Устройство для выделения и накопления сигнала парамагнитного резонанса

г я И С БРЕ Союз СоеетееаСоциалистице дакииРеспублик 1693229 Н ВТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С льное к авт. свид-ву опол(51) М, Кл. е 18455/18 Заявл 12.10.76 (21 01 1 Ч 2778 с присоединением заявкидарственнын квинтетСССРделам нзобретеннйи еткрытнй9. Бюллетень М пуб ва ния 03.11.7 та опубликования о 2) Авторы изобретения В. Е. Хмелинский и А. Г. Семе Институ Сибхимической кинетики и горекого отделения АН СССР 1) Заявитель(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ И НАКОПЛЕН 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 аналогичный накопитель на емкости 1.Недостатком этого интегратора является ограниченное время накопления и чало- жение 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 стробируюшего удлинителя сигналов, аналого-цифрового преобразователя, цифроаналогового преобразователя и аналогового накопителя 12. Вторая быстрая схема фиксации включается через 80 нс 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 3.3Для устранения влияния периодических помех производят черезпериодное воздействие на образец таким образом, что в одни периоды, например нечетные, полезные сигналы отсутствуют, при этом производят измерение величины помех и шумов, а в другие5 периоды, например 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 15 ме слабых по сравнению с помехами сигналов, что приводит к снижению чувствительности и разрешающей способности спектрометра, в котором это устройство используется.0Цель изобретения - повышение чувствительности и разрешающей способности в импульсной спектрометрии ЭПР путем уменьшения погрешности квантования при приеме слабых по сравнению с помехами сигнаи лов.Поставленная цель достигается тем, что устройство содержащее широкополосный усилитель, последовательно соединенный со стробируюшим удлинителем импульсных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), последовательно соединенный с цифровым накопителем, и программирующий блок, к соответствующим выходам которого подключены управляющие входы стробируюшего удлинителя, АЦП и накопителя, снабжено блоком компенсации пери- зз одической помехи, содержащим последовательно соединенные дополнительный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) аналоговый вычислитель и узкополосный уси 40 литель, причем вход дополнительного АЦП соединен с выходом стробируюшего удлинителя импульсных сигналов, а управляющий вход - с одним из выходов программирующего блока, второй вход аналогового вычислителя подключен к выходу стробирую щего 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 сигэ 0 нала парамагнитного резонанса.Устройство содержит последовательно соединенные широкополосный усилитель 1, стробируюший удлинитель 2 импульсных сигналов, аналого-цифровой преобразователь 3, цифроаналоговый преобразователь 4, аналоговый вычислитель 5, второй вход которого подключен к выходу стробирую 693229щего удлинителя 2 импульсных сигналов, узкополосный усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7, цифровой накопитель 8. Устройство содержит также программируюший блок 9, к соответствуюшим выводам которого подключены управляюшие входы стробируюшего 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 1состоит 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, поступающего 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 3преобразует 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, поступаюших на его второй вход от стробируюшего 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 шумовую составляющую и небольшой 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 преобразовате693229 Формула изобретения Составитель М. Дедловский Редактор С. Лыжова Техред О. Луговая Корректор Г. Назарова Заказ 6067114 Тираж 1073 Подписное. ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раущская набд. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4ле 7, после чего подается в цифровой накопитель 8, причем величины, пблученные в нечетные периоды измерения, подаются в накопитель с противоположным знаком по отношению к величинам, полученным в четные периоды измерения. В итоге в цифровом накопителе, кроме накопления полезного сигнала, производится исключение из результатов измерения небольшой составляющей периодической помехи, содержавшейся на выходе аналогового вычислителя 5. Программирующий блок 9 вырабатывает импульсы управления, запускающие и выключающие в необходимой последовательности все элементы устройства.Поскольку периодическая помеха может значительно превышать полезный сигнал. аналоговое вычитание помехи позволяет увеличить сигнал по отношению к шагу квантования в аналого-цифровом преобразователе 7, уменьшить тем самым ошибку квантования и повысить точность измерения. При этом появляется возможность выделить более слабые сигналы с более короткими временами релаксации, затухающие за время существования периодических помех, тем самым увеличивается чувствительность и разрешающая способность. Устройство для выделения и накопления сигнала парамагнитного резонанса в .импульсном спектрометре ЭПР, содержащее широкополосный усилитель, последовательно соединенный со стробирующим удлинителем импульсных сигналов, аналого-цифро 6вой преобразователь, последовательно соединенный с цифровым накопителем, и программирующий блок, к соответствующим выходам которого подключены управляющиевходы стробирующего удлинителя, аналогоцифрового преобразователя и цифровогонакопителя, отличающееся тем, что, сцелью повышения чувствительности и разрешающей способности, оно снабжено блоком компенсации периодической помехи,содержащим последовательно соединенныедополнительный аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вычислитель и узкополосный усилитель, причем вход дополнительного аналого-цифрового преобразователясоединен с выходом стробирующего удли 15нителя импульсных сигналов, а управляющий вход - с одним из выходов программирующего блока, второй вход аналоговоговычислителя подключен к выходу стробирующего удлинителя импульсных сигналов,20 а выход узкополосного усилителя соединенсо входом аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенного сцифровым накопителем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Мимс. Применение методов электронного спин-эха в спектрометрии спиновогорезонанса. Приборы для научных исследований, 1965,10, с, 78 - 85.2. Мимс. Измерение линейного эффектаэлектрического поля в ЭПР методом спинового эха. Приборы для научных исследований, 1974,12, с. 93 - 103.3. Патент ФРГ1673209,кл. 6 О 1 М 27/78, опублик. 1973 (прототип),