Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса

„„SU„„1318 5 А 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 G 01 N 24/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3962268/31-25 (22) 04.10.85 (46) 23.06.87. Бюл. № 23 (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производст. вом Института металлофизики АН УССР (72) В.Н.Витвицкий, В.Д.Перевезий, Ю.А.Подьелец и В.И.Чернецкий (53) 621.317 ° 39(088.8) (56) ПТЭ, 1984, № 2, с.127 †1.

Старостенко И.В. и др. 11ирокополосный спектрометр спинового эха для магнитоупорядоченных материалов.

ПТЭ, 1984, № 2, с.124-127. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СПЕКТРОЬБТР ЯДЕРНОГО

МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к радио. спектроскопии ядерного. магнитного резонанса и может быть использовано при проведении лабораторного и про изводственного контроля потребительских параметров магнитоупорядоченных материалов, обладающих эффектом ядерного спинового эха. Цель изобретения— повышение точности и быстродействия измерения максимального значения спектральных составляющих амплитудного спектра информационных радиоимпульсов. В датчике 6 под воздействием возбуждающих радиоимпульсов, сформированных из радиочастотных колебаний генератора высокочастотного напряжения 3, формируется сигнал спинового эха, который после усиления и детектирования подается на осциллограф 24. Цифроаналоговый преобразо-, ватель 21 формирует аналоговый сигнал, пропорциональный амплитуде.радиоимпульса, который подается на вход абсциссы самописца 22. Измерение амплитуды радиоимпульсов носит дискретный характер, а величина дискретизации мала, поэтому график, записываемый самописцем 22, имеет практически непрерывный характер. 1 ил.

1318875

55

Изобретение относится к радиоспектроскопии ядерного магнитного . резонанса (ЯМР) и может быть исполь- зовано при проведении лабораторного и производственного контроля потребительских параметров магнитоупорядоченных материалов, обладающих эффектом ядерного спинового эха (ЯСЭ) .

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерения максимального значения спектральных составляющих амплитудного спектра информационных радиоимпульсов.

На.чертеже представлена блок-схема предлагаемого спектрометра.

Импульсный спектрометр ЯИР содержит блок 1 импульсных программ, формирователь 2 радиоимпульсов, генератор 3 высокочастотного напряжения, аттенюатор 4, усилитель 5 мощности, датчик 6, первый ключ 7, приемник

8, детектор 9, компаратор 10, первый одновибратор 11, второй одновибратор 12, элемент 13 аналоговой памяти, элемент 14 сравнения, третий одновибратор 15, логический элемент

НЕ 16, первый логический элемент И

17, второй логический элемент И 18, реверсивный счетчик 19, регистратор

20 памяти, цифроаналоговый преобразователь 21, самописец 22, второй ключ 23,преобразователь 24 импульсов в постоянное напряжение, осциллограф

25 и счетчик 26.

Блок 1 импульсных программ состоит из трех генераторов типа 15-60, из которых один синхронизирует остальные, а также формирует информационный импульс, второй формирует считывающий импульс с заданной задержкой, третий формирует строб, в течение которого происходит прием сигнала спинового эха..

Генератор 3 высокочастотного напряжения представляет собой синтезатор частоты. Ключи 7 и 23 и формирователь 2 радиоимпульсов выполнены в виде нескольких Т-звеньев на СВЧ-диодах структуры р-i-и. Аттен1оатор 4 рассчитан на изменение амплитуды в пределах 40 дВ и управляется двоичным кодом с реверсивного счетчика

19. Усилитель 5 мощности выполнен трехкаскадным на транзисторах типа

КТ913 и в исследуемом диапазоне частот обеспечивает на выходе амплиту-. ду до 15 В.

f0

f5

Датчик 6 представляет собой резонатор с помещенным в него исследуемым материалом. Приемник 8 выполнен как широкополосный усилитель на транзисторах КТ 368 и КТ 399. Детектор 9 собран по последовательной схеме на диоде КД 407А. Компаратор 10 и элемент 14 сравнения выполнены на микросхеме 521САЗ. Одновибраторы

11, 12 и 15 выполнены на микросхеме

155АГЗ. Элемент 12 аналоговой памяти собран на микросхеме К1100СК2.

Логические элементы НЕ 16 и И 17 и 18, а также реверсивный счетчик

19, регистратор 20 памяти и счетчик

26 выполнены на микросхемах серии

155. Цифроаналоговый преобразователь

21 основан на микросхеме 572ПА1.Самописец 22 представляет собой потенциометр планшетный двухкоординатный

:самопишущий ПДП4-002. Преобразова тель 24 импульсов в постоянное напряжение представляет собой измеритель импульсов И 4-5.

Генератор 3 высокочастотного на. пряжения выдает непрерывные радиочастотные колебания, заданные кодом со счетчика 26, на формирователь 2 радиоимпульсов, где происходит импульсная модуляция сигнала. Далее информационный и считывающий радиоимпульсы поступают на аттенюатор

4, который устанавливает амплитуду импульсов, задаваемую кодом с реверсивного счетчика..Усилитель 5 мощности усиливает эти радиоимпульсы и они поступают на датчик 6 с исследуемым материалом и на высокочастотный электронный ключ 23, который включается на время прохождения информационного импульса, где преобразователь 24 импульсов в постоянное напряжение преобразует амплитуду информационных радиоимпульсов в напряжение постоянного тока, поступающее на вход ординаты самописца 22.!

В датчике 6 в результате воздействия на исследуемое вещество последовательностью двух возбуждающих радиоимпульсов формируется сигнал спинового эха в момент времени о „, = 2t где t — время между двумя возбуждающими радиоимпульсами. Далее сигналы поступают на ключ 7, который выделя ет сигнал спинового эха, который поступает на приемник 8, усиливается и затем поступает. на детектор 9 и вход осциллографа 25, где можно наблюдать

1318875 эхо-сигнал. Детектор 9 преобразует радиосигнал спинового эха в видеосиг.нал, который поступает на компаратор

10, элемент 13 аналоговой памяти и элемент 14 сравнения. Компаратор 10 фиксирует момент. появления сигнала спинового эха и второй одновибратор

11 формирует строб записи, нербходимый для запоминания амплитуды эхосигнала в начальный момент, а первый 10 одновибратор 12 формирует строб заЬэха писи в момент времени — — — .

Поступая с элемента 13 аналоговой памяти и детектора 9 сигналы сравниваются на элементе 14 сравнения. Если сиг— налы одинаковые, элемент 14 сравнения на выходе выделяет сигнал логического "0", который, проходя логический 20 элемент НЕ 16, дает разрешение на прохождение стробирующего импульса через элемент И 18 на вычитающий вход . реверсивного счетчика 19. По приходу с блока 1 импульсных программ очеред-25 ного импульса код реверсивного счетчика 19 уменьшается и амплитуды радиоимпульсов на выходе аттенюатора 4 увеличиваются. Процесс увеличения радиоимпульсов повторяется до тех пор, пока величина постоянного напряжения на выходе элемента 13 аналоговой памяти не станет больше величины выхода детектора 9. В этот момент эле.мент 14 сравнения срабатывает, на 35 выход поступает логическая "1, которая передается на третий одновиб.ратор 15, где формируется импульс, поступающий на регистратор.20 памяти и.дающий сигнал на. запоминание 40 кода реверсивного счетчика 19. Этот код поступает на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 21, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, величина которого пропорциональ- 45 на амплитуде радиоимпульса, который затем поступает на вход абсциссы самописца 22.

Самописец 22 фиксирует значение 50 величины радиоимпульса на данной ча- . стоте. Сигнал с третьего одновибратора 15 также поступает на счетчик

26, который меняет код управления генератора 3 и спектрометр переходит

55 на измерение оптимальной амплитуды радиоимпульсов на следующей фиксированной частоте. Если амплитуда измеряемых радиоимпульсов превышает свое оптимальное значение, то элемент 14 сравнения остается в положении логической "1", давая разрешение первому логическому элементу И 17 на прохождение информационных радиоимпульсов с блока 1 программ на суммирующий вход реверсивного счетчика

19. Код аттенюатора 4 увеличивается и амплитуда радиоимпульсов уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока амплитуда радиоимпульсов не станет оптимальной. В этот момент срабатывает элемент 14 сравнения, фиксируется значение амплитуды радиоимпульсов самописцем

22 и процесс измерения повторяется °

Так как измерение амплитуды радиоимпульсов носит дискретный характер, а величина дискретизации достаточно мала, график, выполненный самописцем 22, имеет практически непрерывный характер.

Введение в предлагаемое устройство дополнительно аттенюатора,первого и второго ключей, амплитудного детектора, компаратора, первого, второго и третьего одновибратора, элемента аналоговой памяти, элемента сравнения, первого и второго логических элементов И, логического элемента НЕ, реверсивного счетчи- ка, регистра памяти, цифроаналогового преобразователя, самописца, преобразователя радиоимпульсов в постоянное напряжение и счетчика позволяет в отличие от известного спектрометра применить косвенный метод измерения переходного затухания, характеризующийся отсутствием случайных ошибок измерения, позволяющий повысить тонность измерения переходного затухания на порядок, так как ошибки, присущие предлагаемому устройству, носят систематический характер и могут быть учтены.

По сравнению с известным предлагаемое техническое решение позволяет автоматизировать процесс построения амплитудной характеристики в диапазоне рабочих частот, что повы-, шает быстродействие в 40-50 раз и значительно уменьшает трудоемкость измерений.

Формула изобретения

Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса, содержащий блок импульсных программ и последовательно соединенные генератор высокочастот75

Составитель С.Рыков

Редактор А.Шандор Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай

Заказ 2502/36 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4

5 13188 ного напряжения, формирователь радиоимпульсов, управляющий вход. которого подключен к первому выходу блока им- пульсных программ, последовательно соединенные усилитель мощности и дат- 5 чик, последовательно соединенные приемник и осциллограф, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения максимального значения спектральных,составляющих амплитудного, спектра информационных радиоимпульсов, в устройство дополнительно введены ач"тенюатор, первый и второй ключи, и детектор» DMrrapa op пер вый, второй и третий одновибраторы, элемент .аналоговой памяти, элемент сравнения, логический элемент НЕ, первый и второй логические элементы

И, реверсивный счетчик, регистр па- 20 мяти, цифроаналоговый преобразователь, самописец, преобразователь радиоимпульсов в постоянное напряжение и счетчик, причем сигнальный вход аттенюатора соединен с выходом формирователя радиоимпульсов, выход — с входом усилителя мощности, выход которого подключен к сигнальному входу первого ключа, выход датчика через второй ключ соединен с приемником, выход которого соединен с амплитудным детектором, выход последнего подключен к сигнальному входу элемента аналоговой памяти, первому сигнальному входу элемента сравнения и 35 положительному входу компаратора,отрицательный вход которого заземлен, выход компаратора подключен к входам первого и второго одновибраторов, выход первого одновибратора соединен с управляющим входом элемента аналоговой памяти, а выход второго одновибратора подключен к управляющему входу элемента сравнения, второй сигнальный вход которого подключен к выходу элемента аналоговой памяти, а выход элемента сравнения соединен с входом третьего одновибратора, первым входом первого логического элемента И и через логический элемент

HE с первым входом второго логического элемента И, выходы первого и второго логических элементов И подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, соответственно, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора и входом регистра памяти, выход которого через цифроаналоговый преобразователь подключен к первому входу самописца, второй вход которого соединен с выходом преобразователя импульсов в постоянное напряжение, вход последнего соединен с выходом первого ключа, выход третьего одновибратора подключен к управляющему входу регистра памяти и к входу счетчика, выход которого соединен с входом генератора высокочастотного напряжения, первый выход блока импульсных программ подключен к. управляющему входу. первого ключа, второй выход.подключен к второму управляющему входу формирователя радиоимпульсов и к вторым входам первого и второго логических элементов И, а третий выход подсоединен к управляющему входу второго ключа.