Устройство для измерения времени спин-решеточной релаксации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН зв 4 С 01 Я 24/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ юл, У 25 олитехни ский инстила ого комсомво СССР1978.Аппаратудерной рес. 142 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) АвторскоеУ 449294, кл. СМазитов Р.К.ра для измеренилаксации, ПТЭ,151. Авторское свидетельство СССР Р 757947, кл, С О 0 24/ОС, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ СПИН-РЕШЕТОЧНОЙ РЕЛАКСАЦИИ (57) Изобретение относится к измери" тельной технике, а именно к устройст вам измерения времени ядерной, в частности спин-решеточкой, релаксации импульсными методами радиоспектроско,ЯО 1408320 пии ядерного магнитного и. ядерногоквадрупольного резонансов, и можетбыть использовано для построения им"пульсных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химическихсвойств различных веществ, а такжедля решения прикладных задач радиоспектроскопии. Цель изобретения - повьппение точности измерения времениспин-решеточной релаксации при маломотношении сигнал/шумСущность изобретения состоит в том, что в устройство введены формирователь и распределитель импульсов,.постоянное запоминающее устройство, умножающий цифроаналоговый преобразователь, времякодовый преобразователь и арифметическо-логическое устройство. При заложенном в устройство алгоритме работы с помощью данного устройства можно получить при измерениях более точное время ядерной релаксации. 1 ил.ор 1 вырабатывает сначаные импульсы, обеспечие насыщение спиновой выходе ППС 2 появляютПрограмма 90-градус Мщие быстр юстемы - н Изобретение относится к измериельной технике, а именно к устройствам измерения времени ядерной релаксации методами радиоспектроскопии, в частности времени спин-решеточной релаксации импульсными методами ядерно о магнитного и ядерного квадруполього резонансов и может быть испольовано для построения импульсных реаксометров, предназначенных для изуения физико-химических свойств различных веществ и других задач приадной радиоспектроскопии.Цель изобретения - повышение точости измерения времени спин-решеточой релаксации при малом отношении игнал/шумНа чертеже приведена блок-схема стройства для измерения времени спин ешеточной релаксации Т.Устройство содержит йрограмматор 1, приемопередающую систему (ППС) 2 елаксометра, формирователь и распреелитель 3 импульсов (ФРИ), двухкаальный блок 4 выборки и запоминания БВЗ), схему 5 вычитания, постоянное апоминающее устройство (ПЗУ) 6 вреякодовый преобразователь (ВКП) 7, рифметическо-логическое устройство (АЛУ) 8, умывающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 9, компаратор 10 и регистратор 11. При этом выход п ограмматора 1 подключен к входуИ 3 и к входу ППС 2 релаксометра, в ыоц которого соединен с входом ; д ухканального БВЗ 4, иэ которого п рвый выход подключен к первому вхо. д схемы 5 вычитания, а второй - к вгорому последней и к опорному входу кЮмпаратора 10, Первый выход ФРИ 3 соединен с управляющим входом двухканального БВЗ 4 и с входом ПЗУ 6, а вгорой выход. - через ВКП 7 с первым вкодом АЛУ 8, причем второй вход посвреднего подключен к выходу ПЗУ 6 и к управляющему входу УПАП 9, опорный вод которого соединен с выходом схем 5 вычитания, а выход - с сигнальнпч входом компаратора 10, у которог выход подключен к входу программатора 1 и третьему входу АЛУ 8, выход которого. подключен к регистратору 11,Устройство работает следующим обрзом.ся сигналы с амплитудой А котораяпропорциональна предельной величинекомпоненты вектора макроскопическойнамагниченности И, что достигаетсябольшим числом п Г (и = 1,2,3,;- длительность между соседними90-градусными импульсами). Затемпрограмматор 1 вырабатывает импульсную последовательность позволяющуюопределить Т "эа одно прохождение",в результате которой на выходе ППС 2появляются сигналы свободной прецессии, амплитуды которых изменяются позакону А= А 1 1-ехр(- в )1 п=1, 2,3(1,п, 1= О, ехр(е ею начальное значение Уг. ь = О, равное по внапряжению Аный вход компаратимальное значение п ине а на опо его макс В ПЗУ 6 хранится код числа, который является постоянным коэффициентом К умножения УЦАП 9. Считывание информации ПЗУ б на вход (т,е по шине данных) УЦАП 9 осуществляется с помощью строб-импульса ФРИ 3. Следовательно, уровень напряжения (начиная с и = 1,2,3,), который на каж дой ступени и приложен к опорному входу УЦАП 9 будет умножен на чи соответствующее хранящемуся в ПЗУ сло,6Таким образом, на вход двухканаль ного БВЗ 4 поступают сигналы с амплитудами А, в котором с помощью стробимпульсов ФРИ 3 сначала выделяетсяимпульс с амплитудой А , а затем импульсы с амплитудами А. Первый в ви де уровня напряжения У удерживаетсяна втором канале БВЗ 4, который под 1ключен к второму входу схемы 5 вычи.тания и к опорному входу компаратора10, а импульсы с амплитудами Апо- ЗО являются в виде уровней Г,Ц, П11,на первом канале БВЗ 4, который подключен к первому входу схемы5 вычитания, При этом на выходе схемы 5 вычитания появляется разностьнапряжений (П ;Б ), (У ;Г) Ж, -П,)(П -П ). Следовательно, на опорный вход УЦАП 9 поступает ступенчатоспадающее по экспоненциальному закону напряжения 11, (п = 1,2,3,,) ,щ т. е.1408320 коде. Таким образом к сигнальному входу компаратора 10 поступают уровни напряжений К и К 1, К ГК Пп, где Кр - коэффициент умножения5 УЦАП 9. При равенстве уровня 1 и уровня КрБ или при К П )на выходе компаратора 1 О появляется перепад напряжения, который отключает работу программатора 1Этот перепад напряжения.является разрешающим сигналом для выполнения необходимых арифметических операций в АЛУ 8 над двумя поступающими кодами, а именно от ВКП 7, который преобразует интервал времени 15 и(и = 1,2,3), и от ПЗУ б, в котором цэашит" коэффициент К.Высокая точность измерения времени спин-решеточной релаксации с помощью предлагаемого устройства дости гается эа счет оптимального (с точки зрения получения минимума относительной среднеквадратической ошибки определения искомого времени Т, ) выбора времени и р измерения второго А сиг нала свободной прецессии при фиксированном первом А , Так как Л, = )О, а А Б Б, то согласно (2) времянспин-решеточной релаксации Т можно определить как 30 ратора, а также регистратор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения при .малом отношении сигнал/шум, в него 45 введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножающий цифроаналоговый преобразователь, времякодовый преобразователь и арифметическо-логическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формирователя и распределителя импульсов, первый выход которого подключен к управляющему входу двухканального блока выборки и запоминания и к входу постоянного запоминающего устройства, а второй выход - через времякодовый преобразователь к пер: вому входу арифметическо-логического 6 -- Т1,2,3(4 где К = ) /1 - отношение сигнал/Я р Йшум е 5В результате подстановки в выражение (4) и = 1)р ехр(-иФ), где = р /Т , и анализируя 6 относительФно Ы, получаем, что функция 6 (Ж) имеет одну и ту же величину минимума. для каждого индекса сдвига и = 1,2,3,значения равни 6= 2,8783, Величины 01" = 6, являются оптиИмальными для и, 1,2,3 а сооти 7Т = ------- , и=1, 2, 3 (3). 1 и Жр /1 1При условии, что ошибки измерения начальных амплитуд А сигналов свободиной прецессии случайны, независимы и подчиняются нормальному закону рас- пределения, причем среднее значение их равно нулю, а максимальные отклонения равны от точки к точке, т.е. фПр1 ЦаПиотносительную среднеквадратическую погрешность Ьт измерения Т по формуле (3) можно определить как ветствующее им оптимальное отношениеамплитуд (П /Б) , являющееся постоянным коэффициентом умноженич КУЦАП 9, равно(Ц,/ = Кр ехр(ир ) = 3,028, и = 1,2,3, (5)Сл)Таким образом, для известных величину искомого времени спин-решеточной релаксации Т с наиболее вероятной минимальной погрешностью можно определить по формулеТ (6)фр1где и, = (с/Т ) = -- 1 иК, ио л о и оф ро1,2,3,..В ПЗУ 6 хранится код, являющийся коэффициентом умножения УЦАП 9, т.е, Кр = 3,028. Этот же код поступает на вход АЛУ 8, в котором по команде компаратора 10, а именно при выполнении условия 3,028 1 п)- Бр, реализуется окончательный результат Т =и С /1 и(3,028) = 0,903 иГ. (7)Формула изобретения Устройство для измерения времени спин в решеточн релаксации, содержащее программатор, подключенный к входу приемопередающей системы релаксометра Выход которой соединен с Вхо дом двухканального блока выборки и запоминания, у которого первый выход подключен к первому входу схемы вычитания, а второй - к второму входу последней и к опорному входу компаС.Варлидык оставит ехред М Пилипенко оррект Редактор Н.Тупица Тираж 847 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Рпис Заказ 3304/4 б митета СС ткрытий и с 4/5 я наб.,тие, г. Ужгород, ул, Проект твенно-полиграфическо роиз 5 1408320 6 устройства, при этом второй вход По- мы вычитания, а выход - к сигнальному следнего соединен с выходом постоян- входу компаратора, у которого выход ного запоминающего устройства и с уп- соединен с входом программатора и равляющим входом умножающего цифро 5третьим входом арифметическо-логичесаналогового преобразователя, опорный кого устройства, выход которого подвход которого подключен к выходу схе- ключен к регистратору.11