Программно-управляемый блок задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра электронного парамагнитного резонанса Советский патент 1990 года по МПК G01N24/10 

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в приборостроительной промышленности при изготовлении радиоспектро

метров ЭПР.

Цель изобретения - сркрашенио примени развертки путем программного

управления числом каналов развертки.

На фиг.1 приведена блок-схема программно-управляемого блока задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра ЭПР; на фиг.2 - блок-схема счетчика с управляемым модулем счета; на фиг„3 - блок-схема устройства управления циф- рового генератора развертки„

Программно-управляемый блок задания и развертки магнитного поля радиоспектрометра ЭПР содержит последовательно соединенные цифровой генера- тор 1, задатчик 2 амплитуды развертки и задатчик 3 начального значения магнитного поля, шины данных 4, управления 5, адреса 6, селектор 7 адреса и интерфейс 8 цифрового генера- 1тора„ При этом информационные входы цифрового генератора 1, задатчика 2 амплитуды развертки, задатчика 3 начального значения магнитного поля и информационные выходы интерфейса 8 цифрового генератора подключены к шине 4 данных, адресные входы селектора 7 адреса - к шине 6 адреса, его первый и второй выходы - соответственно к управляющему входу задатчи- ка 3 начального значения магнитного поля и управляющему входу задатчика 2 амплитуды развертки, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой выходы - соответственно к перво- му, второму, третьему,четвертому, пятому, шестому управляющим входам цифрового генератора 1, соединенного управляющим выходом с первым входом интерфейса 8 цифрового генератора Стробирующий вход селектора 7 адреса подключен к линии Запись внешнего устройства шины управления 5, линии Чтение внешнего устройства и Запрос на прерывание которой соединены соответственно с вторым входом и управляющим выходом интерфейса 8 цифрового генератора,,

Цифровой генератор 1 содержит генератор 9 прямоугольных импульсов, ге- нератор 10 развертки, задатчик 11 числа каналов развертки, задатчик 12 длительности каналов развертки и устройство 13 управления.

Генератор 10 развертки содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик 14 и цифроаналоговый преобразователь 15, первый 16 и второй 17 ЛЭ И, выходы которых подключены

соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 14, ЛЭ НЕ 18, ЛЭ ИЛИ 19 и параллельный регистр 200

Задатчик 11 числа каналов развертки и задатчик 12 длительности каналов развертки выполнены идентичнымио При этом каждый из них состоит из счетчика с управляемым модулем счета (фиГо2), содержащим параллельный регистр 21, формирователь 22 коротких импульсов, ЛЭ ИЛИ 23 и вычитающий счетный регистр 24.

Устройство 13 управления содержит (фиг.З) последовательно включенные счетньй триггер 25 и формирователь 26 коротких импульсов,RS-триггер 27, ЛЭ И 28 и ЛЭ ИЛИ 29,выход которого соединен с установочным входом счетного триггера 25, а первый вход - с первым установочным входом RS-триггера 27, подключенного выходом к второму входу ЛЭ И 28 о Причем первый вход ЛЭ И 28, первый и второй установочный входы RS-триггера 27, второй вход ЛЭ ИЛИ 29, тактовый вход счетного триггера 25 и выходы ЛЭ И 28, счетного триггера 25 и формирователя 26 коротких импульсов являются соответственно тактовым входом, входами Пуск, Стоп, Сброс, управляющим входом ч тактовым, первым и вторым управляющими выходами устройства 13 управления.

В режиме Настройка блока задания и развертки магнитного поля производится задание основных параметров магнитного поля (режимных параметров) программным путем. При этом в параллельный регистр 21 задатчика 12 длительности канатов развертки записывается двоичный эквивалент N заданной длительности 1К одного канала развертки; в параллельный регистр 21 задатчика 11 числа каналов развертки - двоичный эквивалент N заданного числа п (, каналов развертки; в параллельный регистр 20 генератора 10 развертки - двоичньй эквивалент Nn значения поправки пп, обеспечивающей поддерживание постоянной составляющей выход- ного напряжения генератора 10 развертки на нулевом уровне при изменении числа п. а каналов разверткиj в задатчик 2 амплитуды развертки - двоичный эквивалент NРзаданного значения амплитуды развертки Вр, а в задатчик 3 начального значения магнит3J5

ного поля - двоичный эквивалент заданного начального значения индукции магнитного поля0

Запись установленного на шине 4 данных двоичного эквивалента заданного режимного параметра в соответствующий этому параметру регистр производится сигналом, формируемым по импульсу Запись внешнего устройст- ва (WRIO) шины 5 управления селектором 7 адреса, выполненного, например, на основе дешифратора на 8 выходов, на входе записи (стробирования) регистра, выбираемого в соответст-

вии с кодом адреса регистра, устанавливаемым программируемой системой сбора к обработки информации на шине 6 гдресав

Режим Настройка завершается

сшналом Сброс 9 формируемым селектором 7 адреса по имгульсу WRIO шины 5 управления при наличии соответствующего адреса на шине 6 адреса

Переход в режим Работа осущест- вляется по сигналу Пуск, формируемому селектором 7 адреса при появлении импульса WRIO на шине 5 управления и наличии соответствеюиего адреса на шине 6 здресао

Каждый импульс, поступающий на вычитаювщй вход вычитающего счетного регистра 2 задатчика 12 длительности каналов развертки, уменьшает его содержимое на единицу, В результате этого при поступлении на вычитающий вход импу-тьсов, число которых равно предварительно записанному в вычитающий счетный регистр 24 двоичному эквиваленту Nt заданного значения длительности tk канала развертки, все триггеры вычитающего счетного регистра 24 устанавливаются в нулевое состояние. При переходе триггеров вычитающего счетного регистра 24 в это состояние формирователь 22 коротких импульсов формирует выходной сигнал, поступающий через ЛЭ ИЛИ 23 на вход записи вычитакщего счетного регистра 24, обеспечивая тем самым

загрузку двоичного эквивалента Nt в регистр 24, а следовательно, устаноку задатчика 12 длительности каналов развертки в исходное состояние.

Таким образом, модуль счет счет- чика с управляемым модулем счета, представляющего собой задатчик 12 длительности каналов развертки, определяется двоичным эквивалентом Ht,

6

е период 1 f формируемых на выходе формирователя 23 коротких импульсов определяется Е соответствии с выражением t , N tK, где tH - период импульсов на выходе генератора ° прямоугольных импульсов.

Установленный сигналом Сброс в единичное состояние счетный триггер 25 управляет направлением развертки и вырабатывает управляющий сигнал, обеспечивающий прохождение выходных импульсов задатчика 12 длительности каналов развертки через первый ЛЭ И 16 генератора 10 развертки на суммирующий вход его реверсивного счетчика 14. В результате этого содержимое реверсивного счетчика 14 возрастает по мере поступления на его суммирующий вход выходных сигналов задатчика 2 длительности каналов развертки, и цифроаналоговый преобразователь 15 формирует напряжение, соответствующее участку треугольной развертки с нарастающей индукцией магнитного поля Число дискретных значений магнитного поля на этом участке развертки (т„е. число каналов определяется задатчиком 11 числа каналов развертки.

Модуль счета счетчтка с управляемым модулем счета, представляющего собой задатчик 11 числа каналов развертки, равен двоичному эквиваленту

5

N числа г. к каналов5 записанному в вычитающий счетный регистр 21 в режиме Настройка. Поступающие на его счетный вход импульсы с выхода задатчика 12 длительности каналов ргз- вертки уменьшают его содержимое до тех пор, пока все триггеры вычитающего счетного регистра 24 не устанавливаются в нулевое состояние, При этом на выходе формирователя 22 коротких импульсов формируется импульс, обеспечивающий восстановление исходного состояния задатчика 11 числа каналов развертки и одновременно поступающий на управляющий вход устройства 13 управления для переключения счетного триггера 25 в нулевое состояние. Сформированное по окончании участка развертки с нарастающей индукцией магнитного полч изменение сигнала на первом вправляющем выходе г устройства 13 управления фиксируется сограммируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 вдкЪрогю)о

генератора, выполненного, наприйер на основе асинхронного RS.-триггера с трехстабильным буферным элементом на выходе.

Одновременно сигнал на первом управляющем выходе устройства 13 управления обеспечивает прохождение выходных сигналов задатчика 12 длительности каналов развертки через второй ЛЭ И 17 генератора 10 развертки ка вычитающий вход реверсивного счетчика 14 о При этом содержимое реверсивного счетчика 14 уменьшается по мере поступления на его вычитающий вход выходных сигналов з адатчика 12 длительности каналов развертки и циф- роаналоговый преобразователь 15 формирует напряжение, соответствующее участку треугольной развертки со спа- дающей индукцией магнитного поля Этот процесс происходит до тех пор, пока все триггеры вычитающего счетного регистра 24 зацатчика 11 числа каналов развертки не устанавливаются в нулевое состояние и на выходе формирователя 22 не формируется импульс, обеспечивающий восстановление исходного состояния задатчика 11 числа каналов развертки Этот ле импульс, как и в случае формирования участка развертки с нарастающей индукцией магнитного поля, поступает на управляющий вход устройства 13 управления и переключает счетный триггер 25 в противоположное установленному ранее состояние.

Изменение сигнала на первом управляющем выходе устройства 13 управления фиксируется программируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 цифрового генератора развертки, а сам сигнал на первом управляющем выходе устройства 13 управле- ния обеспечивает формирование участка треугольной развертки с нарастающей индукцией магнитного поля.

Сформированное,на выходе цифро- аналогового преобразователя 15 напря- жение треугольной формы обеспечивает треугольную развертку магнитного поля с числом пк каналов на каждом ее участке,определяемым предварительно записанным в параллельный регистр 21 задатчика 11 числа каналов развертки двоичным эквивалентом NH. Длительность каждого участка треугольной развертки магнитного поля определяется выражением Тр nK-tM Nt и может изменяться как за счет изменения числа пк каналов на участке развертки, так и за счет изменения длительности t к tH-Nt каналов развертки путем изменения двоичного эквивалента NJ , предварительно загруженного в параллельный регистр 21 задатчика 12 длительности каналов развертки.

Максимальное число каналов на каждом участке треугольной развертки магнитного поля п., 2h, где п К wqK.C

разрядность цифроаналогового преобразователя 150 Сохранение постоянной составляющей входного сигнала циф- роа налогового преобразователя 15 на нулевом уровне при изменении числа каналов г . обеспечивается с помощью поправки nn ( nk)/2, двоичный эквивалент Nn которой загружается в параллельный регистр 20 генератора 10 развертки в режиме Настройка. Загрузка содержимого регистра 2 в реверсивный счетчик 14 производится сигналом Сброс, а также сигналом, формируемым по окончании участка треугольной развертки со спадающей индукцией магнитного поля формирователем 26 коротких импульсов на втором управляющем выходе устройсва 13 управления и поступающим на второй установочный вход генератора 10 развертки

Необходимость останова развертки поляризующего магнитного поля определяется программируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации путем, например, сравнения заданного числа накоплений регистрируемого спектра ЭПР и текущего числа накоплений NT,определяемого количеством прохождений резонансных условий в процессе периодической развертки магнитного поля.

В случае равенства К3 NT система сбора и обработки спектрометрической информации выдает на шину 6 адреса необходимый для возбуждения седьмого выхода селектора 7 адреса адрес, а на шину управления 5 - сигнал WRICK В результате этого селектор 7 адреса формирует сигнал Стоп, переключющий RS-триггер 27 устройства 13 управления в нулевое состояние. При этом на первый вход ЛЭ И 28 поступает запрещающий потенциал, и импульсы с выхода генератора 9 прямоугольных

импульсов не проходят на тактовый выход устройства 13 управления.

Регистрация текущего числа накоплений осуществляется системой сбора и обработки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 цифрового генератора развертки, формирующего на линии Запрос на прерывание (RQINR) шины управления 5 сигнал запроса на прерывание по окончании участков развертки как с нарастающей, так и спадающей индукцией магнитного поля. По этому сигналу система сбора и обработки спектрометрической информации формирует на шине управления сигнал Чтение внешнего устройства (RDIO), в результате чего интерфейс 8 цифрового генератора развертки выдает на шину данных начальный адрес под- программы обслуживания прерывания, не посредственно определяющий текущее , значение числа накоплений,

Сформированное таким образом напряжение треугольной формы с нулевой постоянной составляющей с выхода цифрового генератора 1 развертки поступает на задатчик 2 амплитуды развертки магнитного поля, управление которым осуществляется программируе- мой системой сбора и обработки спектрометрический информации в режиме Настройка путем формирования на шине 6 адреса кодовой комбинации, необходимой для возбуждения второго выхода селектора 7 адреса, формирования на шине 4 данных кодовой комбинации, обеспечивающей заданное значение амплитуды развертки, и формирования сигнала на линии WRIO шины 5 управления.

Напряжение треугольной формы, амплитуда которого установлена в соответствии с заданным значением амплитуды развертки магнитного поля, с выхода задатчика 2 амплитуды развертки магнитного поля поступает на вход задатчика 3 начального значения магнитного поля, управление, которым производится программируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации в режиме Настройка путем формирования на шине 6 адреса кодов комбинации, необходимой для возбуждения первого выхода селектора 7 адреса, формирования на шине 4 данных кодовой комбинации, обеспечивающей заданное начальное значение магнитного поля, и фор

10

15

, 20

3628510

мирования сигнала на линии WRIO шины 5 управления.

Выходной сигнал задатчика 3 начального значения магнитного поля равен сумме напряжения треугольной формы, амплитуда которого соответствует заданному значению амплитуды развертки магнитного поля, число дискретных значений напряжения - заданному числу накоплений сигналов ЭПР, и постоянного напряжения, соответствующего заданному начальному значению магнитного поля.

Возможность изменения числа каналов на участках треугольной развертки со спадающей и нарастающей индукцией магнитного поля программным путем как в режиме Настройка, так и

в процессе регистрации спектров, позволяет оптимизировать параметры магнитного поля (время развертки, число каналов, амплитуду развертки, длительность каналов развертки) в соответствии с регааемой задачей, ускорить и автоматизировать процесс регистра- рации сигналов.

Формула изобретения

1. Программно-управляемый блок задания и рнзвертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра электронного парамагнитного резонанса, содержащий цифровой генератор, включающий генератор прямоугольных импульсов и генератор развертки с входящими в него счетчиком, первым и вторым логическими элементами (ЛЭ) И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам счетчика, и цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), входы которого подключены к выходам счетчика, а выход является первым выходом цифрового генератора, задатчик амплитуды развертки, первый вход которого подключен к первому выходу цифрового генератора, задатчик начального значения магнитного поля, первый вход которого подключен к выходу задатчика амплитуды, а выход является выходом программно-управляемого блока задания и развертки поляризующего магнитного поля, шину управления и шину данных с подключенными к ней информационными входами Цифрового генератора и задатчиков амплитуды и начального значения магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью

сокращения времейи развертки путем программного управления числом каналов развертки, в него дополнительно введены шина адреса, интерфейс цифрового генератора и селектор адреса, адресные входы которого подключены к шине адреса, стробирующий вход - к линии Запись внешнего устройства шины управления, первый и второй вы- ходы - к второму входу соответственно задатчика начального значения магнитного поля, задатчика амплитуды развертки, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы - со ответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому управляющим выходам цифрового генератора, соединенного вторым выходом с первым входом интерфейса цифрового генератора, второй вход и управляющий выход которого подключены соответствено к линии Чтение внешнего устройства и линии Запрос на прерывание шины управления, , Нформационные вы- ходы - к шине данных5 при этом цифровой генератор дополнительно содержит задатчики длитель ги и числе каналов развертки и устройство управления тактовый вход которого соединен с вых дом генератора прямоугогъных импульсо управляющий вход - с выходом задатчика числа каналов развертки, вход Сброс - с установочными входами за- датчиков длительности и числа каналов развертки и первым установочным входом генератора развертки, гервьй и второй управляющие выходы - соответственно с управляющим и вторым установочным входами генератора раз- вертки, тактовый выход - со счетным входом задатчика длительности каналов развертки, подключенного выходом к счетным входам задатчика числа каналов и генератора развертки, причем информационные входы генератора развертки и задатчиков числа дпи ельнос- ти каналов разв-ертки объединены и , и- ляются информационными входами цифрового генератора, в ходы записи генера- тора развертки и задатчиков числа и длительности каналов развертки, входы Сброс, Стоп,, Пуск и первый управляющий выход устройства управления являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым управляющими входами и вторым выходом цифрового генератора, а в генератор развертки дополнительно 1

с 0 5о 0 5 0

5

введены ЛЭ НЕ и ИЛИ и параллельный регистр, выходы которых соединены соответственно с вторым входом второго ЛЭ И, входом записи и установочными входами счетчика, причем объеди- некные первые входы первого и второго ЛЭ И и объединенные второй вход первого ЛЭ И и вход ЛЭ НЕ, а также первый и второй входы ЛЭ .ЛИ и иформационные входы и вход строби- рования параллельного регистра являются соответственно счетьы i и управл/-- гощим входами, первым и вторым установочными входами и информационными входами и входом записи генератора развертки.

2.Блок п,1, о гли чающий - с я тем5 что задагчики длительности и числа каналов развертки цифрового генератора выполнены идентичными р виде счетчиков с управляемым модули: счета, состоящих из параллельного регистра, формирователя коротких ш - пульсов,, ЛЭ ИЛИ и вычитающего ного регистра, информационные входы которого подключены к выходам параллельного регистра, вход записи сое динен с выходом ЛЭ ИЛИ, а выход - входом формирователя коротких импуль сов, выход которого подключен к первому входу ЛЭ ИЛИ, причем вычитающий вход счетного регистра, информацией ные входы и стробирующий вход парал лельного регистра, второй вход ЛЭ

ИЛИ и выход формирователя коротки импульсов являются соотьеiственно счетным входом, информационными вхс дами, входом залогиj установочном входом л выходом задатчиков длительности и числа каналов развертки.

3,Блок по п„1, отличающийся тем, что устройство управления выполнено из последовательно включенных счетного триггера и формирователя коротких импульсов, RS- триггера, ЛЭ И и ЛЭ ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом счетного триггера, а первый вход с первым установочным входом RS-триг- гера, подключенного к второму входу ЛЭ И, причем гервьй вход ЛЭ И, первый и второй установочные входы RS-триггера, второй вход ЛЭ ИЛИ, тактовый вход счетною тригге ра и выходы ЛЭ И, счетного триггера и формирователя коротких импульсов являются соответственно тактовым

18

t

i

19

14

Ю

tf ж

f f

ш

и

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Цель изобретения - сокращение времени развертки путем программного управления числом каналов развертки. Возможность задания на участках треугольной развертки магнитного поля с нарастающей и спадающей индукцией числа каналов развертки в зависимости от требуемой амплитуды развертки и регистрируемых параметров исследуемых спектральных линий ЭПР позволяет использовать устройство в радиоспектрометрах ЭПР при измерении концентрации парамагнитных частиц (КПЧ) в исследуемом веществе путем сравнения как пиковых, так и интегральных интенсивностей сигналов ЭПР исследуемого вещества и калибровочного образца, КПЧ в котором известна, а также минимизировать время регистрации спектров ЭПР при заданном отношении сигнал/шум на выходе радиоспектрометра ЭПР или максимизировать отношение сигнал/шум при заданном времени регистрации. Программно-управляемый блок содержит цифровой генератор, состоящий из генератора прямоугольных импульсов, устройства управления, задатчика длительности каналов развертки, задатчика числа каналов развертки и генератора развер

15

Ъыход блока зада ния и развертки Ь магнитного ЛОАЯ

К радиоспектрометру ЗПР Фие.1

Инф,8х. Ьх.зап.Усп.бх

Фиг.2

8

t

Такт. in.

„Стоп

Ј7

Мое

й j

Упр. 8х.