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

I Изобретение относится к измери- цельной технике, а именно к устройствам измерения времени ядерной релаксации методами радиоспектроскопии, в tIacтиocти времени спин-решеточной ре- ,|1аксации импульсными методами ядерно- t O магнитного и ядерного квадруполь- ого реаонансов, и может быть исполь- :)оваио для построения импульсных ре- лаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойств различных веществ и других задач при- ютадной радиоспектроскопии.

Цель изобретения - повьшение точ- ности измерения времени спин-решеточной релаксации при малом отношении СИ гнал/шум. -

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

Устройство содержит программатор 1, приемопередающую систему (ППС) 2 релаксометра, формирователь и распределитель 3 импульсов (ФРИ), двухка- нальный блок 4 выборки и запоминания (БВЗ), схему 5 вычитания, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 6,, вре- мякодовый преобразователь (ВКП) 7, арифметическо-логическое устройство (АЛУ) 8, умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 9, компаратор 10 и регистратор П. При этом выход программатора 1 подключен к входу ФРИ 3 и к входу ППС 2 релаксометра, выход которого соединен с входом г двухканального БВЗ 4, из которого первый выход подключен к первому входу схемы 5 вычитания, а второй - к BfropoMy последней и к опорному входу кЬмпаратора lOi Первый выход ФРИ 3 с|эединен с управляющим входом двухка- н ьного БЕЗ 4 и с входом ПЗУ 6, а в горой выхгд.- через ВКП 7 с первым вводом АЛУ 8, причем второй вход по- сЬеднего подключен к выходу ПЗУ 6 и к управляющему входу УЦАП 9, опорный которого соединен с выходом схе- Mt) 5 вычитания, а выход - с сигналь- HfciM входом компаратора 10, у которо- Г |э выход подключен к входу программа- Tippa и третьему входу АЛУ 8, выход K f Topoго . подключен к регистратору 11.

Устройство работает следующим обрс ЗОМ. .

Программатор 1 вырабатывает снача- л 90-градусные импульсы, обеспечи- быстрое насыщение спиновой системы, - на выходе ППС 2 появляются сигналы с амплитудой

которая

пропорциональна предельной величине компоненты вектора макроскопической намагнн еннос-т М., что достигается большим числом. п (п 1,2,3,...; - длительность между соседними 90-градусными импульсами). Затем программатор 1 вырабатьшает импульсную последовательность, позволяющую определить Т., за одно прохождение, в результате которой на выходе ППС 2 появляются сигналы свободной прецессии, амплитуды которых изменяются по закону

А„ A l-exp(- |-), ,2,3..,(

Таким образом, на вход двухканаль- ного БВЗ 4 поступают сигналы с амплитудами А, в котором с помощью строб- импульсов ФРИ 3 сначала выделяется импульс с амплитудой А, а затем импульсы с амплитудами А„. Первый в виде уровня напряжения U удерживается на втором канале БВЗ 4, который подключен к второму входу схемы 5 вычи- .тания и к опорному входу компаратора 10, а импульсы с амплитудами появляются в виде уровней U, U, U, .. о, Ufn на первом канале БВЗ 4, который подключен к первому входу схемы 5 вычитания. При этом на выходе схемы 5 вычитания появляется разность напряжений (), (), (Ц„-и,), () Следовательно, на опорный вход УЦАП 9 поступает ступенчато- спадающее по экспоненциальному закону напряжения U, (п 1,2,3,...,), т.е.

и„ и, ехр(- 2),,2,3,..., (2)

где Ug - начальное значение U при

п 2 0, равное по величине напряжению А

а на опорный вход компаратора 10 - его максимальное значение U.

В ПЗУ 6 хранится код числа, который является постоянным коэффициентом К умножения УЦАП 9. Считывание информации ПЗУ 6 на вход (т.е., по шине данных) УЦАП 9 осуществляется с помощью строб-импульса ФРИ 3. Следовательно, уровень напряжения (начиная с п 1,2,3,...), который на каждой ступени п приложен к опорному входу /ЦАП 9, будет умножен на число, соответствзлощее хранящемуся в ПЗУ 6

коде. Таким образом к сигнальному входу компаратора 10 поступают уровни напряжений , , ,

ветствующее им оптимальное отношение амплитуд (Ilg/Uf,), являющееся постоянным кoэффи иeнтoм умножения К

Кд11„, где Kg - коэффициент умножения УЦАП 9, равно

(Uo/Un). К, ехр() 3,028,

1,2,3,...

(5)

Таким образом, для известных об

(п)

но определить по формуле 1

УЦАП 9. При равенстве уровня U,, и уровня К(,и„ 1ШИ при KgUj, и на выходе компаратора 10 появляется перепад напряжения, который отключает работу программатора 1. Этот перепад напря- с величину искомого времени спин-реше- жения, является разрешающим сигналом точной релаксации Т с наиболее ве- для вьтолнения необходимых арифмети- роятной минимальной погрешностью мож- ческих операций в АЛУ 8 над двумя поступающими кодами, а именно от ВКП 7, который преобразует интервал времени 15 п (п 1,2,3,...,), и от ПЗУ 6, в котором зашит коэффициент .

Высокая точность измерения времени спин-решеточной релаксации с помощью предлагаемого устройства дости- 2о гается за счет оптимального (с точки зрения получения минимума относительной среднеквадратической ошибки определения искомого времени Т, ) выбора

(6)

Tl,

- 1пК, п,

т --- t -. о6„

где Л„ (Т/Т)

1 i 1 , , J, .. .

В ПЗУ 6 хранится код, являющийся коэффициентом умножения УЦАП 9, т.е. Kg 3,028. Этот же код поступает на вход АЛУ 8, в котором по команде компаратора 10, а именно при выполнении

времени пТ измерения второго А„ сиг- 25 Усдавия 3,028 U,реализуется нала свободной прецессии при (Ьикси- рованном первом А. Так как А Ug , а А1 S и , то согласно (2) время спин-рететочной релаксации Т можно

окончательный результат

Т п€Г /1п(3,028) 0,903п. (7)

Формула изобретения

ветствующее им оптимальное отношение амплитуд (Ilg/Uf,), являющееся постоянным кoэффи иeнтoм умножения К

(Uo/Un). К, ехр() 3,028,

ичину искомого времени спин-реше- ной релаксации Т с наиболее ве- тной минимальной погрешностью мож-

1,2,3,...

(5)

ину искомого времени спин-реше- й релаксации Т с наиболее ве- ой минимальной погрешностью мож-

Таким образом, для известных об

(п)

ичину искомого времени спин-реше- ной релаксации Т с наиболее ве- тной минимальной погрешностью мож-

но определить по формуле 1

величину искомого времени спин-реше- точной релаксации Т с наиболее ве- роятной минимальной погрешностью мож-

(6)

Tl,

- 1пК, п,

т --- t -. о6„

где Л„ (Т/Т)

1 i 1 , , J, .. .

В ПЗУ 6 хранится код, являющийся коэффициентом умножения УЦАП 9, т.е. Kg 3,028. Этот же код поступает на вход АЛУ 8, в котором по команде компаратора 10, а именно при выполнении

Усдавия 3,028 U,реализуется

окончательный результат

Т п€Г /1п(3,028) 0,903п. (7)

Усдавия 3,028 U,реализуется

Формула изобретения

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения времени ядерной, в частности спин-решеточной, релаксации импульсными методами радиоспектроскопии ядерного магнитного и.ядерного квадрупольного резонансов, и может быть использовано для построения импульсных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойств различных веществ, а также для решения прикладных задач радиоспектроскопии. Цель изобретения - по- вьппение точности измерения времени спин-решеточной релаксации при малом отношении сигнал/шум. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены формирователь и распределитель импульсов,.постоянное запоминающее устройство, умножающий циф- роаналоговый преобразователь, время- кодовый преобразователь и ари жети- ческо-логическое устройство. При заложенном в устройство алгоритме работы с помощью данного устройства можно получить при измерениях более точное время ядерной релаксации. 1 ип. § (/) 1- О сх со g

определить как

пг

-,,2,3,... (3).

Устройство для измерения времени спин-решеточной релаксации, содержащее программатор, подключенный к входу приемопередающей системы релаксо- чальных амплитуд А сигналов свобод- gg метра, выход которой соединен с вхо- ной прецессии случайны, независимы и дом двухканального блока выборки и

ln(Uo/Uj При условии, что ошибки измерения наподчиняются нормальному закону распределения, причем среднее значение их равно нулю, а максимальные отклонения равны от точки к точке, т.е. AUp ЛП ди ... ли„ 5 йи, относительную среднеквадратическую погрешность la-j- измерения Т по формуле (3) можно определить как

.1

К

1,2,3,...,

ii/u| +

ln(uJUJ

где К., и /и - отношение сигнал/

14 о п

шум.

50 ко-логическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формирователя и распределителя импульсов, первый выход которого подключен к управляющему входу двухкаВ результате подстановки в выражение (А) и„ Uj, exp(-nci), где о6 ., и анализируя (Ь относительно А , получаем, что функция () имеет одну и ту же величину минимума, gg нального блока выборки и запоминания для каждого индекса сдвига п 1,2,3, и к входу постоянного запоминагацего ... значения, равную 2,8783. устройства, а второй выход - через Величины fli fli являются .опти- времякодовый преобразователь к пер- мапьными для По 1-,2,3а соот- вому входу арифметическо-логического

30

запоминания, у которого первый выход подключен к первому входу схемы вычитания, а второй - к второму входу40 последней и к опорному входу компаратора, а также регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при малом отношении сигнал/шум, в него

45 введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоми- нающее устройство, умножающий цифро- аналоговый преобразователь, времяко- довый преобразователь и арифметичес50 ко-логическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формирователя и распределителя импульсов, первый выход которого подключен к управляющему входу двухкаgg нального блока выборки и запоминания и к входу постоянного запоминагацего устройства, а второй выход - через времякодовый преобразователь к пер- вому входу арифметическо-логического

устройства, при этом второй вход rto- следнего соединен с выходом постоянного запоминающего устройства и с управляющим входом умножающего цифро- аналогового преобразователя, опорный I вход которого подключен к выходу схемы вычитания, а выход - к сигнальному входу ко-мпаратора, у которого выход соединен с входом программатора и третьим входом арифметическо-логичес- кого устройства, выход которого подключен к регистратору.