Устройство для выделения и накопления сигнала парамагнитного резонанса Советский патент 1979 года по МПК G01N27/78 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ СИГНАЛА ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для использования в спектрометрии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Известны различные устройства для обработки сигналов в импульсных спектрометрах ЭПР. Одним из таких устройств является стробирующий интегратор, используемый для выделения и накопления полезного сигнала, содержащий последовательно соединенные две мостовые управляемые схемы на диодах, предназначенные для растяжения коротких сигналов спинового эха, и аналогичньш накопитель на емкости 1.

Недостатком этого интегратора является ограниченное время накопления и наложение на полезный сигнал периодических помех, что ограничивает чувствительность и разрешающую способность спектрометра, в котором он используется.

Другое известное устройство для обработки сигналов спинового эха содержит две быстрые схемы фиксации, каждая из которых состоит из соединенных последовательно стробирующего удлинителя сигналов, аналого-цифрового преобразователя, цифроаналогового преобразователя и аналогового накопителя 2. Вторая быстрая схема фиксации включается через 80 не после первой, она компенсирует сдвиг нуля первой быстрой схемы фиксации, но не устраняет влияния периодических помех. Кроме того, вся схема этого устройства не рассчитана на долговременное накопление сигнала, т. е, на прием сигналов, меньших уровня шумов и помех.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для выделения и накопления сигнала парамагнитного резонанса в импульсном устройстве ЭПР, содержащее последовательно соединенные широкополосный усилитель, стробирующий удлинитель импульсных сигналов, аналого-цифровой преобразователь и цифровой накопитель. Устройство содержит также программирующий блок, который вырабатывает импульсы управления. К соответствующим выходам этого блока подключены управляющие входы стробирующего удлинителя импульсных сигналов, аналого-цифрового преобразователя и цифрового накопителя 3. Для устранения влияния периодических помех производят черезпериодное воздействие на образец таким образом, что в одни периоды, например нечетные, полезные сигналы отсутствуют, при этом производят измерение величиньЕ помех и шумов, а в другие периоды, напри1мер четные, производят измерение суммарной величины полезного сигнала, помех и шумов. Измеренные в нечетные периоды величины подаются в цифровой накопитель с противоположным знаком по отношению к величинам, полученным в четные периоды. Поэтому соответствующие помехи, измеренные в четные и нечетные периоды, компенсируют друг друга. Недостатком устройства для обработки резонансного сигнала является большой уровень погрешности квантования при прие ме слабых по сравнению с помехами сигналов, что приводит к снижению чувствительности и разрешаюш,ей способности спектрометра, в котором это устройство используется. Цель изобретения - повышение чувствительности и разрешающей способности в импульсной спектрометрии ЭПР путем умень шения погрешности квантования при приеме слабых по сравнению с помехами сигналов. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержащее широкополосный усилитель, последовательно соединенный со стробирующим удлинителем импульсных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), последовательно соединенный с цифровым накопителем, и программируюший блок, к соответствующим выходам которого подключены управляющие входы стробирующего удлинителя, АЦП и накопителя, снабжено блоком компенсации периодической помехи, содержащим последовательно соединенные дополнительный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) аналоговый вычислитель и узкополосный усилитель, причем вход дополнительного АЦП соединен с выходом стробирующего удлинителя импульсных сигналов, а управляющий вход - с одним из выходов программирующего блока, второй вход аналогового вычислителя подключен к выходу стробирующего удлинителя импульсных сигналов, выход узкополосного усилителя соединен со входом основного АЦП, последовательно соединенного с цифровым накопителем. На чертеже представлена блок-схема устройства для выделения и накопления сигнала парамагнитного резонанса. Устройство содержит последовательно соединенные широкополосный усилитель 1, стробирующий удлинитель 2 импульсных сигналов, аналого-цифровой преобразователь 3, цифроаналоговый преобразователь 4, аналоговый вычислитель 5, второй вход которого подключен к выходу стробирующего удлинителя 2 импульсных сигналов, узкополосный усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7, цифровой накопитель 8. Устройство содержит также программирующий блок 9, к соответствующим выводам которого подключены управляющие входь стробирующего удлинителя 2 импульсных сигналов, двух аналого-цифровых преобразователей 3 и 7 и цифрового накопителя 8. Аналого-цифровой преобразователь 3, цифроаналоговый преобразователь 4, аналоговый вычислитель 5 и узкополосный усилитель 6 образуют блок компенсации периодической помехи. Устройство работает следующим образом. Напряжение на выходе усилителя 1 состоит из трех составляющих: полезного сигнала (спинового эха или свободной индукции), шумов и периодической помехи. Благодаря черезпериодному воздействию на образец в каждом нечетном периоде измерения полезный сигнал отсутствует и напряжение на выходе усилителя 1 состоит только из шумов и периодической помехи. Стробируюший удлинитель 2 под действием запускающего импульса, поступаюшего на его управляющий вход от программирующего блока 9, производит временную выборку из поступающего на его основной вход напряжения от усилителя 1 и растягивает его по времени до величины, достаточной для работы последующих элементов. Аналого-цифровой преобразователь 3 преобразует амплитуду поступающего на его вход прямоугольного импульса в цифровую форму в те периоды измерения, когда полезный сигнал отсутствует. Тем самым он производит измерение в цифровой форме амплитуды периодической помехи и запоминает ее до следующего измерения. Цифроаналоговый преобразователь 4 преобразует запомненное в цифровой форме значение амплитуды периодической помехи снова в напряжение. В аналоговом вычислителе 5 четные и нечетные периоды производится вычитание из сигналов, поступающих на его второй вход от стробирующего удлинителя импульсов, составляющей периодической помехи, поступающей на его первый вход от цифроаналогового преобразователя 4. В результате напряжение на выходе аналогового вычислителя 5 содержит в нечетные периоды щумовую составляющую и небольщой остаток от периодической помехи, меньший шага квантования аналогоцифрового преобразователя 3, а в четные периоды содержит полезный сигнал, шумовую составляющую и тот же самый остаток периодической помехи. После усиления в усилителе 6, выходное напряжение аналогового вычислителя преобразуется в цифровую форму в аналого-цифровом преобразовате