Способ выделения слабых сигналов магнитного резонанса и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 51 г. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный . университет им. В.И, Ленина (53) 538.69.083(088,8)(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ СЛАБЫХ СИГНАЛОВ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ выделения слабых сигналов магнитного резонанса, включающий когерентное суммирование регистрируемого сигнала при многократном прохождении резонансной. областиспектра, о т л и ч а ю щ н й с ятем, что, с целью повышения чувствительности,и точности воспроизведенияспектра магнитного резонанса присокращении объема памяти запоминающего устройства путем усреднениятолько шумовых компонент регистрируемого сигнала, при каждом следующемпрохождении резонансной области спектра регистрируемый сигнал сравниваютс накопленным сигналом, измеряютразность между ними и когерентнодосуммируют разностный сигнал, причем при каждом прохождении разностный сигнал досуммируют к накопленному сигналу с весовым коэффициентом,обратно пропорциональным числу выполненных .прохождений резонансной области спектра.1100547 2, Устройство для выделения слабых сигналов магнитного резонанса, содержащее аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи и запоминающее устройство, о т л и ч а ющ е е. с я тем, что оно дополнительно содержит вычитающий и суммирующий усилители, управляемый делитель напряжения и блок управления, причем вычитающий усилитель, управляемый делитель напряжения, суммирующий уси" Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при регистрации слабых сигналов магнитного резонанса: ЭПР, ЯМР, ФМР, ДЭЯР и других,Известны способ регистрации слабых сигналов (сигналов с малым отношением сигнал/шум) магнитного резонанса и устройство для его осуществления, основанные на модуляции резонанс" ных условий магнитного резонанса (на ример, модуляции магнитного поля при регистрации сигнала ЭПР). В этом слу,чае магнитного резонанса регистрируется на частоте модуляции, что позволяет использовать для повышения чувствительности узкополосное усиление и синхронное детектирование. Улучшение отношения сигнал/шум регистрируемого сигнала магнитного резонанаса достигается путем сужения полосы пропускания системы регистрации (ширина полосы пропускания определяется . постоянной времени низкочастотного КС-фильтра, включенного на выходе синхронного детектора), что связано с увеличением времени регистрации 1,Недостатком известного способа регистрации является ограниченная чувствительность, что обусловлено вкладом в регистрируемый сигнал магнитного резонанса низкочастотных дрей фов (шумов типа 1/1) выходных каскадов синхронного детектора.Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ выделения сигналов магнитного резонанса, включающий когерентное суммирование регистрируемого сигнала при литель, аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство ицифроаналоговый преобразователь включены последовательно, вторые. входывычитающего и суммирующего усилителей подключены на выход цифроайалогового преобразователя, а выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами делителянапряжения и запоминающего устройства. многократном прохождении резонансной области спектра.Устройство для осуществления способа - накопитель спектров включает аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, цифровой сумматор и запоминающее устройство.При когерентном суммировании сигналов, регистрируемых за М прохождений резонансной области спектра, амплитуда сигнала магнитного резонанса возрастает в 8 раз, тогда как интенсивность шума возрастает только в 7 раз, поскольку в отличие от сигнала магнитного резонанса его шумовые компоненты не коррелированы между собой. Таким образом известный способ обеспечивает улучшение отношения сигнал/шум регистрируемого сигнала в О раз.Объем памяти П запоминающего устройства накопителя определяется раз-, рядностью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), числом накопленийпЙ =2 , числом каналов накопления К и: составляетП зт+ , иО.где Ф " число двоичных разрядов АЦП,определяющее точность воспроизведения сигнала магнитного резонанса (точность "щ),При заданном объеме памяти Р увеличение чувствительности (т,е. увеличение числа накоплений Й ) возможно только вследствие уменьшения разрядности АЦП п 1 (т.е. снижения точности воспроизведения регистрируемого спектра магнитного резонанса). И наоборот, увеличение точности воспроиз1100547 ведения спектра путем увеличения разрядности АЦП и возможно только в ущерб максимально достижимой чувствительности 2, .Недостатками указанных способа 5 и устройства являются невысокая точность воспроизведения накопленных спектров магнитного резонанса и ограниченная чувствительность.Цель изобретения - повышение чувст 10 вительности и точности воспроизведения спектра магнитного резонанаса при сокращении объема памяти запоминающего устройства, путем усреднения только шумовых компонент реги стрируемого сигнала.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выделения слабых сигналов магнитного резонанса,.включающему когерентное суммирование 20 регистрируемого сигнала при многократном прохождении резонансной области спектра, при каждом прохождении резонансной области спектра регистрирующий сигнал сравнивают с накоп ленным сигналом, измеряют разность между ними и когерентно досуммируют разностный сигнал, причем при каждом следующем прохождении разностный сигнал досуммируют к накопленному ЗО сигналу с весовым козффициентом, обратно пропорциональным числу выполненных прохождений резонансной области спектра.Устройство для выделения слабых сигналов магнитного резонанса, содержащее аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи и запоминаацее устройство,;дополнительно содержит вычитающий и суммирующий 40 усилители, управляемый делитель на" напряжения и блокфуправления, причем вычитающий усилитель, управляемый делитель напряжения, суммирующий усилитель, аналого-цифровой пре образователь, запоминающее устройство и цифроаналоговый .преобразователь включены последовательно, вторые входы вычитающего и суммирующего усилителей подключены на выход цифроаналогового преобразователя, а выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами делителя напряжения и запоминающего устройства. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для выделения слабых сигналов магнитного резонанаса, реализующего предлагаемый способ, нафиг. 2 - спектры ЭПР образца (дефенилпикрилгидразина (ДФПГ).Устройство содержит аналого-цифро-.вой 1 и цифроаналоговый 2 преобразователи, запоминающее устройство 3,вычитающий 4 и суммирующий 5 усилители, управляемый делитель б напряжения и блок 7 управления, причемвычитаюпуй усилитель 4, делитель 6напряжения, суммирующий усилитель 5,АЦП 1, запоминающее устройство .3 нЦАП 2 включены последовательно, вторые входы вычитающего 4 и суммирующе-.го 5 усилителей подключены на выходЦАП 2, а выходы блока 7 управлениясоединены соответственно с управляющими входами делителя б напряженияи запоминающего устройства 3.Представленные на фиг, 2 спектрыЗПР образца ДФПГ выделены из шумаизвестным (спектры 8-10) и предлагаемым (спектры 11-13) способамипри различном числе накоплений.На вход устройства поступает сигнал, регистрирующий при прохождении,резонансной области спектра.1 С Ю 0 (1)гдето - сигнал, регистрируемый при1 -ом прохождении резонансной области спектра,5 с- сигнал магнитного резонанса(информативная компонентарегистрируемого сигнала,5 ш- шумовая компонента регистрируемого сигнала.И отличие от известного предлагаемый способ выделения сигнала магнитного резонанса 4 о из шума базируется не на когерентном суммированиинрегистрируемых сигналов Е. бш, (т.е.на одновременном суммировании инфор"чативной 5, и шумовой 5 ы, компонентрегистрируемого сигнала), а на когерентном суммировании только шумовыхкомпонент,3:,5 ; . регистрируемогосигнала, что обеспечивается путемвыполнения следующих операций.Из регистрируемого сигнала 5, вычитаетея,. сигнал, записанный в памяти запоминающего устройства (ЗУ) 3,(г) что осуществляется вычитающим усилителем 4, иа один из входов которогопоступает регистрируемый сигнал 5/ ства т + О) и чувствительность путем увеличения числа накоплений, которое в отличие от известного способа не зависит от объема памяти ЗУ и опрелеляется только условиями измерений. 5Спектры 8-10 зарегистрированы на радиоспектрометре ЭПР "Минск-РЭМ", имеющем накопитель спектров. Накопитель имеет следующие основные параметры: максимальное число накоплений Й = 1000, число каналов К = 1024, разрядность АЦП т = 8, объем памяти П = 16 кбит,Накопитель спектров обес. печивает увеличение отношения сигнал/ шум регистрируемого спектра ЭПР приблизительно в 30 раз (.й 30) при точности воспроизведения спектра Предлагаемое устройство, которое применено в радиоспектрометре"Минск-РЭГ 1-10", имеет следующие параметры: число каналов К = 1024, разрядность АЦП ъ = 12, объем памяти П = 12 кбит. Накопитель обеспечивает точность воспроизведения регистрируемых спектров ЭПР 0,057, что приблизительно в 8 раэ выше, чем у известного устройства,при этом требуемая чувствительность (т,е.требуемое число накоплений) опреде- . ляется только условиями эксперимента.Спектр 13 получен .после 10000 накоплений, что обеспечивает в 3 раза более высокую чувствительность регистраации по сравнению с чувствительностью известного накопителя (спектр 10) .