Программно-управляемый блок задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра электронного парамагнитного резонанса

(51)5 С 4/10 ЕНИ ртки магнитного спадающей индук дыметр мно оспектроенин ра техникео резори изЭПР. ности етр ацение врс -аммногг зобретения - срк ертки путем прог использовапромьпплена ент ГОСУД АРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГННТ СССР(71) Научно-исследовательский институт ядерных проблем при Белорусскомгосударственном университетеим. В,И. Ленина и Белорусский государственный университет им. В.И.Ленина(72) Данг Дын Мань (П), Л.В. Кузььичева, Г.И, Ромбак и В.П.Яновский (БГ 1)(56) Александровский В,И, и др. Блокуправления магнитным полем спектрометра элеКтронного парамагнитногорезонан"а. Приборы и техника эксперимента, 1980, В 6, с, 110,Кудлаев С.Н и др. Программно-управляемый блок задания и разверткиполяризующего магнитного поля радиоспектрометра ЭПР, депонировано в ,ВИНИТИ Р 6413-82, Деп, 28.12,82.(54) ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕ 1 Ь 1 Й БЛОК ЗАДАНИЯ И РАЗВЕРТКИ ПОЛЯРИЗУМЦЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ РАДИОСПЕКТРОИЕТРА ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), Пель изобретения - сокращение времени развертки путем програмго управления числом каналов развертки, Возможность задания на участИзобретение относится электронного парамагнитн нанса (ЭПР) и может быть но в приборо:троительной ЯО 1536285 ках треугольнои раз веполя с нарастающей ицией числа каналов развертки в зависимости от требуемой амплиту азвер"ки и регистрируемых пара овисследуемьх спектральных линий ЭПРпозволяет использовать устройство врадиоспектрометрах ЭПР при измеренииконцентрации парамагнитюлх частиц(КПЧ) в и.следуемом веществе путемсравнения как пиковых, так и интегральных интенсивностей сигналов ЭПРисследуемого вещества и калибровочного образца Й 1, В ьотором известар атакже минимизировать время регистрации спектров ЭПР при заданном отношении сигнал/шум на выходе радиоспектрометра ЭПР или максимизировать отнощение сигнал/тум при заданном времени регистрации. Програпшно-управляемый блок содержит цифровой генератор, состоящий из генератора прямоугольных импульсов, устройства управления,- задатчика длительности каналов развертки, задатчика числа каналов развертки и генератора развертки,задатчик амтпитуды развертки магнитного поля, задатчик начального значения магнитного поля, щины данных,уп ектор адресаи азвертки,равления и адреса, селинтерфейс генератора рз,п. ф-лы 3 илуйравления числом каналов развертки.На фиг,1 приведена блок-схема прог раммно-управляемого блока задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра ЭПР; на фиг.2 " блок-схема счетчика с управляемым модулем счета;:иа фиг,3 - блок-схема устройства управления циф- О рового генератора развертки.Программно-управляемый блок зада ния и развертки магнитного поля радиоспектрометра ЭПР содержит последовательно соединенные цифровой генера тор 1, задатчик 2 амплитуды развертки и задатчик 3 начального значения магнитного поля, шины данных 4, управления 5, адреса 6, селектор 7 адреса и интерфейс 8 цифрового генера тора. При этом информационные входы цифрового генератора 1, задатчика 2 амплитуды развертки, задатчика 3 начального значения агнитного поля и информационные выходы интерфейса 8 25 цифрового генератора подключенык шине 4 данных, адресные входы селектора 7 адреса - к шине 6 адреса его первый и второй выходы - соответственно к управляющему входу задатчи ка 3 начального значения магнитногополя и управляющему входу задатчика 2 амплитуды развертки, третий, четвертый, пятый, шестой седьмой, восьмой выходы - соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому, шестому управляющим входам,цифрового генератора 1, соединенного управляющим выходом с первым входом интерфейса 8 цифрового генератора. 40 Стробирующий вход селектора 7 адреса подключен к линии "Запись внешнего устройства" шины управления 5, линии "Чтение внешнего устройства" и "Запрос на прерывание" которой соединены 45 соответственно с вторым входом и управляющим выходом интерфейса 8 цифрового генератора.Цифровой генератор 1 содержит генератор 9 прямоугольных импульсов, генератор 10 развертки, задатчик 11 числа каналов развертки, задатчик 12длительности каналов развертки и устройство 13 управления.Генератор 10 развертки содержит с 5 последовательно соединенные реверсивный счетчик 14 и цифроаналоговый преобразователь 15, первый 16 и второй 17 ЛЭ И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 4, ЛЭ НЕ 18, ЛЭ ИЛИ 19 и параллельный регистр 20.Задатчик 1 числа каналов развертки и задатчик 12 длительности каналов развертки выполнены идентичными. При этом каждый из них состоит из счетчика с управляемым модулем счета (фиг.2), содержащим параллельный регистр 21, формирователь 22 коротких импульсов, ЛЭ ИЛИ 23 и вычитающий счетный регистр 24.Устройство 13 управления содержит (фиг. 3) последовательно включенные счетный триггер 25 и формирователь 26 коротких импульсов,ББ-триггер 27, ЛЭ И 28 и ЛЭ ИЛИ 29,выход которого соединен с установочным входом счетного триггера 25, а первый вход - с первым установочным входом БЯ-триггера 27, подключенного выходом к второму входу ЛЭ И 28. Причем первый вход ЛЭ И 28, первый и второй установочный входы БЯ-триггера 27, второй вход ЛЭ ИЛИ 29, тактовый вход счетного триггера 25 и выходы ЛЭ И 28, счетного триггера 25 и формирователя 26 коротких импульсов являются соответственно тактовым входом, входамиПуск , "Стоп", "Сброс", управляющим входом н тактовым, первым и вторым управляющими выходами устройства 13 управления аВ режиме "Настройка" блока задания и развертки магнитного поля производится задание основных параметров магнитного поля (режимных параметров) программным путем, При этом в параллельный регистр 21 задатчика 12 длительностч каналов развертки записывается двоичный эквивалент Изаданной длительности 1 одного канала развертки, в параллельный регистр 21 задатчика 11 числа каналов развертки - двоичный эквивалент И заданного числа и, каналов развертки; в параллельный регистр 20 генератора 10 развертки - двоичный эквивалент И значения поправки п, обеспечивающей поддерживание постоянной составляющей выходного напряжения генератора 1 О развертки на нулевом уровне при изменении числа иканаггов развертки, в задатчик 2 амплитуды развертки - двоичньпл эквивалент 11 р заданного з начения амплитуды развертки бВр, а в задатчик 3 начальногс значения магнит10 15 20 30 25 50 55 5153ного поля - двоичный эквивалентзаданного начального значения индукции магнитного поля,Запись установленного на шине 4данных двоичного эквивалента заданного режимного .параметра в соответствующий этому параметру регистр производится сигналом, формируемым поимпульсу "Запись внешнего устройства" (УВ 10) шины 5 управления селекто-ром 7 а,.реса, выполненного, например,на основе дешифратора на, 8 выходов на входе записи (стробирования)регистра, выбираемого в соответствии с кодом адреса регистра, устанавливаемым программируемой системойсбора и обработки информации на шинеб ацреса,Релим "Настройка" завершаетсясигналом "Сброс", формируемым селектором 7 адреса по импульсу ЮЕ 10 шины 5 управления при наличии соответствующего ацреса на шине 6 адреса.Переход в режим "Работа" осуществляется по сигналу "Пуск", формируемому селектором 7 адреса при появленииимпульса 11 КХО на шине 5 управления и наличии соответствеюшего адреса на шине 6 адреса.Каждый импульс, поступающий на вычитаюший вход вычитающего счстного регистра 24 задатчика 12 длительности каналов развертки, уменьшает его содержимое на единицу, В результате этого при поступлении на вычитающий вход импульсов, число которых равно предварительно записанному в вычитающий счетный регистр 24 двоичному эквиваленту 11 заданного значения длительности 1 канала развертки, все триггеры вычитающего счетного регистра 24 устанавливаются в нулевое состояние. При переходе триггеров вычитающего счетного регистра 24 в это состояние формирователь 22 коротких импульсов формирует выходной сигнал, поступающий через ЛЭ ИЛИ 23 на вход записи вычитающего счетного регистра 24, обеспечивая тем самым загрузку двоичного эквивалента ИЬ в регистр 24, а следовательно, установ ку задатчика 12 длительности каналов развертки в исходное состояние.Таким образом, модуль счета счетчика с управляемым модулем Счета, представляющего собой задатчик 12 длительности каналов развертки, определяется двоичным эквивалентом Б 6285 6 а период 1:, формируемых на выходеформирователя 23 коротких импульсовопределяется в соответствии с выражением ф= И 1 , где С - периодимпульсов на выходе генератора 1прямоугольных импульсов,установленный сигналом "Сброс" вчединичное состояние счетный триггер25 управляет направлением разверткии вырабатывает управляющий сигнал,обеспечиваюший прохождение выходныхимпульсов задатчкка 12 длительностиканалов развертки через первый ЛЭИ 1 б генератора 10 развертки на суммирукиций вход его реверсивного счетчика 14. В результате этого содержимое реверсивного счетчика 14 возрастает по мере поступления на его суммируюший вход выходных сигналов задатчика 12 длительности каналов развертки, и цифроаналоговый преобразователь15 формирует напряжение, соответству-ющее участку треугольной развертки снарастающей индукпией магнитного поля. Число дискретных значений магнитного паля на этом участке развертки( т.е. число каналов) определяетсязадатчиком 11 числа каналов развертки,Модуль счета счетч ка с управля:мым модулем счета, представляющегособой задатчик 11 числа каналов развертки, равен двоичному эквивалентуИ числа г, каналов, записанному ввычитающий счетный регистр 21 в режиме Настройка". Поступающие на егосчетный вход импульсы с выхода задатчика 12 длительности каналов развертки уменьшают его содержимое дотех пор, пока все триггеры вычитающего счетного регистра 24 не устанавливаются в нулевое состояние Приэтом на выходе формирователя 22 коротких импульсов формйруется импульс, обеспечивающий восстановлениеисходного состояния задатчика 11числа канялов развертки и одновременно поступающий на управляющий вход) устройства 13 управления для переключения счетного триггера 25 в нулевое состояние. Сформированное по оконча - нни участка развертки с нарастающей индукцией магнитного поля изменение сигнала на первом управляющем выходе густройства 13 управления фиксируется-,:,ограммируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 цифровогогенератора, выполненного, например,на основе асинхронного ВБ-триггерас трехстабильным буферным элементомна выходе,Одновременно сигнал на первом управляющем выходе устройства 13 управления обеспечивает прохождение выходных сигналов задатчика 12 длительности каналов развертки через второйЛЭ И7 генератора 10 развертки навычитающий вход реверсивного счетчика 1 ч. При этом содержимое реверсивного счетчика 1 ч уменьшается по мере поступления на его вычитающийвход выходных сигналов задатчика 12длительности каналов развертки и цифроаналоговый преобразователь 15 формирует напряжение, соответствуюц 1 ееучастку треугольной развертки со спадающей индукцией магнитного поля.Этот процесс происходит до тех пор,пока все триггеры вычитающего счетного регистра 2 ч зацатчика 11 числаканалов развертки не устанавливаются 15в нулевое состояние и на выходе формирователя 22 не Формируется импульс,обеспечивающий восстановление исход -ного состояния задатчика 11 числаканалов развертки. Этот же импульс,как и в случае формирования участкаразвертки с нарастающей индукциеймагнитного поля, поступает на управляющий вход устройства 13 управления и переключает сч етзГый Г Ри Г гер25 в противоположное установленномуранее состояние.Изменение сигнала на первом управляющем выходе устройства 13 управления Фиксируется программируемойсистемой сбора и обработки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 цифрового генератора развертки, а сам сигнал на первом управляющем выходе устройства 13 управления обеспечивает Форкрование участКа треугольной развертки с нарастающей индукцией магнитного поля.Сформированное на выходе цифроаналогового преобразователя 15 напряжение треугольной формы обеспечиваеттреугольную развертку магнитного поля с числом пк каналов на каждом ееучастке, определяемым предварительно записанным в параллельный регистр521 задатчика 11 числа каналов разверт.T1ки двоичным эквивалентом к. .дизельность каждого участка треугольнойразвертки магнитного поля определяется выражением Т= и 1 ц И с и можетизменяться как за счет изменения числа п каналов на участке развертки, так и за счет изменения длительности С к = СИ каналов развертки путем изменения двоичного эквивалента Б, предварительно загруженного в параллельный регистр 21 задатчика 12 длительности каналов развертки.Максимальное число каналов на каждом участке треугольной развертки магнитного поля и 2, где ивк аяксразрядность цифроаналогового преобразователя 15. Сохранение постоянной составляющей входного сигнала цифроаналогового преобразователя 15,на нулевом уровне. при изменении числа каналов г,с обеспечивается с помощью поправки и = (плакс - п)/2, двоичпный эквивалент Икоторой загружается в параллельный регистр 20 генератора 10 развертки в режиме "Настройка", Загрузка содержимого регистра 20 в реверсивный счетчик 14 производится сигналом "Сброс", а также сигналом, формируемым по окончании участка треугольной развертки со спадающей индукцией магнитного поля Формирователем 26 коротких импульсов на втором управляющем выходе устройст. ва 13 управления и поступающим на второч установочньп вход генератора 10 развертки.Необходимость останона развертки поляризующего магнитного поля определяется программируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации путем, например, сравнения заданного числа накоплений И регистрируемого спектра ЭПР и текущего числа накоплений М,определяемого количеством прохождений резонансных условий в процессе периодической развертки магнитного поляВ случае равенства Б з =И система сбора и обработки спектрометрической информации выдает на шину 6 адреса необходиьий для возбуждения седьмого выхода селектора 7 адреса адрес, а на шину управления 5 - сигнал И 10. В результате этого селектор 7 адреса Формирует сигнал "Стоп", переключающий ББ-триггер 27 устройства 13 управления в нулевое состояние. При этом на первый вход ЛЭ И 28 поступает запрещающий потенциал, и импульсы с выхода генератора 9 прямоугольных5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 импульсов не проходят на тактовыйныход устройства 13 управления.Регистрация текущего числа накоплений осуществляется системой сбора иобработки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 цифровогогенератора развертки, Формирующего налинии "Запрос на прерывание" (Щ 1 ИВ)шины управления 5 сигнал запроса напрерывание по окончании участковразвертки как с нарастающей, так испадающей индукцией магнитного поля.По этому сигналу система сбора и обработки спектрометрической информации Формирует на шине управления сигнал "Чтение внешнего устройства"(В 210), в результате чего интерфейс 8цифрового генератора развертки выдаетна шину данных начальный адрес подпрограммы обслуживания прерывания, непосредственно определяющий текущее,значение числа накоплений,Сформированное таким образом напряжение треугольной Формы с нулевойпостоянной составляющей с выходацифрового генератора 1 развертки поступает на задатчик 2 амплитуды развертки магнитного поля, управлениекоторым осуществляется программируемой системой сбора и обработки спектрометрический информации в режиме"Настройка" путем Формирования на шине 6 адреса кодовой комбинации, необходимой для возбуждения второго выхода селектора 7 адреса, формирования на шине 4 данных кодовой комбинации, обеспечивающей заданное значение амплитуды развертки, и формирования сигнала на линии УВ 10 шины 5 управления.Напряжение треугольной Формы,амплитуда которого установлена в соответствии с заданным значениемамплитуды развертки магнитного поля,с выхода задатчика 2 амплитуды развертки магнитного поля поступаетна вход эадатчика 3 начального значения магнитного поля, управление, которым производится программируемойсистемой сбора и обработки спектрометрической информации в режиме"Настройка" путем Формирования нашине 6 адреса кодов комбинации, необходимой для возбуждения первого.выхода селектора 7 адреса, формирования на шине 4 данных кодовой комбинации, обеспечивающей заданное началь"ное значение магнитного поля, и формиронания сигнала на линии 4 В 10 шины 5 управления.Выходной сигнал задатчика 3 начального значения магнитного поля ранен сумме напряжения треугольной формы, амплитуда которого соответствует заданному значению амплитуды развертки магнитного поля, число дискретных значений напряжения - эаданному числу накоплений сигналов ЗПР, и постоянного напряжения, соответствующего заданному начальному значе-. нию магнитного поля.Возможность изменения числа каналов на участках треугольной развертки со спадающей и нарастающей индукцией магнитного поля программным путем как в режиме "Настройка", так и в процессе регистрации спектров, позволяет оптимизировать параметры магнитного поля (время развертки, число каналов, амплитуду развертки, длительность каналов развертки) в соответствии с решаемой задачей, ускорить и автоматизировать процесс регистра- рации сигналов. Формула из обретения. Программно-управляемый блок задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра электронного парамагнитного резонанса, содержащий цифровой генератор, включанюций генератор прямоугольных импульсов и генератор развертки с входящими в него счетчиком, первым и вторым логическими элементами (ЛЗ) И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам счетчика, и цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), входы которо-. го подключены к выходам счетчика, а выход является первым выходом цифрового генератора, задатчик амплитуды развертки, первый вход которого подклю" чен к первому выходу цифрового генератора, задатчик начального значения магнитного поля, первый вход которого подключен к выходу задатчика амплитуды, а выход является выходом программно-управляемого блока задания и развертки поляриэующего магнитного поля, шину управления и шину данных с подключенными к ней информационными входами цифрового генератора и задатчиков амплитуды и начального значения магнитного поля, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью3, Блок по п 1 о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что устройство управления выполнено из последовательно включенных счетного триггера и формирователя коротких импульсов, ВЯ- триггера, ЛЭ И и ЛЭ ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом счетного триггера, а первый вход - с первым установочным входом ВЯ-триггера, подключенного выходом к второму входу ЛЗ И, причем первый вход ЛЭ И, первый и второй установочные входы ВБ-триггера, второй вход ЛЭ ИЗП 1, тактовый вход счетно;о триггера и выходы ЛЗ И, счетного триггера и формирователя коротких импульсов являются соответственно тактовым 11 15362сокращения времейи развертки путемпрограммного управления числом каналов развертки, в него дополнительновведены шина адреса интерфейс цнфро 5вого генератора и селектор адреса,адресные входы которого подключенык шине адреса, стробирующий вход -к линии "Запись внешнего устройства"шины управления, первый и второй вы-,ходы - к второму входу соответственно захватчика начального значения магнитного поля, задатчика амплитудыразвертки, третий, четвертьп, пятый,шестой, седьмой и восьмой выходы - со-ответственно к первому второму,третьему, четвертому, пятому и шестому управляющим выходам цифрового генератора, соединенного вторым выходомс первым входом интерфейса цифрового 20генератора, второй вход. и управляющийвыход которого подключены соответствец.но к линии Чтение внешнего устройства" и линии "Запрос на,1 рерываниешины управления, "нформационные выходы - к шине данных, при этом цифровой генератор дополнительно содержитзадатчики длитель."ги и числа кана-.лов развертки и устройство управления,тактовый вход которого соединен с выхо-удом генератора прямоугол,ных импульсов,управляющий вход - с выходом задат -, чика числа каналов развертки, вход"Сброс" - с установочными входами задатчиков длительности и числа каналов развертки и первым установочнымвходом генератора развертки, первыйи второй управляющие выходы - соот-.ветственно с управляющим и вторымустановочным входами генератора развертки, тактовый выход - со счетнымвходом задатчика длительности каналов развертки, подключенного выходомк счетным входам задатчика числа каналов и генератора развертки, причеминформационные входы генератора развертки и задатчиков числа дли.ельности каналов развертки объединены и яв-ляются информационными входами цифрового генератора, входы записи генератора развертки и задатчиков числа идлительности каналов развертки, входы "Сброс", "Стоп", "Пуск" и первыйуправляющий выход устройства управления являютс соответственно первым,вторым, третьим, четвертым, пятым ишестым управляющими входами и вторым выходом цифрового генератора, а вгенератор развертки дополнительно 85 12введены ЛЗ НЕ и ИЛИ и параллельныйрегистр, выходы которых соединенысоответственно с вторым входом второго ЛЭ И, входом записи и установочными входами счетчика, причем объединенные первые входы первого и второго ЛЭ И и объединенные второй входпервого ЛЭ И и вход ЛЭ НЕ, а такжепервый и второй входы ЛЭ ;ДИ ииформационные входы и вход стробирования параллельного регистра являются соответственно счетцы. и управляющим входами, первым и вторым установочными входами и информационными входами и входом записи генератора развертки,2, Блок п,1 о т л и ч а ю щ и йс я тем, что задатчики длительности и чисЛа каналов развертки цифрового генератора выполнены идентичными в виде счетчиков с управляемым модуль. счета, состоящих из параллельного регистра, форлярователя коротких импульсов ЛЭ ИЛИ и вычитающего счетного регистра информационные входы которого подключены к выходам параллельного регистра, вход записи сое" динен с выходом ЛЭ ИЛИ, а выход - входом форлярователя коротких импульсов, выход которого подключен к первому входу ЛЗ ИЗБ причем вьгитающий вход счетного регистра, нформциол ные входы и стробирующий вход парач лельного регистра, второй вход ЛЗ ИЛИ и выход формирователя коротки;. импульсов являются соответственно счетным входом, инфор 1 апионцыми вхо дали, входом записи., уст ацовочыь:и входом и выходом задатчиков длительности и числа каналов развертки.13 153 б 285 входом, входами фПуск", "Стоп",и11Сброс, управляющим входом и тактовым, первым и вторым управляйцимивыходами устройства управления.Тираж 48 Подписи при ГКНТ ССС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 104НИИПИ Гос рственного комите."а 113035, Москва,по изобретениям и открьгия -35, Раушская наб., д. 4/5