Устройство для измерения времени спин-спиновой релаксации Советский патент 1988 года по МПК G01N24/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а ,именно к устройствам измерения времени ядерной релаксации методами радиоспектроскопии, в частности времени спин-спиновой релаксации и шyльcными методами ядерного магнитного и ядерного квадру- польного резонансов, и может быть использовано для построения импульс- ных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойст различных веществ и других задач прикладной радиоспектроскопии.

Цель изобретения - повьппение точ- нести измерения времени спин-спиновой релаксации в широком динамическом диапазоне при малом отношении сигнал/

1ГУМ о

На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения времени спин-спиновой релаксации.

Устройство содержит программатор 1 приемопередающую систему (ППС1 2 ре- лаксометра, формирова тель и распределитель импульсов (ФРИ) 3, двухка- нальный блок 4 выборки и запоминания ( постоянное запоминающее устройство ПЗУ 5, времякодовый преоб- разователь ВКП 6, арифметико-логическое устройство АЛУ 7, умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАИ) 8, компаратор 9 и регистратор lOj причем выход программатора I сое- динен через ШС 2 с входом двухканаль ного БВЗ 4. и с входом ФРИ 3, первый выход которого через ВКП 6 подключен к первому входу АЛУ 7, а второй выход - к входу ПЗУ 5 и к управляющему входу двухканального БВЗ 4, первый выход которого соединен с опорным- входом компаратора 9, а второй выход через УЦАП 8 - к сигнальному входу компаратора 9, при этом выход последнего подключен к входу программатора I и к- второму входу АЛУ 7, у которого третий вход соединен с выходом ПЗУ 5 и входом УЦАП 8, а выход - с регистратором 10.#

Устройство работает следующим об- )азом.

Программатор 1 вырабатывает многоимпульсную последовательность Карра- Перселла-Мейбума-Гилла, т.е. 90 - 2 - 180°- 2 -180 -2Т -,в результате которой на выходе ППС 2 появляются эхо- сигналы с а.мплитудами

ni..

АП (- --), п-1,2,3,

(1)

где А - начальное значение амплитуды эхосигнала.

С 2Т - момент времени появления зхосигналов.

Стробирование амплитуд А в двух- канальном БВЗ 4 происходит с помощью :импульсов ФРИ 3 в момент времени таким образом, что в первом канале БВЗ 4 удерживается уровень напряжения и, , пропорциональный первой амплитуде А эхосигнала, а во втором канале БВЗ 4, начиная с по мере поступления строб-импульсов Л о , появляются уровни напряжений U,, и,...,и, пропорциональные соответственно амплитудам А, А, А,..,,А.

Таким образом, на опорньй вход компаратора 9 поступает напряжение и, а на опорный вход УЦАП 8 - ступенчато-спадающее по экспоненциальному закону (1) напряжение Uj (п 2,3,4,...,), описывающееся выражением

и„ и„ехр(- 2%,(2)

где UQ - начальное значение напряжения и„ при , равное по величине А .

Одновременно с выхода ФРИ 3 строб импульсы п о поступают также на вход (т.е. на адресную шину) ПЗУ 5, в котором хранится N двоичных слов. Считывание информации ПЗУ 5 на вход (т.е. по шине данных) УЦАП 8 осуществляется с помощью строб-импульсов ФРИ 3, начиная с . По мере поступления сTpod-импульсов будет изменяться двоичный код ПЗУ 5, а значит и коэффициент К .умножения УЦАП 8. Следовательно, уровень напряжения U (начиная с ,3,4,...), который на каждой ступени п приложен к опорному входу УЦАП 8 будет умножен на число, соответствующее заданному в ПЗУ 5 коде. Таким образом к сигнальному входу компаратора 9 будут поступать урони напряжений , ,, .,..., , где К - коэффициент умножения УЦАП 8, определяемый кодом ПЗУ 5.

При равенстве уровня Uj , которое приложено к опорному входу компаратора 9, и уровня на его выходе появляется перепад напряжения, который отключает работу программатора 1 и одновременно является разрешающим сигналом для вьшолнения операции

31404

умножения на АЛУ 7 двух двоичных ко- дов - зафиксированного искомого кода ПЗУ 5 и кода ВКП 6, соответствующего интервалу времени Т . На выходе АЛУ 7 полученный результат поступает на регистратор 10. Высокая точность измерения времен ядерной релаксации с помощью предлагаемого устройства достигается за счет того, что вторая ю амплитуда А. эхосигнала автоматичес

В ПЗУ 5 хранятся табличные данные оптимальных отношений (А, /f , являющиеся соответственно коэффициентами Ку„ умножения для УЦАП 8 и для АЛУ 7. Как только уровень напряжения на выки выбирается из условия выполнения минимума относительной среднеквадра- тической погрешности S измерения времени Т. Если первая амплитуда А, 15 ходе УЦАП 8, равный , станет рав- измеряется в момент времени Т и фик- ным или большим уровня U, , компара- сируется, а вторая А, измеряется в тор 9 с помощью ФРИ 3 фиксирует в момент времени тГ, то время спин-спи- ПЗУ 5 оптимальное число т, соответствующее оптимальному отношению 20 (А,/А)в , а значит, наиболее точному для заданного2Г значению времени Т, которое после выполнения в АЛУ 7 oneновой релаксации Т можно определить как

isill

,3,4...

(3)

1п(А,/А) При условии, что ошибки измерения амплитуд эхосигналов А случайны и независимь и подчиняются нормальному закону распределения, причем среднее значение их равно нулю, а максималь-- ное отклонение равно от точки к точке, т.е. Л А, U А.. ., то от25

рации (6) зарегистрирует регистратор 10.

Формула изобретения

Устройство для измерения времени спин-спиновой релаксации, содержащее программатор, подключенный к входу

носительную среднеквадратичную погреш ЗО приемопередающей системы релаксомет- ность измерения времени спин-спиновой ра, выход которой соединен с входом , релаксации Т по формуле (3) можно двухканального блока выборки и за- определить такпоминания, у которого первый выход

1- т рподключен к опорному входу компара(j 1- l/l -i-l/ ir ,3,4...,(4)з5 ькод которого соединен с вхо- Кц 1п(А, программа топа, и оегистоатоо.

где K Ajj/uA const - отношение сигнал/шум.

Если в выражении (4) вместо А, и А подставить соответственно А Аоехр( тА ) и ехр (-шс,) , где oi. й/Т, то величина G относительно 6 для различных ,3,4,... имеет минимум. Величины 6f,oCj,, при которых С становится минимальной являются оптимальными для конкретных индексов сдвига т, а соответствующие им оптимальные отношения амплитуд (А,/Ай,)о , являющиеся коэффициентами умножения К, УЦАП 8, будут равны

дом программатора, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения при малом отношении сигнал/шум, в не40. го введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножаюш 1Й цифро- аналоговый преобразователь, время- кодовый преобразователь и арифметико45 логическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формирователя и распределителя импульсов, первый выход которого через времякодовый преобразователь подклю 50 чен к первому входу арифметико-ло- () (ш-ОогЛ ,,3,4..(5) гического устройства, а второй выходк входу постоянного запоминающего устройства и к управляющему входу двухканального блока выборки и запоминания, второй выход .которого через умножающий цифроаналоговый преобразователь соединен с сигнальным вхо Таким образом, для известных oig величину искомого времени спин-спиновой релаксации Т с наиболее вероятной минимальной погрешностью можно определить по формуле

55

(6J дом компаратора, при этом выход компаратора подключен к второму входу

где

--Т 1пК .

т-1 1

Минимальные погрешности т п соответствующие им оптимальные параметры Ыд и (А, (А)|,,К для различных индексов сдвига m приведены в таблице.

В ПЗУ 5 хранятся табличные данные оптимальных отношений (А, /f , являющиеся соответственно коэффициентами Ку„ умножения для УЦАП 8 и для АЛУ 7. Как только уровень напряжения на выходе УЦАП 8, равный , станет рав- ным или большим уровня U, , компара- тор 9 с помощью ФРИ 3 фиксирует в ПЗУ 5 оптимальное число т, соответствующее оптимальному отношению (А,/А)в , а значит, наиболее точному для заданного2Г значению времени Т, которое после выполнения в АЛУ 7 oneяа- , к- и-

(3)

я у ее -- т25

рации (6) зарегистрирует регистратор 10.

з5 ькод которого соединен с вхо- Qj программа топа, и оегистоатоо.

дом программатора, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения при малом отношении сигнал/шум, в не40. го введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножаюш 1Й цифро- аналоговый преобразователь, время- кодовый преобразователь и арифметико45 логическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формирователя и распределителя импульсов, первый выход которого через времякодовый преобразователь подклю(6J дом компаратора, при этом выход компаратора подключен к второму входу

51А049126

арифметико-логического устройства, ройства и управляющим входом умно

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения времен ядерной, в частности спин-спиновой, релаксации импульсными методами радиоспектроскопии ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонансов, и может быть использовано для йостроення импульсных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойств различных веществ, а, также для решения прикладных задач радиоспектроскопии. Цель изобретения - повышение точности измерения времени спин-спиновой релаксации при малом отношении сигнал/шум. Сущность . изобретения состоит в том, что в устройство введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножающий цифроанапоговый преобразователь, вре- мякодовый преобразователь и арифмети- кологическое устройство. Выход программатора соединен с входом форьшро- вателя и распределителя импульсов, первый выход которого через время- кодовый преобразователь подключен к первому входу арифметико-логического устройства,, а второй выход - к входу постоянного запоминающего устройства и к управляющему входу двухканально- го блока выборки и запоминания. Второй выход блока выборки и запоминания через умножающий цифроаналоговый преобразователь соединен с сигнальным входом компаратора, а выход компаратора подключей к второму входу ариф- метико-логического устройства. Вход арифметико-логического устройства соединен с входом постоянного запоминающего устройства и управляющим входом умножающего цйфроаналогового преобразователя, а выход - с регистратором. 1 ил., 1 табл. с: $ 4 СО ю

третий вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего уст15

3,1081

0,075

20

3,0472

0,056

жающего цифроаналогового преобразователя, а выход - с регистратором.

,-1,0

13,33

2,858

17,86

2,898