DE2104325A1 - Tonfrequenzmodulator mit veranderli eher Frequenz fur ein Hochfrequenzspektro meter - Google Patents

Description

Ausgangspunkt der Erfindung;

Bisher wurden gyromagnetische Resonanzspektrometer gebaut, die eine Frequenzabtastung der Resonanzlinien verwenden, bei denen die abtastende Frequenz von einem Normalfrequenzgenerator mit Frequenzsynthese erhalten wird. Ein derartiges Spektrometer wird in einem Artikel mit dem Titel "Frequency Swept and Proton Stabilized NMR Spectrometer for AU Nuclei Using a Frequency Synthesizer" von Baker und Burd beschrieben, der in der Zeitschrift "Review of Scientific Instruments", Volume 34, Nr. 3, März 1963, Seiten 238-242, erschienen ist. Die Schwierigkeit bei der Verwendung eines derartigen Normalfrequenzgenerators mit Frequenzsynthese besteht darin, daß ein derartiger Generator verhältnismäßig teuer ist, da hierbei eine Bezugsfrequenz mit bestimmten vorbestimmten Werten multipliziert und durch bestimmte vorbestimmte Werte dividiert werden muß, um die gewünschte Ausgangsfrequenz zu erhalten.

Bei einem anderen bekannten Spektrometer wird die Abtasthochfrequenz zur Erregung einer Resonanz der zu untersuchenden Probe von einem Hochfrequenzgenerator derart abgeleitet, daß die Bezugshochfrequenz in einem Frequenzteiler, wie etwa einem Zähler, geteilt wird, um ein Quotientensignal zu erhalten, das mit einem zweiten Quotientensignal verglichen wird, das von einem Folgehochfrequenzgenerator erzeugt wird, um ein Fehlersignal abzuleiten, um hierdurch zu erreichen, daß der zweite Hochfrequenzgenerator dem ersten Hochfrequenzgenerator um eine vorbestimmte versetzte Frequenz folgt. Auf diese Weise könnte das Spektrometer auf eine erste Resonanzlinie eingestellt werden, und die versetzte Folgefrequenz wird dazu verwandt, die Resonanz einer zweiten Resonanzlinie zu beobachten. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die versetzte Frequenz über die Resonanzlinie abzutasten. Ein der-

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artiges Spektrometer wird in der US-Patentanmeldung 679 373, eingereicht am 27.10.1967 auf den Namen der Anmelderin, beschrieben. Obgleich das letztere Spektrometersystem besonders für heteronukleare Resonanzuntersuchungen geeignet ist, ist es nicht besonders für homonukleare Untersuchungen geeignet, bei denen ein Frequenzabtastspektrometer erwünscht ist, bei dem ein Seitenband in sehr genau gesteuerten kleinen Frequenzschritten bzw, Frequenzzunahmen durch zu untersuchende Resonanzlinien gefahren wird.

Zusammenfassung der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezweckt hauptsächlich, ein verbessertes Hochfrequenzspektrometer anzugeben.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Hochfrequenzspektrometer ein Tonfrequenzfeldmodulator mit veränderlicher Frequenz vorgesehen, der in Bezug auf seinen Tonfrequenzausgang genau gesteuert wird und bei dem ein Computer verwandt wird, um einen Divisor zu berechnen, der in einen Zähler eingegeben wird, um ein stabiles Hochfrequenzdividendensignal abzuzählen, um einen Tonfrequenzquotientenausgang zu erhalten, der den Tonfrequenzausgang des Feldmodulators bestimmt, so daß eine äußerst genaue Tonmodulationsfrequenz erhalten wird, wobei diese Frequenz entsprechend einem Programm, das dem Computer zugeführt wird, in vorbestimmten diskreten Stufen weiterschaltbar ist.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform wird ein Register zwischen den Computer und den Zähler geschaltet, so daß die Divisoren aufeinanderfolgend in dem Register gespeichert und aufeinanderfolgend an den Zähler weitergeleitet werden, wenn jeweils der Zählzyklus des Zählers beendet ist.

Weiterhin wird zweclcmäßigerweise ein Rechteckwellengenerator

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vorgesehen, der durch den Tonfrequenzquotienten-Ausgang des Zählers getriggert wird, so daß der Ausgang des Rechteckwellengenerators eine Frequenz aufweist, die durch den Quotienten-Ausgang des Zählers bestimmt wird, und dieser Rechteckwellenausgang wird in einem Tiefpaßfilter gefiltert, um Harmonische zu entfernen, so daß ein sinusförmiger Tonfrequenzausgang für den Feldmodulator erhalten wird.

Weiterhin wird vorzugsweise eine Anordnung derart getroffen, daß der Computer eine Folge von zwei Divisoren berechnet, die abwechselnd auf den Zähler gegeben werden, um zwei Folgen von zeitlich versetzten Quotienten-Ausgängen zu erzeugen, die zwei zeitversetzte Tonsignale derselben Frequenz bestimmen, wobei eine Wählvorrichtung vorgesehen ist, um eine Folge von Quotienten-Ausgängen von der anderen Folge zu trennen, um zwei getrennte zeitlich versetzte oder phasenversetzte Tonsignale derselben Frequenz zu erzeugen, so daß der Computer die Phase des einen Toneignals in Bezug auf das andere Tonsignal in einer genau vorbestimmten Weise verschieben kann.

Weiterhin wird vorzugsweise ein System vorgesehen, bei dem das erste Dividenden-Hochfrequenzbezugssignal aus einem Seitenband eines zweiten Dividenden-Hochfrequenzbezugssignals besteht, wobei dieses Seitenband in kleinen diskreten vorbestimmten Frequenzstufen durch den Computer dadurch weiterschaltbar ist, daß der zweite Dividend durch einen bestimmten Divisor geteilt wird, der durch den Computer bestimmt wird, um einen zweiten Tonfreciuenzquotlenten ab'uleiten, der in einem Mischer mit einer Probe bzw. einem Wert für den zweiten Dividenden gemischt wird, um das Hochfrequenzseitenband zu erzeugen, das als erstes Hochfrequenz-

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dividendensignal dient.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines gyromagnetischen Resonanzspektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung,

fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer anderen

Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausge- | bildeten gyromagnetischen Resonanzspektrometers,

Pig. 3 ein schematisches Blockschaltbild, das im einzelnen den Tonfrequenzgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wie er bei einem erfindungsgemäßen gyromagnetischen Resonanzspektrometer verwandt wird,

Pig. 4 eine Wellenformdarstellung, die den Quotienten^ausgang des Frequenzteilers der Pig. 3 wiedergibt,

Pig, 5 eine Wellenformdarsteilung, die den Ausgang des | Rechteekwellenumwandlers in Pig. 3 darstellt,

Pig. 6 ein schematischee Blockschaltbild des Reohteokwellenumwandlerteila der in Pig. 3 gezeigten Schaltung,

Pig. 7 ein schematischee Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der in Pig. 3 gezeigten Schaltung zur Erzeugung zweier Tonfrequenzausgänge, die eine veränderliche Phasenverschiebung aufweisen,

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Pig. 8 eine Wellenformdarsteilung, in der der Wellenformausgang des Frequenzteilers der in Pig. 7 gezeigten Schaltung dargestellt ist,

Fig. 9 eine Wellenformdarstellung, in der das Signal dargestellt ist, das einem der Sechteckwellenumwandler in der in Fig. 7 gezeigten Schaltung zugeführt wird,

Fig. 10 eine Wellenformdarstellung, in der die Wellenform dargestellt ist, die dem zweiten Rechteckwellenumwandler in Fig. 7 zugeführt wird,

Fig. 11 eine Wellenformdarstellung, in der der Wellenformausgang des ersten Rechteelcwellenumwandlers der Fig. 7 dargestellt ist,

Fig. 12 eine Wellenformdarstellung, in der der Rechteckwellenausgang des zweiten Rechteckwellenumwandlers in Fig. 7 dargestellt ist, und

Fig. 13 ein Schaltbild ähnlich den Schaltbildern der Fig. 3 und 7, intern eine andere Tonfrequenzgeneratorschöltung dargestellt ist, bei der der !Donfrequenz-Auegang in kleineren diskreten Frequehzstufen weiter^ ehalt bar ist,

Beschreibung vorzugsweiser Ausführungsformen;

In Fig. 1 ist ein gyromagnetisches Resonanzspektrometer 1 dargestellt, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Das Spektrometer 1 enthält eine Probenvorrichtung 2, in die eine Probe der zu untersuchenden gyromagnetischen Körper gegeben werden kann, und in der die Probe einem

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starken polarisierenden Gleichstrommagnetfeld H_Q ausgesetzt werden kann, das zwischen zwei Polschuhen eines starken Magneten 3 erzeugt wird. Ein Hochfrequenzsender 4 führt einer Hochfrequenzspule in der Probenvorrichtung Hochfrequenzenergie mit einer Frequenz f_Q zu, die in der Nähe der Resonanzfrequenz der gyromagnetischen Körper liegt, um in der Probe im rechten Winkel zu dem polarisierenden Magnetfeld Hq ein Hochfrequenzmagnetfeld H.. zu erzeugen. Ein Tonfrequenzfeldmodulator 5 mit veränderlicher Frequenz gibt an eine Feldmodulationsspule 6 einen Ausgang mit einer genau vorbestimmten Tonfrequenz, um das polarisierende Magnetfeld H_Q mit einer vorbestimmten Tonfrequenz zu modulieren. Dieser Vorgang kann auch so angesehen werden, als Würde dem pola.risierenden Magnetfeld ein Modulationsfeld H_m mit der Tonfrequenz überlagert. Die Frequenz der Tonfrequenzmodulation ist so eingestellt, daß die Frequenz der Hochfrequenzenergie zuzüglich oder abzüglich der Feldmodulationsfreauenz gleich der Resonanzfrequenz der zu untersuchenden Probe ist« Wenn diese Bedingungen vorliegen, wird ein Hochfrequenzseitenband in der Probe bei der Resonanzfrequenz der Probe erzeugt, um die Probe in Resonanz anzuregen.

Im Resonanzzustand strahlt die Probe Hochfrequenzenergie bei ihrer Resonanzfrequenz ab, die von einer Hochfrequenzdetektorspule in der Probenuntersuchungsvorrichtung 2 auf- f gefangen und einem Hochfrequenzempfänger 7 zugeführt wird. Der Empfänger verstärkt das Hochfrequenzsignal und leitet es einem phasenempfindlichen Detektor 8 zu, in dem es mit einer Probe des Senderhochfrequenzsignals verglichen wird, um einen Tonfrequenzausgang zu erhalten, der einem Tonfrequenzverstärker 9 zugeführt und sodann auf einen Eingang einesJEonfrequenzphasendetektors 11 gegeben wird. In dem

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Phasendetektor 11 wird das Tonfrequenzresonanzsignal mit einer Probe der Tonfrequenz der Feldmodulation verglichen, um ein Gleichstromresonanzsignal zu erzeugen, das einer Aufzeichnungsvorrichtung 12 zugeführt wird, so daß das Signal als Punktion der Zeit oder der Abtastfrequenz des mit veränderlicher Frequenz arbeitenden Modulators 5 aufgezeichnet wird.

Die Frequenzabtastung wird durch einen digitalen Computer 13 erhalten, der entsprechend einem Abtastprogramm 14- so programmiert ist, daß er die Frequenz der Tonfrequenzmodulation über ein vorbestimmtes Frequenzspektrum der zu untersuchenden Probe abtastet. Ein Fernschreiber 15 wird dazu verwandt, den digitalen Computer 13 darüber zu informieren, bei welcher Frequenz seine Abtastung beginnen und bei welcher Frequenz die Abtastung beendet werden soll. Der digitale Computer gibt gleichfalls mit Hilfe eines Ausgangs eine Anzeige an den Fernschreiber 15, welche Frequenzen durch den Tonfrequenzfeldmodulator mit veränderlicher Frequenz abgetastet werden. Um ein sehr genaues Spektrum einer zu untersuchenden Probe zu erhalten, schaltet der Computer 13 den Tonfrequenzfeldmodulator mit veränderlicher Frequenz in sehr kleinen diskreten konstanten Frequenzschritten weiter, wie etwa zum Beispiel in Schritten von 2,5 mHz. Die Einzelheiten des Modulators 5 mit veränderlicher Frequenz werden im einzelnen weiter unten anhand der Fig. 3-13 beschrieben.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform eines gyromagnetischen Resonanzspektrometers 16 dargestellt. Das Spektrometer 16 ist im wesentlichen ebenso ausgebildet, wie das in Figo 1 gezeigte Spektrometer mit der Ausnahme, daß das

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Seitenband zur Erregung der Resonanz des zu untersuchenden Probenmaterials nicht durch Modulation des polarisierenden Magnetfeldes H sondern durch Überlagerung des von dem Modulator 5 abgeleiteten Tonfrequenzfeldmodulationssignals in einem Mischer 17 mit dem Sendersignal f_Q erhalten wird, um ein Hochfrequenzseitenband bei der Resonanzfrequenz der Probe zu erzeugen, wobei dieses Seitenband der Hochfrequenzsendespule in der Probenuntersuchungsvorrichtung. 2 zugeleitet wird, um in der Probe eine Resonanz anzuregen.

In den Fig. 3-5 ist ein Tonfrequenzfeldmodulator 5 mit ver- j änderlicher Frequenz dargestellt, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Im einzelnen wird durch einen Hochfrequenzkristalloszillator 21 ein äußerst stabiles Hochfrequenz-Dividendenausgangssignal mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz, wie etwa 25 Megahertz, auf den Eingang eines Frequenzteilers 22 gegeben, der die Dividendenfrequenz durch eine vorbestimmte Divisorzahl N teilt, um ein vorbestimmtes, gewünschtes subharmonisches Tonfrequenzquotientenausgangssignal f₂ zu erhalten, das durch die Wellenform der Fig. 4 angedeutet ist. Der Frequenzteiler 22 enthält einen herkömmlichen Welligkeitszähler, der durch die erforderliche Zahl von Flip-Flops und zugehörigen Torschaltungen gebildet wird. Einen geeigneten, im Handel erhältlichen integrierten Schalt- f kreis mit 4 Flip-Flops und jeweils 4 Toren stellt die Vorrichtung Signetics N8281A dar. Die Periode der Tonfrequenzausgangswellenform beträgt »3— worin f_o der Tonfrequenzausgang des Frequenzteilers 22 und der gewünschte Tonfrequenzausgang für den Feldmodulator 5 ist. Die Tonfrequenz f steht mit der Kristalloszillatorfrequenz f₁ und dem Divisor N durch die folgende Gleichung in Beziehung:

- 8 Gl.(1)

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Die gewünschte Ausgangstonfrequenz f„ wird über einen Fernschreiber 15 in den digitalen Computer 13 eingespeist, und der digitale Computer kann ein vorbestimmtes Abtastprogramm enthalten. Der digitale Computer löst die obige Gleichung (1) für den Divisor N und gibt den Divisor auf ein Register 23 mit 16 Stellen. Wenn der Zähler 22 das Ende seines Zählzyklus erreicht, führt ein nicht gezeigter monostabiler Multivibrator den Divisor N von dem Register 23 in den Zähler ein, und der Zählzyklus läuft von neuem ab. Der Grund für den Ausdruck (-8) in der Gleichung (1) besteht darin, daß es eine endliche Zeit dauert, um die Divisorzahl N aus dem Register 23 in den Zähler 22 einzuspeisen. Z.B. beträgt diese endliche Zeit 320 NanoSekunden, Bei einer Kristalloszillatordividendenfrequenz f^ von 25 MHz beträgt die Periode des Hoohfrequenzsignals 40 Nanosekunden, weshalb acht Zählungen während der Zeit falsch gezählt werden, während der der Divisor N aus dem Register 23 in den Zähler 22 übertragen wird. Somit muß der richtige Divisor, der in dem Frequenzzähler 22 eingestellt werden soll, um die ipahl der Fehlzählungen verringert werden, wenn die gewünschte Tonfrequenz fp an dem Ausgang des Frequenzteilers 22 erhalten werden soll. Bei anderen Frequenzteilern 22, die andere Übertragungszeiten aufweisen, ändert sich die Zahl, um die der wirkliche Divisor verringert werden muß, entsprechend der Übertragungszeit. Der Tonfrequenzquotientenausgang fp des Frequenzteilers 22 wird auf einen Rechteckwellenumwandler 24 gegeben, der im einzelnen in Fig. 6 dargestellt ist.

In Fig. 6 umfaßt der Rechteckwellenumwandler 24 einen monostabilen Multivibrator 25, wie etwa einen monostabilen Fairchild 9601, der durch den Ausgangsschaltimpuls von dem Frequenzteiler 22 getriggert wird. Die "Ein"-Zeit des monostabilen Multivibrators 25 wird so gesteuert, daß sie gleich der Hälfte der Periode ·»— zwischen den Ausgangsim-

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pulsen von dem Frequenzteiler 22 ist, um eine Rechteckwellenform zu erzeugen, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der Rechteckwellenausgang des monostabilen Multivibrators einer RC Integrierschaltung 26 zugeführt wird. Der Ausgang der Integrierschaltung 26 ist immer ein fester Wert, wenn die "Ein"-Zeit gleich der Hälfte der Periode ist, und dieser Ausgang wird mit einer Bezugsspannung verglichen, die durch einen Spannungsteiler 27 erzeugt wird. Der Spannungsteiler 27 enthält eine Reihenschaltung aus einem veränderlichen Widerstand 28 und einem festen Widerstand 29, die zwischen die positive Klemme einer Spannungsquelle und Erde geschaltet sind.

Das Fehlersignal, das durch den Vergleich des Ausganges der Integrierschaltung und des Ausgangs des Spannungsteilers erhalten wird, wird in einem Verstärker 31 verstärkt und auf die Steuerelektrode einer Stromquelle 32 gegeben, um die Impulsbreite des monostabilen Multivibrators 25 zu steuern. Der Eingang zu dem Multivibrator weist einen Kondensator auf, der durch Strom von der Stromquelle 32 aufgeladen wird, um die "Ein"-Zeit des monostabilen Multivibrators 25 zu steuern.

Kehrt man wieder zu der Fig. 3 zurück, so wird der Rechteckwellenausgang des Rechteckwellenumwandlers 24' über ein Tor 34 einem Tiefpaßfilter 35 zugeführt, in dem die Harmonischen der Rechteckwelle unterdrückt werden, um ein sinusförmiges Feldmodulationsausgangssignal zu erzeugen, das eine Grundfrequenz bei der gewünschten Tonfrequenz fp aufweist. Die sinusförmige Tonfrequenz f₂ wird auf die Feldmodulationsspule 6 oder den Mischer 17 gegeben, um sie in dem Hochfrequenzspektrometer 37 in derselben Weise zu verwenden, wie es bereits oben anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

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Das Tor 34 wird durch ein Signal gesteuert, das von dem digitalen Computer 13 abgeleitet wird, um die Impulsbreite und die Zeitdauer der Tonfrequenzmodulation zu steuern, die auf das Hochfrequenzspektrometer gegeben wird. Eine Probe bzw» eine Abzweigung des Rechteckwellenausganges wird dem digitalen Computer 13 zugeführt, um eine Übertragung des Divisors N auf das Register 23 während der Zeit zu verhindern, während der die Registerzahl durch den Abtastimpuls zu dem Frequenzteiler 22 übertragen wird, um das Einführen einer falschen Zahl in den Zähler 22 zu verhindern.

Ein anderer Ausgang des Rechteckwellenumwandlers 24 mit der Tonfrequenz fp wird einem zweiten Tiefpaßfilter 36 zugeführt, um die Harmonischen zu unterdrücken, um somit eine zweite sinusförmige Tonfrequenz fp zu erhalten, die als Bezugsfrequenz in dem Hochfrequenzspektrometer 37 verwandt wird, wobei diese Bezugsfrequenz z.B. das Signal bildet, das auf den Tonfrequenzphasendetektor 11 in den Spektrometern der Pig. 1 und 2 gegeben wird.

Der kleinste Frequenzschritt des Tonfrequenzausgangs f₂ wird durch die kleinste Änderung der Zahl N bestimmt. Diese Zahl kann lediglich um eine Ziffer in der niedrigsten Wertestelle geändert werden. Bei einer Tonfrequenz fp von 5 kHz liegt der kleinste Frequenzschritt in der Größenordnung von

1 Hz, wenn die Kristallfrequenz 25 MHz beträgt. Der kleinste

Schritt für eine Tonfrequenz f_o von 250 Hz liegt bei 2,5 χ

10 ^J Hz. Daraus geht hervor, daß sich die Größe des kleinsten Frequenzschrittes mit dem Quadrat der Tonfrequenz ändert.

Bei einem typischen Spektrometer, wie es in den Fig. 1 und

2 dargestellt ist, wählt die Bedienungsperson die gewünschte Starttonfrequenz f₂, indem der digitale Computer angewiesen wird, eine ausgewählte Frequenz fp zu erzeugen. Der

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Computer 13 wird durch, die Bedienungsperson gespeist, die dem Computer die Mitteilung über den Fernschreiber 15 übermittelt. Der an den digitalen Computer 13 über den Fernschreiber gegebene Befehl kann auch den Befehl enthalten, mit einer Frequenzabtastung von der Tonfrequenz fp ab zu beginnen, wobei diese Frequenzabtastung mit bestimmten Frequenzzunahmen, wie etwa dem kleinsten Frequenzschritt, ausgeführt werden soll. Das Abtastprogramm 14 befehligt den digitalen Computer, die Tonfrequenz f₂ mit den gewählten Frequenzschritten mit einer gewünschten, vorbestimmten Geschwindigkeit stufenweise zu verändern, etwa mit einer Ge- ^ schwindigkeit, bei der jede Frequenzstufe einige Sekunden ' dauert, um eine Spektrallinie der zu untersuchenden Probe abzutasten.

Bei einem Hochfrequenzspektrometer ist es oft erwünscht, zwei Tonfrequenzausgänge derselben Frequenz vorzusehen, die um einen vorbestimmten Phasenwinkel θ gegeneinander phasenversetzt sind, wobei dieser Phasenwinkel θ nach Wunsch einstellbar ist. Der Tonfrequenzgenerator 5 ist, da er durch den Computer gesteuert wird, leicht an eine derartige Verwendung anpaßbar. Ein derartiger Tonfrequenzfeldmodulator 5 ist in ausführlicherer Form in den Fig. 7-12 dargestellt. Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung ist im wesentli- | chen wie die in Fig. 3 gezeigte Schaltung mit der Ausnahme, daß der Computer 13 die Divisorzahl N in zwei Teile η und m entsprechend der folgenden Gleichung aufteilt:

η + m = Ή Gl. (2)

Der Computer 13 muß die falsch gezählte Zahl berücksichtigen, wenn er die richtigen Divisorzahlen η und m berechnet. Die Divisorzahl N wird aus der oben angegebenen Gleichung (1) ohne Berücksichtigung der falsch gezählten Zahl abgeleitet

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und diese Divisorzahl bestimmt die Tonfrequenz fp des Ausgangs des Tonfrequenzgenerators. Die Divisorzahlen η und m werden abwechselnd in das Register 23 eingespeist, um einen Zug von Ausgangssignalen zu erzeugen, wie er in der Signalfolge der Fig. 8 dargestellt ist. Die Zahlen N, η und m, wie sie in der Signalspur bzw. Signalfolge dargestellt sind, bestimmen die jeweiligen Zeiträume zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen. Der in Fig. 8 gezeigte Ausgangsimpulszug entspricht in Wirklichkeit einer Überlagerung von zwei Impulszijgen, wie sie in den Fig. 9 und 10 dargestellt sind, wobei

-ι jeder Impulszug dieselbe Periode, nämlich 71— , besitzt,

2 worin fg die gewünschte Ausgangstonfrequenz darstellt. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Impulszügen der Fig. 9 und 10 wird durch die folgende Beziehung bestimmt:

θ = 2 (§) Gl. (3)

Der Quotientenausgang des Frequenzteilers 22 enthält die Überlagerung der beiden Ausgangsimpulszüge. Jeder Impulszug besitzt eine Periode von -ψ— und ist um den Phasenwinkel θ versetzt, und der Gesamtimpulszug wird auf einen Schaltkreis gegeben, der die Impulse in zwei getrennte Wellenzüge der Fig. 9 und 10 trennt. Die getrennten Wellenzüge werden auf den Eingang eines ersten und eines zweiten ,Rechteckwellenumwandlers 24 bzw. 24' gegeben, um die Impulszüge in die in den Fig. 11 und 12 dargestellten phasenversetzten Rechteckswellenausgänge umzuwandeln, die sodann in Filtern 35 und 36 gefiltert werden, um phasenversetzte sinusförmige Ausgänge zu erzeugen, die auf das Hochfrequenzspektrometer 37 gegeben werden.

Der Trennkreis enthält einen Flip-Flop 4I» der zwei UND-Tore 42 bzw. 43 steuert, denen der Ausgang des Frequenzteilers 22 zugeführt wird. Der Flip-Flop 41 wird durch den digitalen Computer 13 derart gesteuert, daß der Flip-Flop 41, nachdem

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eine gegebene Zahl in das Register 23 eingegeben worden ist, in eine erste Stellung geschaltet wird, um den Ausgang des Frequenzteilers 22 dem ersten Rechteckwellenumwandler 24 zuzuführen, und nachdem eine zweite Zahl in das Register 23 eingeführt worden ist, wird der Flip-Flop 41 in die zweite Stellung umgeschaltet, um den zweiten Ausgangsimpuls dem zweiten Rechteckwellenumwandler 24' zuzuführen· Auf diese Weise werden die beiden Wellenzüge der Fig. 9 und 10 getrennt, um die in den Fig. 11 und 12 gezeigten beiden Rechteckwellenzüge zu erzeugen. Die Ausgänge der beiden UND-Tore 42 und 43 werden jeweils festgestellt und dem digitalen Computer 13 zugeführt, um zu verhindern, daß der digitale Com- ^ puter während der Zeit eine neue Zahl in das Register 23 einspeist, während der der Frequenzteiler 22 den Divisor aus dem Register 23 in den Zähler 22 überträgt. Der in der Phase verstellbare Tonfrequenzfeldmodulator 5 der Fig. 7 eignet sich besonders für gepulste gyromagnetische Resonanzspektrometer, bei denen die Phase eines der Tonausgangssignale häufig geändert werden muß.

In Fig. 13 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tonfrequenzfeldmodulators 5 dargestellt, mit dem man eine feinere Steuerung der Größe des kleinsten Frequenzschrittes erhalten kann. Der in Fig. 13 gezeigte Tonfre- > quenzfeldmodulator 5 mit veränderlicher Frequenz ist im we- ™ sentlichen derselbe wie der oben bereits anhand der Fig. 3 beschriebene Modulator mit der Ausnahme, daß das Dividendenbezugshochfrequenzsignal, das auf den Teiler 22 gegeben wird, einem Hochfrequenzseitenband entspricht, das schrittweise in diskreten Frequenzstufen verschiebbar ist. Im einzelnen erzeugt ein Bezugshochfrequenzoszillator 45 ein festes Bezugshochfrequenzsignal f_{r f} , das auf einen zweiten Frequenzteiler 46 gegeben wird, um es durch einen zweiten Divisor A zu teilen, der von dem Computer 13 in ein zweites Register 47 eingespeist worden ist, um einen zweiten Tonfrequenzaus-

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- 16 - ■

■f gang zu erzeugen, der die Frequenz r.f. besitzt. Der Ton-

•f A

frequenzausgang r.f. wird in einem Mischer 48 einer Probe bzw. einem abgezweigten Teil des Hochfrequenzbezugssignals f « überlagert, das von dem Oszillator 45 erhalten r · ι.

wird, um ein Hochfrequenzseitenband mit einer Frequenz (^ -ρ ·" r.f.) zu erzeugen, das als Dividendeneingang an dem zweiten Frequenzteiler 22 dient, der diesen Eingang durch den ersten Divisor B teilt, um den gewünschten Tonfrequenzausgang (f « - r.f.) zu erzeugen, der sodann

B
auf den Rechteckwellenumwandler 24 gegeben wird, um einen Rechteckwellenausgang zu erzeugen, der über eine Torschaltung läuft, sodann gefiltert und schließlich auf das Spektrometer 37 gegeben wird. Der digitale Computer 13 berechnet die erforderlichen Divisoren A und B, um die gewünschte Ausgangstonfrequenz ( r.f. ~ r.f.) zu erzeugen. Der klein-

B
ste FrequenzBchritt wird durch die Änderung um eine Ziffer

in dem Divisor A bestimmt. Entsprechend einem typischen Beispiel kann eine Ausgangstonfrequenz I₀ von 100 kHz StUfen's <-

weise um Schritte von 0,1 χ 10 ^J Hz verändert werden, wenn man annimmt, daß die Kristalloszillatorfrequenz f „ 25 MHz

r. ι.

beträgt.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   ίΐ.) Hochfrequenzspektrometer mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Hochfrequenzenergie und einem Grleichstrommagnetfeld, und um diese auf eine zu untersuchende Probe einwirken zu lassen, mit einem Ton-frequenzgenerator, um eine Tonfrequenz zu erzeugen, mit einem Modulator, um entweder die Hochfrequenz oder das Grleichstrommagnetfeld mit dem Tonfrequenzausgang des Tonfrequenzgenerators zu modulieren, um ein Seitenband der Hochfrequenz bei der Resonanzfrequenz der ä zu untersuchenden Probe zu erzeugen, um die Probe in Resonanz anzuregen, dadurch gekennzeichnet , daß der Tonfrequenzgenerator (5) eine Einrichtung (21) zur Erzeugung eines Bezugshochfrequenzdividendensignals, einen Zähler (22), der so auf das Bezugshochfrequenzdividendensignal einwirkt, daß das Bezugsdividendensignal durch einen bestimmten Divisor geteilt wird, um einen Tonfrequenzquotientenausgang zu erhalten, der die Frequenz des Tonfrequenzausganges des Tonfrequenzgenerators bestimmt j einen Computer (13), der auf einen die gewünschte Tonfrequenz des Tonfrequenzgenerators bestimmenden Eingang anspricht, um den Divisor zu berechnen; und eine Übertragungseinrichtung > enthält, um den Divisor aufeinanderfolgend von dem Computer ™ (13) zu übertragen und in den Zähler (22) einzuspeisen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Register (23) mit dem Ausgang des Computers (13) gekoppelt ist, um den Divisor zu speichern, und daß die Übertragungseinrichtung den Divisor aus dem Register in den Zähler (22) überträgt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Rechteckwellengenerator

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   (24) vorgesehen ist, der mit dem Ausgang des Zählers bzw. Teilers (22) gekoppelt ist, um eine Rechteckwelle zu erzeugen, die eine Frequenz besitzt, die durch den Quotientenausgang des Zählers (22) bestimmt wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Filter (35) vorgesehen ist, das zwischen den Rechteckwellengenerator (24) und den Feldmodulator geschaltet ist, um Harmonische des Rechteckwellenausgangs zu unterdrücken, um eine sinusförmige Grundfrequenz zu erhalten, die dem Modulator zugeführt wird.

   5· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Computer (13) eine Gruppe von zwei Teilern (n,m) berechnet, die abwechselnd durch die Übertragungseinrichtung zu dem Zähler (22) übertragen werden, um zwei Gruppen von zeitversetzten Quotientenausgängen zu bilden, die zwei phasenversetzte Tonfrequenzsignale mit derselben Frequenz bestimmen, dass eine Auswahlvorrichtung (41,42,43) vorgesehen ist, auf die die Quotientenausgänge des Zählers gegeben werden, um eine Gruppe von Quotientenausgängen von der anderen Gruppe von Quotientenausgängen zu trennen, und daß Einrichtungen (24,24') vorgesehen sind, die auf die getrennten Quotientenausgänge ansprechen, um zwei getrennte, gegeneinander phasenverschobene Tonsignale derselben Frequenz zu erzeugen (Fig. 7-12).

   6, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erzeugung des BezugshochfrequenzdividendeneingangeB an dem Zähler eine Quelle (45) für ein zweites Hochfrequenzdividendensignal, einen zweiten Zähler (46), der auf das zweite Hochfrequenzdividendensignal so einwirkt, daß er das zweite Dividendensignal durch einen bestimmten zweiten Divisor (A)

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   teilt, um einen zweiten lonfrequenzquotientenausgang zu erhalten, und eine Einrichtung (48) enthält, um das zweite Hochfrequenzdividendensignal mit dem zweiten !Eonfrequenzquotient enaus gang zu mischen, um den ersten Hochfrequenzdividendensignaleingang für den ersten Zähler (22) zu erhalten, und daß der Computer (13) auf einen den gewünschten ersten Tonfrequenzquotientenausgang des !Eonfrequenzgenerators bestimmenden Eingang anspricht, um den zweiten Divisor (A) zu berechnen, und daß zweite Übertragungseinrichtungen vorgesehen sind, um aufeinanderfolgend den zweiten Divisor von dem Computer zu übertragen und in den zweiten Zähler ä

   einzuspeisen.

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