Устройство для измерения параметров ядерной магнитной релаксации Советский патент 1979 года по МПК G01N27/78 

. .1 Изобретение относитс я к измерительной технике, а именно к устройствам измере ВИЯ параметров спйн-спиновой и спинрешеточной релаксации импульсными методами ядерного магнитного резонанса (ЯМР), И может быть использовано для излучения физико-химических свойств веществ, например, для излучения природы адсорбционных взаимодействий в . системе твердое тело-нсидкость, а также для измерения влажности и марлич- Юности различных материалов. . Известно устройство для определения параметров ядерной магнитной релаксаци содержащее релаксометр, связанный с НИМ осциллограф, с помощью которого определение искомых .параметров производится при последующей ручной обработ ке после регистрации сигналов спинового эха ij. Однако такое определение парамет- ров релаксации является довольно длительной И неточной процедурой. Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения параметров Ядерной магнитной релаксации, содержащее импульсный релаксометр, ОДИН выход И вход которого подключены соответствейно к одному из входов И выходу двухлучевого осдиллогрэфа, йзмеритель временньпс интервалов И вольтметр 2. С помощью указанного устройства время СПИН-СПИНОВОЙ релаксации определяют визуально по наклону прямой, полученной в результате логарифмического . амплитудно-временного преобразования измергяемых сигналов спинсшого эха, а начальную амплитуду огибающей спинспиновой релаксации, а также время спин- щеточной релаксации вычисляют по формулам ИЛИ же находят из графи.ка, построенного |по числовым данным регистрируемых амплитуд сигналов спи- нсжого эха, что требует большой затраты времени и средств на обработку результатов измерения. Целью изобретения является повьаиение экспрессности измерений путем уменьшения затрат времени на обработку результатов измерений. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее импульсный релаксометр, один выход и ;вхбд которого подключены соответственно к одному из входов и выходу двухлучевого осциллографу измеритель временных ин.тервалов и вольтметр, введены схема задержки, управляемый генератор импуль сов, распределитель импульсов, коммута тор и управляемый источник опорных напряжений, причем второй выход импульсного релаксометра и один из выходов распредель .-еля импульсов через схему задержки соединены со входом управляе- мбгь генератора импульсов, выход которого подключен к измерителю временны интервалов, и через распределитель импульсов и коммутатор - ко второму входу двухлучевого осциллографа, при этом другие входы коммутатора соединены с соответствующими выходами управляемог Источника опорных напряжений, один из выходов которого подключен к вольтмет, На чертеже приведена блок- :хема предложенного устройства, содержащая , импульсный релаксометр 1, схему задер ; ки 2, управляемый генератор импульсов 3, распределитель импульсов 4, коммутатор 5, двухлучевой осциллограф 6,, управляемый источник опорных напряже- НИИ 7, вольтметр 8 и измеритель временйых интервалов 9. Принпип работы предложенного устрой ства основан на сравнении огибающей (экспоненциально спадающих или нараста ющих) амплитуд сигналов спинового эха ЯМР, релаксационные параметры которой неизвестны, с огибающей импульсов опор ных напряжений. Устройство работает следующим образом.. Запускающий импульс с выхода двухлучевого осциллографа 6 включает про- грамматор импульсного релаксометра 1. Первый импульс серии (например, 90 .импульс), пройдя схему задержки 2, запускает управляемый генератор импуль. сов 3, который вырабатывает импульсы с регулируемы периодом следования о Импульсы, поступившие на вход распределителя импульсов 4, появляются на вы ходах последнего для управления соответ ствующиМи каналами коммутатора 5. Импульс переполнения, появившийся на одном из выходов распределителя импульсов 4, поступает на другой вход схемы задержки 2 для отключения управляемого генератора импульсов. 3. С помощью управляемого источника опорных напряжений 7 создаются уровни постоянных напряжений, каждый из которых приложен к соответствующему входу коммутатора 5. В зависимости от того, какой релаксационь ный процесс подлежит измерению, на выходах управляемого источника опорных напряжений 7 создаются такие уровни напряжения, что врезультате стробирования их импульсами распределителя 4, на выходе коммутатора 5 появится последовательность экспоненциально спадающих или нарастающих импульсов. Например, при измерении параметров спин- ;пиновой релаксации указанные уровни напряжений равны П -N, 1) где К -- - постоянная величина; J7 - период следования импульсов управляющего генератора импульсов 3; Т - постоянная времени огибающей амплитуд импульсов на выходе коммутатора 5; UQ - регулируемое напряжение питания управляемого источника опорных напряжений 7; - общее число импульсов. При измерении параметров спин-решеточной релаксации уров1ш опорных напряжений равны и„-.ио-и„ Таким образом, на экране двухлучево- го осциллографа 6 будут наблюдаться одновременно два переходных процесса, а именно: вьаиеупомянутая последовательность импульсов вида (1) или (2) в зависимости от излучаемого релаксационного процесса (с выхода коммутатора 5) и последовательность стробироваиных сигналов спинового эха с выхода приемника импульсного релаксометра 1. Отметим, что. наблюдаемые кривые спин-спиновой релаксации многих веществ не явл5потся чисто экспоненциальными, а представляют собой суперпозицию двух или более экспонент. Однако, важную для практики информацик) несет составляющая с наибольшим временем спин-спиновой релаксацииTg, (например, при измерении влажности, масличностн и т, п.). Поэтому, при измерении параметров спин-Спиновой релаксации, времени То и начальной амплитуды АО с помощью схемы за- держки 2 устанавливают такое время включения управляемого генератора импульсов 3, при котором момент появле- ния первого импульса (Jj последовательности опорных напряжений совпадал с моментом появления сигнала спинового эха от информативной составл5по1цей. Затем, изменяя уровень напряжения питания (и.,-Ц) управляемого источника опорных напряжений 7, добиваются совпадения амплитуд указанных двух сигналов, после чего, путем регулирования периода следо вания TO импульсов управляемого генератара импульсов 3, совмещают огибающие наблюдаемых процессов. При этом, время спин-спиновой релаксации изучаемого процесса То - С / К будет зафиксировано измерителем временных интервалов 9. При измерении начальной амплитуды АО огибающей сигналов спинового эха устанавливают время задержки, равное нулю, что соответствует началу процесса, и, путем изменения уровня напряжения питания UQ управляемого источника опорных напряжений 7, снова добиваются совмещения наблюдаемых процессов. С помощью вольтметра 8 регистрируют величину уровня напряжения питания 1) U KOTOfiaH теперь равна величине начальной амплитуды А информативной составляю щей. . При изучении спин-решеточной релаксации важным параметром явпяется харак теристическое время Т. Измерение времени спин-решеточной релаксации Т, с помощью предложенногоустройства осуществляется следующим образом. Используя, например, последовательность 90°,--О . -. X -УО - Т.... импульсов, вырабатываемую программатором импульсного ре- лаксометра 1, на экране двутслучевого .осциллографа 6 наблюдают два аналогич- ных переходных процесса вида (2), засин кронизированных в начальный момент вре мени t-О. Вначале, увеличивая интервал времени Т и следя на последней ампли- тудой индуцированного сигнала, добивают он того, чтобы с ростом Т амплитуда сигнала не увеличивалась. Величина этой амплнтуд 1 будет соответствовать предельному значению А,.индуцированного сигнала. Затем, регулируя уровень напряжения питания Uo управляеMot o истечникй опорвых напряжений 7, Добиваютсяравенства UQ АооИ, путем изменения величины периода следования / импульсов управляемого генератора импульсов 3 совмещают огибающие наблюдаемых процессов. Время спин-решеточной релаксации Т,изучаемого процесса будет зафиксирован(П13Мерителем времен-, ных интервалов 9. Использование предложенного устройства измерения параметров ядерной магнитной релаксации обеспечивает по сравнению с известными устройствами следующие преимущества: возможность значительного умет1ьшения затрат времени на обработку результатов измерения параметров как спин-спиновой, так и спин-решеточной релаксации без применения какихлибо вычислений; повьпиение точности измерения искомых параметров релаксации, поскольку в данном устройстве положен компенсационный метод измерения. Формула из обретения Устройство для измерения параметров ядерной магнитной релаксации, содержащее импульсный релаксометр, один выход и вход которого подключены, соответственно, к одному из входов и выходу двухлучевого осциллографа, измеритель временных интервалов и вольтметр, отличающееся тем, что, с целью повышения экспрессности измерений путем уменьшения затрат времени на обработку результатов измерений, в него введены управляемый генератор импульсов, схема задержки, распределитель импульсов, коммутатор и управляемый источник опорных напряжений, причем второй выход импульсного релаксометра и один из выходов распределителя импульсов через схему задержки соединены .со входом управляемого генератора импульсов, выход которого подключен к измерителю временных интервалов и через распределитель импульсов и коммутатор- ко второму входу двухлучевого осциллографа, при этом другие входы коммутатора соединены с соответствующими выходами управляемого источника Опорных напряжений, один из выходов которого подключен к вольтметру. ; л f . 1 . V- t .f.V.4f.%; Источники и11формации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР ;№ .278200, кл. G 01 N 27/78, 1966 2. Мазитов Р. К., Ионов В. И. Anjia ратура для измерения времен ядерной релаксации ПТЭ, 19бб, № 3, 142 151 (прототип).,

ПУСК