Устройство для измерения параметров спектров ядерного магнитного резонанса Советский патент 1980 года по МПК G01N27/78 

I / ; Изобретение относится к области радио спектроскопии, а имегшо к устройствам для измерения параметров спектров ядё|5 VLOTQ магнитного резонанса (ЯМР). Известно устройство для измерения параметров ЯМР, содержащее высокочастотный управляемый генератор, в цепи обратной связи ко.торого установлены делители частоты напряжения управляемого генератора и опорной частоты, поступающей от синтезатора, схему совпадений, формирователь сигнала отношения час- тоты управляемого генератора и опорной Для регистра частоты и схему сравнения ции спектра используется выходная частота синтезатора, которая изменяется В младших разрядах при развертке частоты управляемого генератора. Выход управляемого генератора подключен к частотомеру flj. Недостатком этого устройства для частотной развертки спектра является то, что частотомером измеряются не все значащие цифры частоты измеряемой лирик, а только несколько последних. Например, при регистрацииспекТра ЯМР методом модуляции магнитного поля в масштабе 1 Гц/см и длине диаграмK нoй карты несколько десятков санти- i ivieTpoB, истинное значение частоты получается путем суммирювания результатой установки частоты в разрядах дбсят- ков и единиц килогерц и сотен синтезатора частоты и показаний частоте- мера, значащие цифры которого соответсТвуют более младшим разрядам синтезатора. Однако, даже такое простое вычисление может вызвать дополнительно трудности, .поскольку при работе необходимо изменять масштаб регистрации спектра, а при этом значащие цифры частотомера будут соответствовать друхим разрядам синтезатора (например, при масштабе Ю Гц/см развертка ведется в разряде сотен герц). Известно также устройство для измерения параметров спектров ЯМР, содержащее генератор частотной развертки, соединенный с блоком регистрации спектров и со входом блока схем сравнения, выходы которого соединены через схему слежения со входом частотомера, и фор- , мирователь опорных сигналов, выходы которого соединены со входом блока схем сравнения, и функциональный преобразователь 2,

Недостаток этого устройства в том, Ю что для работы блока схем сравнения требуется линейно- изменяющееся в течение полупериода шш периода;. частоты модуляции напряжение постоянной амплитуды. Синусоидальное напряжение исполь- is зовать затруднительно ввиду малой кру тизны изменения мгновенного значения этого напряжения вблизи его амплитудного значения.

Этот недостаток определяется тем, . 20 что в устройстве применен прямой способ преобразования напряжения генератора в сигналы, которые подаются на схему слежения и частотомер. Рассмотренный формирователь опорных сигналов не поз- 25 воляет скорректировать, непериодичность сигналов, поступающих на частотомер, которая может возникнуть за счет изменения амплитулы и формы напряжения генератора в диапазоне частот. Поэтому 30 устройство имеет ограниченный диапазон частотной развертк1у1оскольку с повышением частотыгенератора частотной развертки затруднительно обеспечить высокую линейность формы яапржгасения и стабиль- is весть его ашшитуды как с помощью функционального генератора частотной развертки, так и при использовании функционального преобразователя.

. Цель предлагаемого изобретения - рас 40 ширение диапазона измерения параметров спектров ЯМР и уменьшение погрешности измерения при измерении амплитуды выходного напряжения генератора частотной развертки. 45

Для этого формирователь опорных сиг. налов выполнен в виде интегрирующего усилителя с компенсацией постоянной составляющей входного напряжения, делителя напряжения и источника постоянного so опорнЬго напряжения, а вход формирователя опорных сигналов соединен с выходом . блока схем сравнения, который содержит линейный вьтрямитель и три схемы сравнения, при этом йыход генератора час- 55 тотной развертки соединен со входом линейного вьшрямителя и с первым входом первой схемы сравнения, выход линейного вьтрямителя соединен с первыми входами

второй и третьей схем сравнения, вход интегрирующего усилителя соединен с выходом третьей схемы сравнения, а его выход непосредственно соединен со вторым входом третьей схемы сравнения.через делитель напряжения соединен со вторым входом второй схемы сравнения, выход источника постоянного опорного напряжения соединен со вторым входом первой схемы сравнения. .

Устранение указанных выще недостатков достигается поддержанием равных интервалов- между выходными импульсами схемы сложения, которые определяются длительностью импульсов на выходе схем сравнения.

Влияние изменения амплитулы напряжения генератора частотной развертки на отношения длительностей выходных импульсов схем, сравнения к их периоду компенсируется изменением величины опо ных сигналов, которые формирук тся из выходных импульсов третьей схемы сравнения интегргфующим усилителем и делителем напряжения формирователя опорных сигналов. За счет этого технического приема не только стабилизируются отношения длительностей этих импульсов к периоду, но и обеспечивается возможность использовать для работы схемы сравнения напряжение генератора частотной развертки синусоидальной формы, которая может быть легко обеспечена в диапазоне частот определяемом шириной спектра ЯМР (десятки. кГц).

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы формируемых в устройстве сигналов.

Устройство для измерения параметров спектров ЯМР содержит генератор 1 частотной развертки, блок 2 регистрации спектров блок 3 схем сравнения, схему 4 сложения, частотомер 5, формирователь 6 опорных сигналов, линейный вьшрямител 7 схемы 8,9 и 10 сравнения, интегрирукзщии усилитель 11. с компенсацией постоянной составляющей входного напряжения, делитель 12 напряжения и источник 13 постоянного опорногчэ напряжения.

Генератор 1 частотной развертки соедшюн с блоком 2 регистрации спектров и со входом блока 3 схем .сравнения, выходы которого соединены через схему 4 сложения со входом частотомера 5. Выходы формирователя 6 опорных сигналов соединены со входами блока 3 схем сравнения. Выход генератора 1 частот5717ной развертки соединен со входом линейного выпрямителя 7 и с первым входом перво схемы 8 сравнения, выход линейного выпрямителя 7 соединен с первыми зхо дами второй и третьей схем 9 и 10. сравнения, вход интегрирующего усилителя 11 соединен с выходом третьей схемЫ 1О сравнения, а его выход непосредственно соединен со вторым входом третьей сх&лы 1О сравнения и через делитель 12 напряжения соединен со вторым входом второй схемы 9 сравнения, выход источника 13/постоянного опорного напряжения соединен со вторым входом первой схемы 8 сравнения. Устройство работает.следующим образом. Частота генератора 1 управляется напряжением от блока 2. Напряжение 14 (фиг. 2) с выхода генератора 1 подается на вход блока 2, а именно, на вход Линейного вьшрЯмителя 7 и на первый . вход первой схемы 9 сравнения. С выхода линейного вьшрямителя 7 напряжение 15 подается на входы схем 9 и Ю сравнения. На другой, вход схемы 1О сравнения с выхода интегрирующего усилителя подается опорное напряжение 16. Дважды за период мгновенное значение напряжения 15 превышает опорное напряжение 16. В результате сравнения этих напряжений на выходе схемы 1О сравнения образуются импульсы 17, длительность которых равна десятой части перио да напряжения 14. Постоянная составляли щая этих импульсов, равная двум десятым их амплитудного значения, скомпенсирована на входе интегрирующего усилителя 11 таким образом, что на его выходе формируется опорное напряжение 16, Есл за счет изменения амплитуды напр 1жений . 14 и 15 измегтатся длительность импуль сов 17, то компенсация постоянной составляющей этих импульсов заранее подоб ранным постоянным напряжением нарушае ся, и на входе интегриругацего усилителя 10 появляется сигнал ошибки, определяю щий изменение выходного напряжения 16 Это изменение/приводит к восстановлению прежнего отношения длительности им пульсов 17 к периоду напряжения 14. Опорное напряжение 16 изменяется прогпорпионально изменению амплитулы выход ного напряжения 14 генератора 1. Очевидно, что, используя аце две схе мы сравнения и два интегрирующих усилителя, аналогично можно получит1з им пульсы 18 и 19, длительность которых равна, соответственно, трем и пяти десятьм периода напряжения 14. Наиболее простым способом эти импульсы получаются в предлагаемом устройстве, в котором используется симметртпюсть формы синусоидального .напряжения 14. Опорное напряжение 20 подается на вход схемы 9 сравнения с выхода делителя 12 напряжения. Это напряжение составля.ет часть опорного напряжения 16,- его величина изменяется так, чТо компенсируется изменение напряжения 14, стабилиз1фуя отношение длительности импульсов 18 к периоду напряжения 14. Источншс 13 постоянного опорного напряжения обеспечивает срабатывание схемы 8 сравнения при переходе входного напряжения 14 через пуль и получение на- ее выходе импульсов 19, длительность которых равна пяти десятым периода напряжения 14. Импульсы 17, 18 и 19 с выходов схем 7,8 и 9 сравнения подаются на входы схемы 4 сложения, на выходе которой в моменты, совпадающие с началом и конпом каждого из входных импульсов, образуются импульсы 21. Эти импульсы по- даются на частотомер 5. Поскольку десять Импульсов. 21 следуют с равными интервалами в течение периода напряжения 14 генератора 1, то резонансная частота линий спектра определяется путем ук еньшения в 10 раз величины отсчета по частотомеру 5. В предлагаемом устройстве за счет обеспечения ВОЗМОЖЕЮСТИ- использоваш-ш генератора, частотной развертки с синусондальной формой напряжения и стабили- . зации относительных длительностей.интервалов следован11Я импульсов, поступающих на частотомер, достигается расш1фенне диапазона и уменьшается пргрептность измерейия параметров Спектров ЯМР Формула изобретения Устройство,для измерения параметров спектров ядерного магнитного ре.зонанса (fL4P), содержащее генератор частотной-развертки, соединенный с блоком регистрации спектров и со входом блока схем сравнения, ВЫХОДБГ которого соединены через схему сложения со входом частотомера, и формирователь опорр.гых сигналов, выходы которого соедт ены со входами блока схем сравнеший, отличающееся тем, Что, с целью расщирения диапазона измерения параметров 771 спектров ЯМР и уменьшения погрешности измерения; формирователь опорных; сигналов вьШолнен в виде интегрирующего усилителя с компенсацией постоянной составляющей входного напряжения, делителя на пряжения и источншса постоянного опорного напряжения, вход формирователя опорны с сигналов соединен с выходом блока схем сравнения, который содержит линейный выпрямитель и три схемы сравнения, при этом выход генератора частотной развертки соединен со входом линейного вьшрямителя и с первым входом первой схемы сравнения, выход линейного выпрямителя соединен с первыми входами второй и третьей схем сравнения:, вход 1 иитегриругсйцего усилителя соединен с выходом третьей схемы сравнения, а выход непосредственно соединен со вторым входом третьей схемы сравнения и через делитель напряжения соединен со вторым входом второй схемы сравнения, выход источника постоянного опорного напряжения соединен со вторым входом первой схемы сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 518714, кл. G 01N 27/78, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 544902, кл. G 01N 27/78, 1977.