Импульсный спектрометр ядерного квадрупольного резонанса Советский патент 1990 года по МПК G01N24/00 

(УМн 2), синтезатор 17 частоты (СЧ). YCH- литель 18 промежуточной частоты с атте- нюатором (УПЧеА), двухканальный фильтр 19 нижних частот (ФНЧ), четвертый коммутатор (К4) 20, первый коммутатор (К1) 21, третий коммутатор (КЗ) 22, двойной балансный смеситель (ДБСМ) 23, квадратурный детектор (КвД) 24, фазовращатель (Ф) 25, кварцевый генератор (КГ) 26, первый широкополосный усилитель 27 мощности (ШУМ 1). второй широкополосный усилитель 28 мощности (ШУМ 2), широкополосный предварительный усилитель (ШПУ) 29, балансный модулятор (БМ) 30, первый датчик (ЛИ 31 , второй датчик (Д2) 32 и второй коммутатор (К2) 33.

Устройство работает следующий обра- ом.

Onepaiивное управление ходом Углчч-ри- viCHi:1 и работой ЭВМ 2 осуществляет..и через терминал 1, а необходимые данные по эксперименту и анализу результаюн выво- дятся на ЦПУ 3. Контроллер 6 обеспечивает выбор необходимого блока для выпотне- ния операций обмена между ЭВМ 2 и подключенными к нему блоками.

Для установки и поддержания темпе- ратуры термостате 4. где размешается исследуемый образец с ра-бочим контуром первого датчика Д 31 (Д2 32), используется БУТ 5, управляемый кодами, поступающими к . ЭВМ .I через контроллер 6

Экикримен по проведению качествен ною и количественного анализа начинается с вводи в ЭВМ 2 параметров необходимых импульсных not ледова i ельно гей и ра бичей частоты I чиапа юна частот) При этом коды импульсных последовательностей из ЭВМ 2 через контролер 6 з;пружаются в ГГЛ1 9, j коды рабочей частой в БУЧ 1 1; после чего ЭВМ 2 может , с ноль юваться для чручих целей. В соответствии с посгу- пивпнши кодам)1 ГСИ 9 вырабатывает последовательность видеоимпульсов, которые уп рлнлнют работой ФИМ 10, а Б Ч 1 1 вы смав.тяет заданную частоту высокочастотных колебаний на выходе СЧ 7, которые поступают на другой ФИМ 10. а также на УМ2 it и КЗ 22, образующих опорный канал высокочастотных колебаний. Радиоимпульсы с выхода ФИМ И) подаются на УМн 15 и К1 21, образующих основной канал прохождении радиоимпульсов.

Работой первых грех коммутаторов MI- рмвтяюг импульсы с второго выхода БУЧ 1 I При работе анализатора в нижнем часто: ном диапазон - радиоимпульсы г выхода ФИМ 10 через К 1 21 поступают на ШУМ 1 27, а на выход опорного канала чере КЗ 22 коммутируются высокочастотные колебания СЧ 17 При этом к входу ШШ 29 через К2 33 подключается Д1 31. В верхнем час- ioi ном диапазоне на вход ШУМ 2 28 через К1 L i поступают радиоимпульсы с выхода УМн 1Г), на выход опорного канала через

КЗ 22 коммутируются высокочастотные колебания с выхода УМн2 16, а ко входу ШПУ 29 через К2 33 подключается Д2 32.

БНД 7 настраивает Д1 31 (Д2 32) на частоту высокочастотного заполнения радиоимпульсов по командам, поступающим на него из ЭВМ 2 через контролер 6. По окончании настройки датчики Д1 31 (Д2 32) БНД 7 вырабатывает сигнал, который через контролер 6 поступает в ЭВМ 2 и сигнализирует о завершении процесса настройки.

Зондирующие радиоимпульсы с выхода К1 21 усиливаются ШУМ1 27 (ШУМ2 28) и поступают на Д1 31 (Д232). Сигналы ЯКР, возбуждаемые в образце радиоимпульсами, через К2 33 поступают на ШПУ 29, где усиливаются и подаются на второй вход ДБСМ 23, на первом входе которого присутствует высокочастотное напряжение с выхода БМ 30. На первый вход БМ 30 через К4 20 поступают высокочастотные колебания КГ 26 с частотой F, выбранной в качестве промежуточной и лежащей ниже частотного диапазона работы устройства. Четвертый коммутатор К4 20, управляемый импульсами со второго выхода ГСИ 2, разрешает прохождение колебаний только на время существования сигналов ЯКР. На второй вход БМ 30 подаются колебания опорного канала с частотой 1 Поэтому на выходе БМ 30 будут иметь место колебания с частотами f±F, а на выходе ДБСМ 23 - сигналы ЯКР с частотой заполнения, равном F. Эти сигналы поступают на УПЧсА 18, коэффициент усиления которого устанавливается БУУП 12 по кодам, поступающим из ЭВМ 2 через кон- 1 ролер 6, где усиливаются и подаются на греши вход КвД 24. На первом входе КвД 24 действует напряжение частотой F с выхода КГ 26, а на втором - квадратурное напряжение частотой F с выхода Ф 25.

Про детектированные в квадратуре фаз сигналы ЯКР с выхода КвД 24 через двухканальный ФНЧ 19, полоса пропускания которого поменяется с помощью БУУП 13 по кодам, поступающим из ЭВМ 2 через контролер 6, подаются на входы двухканально- го АЦП 14. В моменты поступления на управляющий вход двухканального АЦП 14 стробирующего импульса с ГСИ 9 входные аналоговые сигналы ЯКР преобразуются в цифровую форму и записываются в ячейки БОЗУ 8, адрес которых определяется порядковым номером стробирующего импульса в импульсной последовательности. Ограничение длины массива данных производится путем занесения из ЭВМ 2 через контролер 6 в БОЗУ 8 кода, определяющего разрешающую для записи область памяти. При заполнении этой области БОЗУ 8 через контролер 6 выставляет требование на обслуживание и ЭВМ 2 через контролер 6 переписывает информацию из БОЗУ 8 в собственную память для обработки.

Так, сигналы ЯКР, преобразованные в цифровую форму, накапливаются, подвергаются статистической обработке и усредняются, причем длительность накопления сигналов ЯКР определяется результатами ста тистической обработки и требуемой точностью анализа. Затем ЭВМ 2 определяет спектральный состав сигналов и сравнивает его со спектрами сигналов, имеющимися в ее банке данных или со спектральным составом эталона, определенного заранее. На основании проведенной идентификации спектров ЭВМ 2 делает вывод о наличии (отсутствии) искомого вещества (соединения). В случае присутствия этого вещества в образце ЭВМ 2 определяет его процентное содержание, анализируя удельные веса спектральных составляющих сигналов образца и эталона (банка данных).

Устройство позволяет схемотехнически упростить приемный тракт за счет использования принципов балансной модуляции, позволяющим относительно не сложным путем построить широкополосный приемный тракт, используя при этом преимущества супергетеродинной схемы, а также повысить надежность и стабильность работы приемного тракта. При этом уменьшаются потери мощности зондирующих импульсов, т. е. повышается КПД.

Формула изобретения

Импульсный спектрометр ядерного квад- рупольного резонанса, содержащий ЭВМ, соединенную с терминалом и контролером, к которому подключены блок настройки датчиков, буферное оперативное запоминающее устройство, генератор серий импульсов, блок установки частоты, блок установ ки усиления приемника, блок становки полосы пропускания и блок установки температуры, соединенный с термостатом, подключенный одним входом к выходу блока установки полосы пропускания двухканаль- ный фильтр нижних частот, выходы которого через двухканальный аналого-цифровой преобразователь соединены с входами буферного оперативного запоминающего устройства, квадратурный детектор, соединенный выходами с двумя другими входами двух- канального фильтра нижних частот, синтезатор частоты, подключенный к первому

выходу блока установки частоты и первому входу фазоимпульсного модулятора, второй вход которого присоединен к первому выходу генератора серий импульсов, второй выход

которого соединен с одним из входов двух- канального аналого-цифрового преобразователя, первый и второй датчики, соединенные с блоком настройки датчиков, а также первый, второй и третий коммутаторы, первый широкополосный усилитель мощности и

фазовращатель, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и стабильности работы приеri.ioro тракта и повышения КПД передающего тракта в широком частотном диапазоне, дополнительно введены

5 последовательно соединенные кварцевый генератор, четвертый коммутатор, балансный модулятор, двойной балансный смеситель и усилитель промежуточной частоты с аттенюатором, подключенный управляющим входом к выходу блика установки усиления при

0 емника, а выходом - к третьему входу квадратурного детектора, причем выход кварцевого генератора соединен также с первым входом, а через фазовращатель с вторым входом квадратурного детектора, управляюс щий вход четвертого коммутатора присоединен к второму выходу генератора серий импульсов, а также подключенное к ЭВМ иифропечатающее устройство, первый и второй умножители частоты, второй широкополосный усилитель мощности и широко0 полосный предварительный усилитель, причем выход фазоимпульсного модулятора через первый вход и первый выход первого коммутатора, первый широкополосный усилитель мощности и первый датчик соединен с первым входом второго коммутатора, а че5 рез первый умножитель, второй вход и второй выход первого коммутатора, второй широкополосный усилитель мощности и второй датчик - с вторым входом коммутатора, при этом выход второго коммутатора через широкополосный предварительный усилитель

подключен к второму входу двойного балансного смесителя, управляющие входы первого, второго и третьего коммутаторов соединены с вторым выходом блока установки частоты, а выход синтезатора часто5 ты подключен также к первому входу, .а через второй умножитель частоты - к второму вход третьего коммутатора, выход когорт о соединен с вторым входом балансного мо u.iHropa

Изобретение относится к импульсной радиоспектрометрической аппаратуре ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР). Целью изобретения является повышение надежности и стабильности работы приемного тракта и повышение КПД передающего тракта в широком частотном диапазоне. Устройство содержит терминал, ЭВМ, контроллер, блоки управления термостатом и настройки датчиков, блоки установки частоты, усиления приемника и полосы пропускания, а также буферное оперативное запоминающее устройство, генератор серий импульсов, фазо-импульсный модулятор, двухканальные аналого-цифровой преобразователь и фильтр нижних частот, синтезатор частоты, квадратурный детектор, фазовращатель, широкополосный усилитель мощности, два датчика и три коммутатора. В устройство дополнительно также введены цифропечатающее устройство, два умножителя частоты, усилитель промежуточной частоты с аттенюатором, четвертый коммутатор, двойной балансный смеситель, кварцевый генератор, второй широкополосный усилитель мощности, широкополосный предварительный усилитель и балансный модулятор. Такое построение спектрометра позволяет схемотехнически упростить приемный тракт за счет использования принципов балансной модуляции, и таким образом, повысить надежность и стабильность его работы. Применение маломощных умножителей частоты для образования основного и опорного каналов анализатора и двух широкополосных усилителей мощности позволяет исключить существенные потери мощности зондирующих импульсов. 1 ил.