 3 соединены с входами регистра 7 схемы 4 выбора информа- с ся импульсом с линии 16 задержки ции, выходы регистров 7-9 подсоеди-приблизительно спустя 100 мкс после

нены к входам двух схем 10, 11 сравнения, соединенных своими выходами с входами схемы 12 совпадения, а выход последней подключен к входу восьмиразрядного счетчика 13, который является адресным для схемы 6 хранения информации. Последняя содержит восемь регистров амплитуды 25-32 и восемь

50

импульса синхронизации для исключения переходных процессов в тракте спектрометра. При поступлении после дующих импульсов синхронизации код из регистра 7 передается в регистры 8 и 9. Схемы 10, 11 сравнения произ водят анализ текущих и последующих значений информации и при определении максимума, т.е. когда вырабатывают сигнал, поступающие на схему 12 совпадения и в дальнейшем на адресный 8-разрядный счетчик 13, ко торьй и определяет адрес для регнет

регистров 17-24 показателя степени экспонент, при этом адресные входы всех 16-ти регистров подключены к выходу счетчика 13 схемы 4 выбора информации, информационные входы ре0

S

гистров 25-32 амплитуды - к соответ- ствукщим выходам второго регистра 8 схемы 4 выбора информации, а информационные входы регистров 17-24 показателя к соответствующим выходам семиразрядного счетчика 15 тактов логической схем 5 управления.

Устройство работает следзтощим лбразом.

По сигналу Пуск, поступающему из устройства управления радиоспектрометром, семиразрядный счетчик 15 обнуляется и начинает регистрировать импульсы синхронизации, приходящие в момент поступления инвертирующего 90-градусного импульса. В соответствии с кодом, формируемым на выходе счетчика 15, ШИМ 14 формирует напря- 0 жение накачки для работы ПИФ 2. Собственная функция;(ПИФ в этот момент времени имеет вид ехр-( t, где об - показатель экспоненты затухания. При приходе второго импульса синхронизации собственная функция ПИФ изменяется и становится равной

ерх-(о6„„н )t.

Таким образом, осуществляется последовательный во времени перебор всех N 2 возможных значений параметра об , обеспечивающий точность 0,3%, В том случае, когда во вход- . ном анализируемом сигнале намагничен ности, поступающем из усилительного тракта спектрометра через усилитель 1 на вход ПИФ, будет присутствовать компонента с параметром ы; , на выходе ПIiФ будет наблюдаться максимум выходного напряжения, причем информация о параметрах oi; и А;, где А - амплитуда сигнала ЯМР, АЦП 3 преобразует выходной сигнал в код и подает этот код на схему выбора. В первый регистр 7 запись кода осуществляет0

5

0

с ся импульсом с линии 16 задержки приблизительно спустя 100 мкс после

0

5

импульса синхронизации для исключения переходных процессов в тракте спектрометра. При поступлении последующих импульсов синхронизации код из регистра 7 передается в регистры 8 и 9. Схемы 10, 11 сравнения производят анализ текущих и последующих значений информации и при определении максимума, т.е. когда вырабатывают сигнал, поступающие на схему 12 совпадения и в дальнейшем на адресный 8-разрядный счетчик 13, ко- торьй и определяет адрес для регнет3

ров 17-24 и 25-32 схемы хранения значений ы. и А;.

Работа устройства образуется на следующих предпосылках.

Переходной релаксационный процесс в многофазной спин-системе носит многоэкспоненциальный характер и без учета влияния неоднородности магнитного поля может быть описан функцией вида

гп

и

де

йи

(t) z: А

(t)

(1

. exp - bi; t

суммарный сигнал в момент времени t:

А 1 - на чальная амплитуда соО V

ответствующей составляющей;

6i; - релаксационная характеристика этой фазы, причем

jOi-Mooicl

где m - число составлянщих фаз многоэкспоненциального процесса. Анализатор намагниченности должен определять с требуемой точностью приращения параметров iiA,; и uol; входсигнала.

априорным данным известно

6

кого По

о i мин мокс }

О -Г . Oi-MQlcc}

Параметр Ы; представляется некоторым дискретным значением oi; таким, что

/Ы.; oil / ioi; .

Число значений из выражения

можно определить

N

0 ЛЛОКС АИН

uoi,;

Известно,что вПИФ реализуется разложение входного сигнала в ряд по собственным функциям дифференциального оператора L, описывающего фильтр. Если ПИФ настроен в резонанс на одну из собственных функций устройства, то только последняя и выделяется на его выходе, а ее амплитуда является функцией взаимной корреляции входного сигнала и резонансной собственной функцией, т.е. в сле- чае совпадения по форме входного сигнала с резонансной собственной функцией выходной отклик фильтра максимален. Функция корреляции зависит от фазы входного сигнала относительно напряжения накачки.

28804

Таким образом видно, что использование ПИФ с устройствами обработки его выходного напряжения позволяет исключить процесс длительного накопления информации, что повышает точность и быстродействие анализа.

Если необходимо реализовать точность порядка 21, то для достижения

10

и

вых макс

потребуется примерно 50

циклов накопления, а время обработки составит мин при времени посылок 1 с.

При использовании перестраиваемого ПИФ и устройств обработки на современной элементной базе время анализа можно сократить до 20-30 с, что примерно вдвое снижает время анализа при той же точности 27„

Формула изобретения

0

5

0

0

Анализатор намагниченности для 5 импульсных ЯМР-спектрометров, содержащий входной усилитель, логическую схему управления, схему выбора информации и схему хранения информации, при этом логическая схема управления включает линию задержки, широтно- импульсный модулятор и семиразрядный двоичный счетчик тактов, подключенный первым входом к линии задержки и к выходу синхронизации спектрометра, вторым входом - к кнопке Пуск и разрядными выходами - к соответствующим входам широтно-импульсного модулятора, схема выбора информации содержит схему выбора максимума и восьми- разрядньм двоичньй счетчик адреса, при этом схема выбора максимума включает три последовательно соединенных регистра, схему совпадения и две схемы сравнения, первая из которых подключена соответствующими входами к выходам первого и второго ре- , гистров, вторая - к выходам второго и третьего регистров, выходы схем сравнения подключены к входам схемы совпадения, выход которой соединен с входом счетчика адреса, а тактирующие входы регистров подключены к выходу линии задержки, схема хранения информации выполнена из восьми регистров амплитуды составлякяцих многоэкспоненциального спада сигнала ЯМР и из восьми регистров показателя степени экспонент, при этом адресные входы регистров схемы хранения инфорВ

5

мадии подключены к выходу восьмираз рядного счетчика адреса, информационные входы регистров амплитуды подключены к соответствующим выходам второго регистра схемы выбора информации,, подключенным к входам схем сравнения, информационные входы регистров показателя степени подключены к выходам семиразрядного счетчика тактов и к ig выходу широтно-импульсного модулятора, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности анализа и быстродействия путем исключения

коммутации и накопления, в анализато введены перестраиваемьй параметрический избирательный фильтр (ПИФ) и аналого-цифровой восьмиразрядный преобразователь (АЦП), причем управляющий вход ПИФ соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, второй вход ПИФ соединен с выходом усилителя -, а выход ПИФ подключен к входу АЦП, выходы которого подсоединены к соответствующим входам первого регистра схемы выбора макси- В1ума.

Изобретение относится к области спектроскопии с использованием ядерного магнитного резонанса и может быть использовано в комплексе с импульсным ЯМР-спектрометром для исследования сложных гетерогенных смесей, например жиров, масел, растительных и животных тканей,имеющих многоэкспоненциальный характер спада сигнала 5МР. Целью изобретения является повышение точности анализа и быстродействия путем исключения коммутации и накопления. В основе работы анализатора лежит принцип изменения собственной характеристики перестраиваемого избирательного фильтра широтно- импульсным модулятором, регистрации его отклика, преобразования в цифровой код через АЦП и затем логического анализа данных в текущий последующий и предыдущие моменты времени. 1 ил. (Л