CS256749B1 - Mobile device with constant speed for moessbauer spectroscopy - Google Patents

Description

236749

Vynález rieši konštrukclu a zapojenie e-lektromechanického pohybového zariadenias priamočiarym pohybom, ktoré generuje po-hyb s volitelnou, přísné konštantnou rých-losťou pře účel bezodrazovej jadrovej ga-ma-rezonančnej spektroskopie, známej akoMOssbauerova spektroskopie.

Pohybové zariadenie je jednou z najdóle-žitejších častí MOssbauerovho spektrometra.Jeho účelom je generovat vzájomný pohybMOssbauerovho rádioaktívneho žřariča vočiabsorbátoru, čím sa dosiahne Dopplerovskámodulácia energie fotónov žiarenia. Postu-pnou změnou vzájomnej rýchlosti sa dosa-huje postupná změna energie fotónov a tak-to možno premerať celý energetický intervalv určiíom okolí MOssbauerovej rezonančnejčiary. Výsledkom je závislost intenzity zare-gistrovaného žiarenia od rýchlosti. Grafic-kým obrazom tejto závislosti v X—Y roviněje Mossbauerovo spektrum.

Doteraz používané pohybové zariadeniapracujú v tzv. režime s konštantným zrých-lením. Pohyb sa periodicky opakuje s perio-dou T, priebeh polohy je parabolický. Rých-losť v priebehu jednej periody lineárně na-rastá od určitej trvale nastavenej zápornejhodnoty —Vmax až po rovnakú kladnu hod-notu +Vmax, potom sa skokom změní na—-V,nax a celý dej sa opakuje. V priebehujednej periody sa teda preskúma celý zvo-lený energetický interval. S priebehom rých-losti je zosynchronizované prepínanie ka-nálov mnohokanálového čítača impulzov,pričom do každého kanála sa uloží počet-nost impulzov odpovedajúcich príslušnejrýchlosti. Na rýchlostnej osi sa takto počasjednej periody realizuje v diskrétnom tvarejedno elemeutárne Mossbauerovo spektrum.Postupným opakováním tohoto deja sa jed-notlivé elementárne spektrá v pamSti sumu-jú až kým sa nezíská spektrum s dostatoč-ne malou štatistickou chybou.

Na generovanie pohybu s uvedenými vlast-nosťami sa používá elektromechanické po-hybové zariadenie s konštantným zrýchle-ním. Ide o systém dvoch mechanicky spria-hnutých magnetoelektrických sústav s pria-močiarym pohybom, t. j. pohyblivá cievkavo vzduchovej medzere permanentného mag-netického obvodu, z ktorých jedna sústavatvoří akčný člen a druhá indukčný snímačrýchlosti. Signál zo snímača, ktorý dáváúdaj o okamžitej rýchlosti sa vedie do elek-tronického regulačného obvodu, ktorý po-mocou uzatvorenej slučky spátnej vazby vy-tvára spolu so systémom rýchlostný servo-mechanizmus.

Pri riešení určitej skupiny fyzikálnychproblémov je nevýhodné premeriavať celýenergetický interval a merať súčasne celéspektrum, ale postačí merať len při dvochkonštantných hodnotách rýchlosti, a to prirýchlosti odpovedajúcej pozadiu a pri rých-losti odpovedajúcej rezonancii. Súčasné sní-manie celého spektra je na závadu, pretože 4 úměrně s počtom kanálov narastá doba me-rania.

Ak má pohybové zariadenie s konštantnourýchlosťou správné plnit svoju funkciu v ce-lom požadovanom rozsahu rýchlosti, musíprenášať jednosmernú zložku, t. j. jeho am-plitudová frekvenčná charakteristika musíbyť konštantná od nulovej frekvencie až pourčitú hornú hraničnú frekvencím Rýchlost-ný servomechanizmus tuto podmienku ne-splňa. So zmenšováním rýchlosti klesá úro-veň signálu snímača, kvalita regulácie sazhoršuje a pri rýchlostiach blížiacich sa knule je systém neovládatelný, nemožno horiadiť.

Ak v operátorovom tvare zobrazíme sché-mu regulačného obvodu pohybového zaria-denia s konštantným zrýchlením ako rých-lostného servomechanizmu a označíme pře-nosová funkciu sústavy spolu so snímačomrýchlosti pA,p), prenosovú funkciu regulač-ného obvodu /jfp), vstupnú riadiacu veličinuW(P), výstupnú veličinu, t. j. rýchlosť v(p) aregulačnú odchýlku e(p), potom přenosováfunkcia rýchlosti V(p) takejto sústavy budevyjádřená vzťahom (1 j vcp>... ______pA(ll,_________ W(P, 1 + ρΑ,ρ, β ,p) (1) a přenosová funkcia regulačnej odchýlkyE(p, sústavy bude vyjádřená vzťahom E(p, — e W(p) ____1 1 + pA(p) β(Ρ) (2) teda pri nulovej rýchlosti a rýchlostiach blí-žiacich sa k nule, t. j. pri hodnotě operátorap0 je přenos rýchlosti V(0) = 0 a přenosregulačnej odchýlky E<o> = 1, čo znamená,že sústava je neovládateTná.

Uvedené nedostatky rieši pohybové zaria-denie s konštantnou rýchlosťou pre Mos-sbauerovu spektroskopiu pozostávajúce z po-hybového zariadenia s konštantným zrýchle-ním, ktoré je vytvořené puzdrom, permanent-ným magnetickým obvodom vo vzduchovejmedzere, ktorého sa v axiálnom smere po-hybuje akčná cievka, perraanentným mag-netickým obvodom vo vzduchovej medzere,ktorého sa v axiálnom smere pohybuje ciev-ka snímača rýchlosti, pričom obe cievky súmechanicky pevne spojené tiahlom na kon-ci ktorého je upevněný rádioaktívny žiariča celá pohyblivá časť systému je zavesenána dvoch pružných direktívnych membrá-nách, ktoré sú na svojom obvode upevněnék puzdru, pričom akčná cievka je připoje-ná k výstupu výkonového zosilňovača, kto-rého vstup je připojený k výstupu rýchlost-ného regulačného obvodu a vstup rýchlost-ného regulačného obvodu je připojený kcievke snímača rýchlosti, ktorej druhý ko-niec vinutia je uzemněný, ktorého podsta-tou je, že s pohyblivou častou systému je 256749 mechanicky pevne spojená pohyblivá ciev-ka snímača plochy sko aj pohyblivý kon-takt a s nepohyblivým puzdrom je mecha-nicky pevne spojená nepohyblivá cievkasnímača polohy ako aj dvojic,a. nastavitel-ných kontaktov, pričom výstup snímača po-lohy je připojený k vstupu amplitudovéhodetektora a jeho výstup je připojený k jed-nému vstupu operačného zosilňovača polo-hového regulačného obvodu, ktorého výstupje připojený k vstupu rýchlostného regulač-ného obvodu a druhý vstup operačného zo-silňovača polohového regulačného obvoduje spojený s výstupem integrátora, ktoréhovstup je spojený s výstupom přesného dvo-jitého voliča rýchlosti, ktorého oba vstupysú připojené k výstupom elektronického pre-pínača, jeden napáfový vstup elektronické-ho prepínača je připojený k přesnému, stabi-lizovanému zdrojů kladného napátia a druhýnapSťový vstup elektronického prepínača jepřipojený k přesnému stabilizovanému zdro-jů záporného napátia, pričom riadiaci vstupelektronického prepínača je připojený k vý-stupu riadiaceho klopného obvodu a preklú-pacie vstupy riadiaceho klopného obvodu súspojené s nepohyblivými nastavitelnými kon-taktami a pohyblivý kontakt je připojený kzdrojů konštantného preklápacieho napátia. Výhodou zariadcnia podlá vynálezu je, ženie je potřebné premeriavať celé energetic-ké spektrum, ale stačí merať len pri dvochkonštantných hodnotách rýchlosti, čím sameranie značné urýchli. Ďalšou výhodou je,že údaj polohového snímača nie je závislýod rýchlosti, kvalita regulácie polohovéhoservomechanizmu sa so změnou nastavenejrýchlosti nemení a nezhoršuje sa ani prirýchlostiach blížiacich sa k nule.

Na přiložených výkresoch je znázorněnáschéma mechanickej konštrukcie, blokováschéma zapojenia zariadenia podlá vynále-zu a časové závislosti priebehu polohy, rých-losti a zrýchlenia pri pohybe s konštantnourýchlosťou.

Na obr. 1 sú uvedené časové závislostipriebehu polohy s(1), rýchlosti v,,, a zrýchle-nia a(1) pri pohybe s konštantným zrýchle-ním. Na obr. 2 sú uvedené časové závislostipriebehu polohy s, ,, rýchlosti v(!) a zrýchle-nia a(l) pri pohybe s konštantnou rýchlosťou.Na obr. 3 je v operátorovom tvare znázor-něná schéma regulačného obvodu pohybo-vého zariadenia s konštantným zrychlenímako rýchlostného servomechanizmu. Na obr. 4 je v operátorovom tvare znázorněná sché-ma regulačného obvodu pohybového zaria-denia s konštantnou rýchlosťou, ktoré jepredmetom vynálezu. Na obr. 5 je v řezeuvedená schéma mechanickej konštrukciepohybového zariadenia s konštantnou rých-los+ou. Na obr. 6 je znázorněná blokováschéma zapojenia pohybového zariadenia skonštantnou rýchlosťou spolu s obvodmi pregenerovanie riadiacej vstupnej veličiny aprepínanie směru pohybu.

Jedno možné konkrétné vyhotovenie vy- nálezu je znázorněné schémou mechanickejkonštrukcie na obr. 5 a blokovou schémouzapojenia na obr. 6. Odpovedá mu schémaregulačného obvodu podlá obr. 4 a časovépriebehy podlá obr. 2. Kladná aj zápornáhodnota rýchlosti je nezávisle nastavitelná.V lávej časti obr. 2 je znázorněná realizá-cia Mossbauerovho spektra v dvoch bodoch:v rezonancii pri +V a mimo rezonancie pri—V. V mosadznom puzdre 1 sú umiestnené dvapermanentně magnetické obvody 2, 3, ktorésú s puzdrom 1 pevne spojené plexisklový-mi přítlačnými krúžkami 4. Na přítlačnýchkrúžkoch 4 sú súčasne upevněné elektrickékontakty pre pripojenie pohyblivých cievok10, 11.

Vo vzduchovej medzere permanentnéhomagnetu 2 sa v axiálnom smere pohybujeakčná cievka 10, vo vzduchovej medzerepermanentného magnetického obvodu 3 sapohybuje cievka snímača rýchlosti 11. Obecievky sú mechanicky spriahnuté tiahlom 9.Na 1'avom konci tiahla 9 je upevněný rádio-aktívny žiarič 6, ktorého· pohyb představujevýstup zariadenia. Pod žíaričom je olovenámaska 7. Tiahlo 9 s cievkami 10, 11 a žiari-čom 6 tvoria pohyblivý systém, ktorý je po-mocou pružných direktívnvch membrán 8upevněný na centrovacích prstencoch 5.

Akčná cievka 10 sa napája z výkonovéhozosilňovača 29, ktorý je riadený rýchlost-uym regulačným obvodom 30. Invertujúcivstup operačného zosilňovača rýchlostnéhoregulačného obvodu 30 je připojený k ciev-ke snímača 11 rýchlosti, ktorej druhý vý-vod je uzemněný.

Takto popísaný systém tvoří spolu rýcb-lostný servomechanizmus, ktorý je známyako pohybové zariadenie s konštantnýmzrýchlením.

Na právej straně je k pohyblivej časti sy-stému upevněná plexisklová kostřička 12,na ktorej je navinutá pohyblivá cievka 14snímača polohy. Na konci plexisklovej kost-řičky 12 je upevněný pohyblivý kontakt 21. K nepohyblivej časti zariadenia, t. j. kpuzdru 1 je pomocou nosných stlpikov 13so závitom upevněná nosná doska 23. Jejpoloha sa dá jemne nastavovat v axiálnomsmere pomocou matic 22 na nosných stípi-koch 13. K nastavenej polohe sa nosná dos-ka 23 vycentruje a zafixuje priečnymi skrut-kami 24.

Na nosnej doske 23 je upevněná kostřička 15, na ktorej je navinutá nepohyblivá ciev-ka 16 snímača polohy. Vedla nepohyblivejcievky 16 je navinutá pomocná snímacia ciev-ka 17, ktorej účelom je stabilizácia ampli-túdy budiaceho signálu. Vinutia cievok 14, 16, 17 tvoria spolu snímač 27 polohy, ktorýsa napája z budiaceho generátora 25. Oko-lo kostřičky 15 s cievkami 16, 17 je umiest-nený hliníkový tieniaci prstenec 18, ktorýtieni vyžarovanie vysokofrekvenčnej energiedo okolia. 256749 7

Na nosné] doské 23 sú upevněné dva pev-né nastavitelné kontakty 19, 20, ktoré spolus pohyblivým kontaktům 21 fungujú ako o-krajové přepínače. Pomocou nich sa preklápa riadiaci klopný obvod 26, ktorý pomocouelektronického prepínača 34 striedavo pri-pája dva přesné stabilizované zdroje 35, 36napatia k přesnému dvojitému voličů 33rýchlosti.

Vysokofrekvenčný signál zo snímača 27polohy sa v amplitúdovom detektore 28 spra-cuje na elektrický údaj o okamžitej polohepohyblivé] časti zariadenia. Tento signál savedie na invertujúci vstup operačného zo-silňovača polohového regulačného obvodu31. Výstup polohového regulačného obvodu31 je připojený na vstup rýchlostuého re-gulačného obvodu 30. Tým sa uzatvára sluč-ka nadradenej spatnej vazby a zo zariade-nia sa stává polohový servomechanizmus.

Vstup polohového servomechanizmu, t. j.neinvertujúci vstup operačného zosilňovačapolohového regulačného obvodu 31 je při-pojený k výstupu integrátora 32, pomocouktorého sa konštantné napatie na jeho vstu-pe prevedie na konštantné sa meniace na-patie na výstupe. Vstup integrátora 32 jepřipojený k výstupu přesného dvojitého vo-liče 33 rýchlosti.

Funkcia zariadenia je nasledovná: Gene-rátor 25 napája nepohyblivá cievku 16 sní-mača 27 polohy vysokofrekvenčným budia-cim prúdom. Pomocná snímacia děvku 17slúži na stabilizáciu amplitudy budiacehoprúdu. Pohyblivá cievka 14 je dvojitá a sy-metricky navinutá, takže snímač 27 polohyje převedený ako bezdotykový diíerenciálnytransformátor. V závislosti od momentálneho stavu ria-diaceho klopného obvodu 26 je k přesnémudvojitému voličů 33 rýchlosti pomocou e-lektronického prepínača 34 připojený přes-ný stabilizovaný zdroj 35 kladného napatia 8 alebo přesný stabilizovaný zdroj 38 zápor-ného napatia. Na oboch častiach přesnéhovoliča 33 rýchlosti je předvolená požadova-ná hodnota kladnej a zápornej rýchlosti po-hybu, výstup z voliča je konstantně napatie,ktoré sa v integrátore 32 prevedie na kon-stantně narastajúce napatie, pričom rých-losf narastania napatia na výstupe je úměr-ná hodnotě napatia na vstupe integrátora32. Výstupným napatím integrátora 32 sariadi vstup polohového regulačného obvo-du 31, takže poloha pohyhlivej časti zaria-denia je presne úměrná konstantně sa me-niacemu napatiu na výstupe integrátora 32.Tým dochádza k zmene polohy rádicaktív-neho žiariča 6, ktorý sa pohybuje nastave-nou konštantnou rýchlosťou. Keď pohybliváčasť zariadenia dosiahne niektorú krajnúpolohu předvolenu nastavitelnými okrajo-vými kontaktami 19 alebo 20, překlopí sariadiaci klopný obvod 26 a pomocou elek-tronického prepínača 34 sa k druhej polo-vici přesného voliča 33 rýchlosti připojízdroj opačnej polarity, tým sa pohybový sy-stém začne pohybovat opačným smerorapředvolenou rýchlos'ou.

Ak v operátorovom tvare zobrazíme sché-mu regulačného obvodu pohybového zaria-denia s konštantnou rýchlosťou ako poloho-vého servomechanizmu a označíme preno-sovú funkcíu sústavy A(p,, přenosová funk-ciu rýchlostného regulačného obvodu /3i<P>,přenosová funkcíu polohového regulačnéhoobvodu /ϊ2(ρ), přenosová funkcíu snímačarýchlosti p, přenosová funkciu integrátora1/p, riadiacu veličinu rýchlosti na vstupeintegrátora v(p), riadiacu veličinu polohy navstupe polohového servomechanizmu w(Pi,regulačnú odchýlku polohy ei(p), regulačnúodchýlku rýchlosti e2(P|, polohu x(p) a rých-losť ako výstupná veličinu v(p), potom pře-nosová funkcia polohy X(p) takejto sústavybude vyjádřená vzťahom (3) X _ X(p) __ _ _________ ______A(p)____ _________ <P) w(p) 1 + pA(P) ^i(p) + Á(P) (S2(p) a přenosová funkcia regulačnej odchýlkypolohy Ex(p, bude vyjádřená vzťahom (4) jP __ ..... θΐ(ρ) __ __ -ť P^(p) βί (p) (P> w(p) 1 + PA(P) βκρ) + A(P) ^2(pi Přenosová funkcia rýchlosti V(p) pri ria-dení veličinou u(p) na vstupe integrátora bu-de vyjádřená vzťahom (5) V,p, - P . —p— . X(p, (5) a přenosová funkcia regulačnej odchýlkyrýchlosti E,.,(P) pri riadení veličinou u(p) navstupe integrátora bude vyjádřená vzťahom(6) 1

Ev,p, = P · ' p ~ · Ex(p) (6 j teda přenosová funkcia podťa vztahu (5) jetotožná s přenosovou funkciou podťa vzta-hu (3) a přenosová funkcia podl'a vztahu(6) je totožná s přenosovou funkciou podťavztahu (4). Pri hodnotě operátora p-> 0 jepotom přenos rýchlosti V(0) nenulový a pře-nos regulačnej odchýlky rýchlosti Ev(0) salílíži k nule. To znamená, že sústava si aj

Claims (1)

1. 256749 10 pri nulovej rýchlosti, teda v ustálenom sta- ve zachovává vlastnosti servomechanizmu a dá sa riadiť vstupnou veličinou. Vybavením pohybového zariadenia s kon-štantným zrýchleníni přesným, lineárnym,bezdotykovým a časovo stabiiným snímačompolohy, vytvořením polohového servomecha-nizmu a riadením takéhoto servomechaniz-mu pomocou integrátora na jeho vstupevznikne pohybové zariadenie, ktoré umož-ňuje generovat pohyb Mossbauerovho rádio-aktívneho žiariča s konštantnou rýchlosťou.Tým sa umožní meranie Mossbauerovhospektra len v dvoch bodoch, v rezonancii amimo rezonancie, čo umožňuje vypustit zmerania všetky ostatně body rezonančnejčiary. To prináša podstatné, 100- až 500ná- sobné skrátenie doby merania a tým umož-ňuje efektívne skúmanie javov, ktorých vý-skům bol doteraz nemožný alebo mimoriad-ne obtiažný. Pohybové zariadenie s konštantnou rých-losťou je určené predovšetkým na konštruk-ciu Mossbauerovho spektrometre s konštant-nou rýchlosťou. Oblast použitia bude hlavněpri výskume rozptylových a polarizačnýchjavov nízkoenergetického gama žiarenia,ako například Rayleighov rozptyl a selek-tívna excitácia jádrových podhladín. Prevaž-nu váčšinu doteraz existujúcich pohybovýchzariadení s konštantným zrýchlením možnopřipravit na univerzálně zariadenia podlávynálezu. PR EDMET Pohybové zariadenie s konštantnou rých-losťou pre Mossbauerovu spektroskopiu, po-zostávajúce z pohybového zariadenia s kon-štantným zrychlením, ktoré je vytvořenépuzdrom, permanentným magnetickým ob-vodom vo vzduchovej medzere, ktorého sav axiálnom smere pohybuje akčná cievka,permanentným magnetickým obvodom vovzduchovej medzere, ktorého sa v axiálnomsmere pohybuje cievka snímača rýchlosti,pričom obe cievky sú mechanicky pevnespojené tiahlom, na konci ktorého ie upev-něný rádioaktívny žiarič a celá pohybliváčasť systému je zavesená na dvoch pružnýchdirektívnych membránách, ktoré sú na svo-jom obovode upevne vé k puzdru, pričomakčná cievka je připojená k výstupu výko-nového zosilňovača, ktorého vstup je při-pojený k výstupu rýchlostného regulačnéhoobvodu a vstup rýchlostného regulačnéhoobvodu je připojený k cievke snímača rých-Iceti, ktorej druhý koniec vinutia je uzem-něný, vyznač ujúce sa tým, že s pohyblivoučas:'ou systému je mechanicky pevne spo-jená pohyblivá cievka (14j snímača (27)polohy ako aj pohyblivý kontakt (21) a snepohyblivým puzdrom (1) je mechanickypevne spojená nepohyblivá cievka (16) sní- VYNALEZU mača (27) polohy, ako aj dvojica nastavitel-ných kontaktov (19] a (20), pričom výstupsnímača (27] polohy je připojený k vstupuamplitudového detektore (28) a jeho výstupjo připojený k jednomu vstupu operačnéhozosilňovača (31) polohového regulačnéhoobvodu, ktorého výstup je připojený k vstu-pu rýchlostného regulačného obvodu (30)a druhý vstup operačného zosilňovača po-lohového regulačného obvodu (31) je spo-jený s výstupom integrátora. (32),. ktoréhovstup je spojený s výstupom přesného dvo-jitého voličů (33) rýchlosti, ktorého obavstupy sú připojené k výstupom elektronic-kého prepínača (34), jeden napaťový vstupelektronického prepínača (34) je připojenýk přesnému stabilizovanému zdrojů (35)kladného napatia a druhý napaťový vstupelektronického prepínača (34) je připojenýk přesnému stabilizovanému zdrojů (36) zá-porného napatia, pričom riadiaci vstup elek-tronického prepínača (34) je připojený kvýstupu riadiaceho klopného obvodu (26)a preklápacie vstupy riadiaceho klopnéhoobvodu (26) sú spojené s nepohyblivými na-stavitelnými kontaktami (19) a (20) a po-hyblivý kontakt (21) je připojený k zdrojůkonštantného preklápacieho napatia. 4 listy výkresov