DE1648849B1 - Hochfrequenzimpulsspektrometer - Google Patents

Description

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quenz durch eine oder mehrere Frequenzvervielfa- F i g. 3 ein weiters Blockdiagramm einer etwas ge-

cher-Stufen aus der Basisfrequenz abgeleitet. änderten Ausführungsform eines Impulsspektrome-

Ferner ist es in manchen Fällen vorteilhaft, daß ters.

die Hochfrequenz-Quelle Basisoszillator eines Fre- Der quarzgesteuerte Basisoszillator (Quarz)

quenzsynthesizers— auch Frequenzdekade genannt 5 schwingt z.B. mit der Frequenz 1 MHz. Diese Fre-— ist und daß die hochfrequente Trägerfreqenz quenz wird dem Vervielfacher zugeleitet, der die Fredurch Frequenzsynthetisation in bekannter Weise aus quenz auf z. B. 30 MHz heraufsetzt. Der zweite Ausder Basisfrequenz abgeleitet wird. gang der Quarzuhr führt auf die Teileruhr oder den

Bei manchen Experimenten werden bestimmte Im- Untersetzer, der aus der Frequenz von 1 MHz Frepulsprogramme benötigt. Diese bestehen aus ver- io quenzen zwischen 500 KHz und ¹Z₁₀₀ Hz erzeugt, schiedenen Einzelimpulsen mit vorgegebenen Breiten (Fig. 1). Über die SchalterS können wahlweise Imin verschiedenem Abstand. pulse von 2,4, 6,8 bis 100 see Dauer entnommen

Mit der vorgeschlagenen Schaltung ist es nun werden, die daraufhin über eine Impulsformerstufe ebenfalls auf einfache Weise möglich, vorbestimmte einer Torschaltung zugeleitet werden. Diese Impulse Impulsfolgeprogramme zu erzeugen. (Vgl. hierzu 15 wirken als Aufschaltung der hochfrequenten Trägerauch Hans Strehlow, Berichte der Bunsen- frequenz, die dieser Stufe über einen zweiten Eingang Gesellschaft, Bd. 67, S. 255, 1963.) ebenfalls zugeleitet wird. Als Ergebnis verlassen

Hierzu werden aus der Basisfrequenz auch die hochfrequente Impulse von wahlweiser bestimmter Programmabstände abgeleitet. Nach einer bevorzug- Dauer und mit wahlweisen einstellbaren Abständen ten Ausführungsform geschieht dies dadurch, daß die 20 die Torschaltung und werden, was nicht weiter dar-Basisfrequenz in einer Kette binärer und/oder deka- gestellt ist, der Probe zugeführt. Dabei ist es wichtig, discher Teiler auf beliebige gewünschte Werte herab- daß sämtliche Impulse conphas schwingen,
gesetzt wird und daß alle Positionen der Meßim- In F i g. 2 ist dargestellt, wie aus der Dauerschwin-

pulse innerhalb der gewünschten Impulsprogramme gung der Quarzuhr in der Teileruhr durch einfache durch eine Auswahl aus diesem untereinander syn- 25 Untersetzung phasengleiche Impulse verschiedener chronen Frequenzreservoir bestimmt werden. Ferner zeitlicher Abstände gewonnen werden. Die als ist es möglich, daß die zur Formierung des Impuls- Striche dargestellten Impulse sind dabei jeweils Überprogramms ausgewählten Teilfrequenzen der Basis- einander gezeichnet. Sie entstehen dadurch, daß in frequenz logischen Selektrionsschaltungen zugeführt der jeweils folgenden Stufe in einer logischen Schalwerden, welche nur einem Teil der aus den geteilten 30 tung beispielsweise nur jeder zweite Impuls weiterge-Frequenzen abgeleiteten periodischen Trigger- oder geben wird.

Steuerimpulse den Durchgang zu den Taststufen des In Fig. 3 ist eine geringfügige, veränderte Ausfüh-

Hochfrequenzsenders und/oder zu Sperr- oder Öff- rungsform dargestellt. Dort werden die Schwingunnungsstufen des Hochfrequenzempfängers erlauben. gen der Quarzuhr von 1 MHz über den Vervielfacher Dabei wird eine der Teilfrequenzen der Basisfre- 35 nach Phasenschiebung der Austastung zugeleitet, der quenz als Impulsprogramm-Wiederholungsfrequenz über zwei andere Eingänge a, b über die Untersetzerausgewählt. Eine weitere, im Frequenzwert über der stufen und die Programmeinheit Impulse verschiede-Programm-Wiederholungsfrequenz liegende Fre- ner Dauer zugeführt werden. Diese Untersetzerstufen quenz kann für die Aufgabe ausgewählt werden, sind in der F i g. 1 als Teileruhr bezeichnet. Auf diese nach einer Schwingungsdauer das gesamte Impuls- 40 Weise ist es möglich, die verschiedenen Impulsspektrometer automatisch zu sperren, um sicherzu- folge-Programme für die jeweils gewünschten Expestellen, daß einerseits das Impulsspektrometer nicht rimente auszuwählen und zusammenzustellen. Am durch Addition übergroßer Impulsleistungen zerstört Kontrollausgang kann die Impulsform der Unterwerden kann und daß andererseits das gemessene setzerstufen noch jeweils kontrolliert werden.
Resonanzsystem nach jedem Impulsmeßprogramm 45 Nach Phasenschiebung und Austastung wird das vor Beginn jedes neuen Impulsmeßprogramms genü- ausgewählte Impulsfolgeprogramm über einen Leigend Zeit zur ^Relaxation erhält. stungsverstärker dem Porbenkopf zugeführt, der sich

Schließlich ist es möglich, daß ein Teil der ausge- im Magnetfeld des Magnetnetzgerätes befindet. Die wählten Steuerimpulse dazu benutzt wird, den Meß- von der Probe veränderte Impulsfolge gelangt anempfänger entweder zu bestimmten Zeitpunkten — 50 schließend über einen Empfangsverstärker und etwa während einer Impulseinstrahlung — zu sper- einen Integrator an den Schreiber, der die Impulsren oder den Meßempfänger nur zu bestimmten form aufschreibt. Über einen zweiten Ausgang des Zeitpunkten, während der eine interessierende Si- Empfangsverstärkers können die Impulse auch oszilgnalgröße auftritt, zu öffnen. lographiert werden. Dieser Oszillograph wird über

Ein Impulsprogramm besteht somit aus Hochfre- 55 die Austastimpulse der Untersetzerstufen getriggert.
quenzimpulsen, die eine Trägerfrequenz von bei- Es ist ersichtlich, daß die Teileruhr (vgl. Fig. 1)

spielsweise 60 oder 100 MHz besitzen. Diese Fre- ein ganzes Reservoir von untereinander vollständig quenz wird mit dem äußeren Magnetfeld so gewählt, kohärenten Anzeigemarken liefert. Durch diese Digidaß Kernresonanz eintritt. Der Impuls hat eine im talisierung ist ebenfalls die Automation des Impulsallgemeinen rechteckförmige Begrenzung. Seine 60 spektrometers nach der Erfindung erleichtert. Es Länge ist meist in der Größenordnung von 1 bis 10 muß dem Spektrometer nur ein Programm vorgege-Mikrosekunden. ben werden, das, eventuell zu wiederholten Malen

Das Wesen der Erfindung sei nunmehr an Hand und auch bei abgeändertem Impulsfolge-Programm, eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt die Experimente durchführt. Die jeweils wiederhol-

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge- 65 ten Meßergebnisse können dabei zur= Verringerung mäßen Impulsspektrometers, des Störpegels übereinandergeschrieben werden oder

F i g. 2 übereinandergezeichnet einige Impulse am elektronisch ausgemittelt werden.
Ausgang der Teileruhr dieses Spektrometers und Es ist ferner ersichtlich, daß mit dem erfindungs-

gemäßen Impulsspektrometer die Impulsabstände mit Querzgenauigkeit gemacht werden können, ohne daß die Kohärenz darunter leidet.

Die sogenannte Carr-Purcell-Impulsfolge besteht aus einem ersten Impuls der Dauer t, dem eine Reihe von weiteren Impulsen der Dauer 21 folgen. Die Abstände zwischen diesen Impulsen betragen zwischen t und 2t A und zwischen den weiteren Impulsen der Länge 2 t IA. Dieses Impulsfolge-Programm ist für eine Reihe von Experimenten von Vorteil.

Zur Erzeugung dieser Folge kann man nun aus der Teileruhr Rechteckimpulse konstanter Dauer entnehmen, die dann in einer Schaltung differenziert werden. Diese differenzierte Impulsfolge wird darauf einer logischen Schaltung zugeführt, in der der erste positive Impuls ein offenes Tor findet, das er nach seinem Durchgang schließt, während die negativen Impulse alle durchgehen. Auf diese Weise ist das vorbeschriebene Impulsfolge-Programm automatisch erfüllt, wenn man den ersten positiven Triggerimpuls nach erfolgter Impulsformung auf die Breite A zur Erzeugung des ersten Impulses und die nachfolgenden negativen Impulse nach Impulsformung auf die Länge 2 A zur Erzeugung der voranstehend genannten weiteren Impulse bringt.

Auch andere Impulsprogramme, beispielsweise Triplett-Folgen, die z.B. aus einem Anfangsimpuls und einer Folge von Tripletts (bestehend z.B. aus zwei gleichlangen Impulsen und einem in der Mitte stehenden längeren Impuls) gebildet werden können, können leicht aus dem erfindungsgemäßen Reservoir

ίο kohärenter Impulse durch logische Auswahlschaltungen erzeugt werden.

Aus dem Basisoszillator werden nicht nur Steuerimpulse zur Erzeugung der gewünschten Meßimpulsprogramme abgeleitet, sondern auch weitere Steuerimpulse, um den Empfänger z.B. nur dann zu öffnen, wenn im Meßprogramm eine interessierende Information zu erwarten ist. Dies bedeutet, daß man einerseits eine Empfindlichkeitssteigerung durch Bandbreiteneinengung oder Mittelwertbildung (bei schlech-

ao tem Signal-Rauschverhältnis) erreichen kann oder andererseits ebenfalls durch Mittelwertbildung eine Präzisierung der Meßinformation erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 2 11. Impulsspektrometer nach Anspruch 7 oder Patentansprüche: einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines bestimmten Impuls-

1. Hochfrequenzimpulsspektrometer, insbeson- folge-Programms (Carr-Purcell, Triplettdere zur Messung gyromagnetischer Resonanzer- 5 Folge) differenzierte Rechteckimpulse Verwenscheinungen, mit einer Phasenkontrolle der dung finden, die einer logischen Torschaltung zuHochfrequenz in bezug auf die Impulse, da- geführt werden,
durch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz einerseits und die Impulsabstände an-

dererseits von einer gemeinsamen Quelle hoch- io
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frequenter Schwingungen durch an sich bekannte £)i_e Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzim-

Mittel zur Frequenzvervielfachung und/oder Fre- pulsspektrometer, insbesondere zur Messung gyro-

quenzuntersetzung ableitbar sind. magnetischer Resonanzerscheinungen, mit einer Pha-

2. Impulsspektrometer nach Anspruch 1, da- senkontrolle der Hochfrequenz in bezug auf die Imdurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz- 15 pulse.

Quelle ein quarzgesteuerter Basisoszillator ist. Bei einem Hochfrequenzimpulsspektrometer fin-

3. Impulsspektrometer nach Anspruch 1, da- den zur Anregung gyromagnetischer Resonanzen, durch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz- beispielsweise von Kernspinresonanzen, Hochfre-Quelle ein kontinuierlich oder in Schritten durch- quenzimpulse Verwendung, die durch Tasten eines stimmbarer Oszillator ist. 20 Hochfrequenzsignals erzeugt werden. Die Anregung

4. Impulsspektrometer nach Anspruch 1 und 2, der gyromagnetischen Resonanzen ist von der Pha- oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die senlage der Hochfrequenzschwingung zu Beginn des hochfrequente Trägerfrequenz durch eine oder Hochfrequenzimpulses abhängig: Daher ist anzustremehrere Frequenzvervielfacher-Stufen aus der ben, daß für eine von Impuls zu Impuls gleichartige Basisfrequenz abgeleitet wird. 25 Anregung die Hochfrequenzschwingung in bezug auf

5. Impulsspektrometer nach Anspruch 1 und 2, den Impulsanfang immer wieder die gleiche Phasendadurch gekennzeichnet, daß die Hochfre- lage hat oder sich um feste gewünschte Phasendiffequenz-Quelle Basisoszillator eines Frequenzsyn- renzen," beispielsweise 90 oder 180°, unterscheidet, thesizers ist und daß die hochfrequente Träger- Eine gleichbleibende Phasenlage der HF-Schwingung frequenz durch Frequenzsynthetisation in an sich 30 und damit eine gleichbleibende Phasenlage der angebekannter Weise aus der Basisfrequenz abgeleitet regten Schwingungen ist auch für eine phasenempwird. findliche Gleichrichtung der Resonanzsignale von

6. Impulsspektrometer nach Anspruch 1 und 2, Bedeutung. Die Erzeugung von Hochfrequenzimpul- oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sen mit gleicher oder sich um feste gewünschte Be-Basisfrequenz in einer Kette binärer und/oder de- 35 träge unterscheidender Phasenlage der HF-Schwinkadischer Teiler auf beliebige gewünschte Werte gung wurden bisher mit speziell zu diesem Zweck herabgesetzt wird und daß alle Positionen der ausgebildeten Taktgeneratoren erzeugt. Die Anwen-Meßimpulse innerhalb der gewünschten Impuls- dung solcher Taktgeneratoren führt zu einem komprogramme durch eine Auswahl aus diesem un- plizierten Aufbau und zu einer erheblichen Kostentereinander synchronen Frequenzreservoir be- 40 steigerung für solche Höchfrequenzimpulsspektromestimmt werden. ter.

7. Impulsspektrometer nach Anspruch 6, da- Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zudurch gekennzeichnet, daß die zur Formierung gründe, bei einem Hochfrequenzimpulsspektrometer des Impulsprogramms ausgewählten Teilfrequen- der eingangs beschriebenen Art für eine sehr einzen der Basisfrequenz logischen Selektionsschal- 45 fache Phasenkoritrolle der Hochfrequenz in bezug tungen zugeführt werden, welche nur einem Teil auf die Impulse zu sorgen.

der aus den geteilten Frequenzen abgeleiteten pe- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch

riodischen Trigger- oder Steuerimpulse den gelöst, daß die Hochfrequenz einerseits und die Im-

Durchgang zu den Taststufen des Hochfrequenz- pulsabstände andererseits von - einer gemeinsamen

senders und/oder zu Sperr- oder Offnungsstufen 50 Quelle hochfrequenter Schwingungen durch an sich

des Hochfrequenzempfängers erlauben. bekannte Mittel zur Frequenzvervielfachung und/

8. Impulsspektrometer nach Anspruch 6, da- oder Frequenzuntersetzung ableitbar sind.

durch gekennzeichnet, daß eine der Teilfrequen- Nach dem erfindungsgemäßenHfloehfrequenzim-

zen der Basisfrequenz als Impulsprogramm- pulsspektrometer werden also keine speziellen Im-

Wiederholungsfrequenz ausgewählt wird. 55 pulsgeneratoren zur Synchronisierung der Taktfre-

9. Impulsspektrometer nach Anspruch 6 und 8, quenz der Hochfrequenzimpulse und der Hochfredadurch gekennzeichnet, daß eine weitere im quenz benötigt, sondern es werden in einfacher Frequenzwert über der Programm-Wiederho- Weise beide Frequenzen von einer gemeinsamen lungsfrequenz liegende Frequenz nach einer Quelle hochfrequenter Schwingungen abgeleitet, so Schwingungsdauer das gesamte Impulsspektro- 6σ daß auch bei allen Frequenzänderungen der gemeter automatisch sperrt. wünschte Phäsenkohärent stets gewährleistet bleibt.

10. Impulsspektrometer nach Anspruch 6 Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der dung ist die Hochfrequenz-Quelle ein quarzgesteuerausgewählten Steuerimpulse dazu benutzt wird, ter Basis-Oszillator. Statt dessen könnte die Hochfreden Meßempfänger entweder zu bestimmten Zeit- 65 quenz-Quelle aber auch ein kontinuierlich oder in punkten zu sperren, oder den Meßempfänger nur Schritten durchstimmbarer Oszillator sein.

zu bestimmten Zeitpunkten, während der eine in- Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform

teressierende Signalgröße auftritt, zu öffnen. der Erfindung wird die hochfrequente Trägerfre-