SU1114933A1 - Радиоспектрометр магнитного резонанса - Google Patents

Abstract

РАДИОСПЕКТРОМЕТР МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА, содержащий измерительный резонатор, подключенный к входу блока измерени , выход которого соединен с сигнальным входом схемы интегрировани , электромагнит с блоком управлени  магнитным полем и блок развертки, подключенный между выходом блока измерени  и входом блока управлени  магнитным полем и включающий двухполупериодный выпр митель и генератор порогового сигнала, о тличающийс  тем, что, с целью повышени  его производительности и точности измерени  слабых сигналов путем автоматического выбора оптимальных значений скорости развертки магнитного пол  и чюсто нной времени интегрировани , схема интегрировани  снабжена двум  управл ющими входами, дополнительно введен блок регулировани  посто нной времени интегрировани , который подключен между выходом блока измерени  и первым управл ющим выходом схемы интегрировани , а в блок развертки дополнительно введены устройство выборки-хранени , подключенное к выходу блока измерени , дифференциальный усилитель, первый вход которого подi ключен к выходу устройства выборкихранени , второй - к выходу блока из (Л мерени , а выход к входу двухполупериодного выпр мител , усилитель ошибки , первый вход которого подключен к выходу двухполупериодного выпр мител , а второй - к генератору порогового сигнала, и преобразователь напр жение - частота, подключенный входом к выходу усилител  ошибки, первым выходом - к блоку управлени  магнитным полем, а вторым - к стро оо со бирующему входу устройства выборкихранени  и второму управл ющему входу схемы интегрировани .

Description

111 Изобретение относитс  к технической физике и может быть использовано при разработке малогабаритной радиоспектрометрической аппаратуры дл  эксперсс-анализа методом ЭПР и ЯМР в химии, геологии, металлургии, медицине и т.п. Известны радиоспектрометры магнитного резонанса, обеспечивающие регистрацию сигналов магнитного резонан са путем линейной развертки магнитного пол  СП Недостатком известных устройств  в л етс  сложность процесса их настройки - требуетс  предварительна  запись рпектра и оценка его параметров дл  выбора оптимальных условий регистрации (амплитуды и времени развертки), посто нной времени интегрировани  и др.) ,а также большое врем  измерени  спект ров магнитного резонанса. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  радиоспектрометр магнитного резонанса, содержащий измерительньм резонатор, подключенный на вход блока измерени  выход которого срединен с сигнальным входом схемы интегрировани , электромагнит с блоком управлени  магнитным полем и блок развертки, подключенный между выходом блока измерени  и входом блока управлени  магнитным полем и включающий двухполупериодный выпр митель и генератор порогового сигнала. В известном радиоспектрометре регистраци  сигнала Y магнитного резонанса, например, в виде первой производной .. сигнала поглощени . осуществл етс  с переменной скоростью развертки магнитного пол Н, причем величина скорости развертки задаетс  регистрируемым сигналом Н А (О diii l; где А - коэффициент пропорциональности , определ ющий искажени  12Y сигнала поглощени , (-7771) модуль второй Производной сигнала поглощени . Известное техническое решение позвол ет упростить процесс настройки . радиоспектро)етра, а также сущест венно сократить врем  измерени , в ;первую очередь интенсивных сигналов магнитного резонанса, за счет увелимени  скорости прохождени  неинформативных участков спектраС21. 3 Однако при измерении слабых сигналов магнитного резонанса (с малым отношением сигнал/шум) шумы S и низкочастотные дрей(|ы Д посто нной состав- л ющей, на фоне которых регистрируетс  втора  производна  сигнала поглощени ,  вл ютс  источниками нестабильности скорости развертки магнитного пол  IH А Б результате не только искажаетс  регистрируемый спектр, но и увеличиваетс  врем  его измерени  На 4 f f U рГом / ЛHpl/ -J 1жГ -75Гт 1н7р где ,- амплитуда развертки магнитного пол : ширина спектральной линии; дисперси  шума; амплитуда сигнала второй производной, например, при регистрации известным устройством слабого сигнала магнитного резонанса с отношением сигнал/шум, равным 5 ( , при амплитуде развертки , врем  измерени  относительно случа  регистрации интенсивного сигнала больше, чем в 2 раза. Таким образом, недостатками известного устройства  вл ютс  большое врем  измерени  слабых спектров магнитного резонанса.и искажение формы регистрируемых спектров. Цель изобретени  - повьш ение производительности и точности измерений слабых сигналов магнитного резонанса путем автоматического выбора оптимальных значений скорости развертки магнитного пол  и посто нной времени интегрировани . Указанна  цель достигаетс  тем, .что в радиоспектрометре магнитного резонанса, содержащем измерительный резонатор, подключенный к входу блока измерени , выход которого соединен с сигнальным входом схемы интегрировани , электромагнит с блоком управлени  магнитным полем и блок разверт ки, подключенный между выходом блока измерени  и входом блока управлени  магнитным полем и включающий двух-

олупериодный выпр митель и генератор порогового сигнала, схема интегировани  снабжена двум  управл юими входами, дополнительно введен лок регулировани  посто нной времеи интегрировани , которьй подклюен между выходом блока измерени  первым управл кнцим входом схемы интегрировани , а в блок развертки ополнительно введены устройство выборки-хранени , подключенное к выоду блока измерени , дифференциальный усилитель, первый вход которого подключен к выходу устройства выборки-хранени , второй- - к выходу блока измерени , а выход - к входу двухполупериодного выпр мител , усилитель ошибки, первый вход которого подключен к вьрсоду двухполупериодного вЫпр мител , а второй - к генератору порогового сигнала, и преобразователь напр жение - частота, подключенный входом к выходу усилител  ошибки, первым выходом - к блоку управлени  магнитным полем, а вторым к стробирующему входу устройства выборки-хранени  и второму управл ющему Входу схемы интегрировани .

На чертеже представлена блок-схема предпагаемого радиоспектрометра магнитного резонанса.

Радиоспектрометр магнитного резонанса содержит измерительный резонатор 1, подключенный к входу блока 2 измерени , выход которого соединен с сигнальным входом схемы 3 интегрировани , электромагнит 4 с блоком 5 управлени  магнитным полем и блок 6 развертки, подключенньй между выходом блока 2 измерени  и управл ющим входом блока 5 управлени  магнитным полем и включающий двухполупериодный выпр митель 7 и генератор 8 порогового сигнала, схему 3 интегрировани , снабженную двум  управл ющими входами. Блок 6 развертки включает также устройство 9 выборки-хранени , подключенное к выходу блока 2 измерени , дифференциальный усилитель 10, первый вход которого подключен к выходу устройства 9 выборки-хранени , второй - к выходу блока 2 измерени , а выход - к входу двухполупериодного выпр мител  7, усилитель 11 ошибки, первый вход которого подключен к выходу двухполупериодного выпр мител  7, а второй - к генератору 8 порогового сигнала , и преобразователь 12 напр жение-частота , подключенньй входом к выходу усилител  11 ошибки, первым выходом - к блоку 5 управлени  магнитным полем, а вторым - к стробирующему входу устройства 9 выборки-хранени  и второму управл ющему входу схемы 3 интегрировани .

Дополнительно введенный блок 13 регулировани  посто нной времени интегрировани  подключен между выходом блока 2 измерени  и первым управл ющим входом схемы 3 интегрировани  и содержит вторую схему 14 интегрировани , второй дифференциальньй усилитель 15, первьй вход которого подключен к выходу второй схемы 14 интегрировани , а второй - к выходу блока 2 измерени , и второй двухполупериодный выпр митель 16, подключенный между выходом второго дифференциального усилител  15 и первым управл ющим входом схемы 3 интЪгрировани .

Радиоспектрометр магнитното резонанса работает следующим образом.

Исследуемый парамагнитный образец помещаетс  в измеритепьньй резонатор 1, которьй располагаетс  в пол ризующем магнитном поле, создаваемом электромагнитном 4. Блок 2 измерени  формирует необходимые резонансные услови  дл  наблюдени  сигнала магнитного резонанса. Сигнал магнитного резонанса регистрируетс  на выходе схемы 3 интегрировани , где осуществл етс  его низкочастотна  фильтраци  с целью улучшени  отношени  сигнал/шум.

Величина магнитного пол  в рабоче зазоре электромагнита 4 регулируетс  блоком 5 управлени  магнитным полем.

Управл ющий сигнал скорости развертки магнитного пол , как и в известном устройстве, формируетс  в блоке 6 развертки, на вход которого поступает сигнал магнитного резонанса

с блока 2 измереc н

ни .

С выхода блока 6 разверткь на управл ющий вход блока 5 управлени  магнитным полем поступают импульсы с частотой следовани  обратно пропорциональной модулю производной регистрируемого сигнала магнитного резонанса, которые задаютс  скоростью развертки магнитного пол  в соответствии с выражением (1). По каждому импульсу величина магнитногопол  .измен етс  на величину дискретности (шага) развертки. Однако скорость изменени  сигнала магнитного резтитнса - ,т.е производна  .jri., отличие от известного устройсттза, определ ет с  путем измерени  разности амплитуд сигнала магнитного резонанса в отсто ,ик на один или несколько шагов развертки значени х магнитного пол  Дл  этого схема 9 выборки-хранени , подключенна  к выходу блока 2 измерени , запоминает амплитуду U (t регистрируемого сигнала до момента времени tt-u.-t , пока величина магнитного пол  не изменитс  на один или несколько шагов развертки. Этот сигнал поступает на первый вход дифференциального усилител  10, на второй вход которого подаетс  сигнал ( J (. A.-t) непосредственно с выхода блока 2 измерени . В результате на в ходе дифференциального усилител  10 формируетс  разностньм сигнал au(i) AUHJ(i4ui)-U(tl- .Врем  хранени  амплитуды сигнала в схеме 9 выборки-хранени  задае.тс  частотой следовани  импульсов на втором выходе преобразовател  12 на пр жение-частота. При регистрации слабых спектров мы S(-fc и дрейфы Д. посто нной составл ющей на выходе блока 2 измерен на фоне которых, как правило, детек тируетс  сигнал магнитного резона са, как и в известном устройстве, т же присутствуют на входе блока 6 ра вертки fi uU) )u. Однако в предлагаемом техническом р шении дифференциальный усилитель 10 не только формирует производную сиг /.1) нала магнитного резонанса V . но одновременно компенсирует в нем дрейф 6, посто нной составл ющей 1Ш dtVdH Разностньш сигнал дО с выхода дифференциального усилител  10 чере двухполупериодный выпр митель 7 пос пает на вход усилител  11 ошибки, где сравниваетс  с пороговым значе нием, задаваемым генератором 8 поро гового сигнала. Сигнал ошибки с выхода усилител  11 ошибки поступает в преобразователь 12 напр жение частота , формирующий пос/гедовательность импульсов, поступающих в блок 5 управлени  магнитным полем и задаю1(их развертку магнитного пол . При этом поддерживаетс  така  скорость развертки (частота следовани  импульсов), котора  обеспечивает равенство сигналов на входах усилител  11 ошибки. Таким образом, в предлагаемом радиоспектрометре при регистрации слабых спектров магнитного резонанса реализуетс  зависимость (1) скорости развертки магнитного пол , т.е. та же зависимость, что и в известном устройстве при регистрации интенсивных спектров магнитного резонанса. Кроме того, достигаетс  сокращение времени регистрации слабых спектров магнитного резонанса путем увеличени  скорости прохождени  неинформативных участков спектра. На неинформативных участках спектра (при отсутствии на выходе блока 2 измерени  магнитного резонанса), на первом выходе усилител  11 ошибки присутствуют только шумы S , амплитуда которых меньше величины порога, задаваемого генератором 8 порогового сигнала, что обеспечивает максимальную скорость прохождени  неинформативных участков спектра. I; В предлагаемом устройстве осуществл етс  автоматический выбор оптимального значени  посто нной времени интегрировани  с помощью блока 13 регулировани  посто нной времени интегрировани . Дл  этого сигнал магнитного резонанса с выхода блока 2 измерени  поступает через вторую схему 14 интегрировани  на вход второго ди(}х})еренциального усилител  15, который измер ет разность сигналов на входе и выходе второй схемы 14 интегрировани  и таким образом измер ет величину искажений спектра магнитного резонанса при интегрировании . Разностный сигнал через второй двухполупериодный выпр митель 16 поступает на управл ющий вход схемы 3 интегрировани , измен   величину ее посто нной времени в соответствии с характером регистрируемого сигнала: величина посто нной времени уменьшаетс  при измерении узких спектральных линий, характеризующихс  большой крутизной изменени  сигнала, величина посто нной времени увеличиваетс  при измерении широких спектральных линий или на неинформативных участках спектра. Таким образом, достигаетс  близка  к оптимальной .низкочастотна  фильтраци  сигнала магнитного резонанса с требуемыми минимальными искажени ми регистрируемого спектра. 111 38 Проведенные измерени  показали, что предлагаемое устройство по сравнению с известным сокращает приблизительно в 2-7 раз врем  регистрации слабых спектров магнитного резонанса , а также обеспечивает оптимальный выбор посто нных времени по спектРУ .

Claims (1)

1. РАДИОСПЕКТРОМЕТР МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА, содержащий измерительный резонатор, подключенный к входу блока измерения, выход которого соединен с сигнальным входом схемы интегрирования, электромагнит с блоком управления магнитным полем и блок развертки, подключенный между выходом блока измерения и входом блока управления магнитным полем и включающий двухполупериодный выпрямитель И генератор порогового сигнала, о тличающийся тем, что, с целью повышения его производительности и точности измерения слабых сигна лов путем автоматического выбора оптимальных значений скорости развертки магнитного поля и 'постоянной вре мени интегрирования, схема интегрирования снабжена двумя управляющими входами, дополнительно введен блок регулирования постоянной времени интегрирования, который подключен между выходом блока измерения и первым управляющим выходом схемы интегрирования, а в блок развертки дополнительно введены устройство выборки-хранения, подключенное к выходу блока измерения, дифференциальный усилитель, первый вход которого подключен к выходу устройства выборкихранения, второй - к выходу блока измерения, а выход к входу двухполупериодного выпрямителя, усилитель ошибки, первый вход которого подключен к выходу двухполупериодного выпрямителя, а второй - к генератору порогового сигнала, и преобразователь напряжение - частота, подключенный входом к выходу усилителя ошибки, первым выходом - к блоку управления магнитным полем, а вторым - к стробирующему входу удтройства выборкихранения и второму управляющему входу схемы интегрирования.

   1 1 14933