Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9 У И 1) 594 С 01 И 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ хнол одст- УССР езии копоа дл ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 23,06.87. Бюл,23 .(71) Опытное конструкторскогическое бюро с опытным прои . вом Института металлофизики(72) В.Н.Витвицкий, В.Д.Пере Ю,А.Подьелец и В.И.Чернецкий (53) 621.317.39(088,8) (56) ПТЭ, 1984,2, с.127-1Старостенко И.В. и др. 111 и лосный спектрометр спинового магнитоупорядоченных материа ПТЭ, 1984,2, с.124-127.(54) ИМПУЛЬСНИИ СПЕКТРОЬБТР ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к радио, спектроскопии ядерного. магнитного ре зонанса и может быть использовано при проведении лабораторного и производственного 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 Ж вход абсциссы самописца 22. Измерение амплитуды радиоимпульсов носит дискретный характер, авеличина дис- С кретизации мала, поэтому график, записываемый самописцем 22, имеет прак- ф тически непрерывный характер. 1 ил.М50 55 Изобретение относится к радиоспектроскопии ядерного магнитного .резонанса (ЯМР) и может быть исполь-зовано при проведении лабораторногои производственного контроля потребительских параметров магнитоупорядоченных материалов, обладающих эффектом ядерного спинового эха (ЯСЭ),Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения фмаксимального 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 памя" ти, 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 формируетсчитывающий импульс с заданной задержкой, третий Формирует строб, втечение которого происходит приемсигнала спинового эха.,Генератор 3 высокочастотного напряжения представляет собой синтезатор частоты. Ключи 7 и 23 и формирователь 2 радиоимпульсов выполнены ввиде нескольких Т-звеньев на СВЧ-диодах структуры рп, Аттенюатор 4рассчитан на изменение амплитуды впределах 40 дВ и управляется двоичным кодом с реверсивного счетчика19. Усилитель 5 мощности выполнентрехкаскадным на транзисторах типаКТ 913 и в исследуемом диапазоне частот обеспечивает на выходе амплиту-.ду до 15 В 10 15 20 25 30 35 40 45 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 407 А. Компаратор 10 и элемент 14 сравнения выполнены на микросхеме 521 САЗ. Одновибраторы 11, 12 и 15 выполнены на микросхеме 155 АГЗ. Элемент 12 аналоговой памяти собран на микросхеме К 1100 СК 2.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 572 ПА 1,Самописец 22 представляет собой потенциометр планшетный двухкоординатный :самопишущий ПДП 4-002, Преобразователь 24 импульсов в постоянное напря. жение 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 радио- импульсы 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 радио- импульсов Формируется сигнал спинового эха в момент времени, = 2, , где й,- время между двумя возбуждающими радиоимпульсами. Далее сигналыпоступают на ключ 7, который выделяет сигнал спинового эха, который поступает на приемник 8, усиливается изатем поступает. на детектор 9 и входосциллографа 25, где можно наблюдатьэхо-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 --- ,2 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 очередного импульса код реверсивного счетчика 19 уменьшается и амплитуды радио- импульсов на выходе аттенюатора 4 увеличиваются. Процесс увеличения радиоимпульсов повторяется до тех пор, 30 пока величина постоянного напряжения фна 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 на амплитуде радиоимпульса, который затем поступает на вход абсциссы самописца 22.1Самописец 22 фиксирует значение50 величины радиоимпульса на данной ча- . стоте, Сигнал с третьего одновибратора 15 также поступает на счетчик 26, который меняет код управления генератора 3 и спектрометр переходит55 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 разрешениепервому логическому элементу И 17 напрохождение информационных радиоимпульсов с блока 1 программ на суммирующий вход реверсивного счетчика19. Код аттенюатора 4 увеличиваетсяи амплитуда радиоимпульсов уменьшается. Это уменьшение происходитдо тех пор, пока амплитуда радиоимпульсов не станет оптимальной, Вэтот момент срабатывает элемент 14сравнения, фиксируется значение амплитуды радиоимпульсов самописцем22 и процесс измерения повторяетсяТак как измерение амплитуды радиоимпульсов носит дискретный характер,а величина дискретизации достаточномала, 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, логическогоэлемента 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 какошибки, присущие предлагаемому устройству, носят систематический характер и могут быть учтены.По сравнению с известным предлагаемое техническое решение позволяет автоматизировать процесс построения амплитудной характеристики вдиапазоне рабочих частот, что повы-,шает быстродействие в 40-50 раз изначительно уменьшает трудоемкостьизмерений,формула изобретенияИмпульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса, содержащий блок импульсных программ и последовательно соединенные генератор высокочастотСоставитель С.РыковРедакТор А.Шандор Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай Заказ 2502/36 Тираж 776 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4 5 13188 ного напряжения, формирователь радио- импульсов, управляющий вход. которого подключен к первому выходу блока им- пульсных программ, последовательно соединенные усилитель мощности и дат чик, последовательно соединенные приемник и осциллограф, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повыщения точности и быстродействия измерения максимального значения спектральных,составляющих амплитудного , спектра информационных радиоимпульсов, в устройство дополнительно введены ач"тенюатор, первый и второй ключи, амплитудный детектор, компаратор,пер э вый, второй и третий одновибраторы, элемент .аналоговой памяти, элемент сравнения, логический элемент НЕ, первый и второй логические элементы И, реверсивный счетчик, регистр па 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 приемни ком, 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 суправляющим входом элемента аналоговой памяти, а выход второго одновибратора подключен к управляющему входу элемента сравнения, второй сигнальный вход которого подключен к выходу элемента аналоговой памяти, авыход элемента сравнения соединен свходом третьего одновибратора, первым входом первого логического элемента И и через логический элементНЕ с первым входом второго логического элемента И, выходы первого ивторого логических элементов И подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, соответственно, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора и входом регистра памяти, выходкоторого через цифроаналоговый преобразователь подключен к первому входу самописца, второй вход которогосоединен с выходом преобразователяимпульсов в постоянное напряжение,вход последнего соединен с выходомпервого ключа, выход третьего одновибратора подключен к управляющемувходу 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.