DE4015056A1 - Verfahren und vorrichtung zur kompensation von unerwuenschten seitenbaendern bei magnetischen kernresonanzspektren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation von unerwünschten Seitenbändern bei magnetischen Kernresonanzspektren.

Zur Aufnahme von hochaufgelösten Spektren bei der Kernresonanz­ spektrometrie (nachfolgend NMR-Spektrometrie genannt) wird die zu messende Probe im Gleichmagnetfeld einer Rotationsbewegung unterworfen, um bestimmte Anteile der Inhomogenitäten des Gleichmagnetfeldes auszumitteln und dadurch eine bessere Auf­ lösung der Spektrallinien zu erreichen. Bedingt durch diese Rotationsbewegung werden jedoch im Spektrum unerwünschte Sei­ tenbänder, die sogenannten Rotationsseitenbänder erzeugt. Diese erscheinen auf beiden Seiten der jeweiligen realen NMR-Spek­ trallinie in Abständen von Vielfachen der Frequenz der Rota­ tionsbewegung.

Die Entstehung dieser Rotationsseitenbänder hat im wesentlichen drei Ursachen:

• - die Inhomogenitäten des statischen Magnetfeldes B0 inner­ halb des aktiven Probenvolumens, die sogenannten B0-In­ homogenitäten, welche zusammen mit einer Rotationsbewegung der Probe zu einer Modulation der Präzessionsfrequenz der Kerne führt. B0 - Inhomogenitäten können durch den feld­ erzeugenden Magneten selbst, aber auch durch ferro-, dia- oder paramagnetische Materialien in der Umgebung der Probe verursacht werden;
• - die Inhomogenitäten des Hochfrequenzfeldes B1, die soge­ nannten B1-Inhomogenitäten, die von der Sende- und Empfangsspule innerhalb des aktiven Probenvolumens während der Sendephase erzeugt werden und während der Empfangsphase das in die Empfangsspule induzierte Kernsignal mit beeinflussen; und
• - die nicht-ideale Rotationsbewegung der Probe, die zum einen durch eine verschobene und/oder gegenüber der Rotationsach­ se verdrehte Symmetrieachse der Probe und andererseits dadurch, daß die Probenküvette keine idealen rotationssym­ metrischen Abmessungen hat, verursacht werden kann. Beide Ursachen haben zur Folge, daß sich im wesentlichen die Streukapazität zwischen Probe und Hochfrequenzempfangsspule periodisch mit der Rotationsfrequenz ändert. Da diese Streukapazität mit zur bereits sehr kleinen Kapazität des Empfangsschwingkreises gezählt werden muß, entsteht dadurch eine periodische Verstimmung des Schwingkreises und damit eine Phasenmodulation des Kernsignales. Außerdem kann diese nicht-ideale Rotationsbewegung bei einer Probe, die Hoch­ frequenzverluste verursacht, zu einer periodischen Änderung der Dämpfung des Empfangsschwingkreises und damit auch zu einer Amplitudenmodulation des Kernsignales führen. Diese Phasen- und Amplitudenmodulation, die durch die nicht­ ideale Rotationsbewegung der Probe hervorgerufen wird, nennt man Q-Modulation. Diese ist besonders bei hohen Frequenzen oberhalb 400 MHz störend, wo der Empfangs­ schwingkreis nur einen sehr kleinen Kapazitätswert aufweist und deshalb Einflüsse von Störkapazitäten eine große Rolle spielen.

Zum besseren Verständnis werden anhand der Fig. 1 und 2 das Phänomen und die Ursachen der Rotationsseitenbänder erläutert.

Die Fig. 1a zeigt einen typischen Verlauf des Hauptbandes mit den zugehörigen Rotationsseitenbändern einer Spektrallinie. Die Rotationsseitenbänder lassen sich entsprechend den drei oben beschriebenen Ursachen in ihre jeweiligen Komponenten zerlegen.

Die Fig. 1b stellt die Komponenten, die durch die B-0-Inhomo­ genitäten verursacht werden, dar. Die Seitenbänder liegen sym­ metrisch zum Hauptband und haben die gleiche Phase wie das Hauptband. Dieser experimentelle Befund wird in einem Fachar­ tikel in der Zeitschrift "Journal of Magnetic Resonance 82", Seiten 427-433 von H. Levitt theoretisch bestätigt.

Die Fig. 1c zeigt die Komponenten, die durch die obengenannten B-1-Inhomogenitäten verursacht werden. Gemäß dem experimentellen Befund sind die Seitenbänder asymmetrisch zum Hauptband, liegen meistens aufgrund der Geometrie der Empfangsspule um Vielfache der doppelten Rotationsfrequenz ω_m vom Hauptband entfernt und haben ebenfalls die gleiche Phase wie das Hauptband.

Die Fig. 1d zeigt die durch die Q-Modulation verursachten Sei­ tenbandkomponenten. Die Seitenbandkomponenten sind antisymme­ trisch zum Hauptband und können eine beliebige Phase zum Haupt­ band besitzen. Die Antisymmetrie ist eine Folge der hauptsäch­ lich kapazitiven periodischen Verstimmung des Empfangsschwing­ kreises, welche hauptsächlich eine Phasenmodulation des Kern­ signales zur Folge hat.

Die Fig. 2 zeigt, wie aus einer periodischen Verstimmung des Empfangsschwingkreises eine Phasen- und Amplitudenmodulation des Kernsignales entsteht. Da die Modulationsfrequenz klein gegenüber der Bandbreite des Schwingkreises ist, kann eine quasi stationäre Betrachtungsweise, wie sie in Fig. 2 darge­ stellt ist, verwendet werden. Man erhält eine Amplitudenmodu­ lation mit der doppelten Modulationsfrequenz, die aber bei kleinem Modulationshub vernachlässigt werden kann.

Störender ist die im unteren Teil der Fig. 2 gezeigte Phasen­ modulation, die mit der einfachen Modulationsfrequenz auftritt.

Im Stand der Technik hat man zur Verringerung der unerwünschten Rotationsseitenbänder verschiedene apparative Maßnahmen vorge­ schlagen, die die Ursache der Rotationsseitenbänder am Ort ihrer Entstehung vermeiden sollen.

Zu diesen bekannten Maßnahmen gehört die Verbesserung der Ho­ mogenität des statischen Magnetfeldes B0, beispielsweise durch umfangreiche und genaue Korrekturspulen (Shimspulen-Systeme). Diese Korrektursysteme können jedoch die lnhomogenitäten des statischen Magnetfeldes, die von der magnetischen Suszeptibi­ lität der Hochfrequenzempfangsspule herrühren, nicht zufrieden­ stellend kompensieren. Dies kann nur durch spezielle Material­ wahl für die Hochfrequenzempfangsspule mit verschwindend kleinen Suszeptibilitätswerten erreicht werden.

Zur Verbesserung der B1-Homogenität wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, die Geometrie der Hochfrequenzempfangsspule auf beste Feldhomogenität zu optimieren.

Das Problem der Q-Modulation ließ sich jedoch mit solchen Maß­ nahmen nicht beseitigen. Durch die im Laufe der Zeit anwachsen­ den Feldstärken des statischen Magnetfeldes bei der magnetischen Kernresonanzspektrometrie wuchsen auch die durch die nicht­ ideale Rotationsbewegung der Probe hervorgerufenen unerwünschten Seitenbandkomponenten (Q-Modulation). Die durch die Q-Modulation hervorgerufenen unerwünschten Seitenbänder ließen sich nur durch Verbesserung der mechanischen Präzision der die Rotations­ bewegung beeinflussenden Teile (Probenküvette, Läufer, Lufttur­ bine) minimieren. Hier gelangte man jedoch an die Grenze der erreichbaren Präzision.

Aus "Journal of Magnetic Resonance 80", Seiten 547-552 (1988) ist ein Verfahren zur nachträglichen Kompensation von Gerätefeh­ lern durch Entfaltung (Deconvolution) unter Verwendung eines internen Bezugssignales beschrieben. Mittels digitaler Filter wird ein Bezugssignal extrahiert, mit dem ein idealisiertes Spektrum durch die genannte Entfaltungstechnik erzeugt wird. Die in diesem Fachartikel vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich auch zur nachträglichen Eliminierung von Rotations- Seitenbändern verwenden.

Mit den im Stand der Technik vorgeschlagenen apparativen Maß­ nahmen zur Verringerung der Rotationsseitenbänder erreicht man relativ leicht Seitenbandintensitäten von etwa 10% der Hauptband-Intensität, aber es ist oft sehr schwierig, diesen Wert noch weiter auf die gewünschte Größe von kleiner als 1% zu bringen. Dies gilt ganz besonders für die durch die Q-Modulation hervorgerufenen Seitenbandkomponenten.

Man kann jedoch davon ausgehen, daß die im Stand der Technik erreichten Seitenbandintensitäten bereits klein gegenüber den Hauptbandintensitäten sind.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation von unerwünschten Seitenbändern bei magnetischen Kernresonanzspektren zu ermöglichen, mit welchen, ausgehend von den mit den im Stand der Technik vorge­ schlagenen apparativen Maßnahmen erzielten Intensitäten der Rotationsseitenbänder, diese Seitenbänder noch weiter reduziert werden können.

Die obige Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Kompensation von mindestens einer Art von NMR-Seitenbändern (H₀- H₁-, Q-Modulationsseitenbänder), die durch Rotation der Probe eines magnetischen Kernresonanzspektrometers hervorgerufen werden, erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:

• - Erfassen der Rotationsfrequenz und Phase der Probenrotation;
• - Modulation der Amplitude und Phase des detektierten Kernsignals, wobei die Modulationssignale aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind,

wobei
im Falle der Q-Modulationskompensation die Modulationssignale phasenstarr mit der Probenrotation synchronisiert sind, und im Falle der H₀- und H₁-Seitenbandkompensation die Frequenzen der Modulationskomponenten gleich der Rotationsfrequenz der Probe und ganzzahlige Vielfache davon sind, die Phasen dieser Komponenten je in einem festen Verhältnis zur Phase der Proben­ rotation stehen und der Start des Senderpulses oder der Puls­ sequenz zur Anregung des Kernsignals phasensynchron mit dem Modulationssignal ist.

Vorteilhafterweise wird dieses Verfahren dadurch ausgestaltet, daß für den Modulationsschritt die Amplitude und die Phase der einzelnen Frequenzkomponenten getrennt eingestellt, die so eingestellten Frequenzkomponenten addiert und der Amplituden­ und Phasenmodulation zugeführt werden.

Alternativ dazu können vorteilhafterweise für den Modulations­ schritt vorab mehrere Kosinus- und Sinussignale mit Frequenzen gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Rotationsfrequenz der Probe erzeugt, deren Amplituden auf die jeweiligen zur Kompen­ sation erforderlichen Amplituden gesetzt, und die so erzeugten und amplitudengerichteten Kosinus- und Sinussignale addiert und der Amplituden- und Phasenmodulation zugeführt werden.

Die Modulationssignale können auch in einem digitalen Frequenz­ generator durch Vorgabe der entsprechenden Koeffizienten erzeugt werden.

Die obige Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zur Kompen­ sation von Seitenbändern (Q-Modulation), die in einem gepulsten magnetischen Kernresonanzspektrometer durch eine nicht-ideale Rotationsbewegung der Probe hervorgerufen werden, erfindungs­ gemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

• - Erfassen der Rotationsfrequenz und der Phase der Proben­ rotation;
• - Erfassen der Anzahl und der zu kompensierenden Frequenzen der unerwünschten Seitenbandkomponenten; und
• - Summieren mehrerer jeweils um bestimmte Phasenwinkel ge­ geneinander phasenverschobener, aus mehreren Pulsanregungen stammender Kernsignale, wobei zur Eliminierung von N Sei­ tenbandkomponenten die Summe von 2N Kernsignalen mit Phasenverschiebungen von (n = 0, 1, 2, 3, . . ., 2N-1)erforderlich ist.

Erfindungsgemäß kann eines oder mehrere der die obige Aufgabe lösenden Verfahren zum Erzielen von Kernresonanzspektren, die weitgehend frei von Seitenbändern sind, verwendet werden, wobei in einem Rechner die Amplituden- und Phasenmodulation durch Multiplikation des dem Spektrum entsprechenden komplexen Zeitsignals mit einem komplexen Faktor durchgeführt wird, wobei A(t) die Zeitfunktion der Amplitudenmodulation und Φ(t) die Zeitfunktion der Phasenmodulation sind.

Eine die obige Aufgabe lösende Vorrichtung zur Kompensation von mindestens einer Art von NMR-Seitenbandern (H₀-, H₁-, Q-Modulations-Seitenbänder), die durch Rotation der Probe eines magnetischen Kernresonanzspektrometers hervorgerufen werden, ist mit

• - einer Sende- und Empfangsspule, die im Gleich-Magnetfeld, die rotierende Probe umgreifend, angeordnet ist, von einem Probenkopf ein Hochfrequenzsignal empfängt und dieses auf die Probe einstrahlt sowie das daraufhin von der Probe emittierte Kernsignal empfängt und zum Probenkopf überträgt; und
• - einer Signalerzeugungs- und -Auswerteeinrichtung, die das dem Probenkopf zuzuführende Hochfrequenzsignal erzeugt und aus dem vom Probenkopf empfangenen Kernsignal das Spektrum erzeugt,

ausgestattet und
ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch

• - eine Detektoranordnung zur Erfassung von Frequenz und Phase der Rotationsbewegung der Probe,
• - einen Kompensationsgenerator, der Signale entsprechend der von der Detektoranordnung erfaßten Frequenz und Phase der Rotationsbewegung der Probe empfängt und in Abhängigkeit von diesen Signalen Amplituden- und Phasenmodulationssignale zur Modulation der Amplitude und Phase des von der Probe abgegebenen und vom Pro­ benkopf detektierten Kernsignals erzeugt, wobei die Modulationssignale aus mehreren Komponenten zusammen­ gesetzt sind,
• - einen Amplitudenmodulator, der das erfaßte Kernsignal mit dem vom Kompensationsgenerator erzeugten Modu­ lationssignal amplitudenmoduliert,
• - einen Phasenmodulator, der das erfaßte Kernsignal mit dem vom Kompensationsgenerator erzeugten Modu­ lationssignal phasenmoduliert,
  wobei
• - im Falle der Q-Modulationskompensation die Modulations­ signale phasenstarr mit der Probenrotation synchronisiert sind, und
• - im Falle der H₀- und H₁-Seitenbandkompensation die Frequen­ zen der Modulationskomponenten gleich der Rotationsfrequenz der Probe und ganzzahlige Vielfache davon sind, die Phasen dieser Komponenten je in einem festen Verhältnis zur Phase der Probenrotation stehen und der Start des Senderpulses oder der Pulssequenz zur Anregung des Kernsignals phasen­ synchron mit dem Modulationssignal ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Kompensations­ generator auf:

• - jeweils für jedes zu kompensierende Seitenbandpaar zwei kontinuierlich und getrennt einstellbare Phasenschieber und zwei getrennt einstellbare Dämpfungsglieder, jeweils zur getrennten Einstellung von Phase und Amplitude der dem Phasen- und Amplitudenmodulator zuzuführenden Signale.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kompensations­ generator auf:

• - für jedes zu kompensierende Seitenbandpaar jeweils einen Oszillatormodul zur Erzeugung von Kosinus- und Sinus­ signalen mit Frequenzen gleich einem ganzzahligen Viel­ fachen einschließlich der einfachen Rotationsfrequenz der Probe, wobei jeder Oszillatormodul kontinuierlich einstell­ bare Dämpfungsglieder zur Einstellung der erforderlichen Amplitude jedes Sinus- und Kosinussignales, einen festen 90°-Phasenschieber, der aus den Sinussignalen die Kosinussignale ableitet und für jedes Dämpfungsglied einen Polaritätsumschalter aufweist, und
• - Additionsglieder zur Addition jeweils der von den Polaritätsumschaltern abgegebenen Sinus- und Kosinus­ signale, wobei die Ausgangssignale der Additionsglieder jeweils dem Amplituden- und Phasenmodulator zugeführt werden.

Der Kompensationsgenerator kann auch ein digitaler Frequenzge­ nerator sein, der die Modulationssignale für die Amplituden­ und Phasenmodulation durch Vorgabe der entsprechenden Koeffi­ zienten erzeugt.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung gestatten es vorteilhafterweise, die Amplitude und Phase der Rotationsseitenbänder einzeln auf gewünschte Werte einzustellen, so daß ohne Schwierigkeiten Intensitäten der Rotationsseiten­ bandkomponenten von unter 1% der Hauptband-Intensität erreicht werden können.

Die Erfindung wird im folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3 Diagramme, die den Einfluß einer Amplituden- und Phasenmodulation des Kernsignales auf das Frequenz­ spektrum erläutern;

Fig. 4 Diagramme, die eine erste Art zur Erzeugung der Sig­ nale für die Amplituden- und Phasenmodulation erläu­ tern;

Fig. 5 Diagramme, die eine zweite Art der Erzeugung der Signale für die Amplituden- und Phasenmodulation erläutern;

Fig. 6 Diagramme, die die Kompensation der Grundfrequenz der Q-Modulation erläutern;

Fig. 7 eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Kompensation der Rotationsseitenbänder; und

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Ausführungsart des in Fig. 7 gezeigten Kompensationsgenerators.

Bevor nun das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Kompensation von unerwünschten Seitenbändern bei magne­ tischen Kernresonanzspektren beschrieben wird, sollen das Prin­ zip der Modulation des empfangenen Kernsignales und der Einfluß der Amplituden- und Phasenmodulation des Kernsignales auf das Spektrum anhand der Fig. 3 beschrieben werden.

Das Kernsignal ohne Rotationsseitenbänder, wie es vom Empfangs­ schwingkreis geliefert wird, läßt sich durch

ausdrücken.

Dieses Signal soll sowohl einer Amplituden- wie auch einer Phasenmodulation unterworfen werden.

Für die Amplitudenmodulation a(t) gilt:

a(t) = 1 + Δa(t) = 1 + Δa cos (ω_mt + ϕ₁) (2)

Für die Phasenmodulation Δϕ(t) gilt:

Δϕ(t) = Δϕ sin (ω_mt + ϕ₂) (3)

Das modulierte Kernsignal ergibt sich zu:

Wenn man kleine Modulationshübe benutzt, d.h.
wenn |Δϕ(t)|²«1, dann gilt

wenn zusätzlich |Δa(t)·Δϕ(t)|«1, dann gilt:

Im Empfänger wird dieses Signal auf eine Zwischenfrequenz ab­ wärtsgemischt und dort einer Quadraturdetektion zugeführt. Es entstehen zwei niederfrequente Signale Y_A(t) und Y_B(t), die orthogonal zueinander liegen, und Frequenzen um ω_s besitzen:

Betrachtet man Y_A(t) als den Realteil und Y_B(t) als den Ima­ ginärteil eines komplexen Zeitsignals ₃(t), und beachtet man ferner die Beziehung

cos α + j sin α =

dann erhält man:

Im Rechner wird eine Fouriertransformation an dieser komplexen Funktion ausgeführt, wobei das komplexe Signal ₃(ω) im Fre­ quenzbereich entsteht:

wobei a(ω) das Absorptionssignal und d(ω) das Dispersionssignal bedeuten:

Die Indizes 0, +1 und -1 von a(ω) und d(ω) in Gleichung (5) bedeuten jeweils

ω_R = ω_s, ω_R = ω_s+ω_m bzw. ω_R = ω_s-ω_m.

Im Rechner wird die HF-Phase ϕ₀ dadurch kompensiert, daß ₃(ω) mit komplex multipliziert wird. Es entsteht das phasenkorri­ gierte Signal ₄(ω):

Der Realteil von ₄(ω) sieht wie folgt aus:

Dieser Realteil ist in Fig. 3 für die Fälle ϕ₁, ϕ₂=0°, 90°, 180° aufgezeichnet.

Bei gleichzeitiger Amplituden- und Phasenmodulation sind die beiden Seitenbänder wie folgt gegeben:

Das obere Seitenband (OSB):

und

Das untere Seitenband (USB):

wobei die Koeffizienten:

sind.

Diese Bezeichnungen und die in Fig. 3 dargestellten Diagramme zeigen, daß unter der Voraussetzung eines kleinen Modulations­ grades sowohl bei der Amplituden- als auch bei der Phasenmodu­ lation eine Modulation mit einer konstanten Modulationsfrequenz jeweils nur zu zwei Seitenbändern führt, die erstens klein noch vorhanden, jedoch in ihrer Intensität so klein, daß sie vernachlässigt werden können.

Es ist leicht zu zeigen, daß mit der erfindungsgemäß vorgeschla­ genen Amplituden- und Phasenmodulation des Kernsignales die Amplitude und Phase der beiden Seitenbänder einzeln auf belie­ bige Werte eingestellt werden können. Betrachtet man nämlich das oben angeführte Gleichungssystem (11), so stellen dessen Gleichungen ein lineares System mit den vier unbekannten Δ_α, Δ_ϕ, ϕ₁, ϕ₂ und vier bekannten Großen C_o1, C_o2, C_u1, C_u2 dar, wobei letztere vier die gewünschten Amplituden der absorp­ tiven und dispersiven Anteile des oberen und unteren Seitenban­ des sind. Dieses Gleichungssystem ist lösbar.

Die vorherigen mathematischen Ableitungen und Schlußfolgerungen gelten für den Fall kleiner Phasenänderungen der Phasenmodula­ tion. Die Resultate führen zu einfachen Kompensationsverfahren, indem jedes einzelne Seitenbandpaar für sich kompensiert werden kann, ohne dabei die anderen zu beeinflussen. Dieses Kompensa­ tionsverfahren ist aber nur dann anwendbar, wenn die zu kompen­ sierenden Rotationsseitenbänder ebenfalls klein gegenüber dem Hauptband sind. Es ist jedoch wichtig festzuhalten, daß bei großen Rotationsseitenbändern eine Kompensation mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren immer noch möglich ist, allerdings sehr viel mühsamer, weil die einzelnen Seitenbandpaare nicht mehr unabhängig voneinander kompensiert werden können.

Wie bereits anhand der Fig. 1 ausgeführt wurde, besitzen die Rotationsseitenbänder, die durch B0- und B1-Inhomogenitäten verursacht werden, die gleiche oder entgegengesetzt gleiche Phase wie das Hauptband, d. h. sie weisen eine starre Phasen­ beziehung zum Hauptband auf, die unabhängig von der Phase der Rotationsbewegung ist. Diese Eigenschaft muß auch auf die Modulationsseitenbänder übertragen werden, indem der Start des Senderpulses zur Anregung des Kernsignals phasensynchron zum Modulationssignal erfolgt.

Die Rotationsseitenbänder, die durch die Q-Modulation verursacht werden, besitzen eine beliebig verschiedene Phase zum Hauptband und brauchen deshalb nicht unbedingt die oben beschriebene Phasensynchronität. Es ist aber die Phase dieser Seitenbänder direkt mit der Rotation der Probe korreliert, und deshalb muß hier das Modulationssignal zur Kompensation der Seitenbänder unbedingt phasensynchron zur Probenrotation sein. Will man außerdem, daß das NMR-Spektrum samt Seitenbändern nach jeder Pulsanregung gleich bleibt, was den Kompensationsvorgang stark erleichtern würde, dann allerdings ist hier zusätzlich auch­ noch eine Phasensvnchronität zwischen dem Start des Anregungs­ pulses und der Rotationsfrequenz erforderlich.

Anhand der Fig. 4 wird ein vorteilhaftes Verfahren zur Erzeugung der Amplituden- und Phasenmodulationssignale beschrieben.

Die Amplitude und die Phase der einzelnen Frequenzkomponenten werden separat eingestellt. Die einzelnen Frequenzkomponenten werden addiert und jeweils einem Amplituden- und Phasenmodulator zugeführt. Das Kernsignal wird jeweils durch die diesen Modu­ latoren zugeführten Amplituden- und Phasenmodulationssignale amplituden- und phasenmoduliert. Fig. 4 zeigt deutlich die notwendige Synchronisierung der Phasenlage der einzelnen Fre­ quenzkomponenten mit dem Startpunkt der Signalerfassung.

Zur Realisierung sind pro Seitenbandpaar jeweils zwei konti­ nuierlich einstellbare Phasenschieber und zwei einstellbare Dämpfungsglieder (Attenuatoren) erforderlich. Um Seitenbänder bis zur dritten Ordnung kompensieren zu können, sind also sechs kontinuierlich einstellbare Phasenschieber und für die Amplitu­ deneinstellung sechs einstellbare Dämpfungsglieder erforderlich.

In Fig. 5 ist ein bevorzugtes Verfahren, das alternativ zum obigen Verfahren einsetzbar ist, zur Erzeugung der Signale für die Amplituden- und Phasenmodulation veranschaulicht. Dieses Verfahren kommt ohne kontinuierlich einstellbare Phasenschieber aus. Vorab werden Kosinus- und Sinussignale der Frequenzen ω_m, 2ω_m, 3ω_m, . . . erzeugt, mit einstellbaren Dämpfungsgliedern (Attenuatoren) auf die erforderliche Amplitude eingestellt, addiert und dem Phasen- und Amplitudenmodulator zugeführt. Wenn das Hauptband in Absorption ist, erzeugen Kosinussignale im Amplitudenmodulator symmetrische Absorptionsseitenbänder und im Phasenmodulator antisymmetrische Dispersionsseitenbänder. Umgekehrt erzeugen Sinussignale im Amplitudenmodulator symme­ trische Dispersionsseitenbänder und im Phasenmodulator antisym­ metrische Absorptionsseitenbänder. Dieser Sachverhalt geht aus der oben angeführten Ableitung der Modulation des Kernsignales und der Darstellung in Fig. 3 hervor. Es können also sowohl symmetrische als auch antisymmetrische Absorptions- und Disper­ sionsseitenbänder erzeugt werden. Damit lassen sich beliebige Phasen und Amplituden für die oberen und unteren Seitenbänder erreichen.

In Fig. 8 ist eine Ausführungsform eines Kompensationsgenerators gezeigt, der die Modulationssignale gemäß dem zuletzt geschil­ derten Verfahren erzeugt. Dieses Ausführungsbeispiel ist zur Kompensation von Seitenbändern bis zur dritten Ordnung vorge­ sehen. Der dargestellte Kompensationsgenerator 18 weist drei phasenstarre Oszillatoren 21, 22 und 23 zur Erzeugung der Grund­ frequenzen ω_m, 2ω_m und 3ω_m auf. Diese Grundfrequenzen werden von der zugeführten Rotationsfrequenz ω_m abgeleitet und sind mit dieser Frequenz synchronisiert. Die Grundfrequenzen ω_m 2ω_m und 3ω_m werden jeweils einem Signalgeneratormodul 31, 32 und 33 zugeführt. Der Aufbau dieser drei Signalgeneratormodule ist prinzipiell derselbe, so daß nur ein Signalgeneratormodul 31 im Detail dargestellt ist. Jeder Signalgeneratormodul weist einen 90° Phasenschieber 35 und vier einstellbare Dämpfungs­ glieder 34 ₁, 34 ₂, 34 ₃ und 34 ₄ auf, die die Signale sin ω_mt und cos ω_mt mit der erforderlichen Amplitude erzeugen. Die so in ihrer Amplitude und Phasenlage festgelegten Signale sin ω_m·t und cos ω_m·t werden jeweils Polaritätsumschaltern 36 und 37 zugeführt, die je nach ihrem Schaltzustand die Sinus- und Kosinussignale sowohl für symmetrisch als auch antisymmetrische Absorptions- und Dispersionsseitenbänder erzeugen. Schließlich werden die Sinus-und Kosinussignale der einzelnen Frequenzen ω_m, 2ω_m, 3ω_m in Summiergliedern 40 und 41 summiert. Die Aus­ gangssignale 43 und 44 jeweils der Summierglieder 40 und 41 werden zum Phasenmodulator und zum Amplitudenmodulator geleitet. Zur Synchronisation des Starts der Signalerfassung im Rechner wird das Signal ω_m, das dem Kompensationsgenerator eingegeben wird, über ein Verstärkerglied 42 dem Rechner als das Signal 45 zugeführt.

Die obige Beschreibung der in Fig. 8 gezeigten Anordnung macht deutlich, daß man ohne kontinuierlich einstellbare Phasenschie­ ber auskommt. Die in Fig. 8 dargestellte Anordnung ermöglicht die Erzeugung sowohl von symmetrischen als auch antisymmetri­ schen Absorptions- und Dispersionsseitenbändern. Damit lassen sich beliebige Phasen und Amplituden für die oberen und unteren Seitenbänder erreichen. Zur Kompensation von Seitenbänder bis zur dritten Ordnung benötigt man drei feste 90° Phasenschieber zur Erzeugung der drei Sinus und der drei entsprechenden Ko­ sinusfunktionen. Ferner werden pro Modulationsfrequenz vier einstellbare Dämpfungsglieder, insgesamt zwölf Dämpfungsglieder und schließlich pro Dämpfungsglied noch ein Polaritätsumschalter benötigt. Der Vorteil des zweiten Verfahrens, das mit der Schal­ tung in Fig. 8 realisiert wird, besteht darin, daß keine kon­ tinuierlichen Phasenschieber nötig sind.

Selbstverständlich kann das Modulationssignal auch digital in einem Frequenzgenerator durch Vorgabe der entsprechenden Koef­ fizienten der Modulationssignale gemäß dem obigen Gleichungs­ system 11 erzeugt werden.

In Fig. 6 ist ein weiteres Verfahren zur Kompensation der Sei­ tenbänder, die durch die Q-Modulation verursacht werden, dar­ gestellt. Das in Fig. 6 dargestellte Verfahren setzt voraus, daß Kernsignale durch Summieren mehrerer Pulsanregungen erzeugt werden. Fig. 6 zeigt deutlich, daß die Startzeiten der zwei dargestellten Kernsignale unterschiedliche Phasen relativ zum Modulationssignal besitzen. Der Start des zweiten Kernsignales, wenn man diesen mit der Phasenmodulationsspannung vergleicht, ist genau um 180° phasenverschoben. Nach Aufsummieren der beiden Kernsignale ergibt sich eine Phasenmodulation, die Null ist, da sich die Phasenmodulation durch die Summation der Modula­ tionsspannungen des ersten und zweiten Kernsignales genau auf­ hebt.

Das anhand der Fig. 6 erläuterte Verfahren erlaubt jedoch nur die Kompensation der durch die Q-Modulation bewirkten Seiten­ bänder mit den Frequenzkomponenten ω_m. Wenn die Q-Modulation außer der Frequenzkomponenten ω_m auch höhere Komponenten 2ω_m, 3ω_m etc. besitzt, müssen mehr als zwei Kernsignale mit Start­ zeiten, die ebenfalls unterschiedliche Phasenverschiebungen gegenüber der Modulationsspannung aufweisen müssen, summiert werden.

Wenn z. B. die Komponenten ω_m und 2ω_m zugleich eliminiert werden sollen, müssen vier Kernsignale summiert werden, die jeweils um n·90° (n=0, 1, 2, 3) gegenüber der Grundfrequenz- Komponenten der Modulationsspannung phasenverschoben angeregt werden müssen.

Genauer müssen die vier Kernsignale gegenüber der Grundfrequenz- Komponenten der Q-Modulation jeweils um 90° phasenverschoben angeregt werden:

Die Modulationsspannungen m_A(t), m_B(t), m_C(t) und m_D(t) der vier Kernsignale sind somit gegeben durch:

m_A(t) = a₁sin(ω_mt+β₁) + a₂sin(2ω_m+β₂)

m_B(t) = a₁sin[ω_m(t-Δt)+β₁] + a₂sin[2ω_m(t-Δt)+β₂]

m_C(t) = a₁sin[ω_m(t-2Δt)+β₁] + a₂sin[2ω_m(t-2Δt)+β₂]

m_D(t) = a₁sin[ω_m(t-3Δt)+β₁] + a₂sin[2ω_m(t-3Δt)+β₂]

wird in die obigen Gleichungen eingesetzt.

Daraus ergibt sich:

m_A(t) = a₁sin(ω_mt+β₁) + a₂sin(2ω_mt+β₂)

m_B(t) = a₁cos(ω_mt+β₁) - a₂sin(2ω_mt+β₂)

m_C(t) = a₁sin(ω_mt+β₁) + a₂sin(2ω_mt+β₂)

m_D(t) = a₁cos(ω_mt+β₁) - a₂sin(2ω_mt+β₂)

Das Kernsignal, das aus der Summenbildung der vier ursprüng­ lichen Kernsignale entsteht, ist mit einem Signal moduliert, das aus der Summe der vier einzelnen Modulationen entsteht:

m_A(t) + m_B(t) + m_C(t) + m_D(t) = 0

Diese Summe ist Null, und damit ist gezeigt, daß dieses Verfah­ ren die Kompensation der Modulationskomponenten ω_m und 2ω_m tatsächlich erlaubt.

Die Eliminierung von drei Komponenten, nämlich ω_m, 2ω_m und 3ω_m erfordert die Summe von sechs Kernsignalen, die um n·60° (n=0, 1, 2, 3, 4, 5) phasenverschoben angeregt werden müssen.

Allgemein erfordert die Eliminierung von N Komponenten die Summe von 2N Kernsignalen mit jeweiligen Phasenverschiebungen von n·360°/2N (n=0, 1, 2, . . . , 2N-1).

Bei dem zuletzt beschriebenen Verfahren zur Kompensation der durch die Q-Modulation hervorgerufenen Seitenbänder benötigt man eine hohe Stabilität der Rotationsfrequenz, die umso höher sein muß, je höher die Anzahl der aufsummierten Kernsignale liegt. Dieses Verfahren versagt bei der Kompensation der durch die B0- oder B1-Inhomogenitäten verursachten Rotationsseiten­ bänder. Bei diesen Seitenbändern besteht nämlich eine feste Phasenbeziehung zum Hauptband, die unabhängig von der Phase der Rotation ist.

Die Fig. 7 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kompen­ sation von unerwünschten Seitenbändern bei magnetischen Kern­ resonanzspektren. Im einzelnen sind in Fig. 7 gezeigt: Eine Probe 10, die mittels einer Luftturbine 11 in einem sta­ tischen Magnetfeld B0 rotiert. Der Läufer der Luftturbine 11 trägt optische Markierungen, die zur Erfassung der Frequenz und Phase der Rotation der Probe mit Hilfe eines vom Lichtfühler 12 ausgesendeten Lichtstrahles dienen. Die Probenküvette ist von einer Sende- und Empfangsspule 6 umgeben, die mit einem Proben­ kopfnetzwerk 7 verbunden ist. Das Probenkopfnetzwerk 7 erhält von einer Frequenzaufbereitungseinrichtung 17, die von einem quarzstabilisierten Basisoszillator 1 angesteuert wird, das Hochfrequenz-Sendesignal 4. Dieses wird über ein Verstärkungs­ glied 5 dem Probenkopfnetzwerk 7 zugeführt. Das vom Probenkopf­ netzwerk 7 empfangene Kernresonanzsignal wird über einen Vorver­ stärker 8 einem Amplitudenmodulator 13 zugeführt, mit dem die Amplitudenmodulation gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren durch­ geführt wird. Das so amplitudenmodulierte Kernsignal wird einem Überlagerungsempfänger 9 mit Quadraturdetektion zugeführt. Ein Kompensationsgenerator 18 erhält von einem Lichtempfänger 12 Signale 19 über die Frequenz und Phase der Rotationsbewegung der Probe 10. Abhängig von den Signalen 19 erzeugt ein Kompen­ sationsgenerator 18 die Amplitudenmodulationssignale 44 und die Phasenmodulationssignale 43, welche jeweils dem Amplituden­ modulator 13 und einem Phasenmodulator 14 zugeführt werden. Der Phasenmodulator 14 moduliert mit Hilfe des empfangenen Phasenmodulationssignales 43 die Phase des Kernsignales im Empfänger 9, bevor dieses der Quadraturdetektion zugeführt wird. Ferner empfängt der Phasenmodulator 14 ein Signal 3 von einem Lokaloszillator innerhalb der Frequenzaufbereitungs­ einrichtung 17. Der Kompensationsgenerator 18 führt außerdem das Signal 45, das die Phasenlage des Rotationssignals ω_m angibt, zu einem Rechner 16, der vom Empfänger 9 das aufgrund der Quadraturdetektion in Real- und Imaginärteil aufgespaltene Kernsignal empfängt. Schließlich liefert der Rechner 16 ein Triggersignal für den HF-Sendeimpuls an die Frequenzaufbereitungseinrichtung 17.

Der Kompensationsgenerator 18 hat bevorzugt die in Fig. 8 dargestellte Anordnung. Er erhält von außen weitere Signale zur Kompensationseinstellung.

Selbstverständlich ist die in Fig. 7 dargestellte Lage des Amplitudenmodulators 13 und des Phasenmodulators 14 nicht zwin­ gend. Diese Modulatoren können praktisch an beliebigen geeig­ neten Stellen im Empfangsweg eingebaut werden. Insbesondere können diese Modulatoren auch direkt am Empfangsschwingkreis angebracht werden. Beispielsweise kann der Phasenmodulator mit Hilfe einer Kapazitätsdiode realisiert werden, die den Schwing­ kreis periodisch verstimmt und dadurch eine Phasenmodulation erzeugt. Der Amplitudenmodulator kann mittels einer Diode rea­ lisiert werden, deren Arbeitspunkt periodisch verändert wird, wodurch eine periodische Dämpfung des Schwingkreises bewirkt wird. Außerdem läßt sich der Phasenmodulator sowohl in einen beliebigen Lokal-Oszillatorweg, wie auch in den Empfangspfad, z. B. unmittelbar nach dem Amplitudenmodulator 13, einbauen. Man kann aber auch die Phasen- und Amplitudenmodulation direkt am Empfangsschwingkreis erzeugen, indem dessen Resonanzfrequenz bzw. dessen Dämpfung moduliert wird. Dieses letztere Verfahren hat den Vorteil, daß die Rotationsseitenbänder unmittelbar nach ihrer Entstehung kompensiert werden, was zu einer zeitlich stabileren Kompensation führen kann. Zudem läßt sich bei diesem Verfahren, allerdings nur im Falle der Q-Modulation, der Kompen­ sationsabgleich ohne Kernsignal ausführen, indem eine Reflexions-Meßbrücke über das Probenkopfnetzwerk an den Empfangsschwingkreis angeschlossen wird. Bei abgeglichener Brücke ist die Messung äußerst empfindlich für kleinste Schwan­ kungen der komplexen Impedanz des Schwingkreises, und damit auch auf die Q-Modulation, so daß letztere leicht auf Null kompensiert werden kann. Man beachte auch, daß das Ergebnis jedes Kompensationsschrittes sofort zur Verfügung steht und nicht noch rechnerisch transformiert werden muß.

Für die Modulation der Resonanzfrequenz des Empfangsschwing­ kreises kann z. B. eine Kapazitätsdiode, ein piezokeramisches Plättchen mit beidseitig aufgedampften und kapazitiv wirkenden Metallschichten, oder ein mechanisch angetriebenes Kondensator­ plättchen, bei dem die Antriebsfrequenz aus der Probenrotation abgeleitet wird, verwendet werden. Es wäre auch denkbar, die Resonanzfrequenz des Empfangsschwingkreises induktiv zu modu­ lieren, indem eine kurzgeschlossene Leiterschleife, die auf einem piezokeramischen Plättchen montiert ist, in der Nähe der Schwingkreisinduktivität montiert wird. Für die Modulation der Dämpfung des Empfangsschwingkreises kann z. B. eine Diode oder ein Feldeffekttransistor verwendet werden, die durch eine Ver­ änderung ihrer Arbeitspunkte als variable Widerstände wirken können.

Statt der bislang beschriebenen und bevorzugten Erzeugungen der Modulationssignale lassen sich die Funktionen des Amplituden- und Phasenmodulators auch zur Aufbereitung des Spektrums verwenden, indem das komplexe, im Rechner 16 gespei­ cherte Zeitsignal mit einem komplexen Faktor ultipliziert wird. Dabei bedeuten A(t) die Amplitudenmodu­ lationsfunktion und Φ(t) die Phasenmodulationsfunktion. Jedoch benötigt auch diese Kompensation die kontinuierliche Information der Rotationsfrequenz und der Phase der Rotationsbewegung der Probe. Diese Größen müssen also notwendigerweise bei der Messung des jeweiligen Kernresonanzspektrum mit gemessen und gespeichert werden.

Dieses rechnerische Verfahren hat den Vorteil, daß der Kompensationsvorgang an Hand eines einzigen im Rechner gespeicherten Kernsignals durchgeführt werden kann. Es ist also nicht nötig, nach jedem Kompensationsschritt das Spinsystem neu anzuregen, dann abzuwarten, bis das Kernsignal abgeklungen ist, um dann erst das ganze Signal zur Verfügung zu haben. Außerdem ist es möglich, Kernsignale aus mehreren Anregungen aufzusummieren, dadurch ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis zu erhalten, und an dem so gespeicherten und rauscharmen Signal das rechnerische Kompensationsverfahren viel genauer anzuwenden. Wenn zudem der Rechner die Fouriertransformation sehr schnell ausführen kann, dann sieht man praktisch zeitgleich die durch den Abgleichvorgang hervorgerufenen Veränderungen im Frequenz­ spektrum, und dies bedeutet eine große Vereinfachung.

Claims (11)

1. Verfahren zur Kompensation von mindestens einer Ort von Seitenbändern (H₀-, H₁- Q-Modulations-Seitenbänder), die durch Rotation der Probe eines magnetischen Kernresonanz­ spektrometers hervorgerufen werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Erfassen der Rotationsfrequenz (ω_m) und Phase der Probenrotation;
• - Modulation der Amplitude und Phase des detektierten Kernsignals, wobei die Modulationssignale aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind, wobei
• - im Falle der Q-Modulationskompensation die Modulationssignale phasenstarr mit der Probenrotation synchronisiert sind, und
• - im Falle der H₀- und H₁- Seitenbandkompensation die Frequenzen der Modulationskomponenten gleich der Rotationsfrequenz (ω_m) der Probe und ganzzahlige Vielfache davon sind, die Phasen dieser Komponenten je in einem festen Verhältnis zur Phase der Proben­ rotation stehen und der Start des Senderpulses oder der Pulssequenz zur Anregung des Kernsignals phasen­ synchron mit dem Modulationssignal ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Modulationsschritt die Amplitude und die Phase der einzelnen Frequenzkomponenten getrennt eingestellt, die so eingestellten Frequenzkomponenten addiert und der Amplituden- und Phasenmodulation zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Modulationsschritt vorab mehrere Kosinus- und Sinussignale mit Frequenzen (ω_m, 2ω_m, 3ω_m . . .) gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Rotationsfrequenz (ω_m) der Probe erzeugt, deren Amplituden auf die jeweili­ gen zur Kompensation erforderlichen Amplituden eingestellt und die so erzeugten Kosinus- und Sinussignale addiert und der Amplituden- und Phasenmodulation zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationssignale in einem digitalen Frequenzge­ nerator durch Vorgabe der entsprechenden Koeffizienten erzeugt werden.

5. Verfahren zur Kompensation von durch Q-Modulation hervorgerufenen Seitenbändern, die in einem gepulsten Kernresonanzspektrometer durch eine nicht-ideale Rotationsbewegung der Probe hervorgerufen werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Erfassen der Rotationsfrequenz (ω_m) und der Phase der Probenrotation;
• - Erfassen der Anzahl (N) und der zu kompensierenden Frequenzen (ω_m, 2ω_m, 3ω_m . . .) der unerwünschten Seitenbandkomponenten; und
• - Summieren mehrerer jeweils um bestimmte Phasenwinkel (ΔΦ) gegeneinander phasenverschobener, aus mehreren Pulsanregungen stammender Kernsignale, wobei zur Eliminierung von N Seitenbandkomponenten die Summe von 2N Kernsignalen mit jeweiligen Phasenverschie­ bungen von (n=0, 1, 2, 3, . . ., 2N-1)erforderlich ist.

6. Verwendung eines oder mehrerer der vorangehenden Verfahren für eine Aufbereitung von Kernresonanzspektren nach deren Erzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Rechner die Amplituden- und Phasenmodulation durch Multiplikation des dem Spektrum entsprechenden komplexen Zeitsignals mit einem komplexen Faktor durchgeführt wird, wobei A (t) die Zeitfunktion der Amplitudenmodulation und Φ(t) die Zeitfunktion der Phasenmodulation ist.

7. Vorrichtung zur Kompensation von mindestens einer Art von Seitenbändern (H₀-, H₁-, Q-Modulations-Seitenbänder), die durch Rotation der Probe eines magnetischen Kernresonanzspektrometers hervorgerufen werden, mit

• - einer Sende- und Empfangsspule (6), die im Gleich- Magnetfeld (B0), die rotierende Probe (10) umgreifend angeordnet ist, von einem Probenkopf (7) ein Hochfre­ quenzsignal empfängt und dieses auf die Probe ein­ strahlt sowie das daraufhin von der Probe emittierte Kernsignal empfängt und zum Probenkopf überträgt; und
• - einer Signalerzeugungs- und -Auswerteeinrichtung (5, 8, 9, 16, 17), die das dem Probenkopf (7) zuzuführende Hochfrequenzsignal erzeugt und aus dem vom Probenkopf (7) empfangenen Kernsignal das Spektrum erzeugt, gekennzeichnet durch,
• - eine Detektoranordnung (12) zur Erfassung von Frequenz (ω_m) und Phase der Rotationsbewegung der Probe (10),
• - einen Kompensationsgenerator (18), der Signale von der Detektoranordnung (12) entsprechend der erfaßten Frequenz (ω_m) und Phase der Rotationsbewegung der Probe (10) empfängt und in Abhängigkeit von diesen Signalen ein Amplituden- und Phasenmodulationssignal zur Modulation der Amplitude und Phase des von der Probe (10) abgegebenen und vom Probenkopf detektierten Kernsignals erzeugt, wobei die Modulationssignale aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind,
• - einen Amplitudenmodulator (13), der das erfaßte Kern­ signal mit dem vom Kompensationsgenerator (18) erzeug­ ten Modulationssignal amplitudenmoduliert,
• - einen Phasenmodulator (14), der das erfaßte Kernsignal mit dem vom Kompensationsgenerator (18) erzeugten Modulationssignal phasenmoduliert, wobei
• - im Falle der Q-Modulationskompensation die Modula­ tionssignale phasenstarr mit der Probenrotation synchronisiert sind, und
• - im Falle der H₀- und H₁-Seitenbandkompensation die Frequenzen der Modulationskomponenten gleich der Rotationsfrequenz (ω_m) der Probe und ganzzahlige Vielfache davon sind, die Phasen dieser Komponenten je in einem festen Verhältnis zur Phase der Proben­ rotation stehen und der Start des Senderpulses oder der Pulssequenz zur Anregung des Kernsignals phasen­ synchron mit dem Modulationssignal ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsgenerator (18) aufweist:

• - jeweils für jedes zu kompensierende Seitenbandpaar zwei kontinuierlich und getrennt einstellbare Phasen­ schieber und
• - zwei getrennt einstellbare Dämpfungsglieder, jeweils zur getrennten Einstellung von Phase und Amplitude der dem Phasen- und Amplitudenmodulator zuzuführenden Signale.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsgenerator (18) aufweist:

• - für jedes zu kompensierende Seitenbandpaar jeweils einen Oszillatormodul (21, 31; 22, 32; 23, 33) zur Erzeugung von Kosinus- und Sinussignale mit Frequenzen gleich einem ganzzahligen Vielfachen einschließlich der einfachen Rotationsfrequenz (ω_m) der Probe, wobei jeder Oszillatormodul kontinuierlich einstellbare Dämpfungsglieder (34 ₁ 34 ₂, 34 ₃, 34 ₄) zur Einstellung der erforderlichen Amplitude jedes Sinus- und Kosinussignales, einen festen 90°-Phasenschieber (35), der aus den Sinussignalen die Kosinussignale ableitet und für jedes Dämpfungsglied einen Polaritätsumschalter (36, 37) aufweist, und
• - Additionsglieder (40, 42) zur Addition jeweils der von den Polaritätsumschaltern abgegebenen Sinus- und Kosinussignale, wobei die Ausgangssignale der Addi­ tionsglieder jeweils dem Amplituden- und Phasenmodu­ lator zugeführt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsgenerator (18) als digitaler Frequenzge­ nerator ausgeführt ist, der die Modulationssignale durch Vorgabe der entsprechenden Koeffizienten erzeugt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen- und Amplitudenmodulation direkt am Empfangs-Schwingkreis erfolgt, indem dessen Resonanzfrequenz z. B. mit Hilfe einer Kapazitätsdiode und/oder dessen Dämpfung z. B. mit Hilfe einer Diode moduliert wird.