Задающий генератор-измеритель для релаксометра ядерного магнитного резонанса
Полезная модель относится к приборам для радиоспектроскопии и может быть использована в составе релаксометра ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Технический результат - расширение области применения цифрового вычислительного прибора таким образом, чтобы он мог использоваться в качестве задающего генератора последовательностей радиочастотных импульсов и измерителя сигнала спинового эха в составе релаксометра ядерного магнитного резонанса. Технический результат достигается тем, цифровой вычислительный прибор соединен с релаксометром, а в программируемую логическую матрицу вычислительного прибора введены блок управления, соединенные с блоком управления сумматор прямого цифрового синтеза частоты, сумматор фазового сдвига, цифровой интегратор, выход сумматора фазового сдвига соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства для прямого цифрового синтеза синусоиды, выход которого соединен со входом мультиплексора, выход мультиплексора через релаксометр и аналого-цифровой преобразователь соединен со входом цифрового интегратора, выход которого соединен со входом оперативной памяти программируемой логической матрицы, выход которой через блок управления и интерфейс соединен с персональным компьютером. (2 илл.).
Полезная модель относится к приборам для радиоспектроскопии и может быть использована в составе релаксометра ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для измерения спиновой релаксации в различных средах.
Известен многофункциональный цифровой вычислительный прибор для измерения и генерации сигналов «ОСЦИГЕН» (патент РФ на полезную модель 
33237, приоритет от 20.06.2003), содержащий аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, блоки буферной памяти, программируемую логическую матрицу (ПЛМ), контроллеры компьютерных интерфейсов. Данный прибор принимаем за прототип. Конфигурация ПЛМ прототипа обеспечивает использование его как виртуального комплекса для измерения и генерации сигналов в измерительных системах общего назначения.
Прототип обладает следующим недостатком: стандартная конфигурация его логической матрицы не позволяет генерировать импульсные последовательности, необходимые для релаксометров ЯМР и синхронно регистрировать сигналы спинового эха.
Задачей полезной модели является расширение области применения прототипа и изменение его функций таким образом, чтобы он мог использоваться в качестве задающего генератора последовательностей радиочастотных импульсов и измерителя сигнала спинового эха в составе релаксометра ядерного магнитного резонанса.
Поставленная задача решается, во-первых, использованием канала С прибора «ОСЦИГЕН» для вывода импульсной последовательности, а канала А для ввода сигнала спинового эха, во вторых, использованием специальной конфигурации ПЛМ, которая дает возможность генерировать последовательности радиочастотных импульсов для релаксометров ЯМР и синхронно регистрировать сигналы спинового эха.
На фиг.1 изображена блок схема конфигурации ПЛМ для генерации последовательностей радиочастотных импульсов и измерения сигнала спинового эха.
На фиг.2 изображено использование вычислительного прибора «ОСЦИГЕН» в составе релаксометра ядерного магнитного резонанса.
На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения:
1 - Блок управления
2 - Сумматор прямого цифрового синтеза частоты
3 - Сумматор фазового сдвига
4 - Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) для прямого цифрового синтеза синусоиды
5 - Мультиплексор для амплитудной модуляции сигнала.
6 - Цифровой интегратор
7 - Оперативная память для записи сигналов спинового эха
S1-S16 - шины передачи данных и управления
8 - Цифровой вычислительный прибор «ОСЦИГЕН»
9 - Усилитель мощности релаксометра
10 - Магнит с катушкой датчика ЯМР
11 - Усилитель сигнала спинового эха
Работа схемы осуществляется под управлением блока управления 1, который осуществляет связь с компьютером и вырабатывает управляющие сигналы для остальной части схемы устройства. В основе схемы формирования радиочастотных импульсов лежит схема прямого цифрового синтеза частоты ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Частота задается кодом на шине S2, который формируется в блоке управления 1. Выходной код тактируемого сумматора прямого цифрового синтеза частоты 2 периодически увеличивается на величину кода S2 с тактовой частотой S3. Код с выхода сумматора 2 поступает на вход сумматора фазового сдвига 3, где складывается с кодом фазы S1. Код с выхода сумматора фазового сдвига 3 поступает на постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 4, где сформирован один период синусоиды. Таким образом, на выходе ПЗУ 4 формируется синусоидальный сигнал в цифровом представлении. Амплитудная модуляция этого сигнала осуществляется путем подачи его на вход мультиплексора 5, на второй вход которого подается код нуля. Управление амплитудой происходит под действием сигнала S6, из блока управления 1. С выхода мультиплексора 5 модулированный синусоидальный сигнал в цифровом представлении подается на вход цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) выходного канала С цифрового вычислительного прибора 8 «ОСЦИГЕН» (фиг.2), на выходе которого формируется необходимая последовательность радиочастотных импульсов с необходимой длительностью, фазовым сдвигом и положением импульсов, например последовательность Карра-Парселла-Мейбума-Гилла.
Полученная импульсная последовательность с выхода С подается на вход усилителя мощности 9 релаксометра. Сигнал спинового эха с выхода усилителя 9 через магнит катушки датчика ЯМР 10 и усилитель сигнала спинового эха 11 подается на вход канала А цифрового вычислительного прибора 8 «ОСЦИГЕН».
Внутри цифрового вычислительного прибора «ОСЦИГЕН» (блок 8) сигнал оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) по команде тактового сигнала АЦП из блока управления 1. Код с выхода АЦП интегрируется цифровым интегратором 6, под управлением тактового сигнала интегратора S8. Перед началом интегрирования интегратор сбрасывается в нулевое состояние сигналом S14. Результат интегрирования записывается в оперативную память 7. После выполнения необходимого числа измерений формирование импульсов прекращается, и информация, накопленная в оперативной памяти 6, заносится в компьютер с использованием интерфейса в блоке 8 (цифровой вычислительный прибор «ОСЦИГЕН»). Число измерений, коды частоты, фазы, длительности и положения импульсов, время начала и длительность интегрирования сигнала заносятся в блок управления 1 с помощью управляющей компьютерной программы перед началом циклов измерений через интерфейс в блоке 8.
Задающий генератор-измеритель для релаксометра ядерного магнитного резонанса, содержащий цифровой вычислительный прибор для измерения и генерации сигналов, состоящий из аналого-цифровых преобразователей входных каналов, программируемой логической матрицы, блока синхронизации, цифроаналоговых преобразователей, тактового генератора, персонального компьютера со стандартным интерфейсом, отличающийся тем, что выход цифрового вычислительного прибора подключен к входу усилителя мощности релаксометра, соединенного через катушку датчика ядерного магнитного резонанса с входом усилителя сигнала спинового эха релаксометра, выход которого соединен с входом цифрового вычислительного устройства, а конфигурация программируемой логической матрицы дополнительно содержит блок управления, соединенный выходным каналом с цифровым вычислительным прибором, соединенные с блоком управления сумматор прямого цифрового синтеза частоты, сумматор фазового сдвига, цифровой интегратор, при этом выход сумматора фазового сдвига соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства для прямого цифрового синтеза синусоиды, выход данных которого соединен со входом мультиплексора, выход мультиплексора через усилитель мощности, магнит с катушкой датчика ядерного магнитного резонанса и усилитель сигнала спинового эха релаксометра и аналого-цифровой преобразователь соединен со входом цифрового интегратора, выход которого соединен со входом данных оперативной памяти программируемой логической матрицы, данные с выхода оперативной памяти через блок управления и интерфейс поступают в персональный компьютер для обработки.
