RU1539U1 - Релаксометр ямр - Google Patents

Abstract

РЕЛАКСОМЕТР ЯМР, содержащий микропроцессор с клавиатурой, отличающийся тем, что введены постоянный магнит с корректирующей обмоткой возбуждения, между полюсами которого помещен датчик магнитного резонанса, вывод которого соединен через встречно-параллельные диоды с выходом регулируемого высокочастотного усилителя мощности, а также с входом приемника с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя интерфейса, вход регулируемого усилителя мощности соединен с выходом модулятора, входы которого соединены через интерфейс с микропроцессором, один вывод корректирующей обмотки постоянного магнита заземлен, а другой соединен с выходом блока подмагничивания, вход которого через интерфейс соединен с микропроцессором, при этом микропроцессор соединен с индикатором, блоком печати и клавиатурой.

Description

3 0 133fj/2f Релаксометр ЯМР Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения времён ядерной магнитной релаксации методами радиолектроскопии, в частности, импульсными методами ядерного магнитного и квадрупольного рез©нансов, и может быть использовано для изучения физико-химических свойств различных &ществ и др. Известно устройство для измерения времён спин-спиновой релаксации, содержащее программатор, подключенный ко входу приёмопередающей системы релакеометра, вход которой соединён со входом двухканального блока выборки и запоминания, у которого первый выход подключён к опорному входу компаратора, выход которого соединён со входом программатора, и регистратор, формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножающий цифро-аналоговый преобразователе, врвмя-кодовый преобразователь и арифметико-логическое устройство, причём выход программатора соединён со i|co| M формирователя и распределителя импульсов, первый выход 1«отЬр®Ш чвр з,.|;ремя- ; -кодовый преобразователь подключён к пе|во вх®ду арифм1е рико- г , -логического устройства, а второй выход-- к6 входу пос яммого запоминающего устройства и к управляющеь входу двухканальи гЬ . блока выборки и запоминания, второй выход которого через ожающий цифро-аналоговый преобразователь соединён с сигнальным входом компаратора, при этом выход компаратора подключён ко второцу входу арифметико-логического устройства, третий, вход которого соединён с выходом постоянного запоминающего устройства и управляющим входом умножающего цифро-аналогового преобразователя. МПК GOI Ы 24/00 i с- г ;;. ., i ; -v ;.Ui--i V

-

а выход - с регистратором (см. Ав.св.СССР № I4049I2; Б.И. 23. 88 г. GI 01N 24/00).

Наиболее близким к предложенной полезной модели является Устройство для измерения времён релаксации ядерной магнитной релаксации, содержащее программатор, приёмопередающий блек, два блока вычитания, усилитель, компаратор, блок управления и измеритель временных интервалов, вход которого соединён с первым выходом блока управления, первый, второй и третий входн которого Подключены соответственно к первому входу компаратора и к выходу программатора, соединенного со входом приемопередающего блока,

а второй выход блока управления подключен к управляющему входу программатора, при этом выход первого блока вычитания подключен к первоцу входу компаратора, а выход второго блока вычитания через усилитель - ко второму входу компаратора, кроме этого устройство содержит четырехканальный блок памяти, информационный вход которого соединён с выходом приемопередающего блока, а управляющий вход с третьим выходом блока управления, причем первый

И третий выходы четырехканального 0лока памяти подключены к входам первого блока вычитания, а второй и,.четвертый выходы четырехканального блока памяти - к входам второго блока -вйчитадйя,: (См. Ав.св. СССР № I23I447; Б.И. № 18.86 г.- G 01 24/t(6)

Недостатками описанного выпе устройства: являются , . :

недостаточная точность измерения, отсутствие гибкости ycTpe% G ij|i ; в отношении расширения функциональных возможностей к применяемым

импульсным последовательностям и обработки сигналов магнитного резонанса, обусловленных отсутствием микропроцессорной системы исполнения.

Решаемой технической задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения и обеспечение гибкости устройства в отношении расширения функциональных

t4 fSt-A/- ,-; ,

- . - ч, .

. - - . .- f-

Ч . . -vA,

возможностей к применяемым импульсным последовательностям и

обработке сигналов магнитного резонанса.

Решаемая техническая задача достигается за счет того, что в релаксометр ЯМР, содержащий микропроцессор с клавиатурой, введены постоянный магнит с корректирующей обмоткой возбуждения, между полюсами которой помещен датчик магнитного резонанса, вывод которого соединен через встречно-параллельные диоди с выходом регулируемого высокочастотного усилителя мощности, а

также с входом приемника с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом аналогоцифрового преобразователя интерфейса, вход регулируемого усилителя мещности соедишн с выходом модулятора, входи которого соединены через интерфейс с микропроцессором, один выход корректирующей обмотки постоянного магнита заземлен, а другой соединен с выходом устройства подмарничивания, вхед которого через интерфейс соединен с микропроцессором, при этом микропроцессор соединен с индикатором, блоком печати и клавиатурой.

Предлагаемая полезная модель удовлетворяет итерию новизна, т.к. из известных опубликованных источников информации авторами и заявителем не обнаружена совокупность признаков, аналогичных предложенным отличительным.

На фиг.1 изображена схема предложенного релаксометра ЯМР.

На фиг.2 пример конкретной реализации в виде двух блоков.

На фиг.З пример установки рабочего образца в датчик

в пробирке.

Предложенная полезная модель Релаксометр ЯМР (фиг.1,2,3)

содержит:

1-постоянный магнит с корректирующей обмоткой возбзгждения,

3-датчик магнитного резонанса с размещенным в нем исследуемь м образцом,

4-приемник с регулируемым коэффициентом усиления,

5-модулятор,

6-регулируемый высэкочастотнътй усилитель мощности,

7-клавиатура,

8-индикатор,

9-блок печати,

10-интерфейс,

11-микропроцессор, (алгоритм работы в приложении к материалам заявки),

12-диоды,

13-анализатор электроннь й,

14-преобразователь магниторезонансный,

15-исследуемое вещество (фиг.З), помещенное в пробирку 16 из Пирекса или химически стойкого стекла. Уровень исследуемого вещества-15 мм, минимальная высота пробирки-100 мм. Толщина пробирки 0,8+0,3.

Релаксометр ЯМР содержит постоянный магнит I с корректирующей обмоткой возбуж,дения, между полюсами которой помещен датчик 3 магнитного резонанса, вывод которого соединен через встречно - параллельные диоды 12 с выходом регулируемого высокочастотного усилителя мощности б; а также со входом приемника 4 с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом аналогоцифрэвего преобразователя интерфейса 10, вход регулируемого ;высокочаст©тного усилителя мощности б соединен с выходом модулятора 5, входы к©т®рого соединены через интерфейс 10 с микропр9цесс@р0м II, один вывод корректирующей обметки постоянного магнита I заземлен, а другой соединен с выходом устройства

f 9f ii2M6

подмагничивания 2, вход которого через интерфейс 10 соединен с микропроцессором II, при этом микропроцессор II соединен с индикатором 8, блоком печати 9 и клавиатзфой 7.

Все блоки, входящие в предложенное техническое решение стандартные. Релаксометр питается от сети однофазного переменного тока напряжением 220В, частоты 50Гц с заземленной нейтралью.

Результат обработки, по желанию оператора, может быть выведен на цифровой индикатор или печатающее устройство.Устройство подмагничивания 2 позволяет микропроцессору II производить автоматическую настройку магнитного поля Н на резонансную частоту протонов. Клавиатура 7 прибора предназначена для управления релаксометром и включает в себя следующие клав1Ш1и:

Режим для выбора режима работы релаксометра;

Пуск для запуска процессов измерения;

СТОП для остановки процессов измерения;

А для подачи бумаги плоттера;

Т для возврата бумаги плоттера;

Х для распечатки результатов измерения;

А1+ Т для цросмотра результатов замеров с увеличением

номера замера;

А1- I для просмотра результатов замеров с уменьшением

номера замера;

ТГ для просмотра шага замера; . т для просмотра значений Tj и

Не допускается наличие ферромагнитных материалов на расстоянии О,1м от термостатированного постоянного магнита I и внешних магнитных полей свьше 0,01 Тл.

Перед настройкой и измерением контрольной и рабочий образцы должны быть выдержанът в датчике 3 магнитного резонанса

-6s-9 /0: 3

не менее 5 мин. Устанавливать рабочий образец, т.е. исследуемое вещество 15 так, как это показано на фиг. 3.

Пример конкретной реализации может быть представлен в виде двух малогабаритных блоков: анализатора электронного 13 и цреобразователя магниторезонансного 14, связанных двумя электрическими кабелями В блоке преобразователя магниторезонансного 14 находится термостатированный постоянный магнит I с устройством подМагничивания 2, датчик 3 с образцом и приемник 4 с регулируемым коэффициентом усиления. В блоке анализатора электронного 13 расположены модулятор 5, регулируемый высокочастотный усилитель мощности б, клавиатура 7 с цифровым индикатором режимов работы и результатов измерения 8 и блок печати 9 в виде плоттера для вывода результатов на стандартную бумажную ленту шириной 60 мм. Там же расположен микропроцессор ТТ с интерфейсом с общим объемом памяти 8 КБ, осуществляющий контроль, управление; измерение сигналов ЯМР, обработку результатов измерений и вывод на встроенный 15ифровоЙ индикатор 8 и блок печати 9. Необходимые потребителю методики экспресс-анализа хранятся в постоянюм запоминающем устройстве микропроцессора II объемом 6. Кбайт и вняьтваются соответствующим рй вгром режима измерения.

На задней стенке анализатора электронного 13 расположены Гнезда ЭХО и СИНХР для подключения осциллографа при налаживании и контроле работы прибора. К гнезду ЭХО подключается вход осциллографа, а к гнезду СИНХР- вход внешней синхронизации для получения устойчивого изображения на экране осциллографа.

В основе работы релаксометра лежит явление ядерного Магнитного резонанса (ЯМР). Большинство ядер ( например Н,

F, Р И др.) кроме основных характеристик, таких как заряд и масса,характеризуются собственным моментом количества движения

или спином и связанным с ним магнитным моментом Явление ЯМР заключается в резонансном поглощении электромагнитной энергии системой спинов, помещенных во внепшее магнитное поле. Если вещество, содержащее такие ядра, поместить во внешнее магнитное поле HQ и воздействовать на него резонансным магнитным полем Hj, направленным перпендикулярно Н, то вектор намагниченности М будет отклоняться от направления Н, совершая прецессионное вращение вокруг Н и нутационное вращение вокруг Н. Подбирая длитeльнocть воздействия, мотшо добиться отклонения на любой угол

Различают два вида релаксации М, Первый- характеризует релаксацию продольной к Н компоненты М. Он обусловлен взаимодействием возбужденных спинов с их окружением ( решеткой) и назьгоается спин- решеточной релаксацией T-j-. Для определения Tj используется последовательность высокочастотных импульсов (90°- г - 180° - 2 - 90° -2Г- 180°), где 90° и 180° высокочастотные импульсы, поворачивающие намагниченность М на угол /2 и , соответственно - постоянный временный интервал между высокочастотными импульсами, /- переменный временной интервал между парами высокочастотных импульсов. Амплитуда измеряемого после второго 180° импульса сигнала ЭХО пропорциональна ( ехр Tj), при условии что период запуска последовательности не менее 5Т-г, что необходимо для восстановления равновесной ядерной намагниченности.

Второй вид релаксации М характеризует изменение во времени поперечной к Н составляющей М. Этот процесс обусловлен потерей фазовой когерентности в прецессии ядерных спинов вследствии их взаимодействия друг с другом и характеризуется временем Т2. Для определения Т2 используется последовательность высокочастотных импульсов Карра-Парселла (90°- -180°- 22 -180°

. -.,). в моменты, времени STri 42 62 82и т,д. возникают сигналы ЭХО с убывающей амплитудой, пропорциональной ехр - где порядковый номер 180° импульса в последовательности Т|- постоянная времени релаксации продольной компоненты намагниченности; Tg- постоянная времени релаксации поперечной компоненты намагниченности; М- намагниченность системы спинов, Н постоянное магнитное 10 ле; Hj- высокочастотное магнитное поле; АЦП- аналого-цифровой преобразователь. Настройка прибора на резонансные условия ядер водорода осуществляется изменением значений HI Ну автоматически,встроен ным микропроцессором II на контрольном образце с коротким временем Tj Выбор временных параметров импульсных последовательностей и процесс измерения Т| и Т2 осуществляется также автоматически. Рассмотрим работу предложенного релаксометра ЯМР« Подключить релаксометр ЯМ к сети однофазного переменного тока напряжением 220в. частоты 50Гц с заземленной нейтралью. Установить контрольный образец в датчике 3 магнитного резонанса, -Время релаксации контрольного образца равнялось 3-5 миллисекунды. Контрольный и рабочие образцы перед настройкой: и измерением должны быть выдержаны в датчике 3 магнитного резонанса не менее пяти минут. Совместить риски, расположенные на корпусе и ручке усиления преобразователя магниторезонансного 14, Произвести настройку релаксометра, для чего нажатием клавиши РЕШШ на клавиатуре 7 установить в младшем разряде индикатора число О, Нажать клавишу ПУСК на клавиатуре 7, После этого происходит -// . 9гшт автоматическая настройка прибора на резонансные условия. При окончании настройки индицируется О в младшем разряде индикатора 8, Настройку производить после каждого включения релаксрметра и в случае сомнения в правильности замеров При отключении питания после установления рабочего режима на время не более I мин. прибор готов к настройке при появлении 0, Установить рабочий образец в датчик 3 магнитного резонанса. Пробирка с образцом должна соответствовать показанному на фиг.З, Установить значение относительной амплитуды ситиала,для чего нажатием клавиши РЕШМ установить в младшем разряде индикатора 8 число I, Нажать клавишу ПУСЖ« На индикаторе 8 высветится значение относительной амплитуды сигнала. Значение относительной амплитуды сигнала не должно превышать 1 для исключения разрядности АЦП Если значение относительной амплитуды сигнала превышает указанную величину, то необходимо произвести корректировку ручкой усиления, расположенной на преобразователе магниторезонансном 14 Измерение относительной амплитуды сигнала после корректировки производить не ранее чем через 20 сек. Для измерения Тт нажатием клавиши РЕЖИМ установить в младшем разряде индикатора 8 число 2, - Для измерения Т нажатием клавиши РЕШМ установить в младшем разряде индикатора 8 число 3, В приборе предусмотрена возможность одновременного измерения Tj и Т без сохранения массива амплитудно-временной зависимости. Для этого необходимо нажатием клавиши РЕЖИМ установить в младшем разряде индикатора 8 число М. После выбора режима нажать клавишу Прибор перейдет в режим измерение. Окончание измерения индитщруется номером выбранного режима в младшем разряде индикатора 8, - /г

- j& -

интервал между замерами не менее 20 сек. для полного восстановления ядерной намагниченности. В режимах 2 и З при нажатии на клавишу у выводятся на печать значения Т-ц и Tg шаг замеров в миллисекудах и значения амплитуд в натуральных логарифмах с шагом измерений. В режиме 4 на печать выводится только значения Tj и Tg. Для прекращения режимов измерения и вывода информации на печать нажать клавишу СТОП

Для просмотра результатов замеров без вывода на печать использовать клавиши А1 + I , Al-J , ZT, клавиатуры 7.

Для удобства построения графиков и расчета Tj и Т значения амплитуд вьгеодятся в натуральных логарифмах величины сигнала,

При нажатии клавиши А1 + I высвечивается значение амплитуды,соответствующее номеру замера. При последующих нажатиях номер замера увеличивается. Действие клавиши А1 -I аналогично действию клавиши А1+ I, но каждое последующее нажатие приводит к уменьшению номера замера. При нажатии клавиши на индикаторе высвечивается значение шага замера в миллисекундах. При нажатии клавиши Т на индикаторе высвечивается значение Tj и в зависимости от выбранного ранее режима.

В приборе предусмотрен режим 5 для измерения содержания протонов в исследуемом образце. Измерения осуществляются относительно выбранного потребителем контрольного образца,

-В качестве его применяется образец,содержащий максимальное количество щ отонов в данном веществе.

Для проведения измерений выбранный образец калиброванного -объема,содержащий максимальное количество протонов, поместить в датчик и проделать измерения относительной амплитуды сигнала.

Установить режим 5, поместить в датчик контролируемый образец того же объема, что и у выбранного контрольного образца,

- и-

как показано на фиГ-.З, и произвести измерение нажатием клавиши ПУСК, На индикаторе высветится значение содержания протонов в процентах относительного выбранного контрольного образца.

Микропроцессор II по заданной программе управляет модулятором 5, Высокочастотные радиоимпульсы усиливаются регулируемым усилителем мощности б и через коммутирующие встречно-параллельно включенные диоды 12 поступают в датчик 3 магнитного резонанса с размещенным в нем образцом. После окончания действия зондирующих высокочастотных импульсов,наведенных в датчике 3 магнитного резонанса, сигнал усиливается и детектируется приемником 4 с регулируемым козффициентом усиления. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму при помощи АЦП ( в составе микропроцессора IT), запоминается и обрабатывается микропроцессором II.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предложенное устройство релаксометр ЯМР имеет преимущества:

-имеет повышенную точность измерения, т.к. позволяет накапливать сигнал магнитного резонанса, производить его оптимальную обработку и независимо от оператора поддерживать точные резонансньге условия;

-имеется расширение функциональных возможностей-благодаря наличию гибкой микропроцессорной системы управления.

Claims (1)

1. РЕЛАКСОМЕТР ЯМР, содержащий микропроцессор с клавиатурой, отличающийся тем, что введены постоянный магнит с корректирующей обмоткой возбуждения, между полюсами которого помещен датчик магнитного резонанса, вывод которого соединен через встречно-параллельные диоды с выходом регулируемого высокочастотного усилителя мощности, а также с входом приемника с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя интерфейса, вход регулируемого усилителя мощности соединен с выходом модулятора, входы которого соединены через интерфейс с микропроцессором, один вывод корректирующей обмотки постоянного магнита заземлен, а другой соединен с выходом блока подмагничивания, вход которого через интерфейс соединен с микропроцессором, при этом микропроцессор соединен с индикатором, блоком печати и клавиатурой.