Радиочастотный спектрометр

1ОП И САН И Е713543ИЗОБРЕТЕН ЙЯ Союз Советскик Социалистических Республик(22) 51) М.Кл.- О 015754118-09 ено 11.04.74 27/2 23) 2) 12,04.733) США оритет сударстаеииый комитет СССР(31) 350457 по делам изобретеиий и открытий) Дата опубликования огисания 30.01 Иностранцы Бгрретт Линн Томлинс(Великобритания) Иностранная фирма Вариан Ассошиэйтс(54) РАДИОЧАСТОТНЫЙ СЙЕКТРОМЕТР 0 5 ИзОбретение относится к технике радиоизмерений.Известен радиочастотный спектрометр,содержащий генератор, соединенный черезмодулятор с зондом для размещения ис.следуемого образца, к которому последовательно подключены усилитель радиочастоты, фазовый детектор, усилитель звуковой частоты и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом электронно-вычислительной машины,содержащей блок памяти на входе и блокпреобразования Фурье из временной обласли в частотную 111.Однако такой спектрометр не обеспечивает высокой точности измерений.Цель изобретения - повышение точности измерений,Для этого в радиочастотном спектрометре, содержащем генератор, соединенный 2через модулятор с зондом для размещенияисследуемого образца, к которому последовательно подключены усилитель радиочастоты, фазовый детектор, усилитель звуковой частоты и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входомэлектронно-вычислительной машины, содержащей блок памяти на входе и блокпреобразования Фурье из временной области в частотную, введен блок управления, зо к входам которого соответственно подключены блок памяти, блок преобразования Фурье из временной областями в частотную, и введенный блок прсобразования Фурье из частотной области во временную, а выход подключен к управляющему входу модулятора.На фиг. 1 показана блок-схема радиочастотного спектрометра; на фиг. 2, а - д приведены диаграммы, поясняющие работу радиочастотного спсктрометра.Радиочастотный спектрометр содержит генератор 1, соединенный через модулятор 2 с зондом 3 для размещения исследуемого образца, к которому последовательно подключены усилитель 4 радиочастоты, фазовый детектор 5, усилитель б звуковой частоты и аналого-цифровой преобразователь 7, выход которого соединен с входом электронно-вычислительной машины 8, содержащей блок памяти 9 на входе, соеднненный с одним из входов блока 10 управления, к другим входам которого соответственно подключены блок 11 преобразования Фурье из временной области в частотную и введенный блок 12 преобразования Фурье из частотной области во временную, при этом выход блока 10 управления подключен ) управляющему входу модулятора 2, а также вентильньш фазовый ннвертор 13, венг 1 С 5 20 25 ЗО 35 40 45 50 ,"5 60 65 тиль 14, генератор 15 псевдослучайной последовательности и фазоврдщатель 1 б,Фязоврящатель работает следующим образом,Путем приложения к исследуемому образцу с помощью радиочастотной катушкирадиочастотного поля с компонентой магпитпого поля, перпендикулярной к направлению вектора поляризующсго магнитногополя Пд, (источник магнитного поля Ноня чертеже не показан) в исследуемом образце возоуждается гиромагиитный резонанс.Радиочастотпсе поле создастся путсммодуляции в модуляторе 2 радиочастотного нссущего сигнала, который подастся нзгенератора 1. При модуляции несущей радиочастоты обрязуотся боковые полосы.", . уи 1 чсщя р икция "вгяорячдтаким образом, что энергия боковой полосы имеет желаемую в зависимости от образца, который должен быть исследован,энергетическую спектральную плотностьдля одновременного возбуждения резонанса множества спектральных линий образца.Типичным примером одного типа энергети веского спектра для энергии резонансного возбужденяя является спектральныйсигнал, приведенный на фиг. 2, а. В частности в этом сигнале радиочастотный возбуждающий спектр имеет обычно однороднуюспектральную плотность на относительноширокой полосе порядка 1000 Га, на однойстороне несущей частоты, порядок которойсоставляет 60 - 100 МГи, за исключениемотносительно узкого участка спектра, накотором возбуждение резонанса нежелательно. Этот узкий участок спектра можетсодержать особо интенсивную спектральную линию образца, например, такую, каклиния рдстворения, резонанс которой желательно подавить,Соответственно электронная вычислительная машина 8 обеспечивается желаемым резонансным возбуждающим спектромв частотной области. Данные о возбуждающем спектре могут вводиться в оконечное устройство спектрального входа илиредяктировяться при помощи считыванияиз окснечного устройства цифрового входа(например, телетайпа, пишущей:лашинки),либо данные могут быть вычислены илиотредактированы автоматически из данных, уже хранимых в вычислительной машине.Для когерентного фазового широкополосного возбуждения данные преобразовываются при помощи вычислительной машины во временную область посредствомстандартной дискретной программы Фурьепреобрязования. Типичная функция выходамодуляции Р(1) для получения энергетиче.ской плотности спектра (фиг. 2,а) показанана фиг. 2,б и является по существу импульсом короткой длительности при относительно большой длительности временного промежутка.В предпочтительном режиме импульс модулятора 2 модулируст несуший сигнал серией импульсов со скоростью повторения 1/500 лкс (интервал между импульсами = 500 ланкс) и шириной импульса, приблизительно равной 1/10 иптервала между им. пульсами или порядка 50 ланкс. Высота им. пульса или его ширина модулируется в соответствии с выходом модуляции 6(1),Так как величины 6могут иметь как полоиительный так и отрицательный знгки, на выходе модулятора 2 устанавливается вентильный фазовый инвертор 1, для изменения знака (поворот фазы) энергии модулированной несущей частоты, которая подводится к зонду 3, в соответствии со зыком компоненты модуляции Р(1),Взаимная связь радиочастотной энергии от генератора 1 к приемной части .спектрометра на частотах, отличных от резонансной, исключается посредством включения вентиля 14 между зондом 3 и усилителем 4 радиочастотных сигналов, воспринятых стандартной приемной катушкой зонда 3. Вентиль 14 синхронизируется при помощи цифровой вычислительной машины 8 сс временем импульсов генератора 1 для обеспечения временного разделения (фиг. 2 в, г).Сигнал с выхода усилителя 4 радиочастоты подается на один вход фазсвого детектора б для детектирования фазы в зависимости от опорного фазового сигнала, получаемого через фазовращатель 1 б от генератора 1, Сигналом на выходе фазового детектора б является сложный резонансный сигнал звуковой частоты, состоящий из сигналов, одновременно возбужденных резонансных спектральных линий, выходящих из анализируемого образца. Составной резонансный сигнал звуковой частоты усиливается в усилителе б звуковой частоты и оттуда подается к аналого-цифровому преобразователю 7, который производит отбор составного резонансного сигнала один раз за каждый импульс передатчика, в конце периода, в течение которого приемник 17 открыт фиг, 2,д.Отбор составного резонансного аигнала осуществляется в конце периода работы приемника 17 для того, чтобы подавить нежелательные переходные процессы, связанные с приемником.Цифровые мгновенные значения сигнала с выхода аналого-цифрового преобразователя 7 хранятся в последовательных каналах многоканального блока 9 памяти электронно-вычислительной машины 8 для усреднения по времени составного резонансного сигнала, Последовательность отобранных мгновенных значений сигнала синхронизируется с моментами считывания с выхода модуляции электронно-вычислительной машины 8, используемой для генерацииширокополосного радиочастотного возбуждения (а). Последовательность отобранных мгновенных значений сигнала повторяется при каждом повторении последовательности выхода модуляции Р(1).Усредненные по времечи резонансные данные затем считываются из блока 9 памяти и преобразовываются при помощи электронО-вычислительно машины б, как это запрограммировано стандартной про раммо 1 Фурье-преобразованя Олока 10 для преобразования данных временной об,ласти (1) в частотнуо область ,.) для получения резонансного спектра исследуемого образца.Усредненный по времени резонансный спектр образца затем подводится к блоку 18 воспроизведения для показа оператор и/или для записи,Для повышения точности фазы желаемого радиочастотного возбуждения перемешиваются в соответствии с псевдослучайной последовательностью, которая вводится с помощью генератора 15 псевдослучайной последовательности через ключ 19. Формула изобретенияРадночастотньш спектрометр, содержащ 1 гй генератор, соединенный чсрсз модуля 5 тор с зондом для размещения исследуемогообразца, к которому последовательно тодключсны усил 11 тсль радиочастоты, фазовыйдетектор, усилитель звуковой частоты иана;юго-цифровой преобразователь, выход10 которого соединен с входом электронно-вы;нслнтсльной машины, содержащей блокпа 1 дяти на входе и блок преобразованияФурье из Времснной Области В частотну 10,о т л н ч а ю щ и й ся тем, что, с целью повышения точности измерений, введен блокуправления, к входам которого соответственно подключены блок памяти, блок преобразования Фурье из временной областив частотную и введенный блок преобразо 20 ванин Фурье пз частотной области во временну 1 о, а выход подключен к управляюгцем входу модулятора,Источник информации, принятый во25 внимание при экспертизе:1. Патент США3475 б 80, кл. б 01 К27/28, опублпк, 1969 (прототип),Заказ 13/38 Изд.148 Тираж 1033 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, К, Раушская наб., д. 45Тип. Харьк. фил, пред. Патент