DE2104325A1 - Tonfrequenzmodulator mit veranderli eher Frequenz fur ein Hochfrequenzspektro meter - Google Patents
Tonfrequenzmodulator mit veranderli eher Frequenz fur ein Hochfrequenzspektro meterInfo
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Description
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.
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,
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 HQ 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 fQ 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 HQ
mit einer vorbestimmten Tonfrequenz zu modulieren. Dieser Vorgang kann auch so angesehen werden, als Würde dem pola.risierenden
Magnetfeld ein Modulationsfeld Hm 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 fQ 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 fo 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.
- 12 -
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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 fo 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 fr 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-
- 16 109834/1094
- 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-
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
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.
- 17 -
3/4/ !LJU/.
Claims (4)
- Patentansprücheίΐ.) 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. 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. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Rechteckwellengenerator- 18 109834/1094(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. 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)- 19 109834/1094teilt, 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 äeinzuspeisen.109834/1094
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