SU1404912A1 - Устройство дл измерени времени спин-спиновой релаксации - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам измерени  времен  дерной, в частности спин-спиновой, релаксации импульсными методами радиоспектроскопии  дерного магнитного и  дерного квадрупольного резонансов, и может быть использовано дл  йостроенн  импульсных релаксометров, предназначенных дл  изучени  физико-химических свойств различных веществ, а, также дл  решени  прикладных задач радиоспектроскопии. Цель изобретени  - повышение точности измерени  времени спин-спиновой релаксации при малом отношении сигнал/шум. Сущность . изобретени  состоит в том, что в устройство введены формирователь и распределитель импульсов, посто нное запоминающее устройство, умножающий цифроанапоговый преобразователь, вре- м кодовый преобразователь и арифмети- кологическое устройство. Выход программатора соединен с входом форьшро- вател  и распределител  импульсов, первый выход которого через врем - кодовый преобразователь подключен к первому входу арифметико-логического устройства,, а второй выход - к входу посто нного запоминающего устройства и к управл ющему входу двухканально- го блока выборки и запоминани . Второй выход блока выборки и запоминани  через умножающий цифроаналоговый преобразователь соединен с сигнальным входом компаратора, а выход компаратора подключей к второму входу ариф- метико-логического устройства. Вход арифметико-логического устройства соединен с входом посто нного запоминающего устройства и управл ющим входом умножающего цйфроаналогового преобразовател , а выход - с регистратором . 1 ил., 1 табл. с: $ 4 СО ю

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а ,именно к устройствам измерени  времени  дерной релаксации методами радиоспектроскопии, в частности времени спин-спиновой релаксации и шyльcными методами  дерного магнитного и  дерного квадру- польного резонансов, и может быть использовано дл  построени  импульс- ных релаксометров, предназначенных дл  изучени  физико-химических свойст различных веществ и других задач прикладной радиоспектроскопии.

Цель изобретени  - повьппение точ- нести измерени  времени спин-спиновой релаксации в широком динамическом диапазоне при малом отношении сигнал/

1ГУМ о

На чертеже приведена блок-схема устройства дл  измерени  времени спин-спиновой релаксации.

Устройство содержит программатор 1 приемопередающую систему (ППС1 2 ре- лаксометра, формирова тель и распределитель импульсов (ФРИ) 3, двухка- нальный блок 4 выборки и запоминани  ( посто нное запоминающее устройство ПЗУ 5, врем кодовый преоб- разователь ВКП 6, арифметико-логическое устройство АЛУ 7, умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАИ) 8, компаратор 9 и регистратор lOj причем выход программатора I сое- динен через ШС 2 с входом двухканаль ного БВЗ 4. и с входом ФРИ 3, первый выход которого через ВКП 6 подключен к первому входу АЛУ 7, а второй выход - к входу ПЗУ 5 и к управл ющему входу двухканального БВЗ 4, первый выход которого соединен с опорным- входом компаратора 9, а второй выход через УЦАП 8 - к сигнальному входу компаратора 9, при этом выход последнего подключен к входу программатора I и к- второму входу АЛУ 7, у которого третий вход соединен с выходом ПЗУ 5 и входом УЦАП 8, а выход - с регистратором 10.#

Устройство работает следующим об- )азом.

Программатор 1 вырабатывает многоимпульсную последовательность Карра- Перселла-Мейбума-Гилла, т.е. 90 - 2 - 180°- 2 -180 -2Т -,в результате которой на выходе ППС 2 по вл ютс  эхо- сигналы с а.мплитудами

ni..

АП (- --), п-1,2,3,

(1)

где А - начальное значение амплитуды эхосигнала.

С 2Т - момент времени по влени  зхосигналов.

Стробирование амплитуд А в двух- канальном БВЗ 4 происходит с помощью :импульсов ФРИ 3 в момент времени таким образом, что в первом канале БВЗ 4 удерживаетс  уровень напр жени  и, , пропорциональный первой амплитуде А эхосигнала, а во втором канале БВЗ 4, начина  с по мере поступлени  строб-импульсов Л о , по вл ютс  уровни напр жений U,, и,...,и, пропорциональные соответственно амплитудам А, А, А,..,,А.

Таким образом, на опорньй вход компаратора 9 поступает напр жение и, а на опорный вход УЦАП 8 - ступенчато-спадающее по экспоненциальному закону (1) напр жение Uj (п 2,3,4,...,), описывающеес  выражением

и„ и„ехр(- 2%,(2)

где UQ - начальное значение напр жени  и„ при , равное по величине А .

Одновременно с выхода ФРИ 3 строб импульсы п о поступают также на вход (т.е. на адресную шину) ПЗУ 5, в котором хранитс  N двоичных слов. Считывание информации ПЗУ 5 на вход (т.е. по шине данных) УЦАП 8 осуществл етс  с помощью строб-импульсов ФРИ 3, начина  с . По мере поступлени  сTpod-импульсов будет измен тьс  двоичный код ПЗУ 5, а значит и коэффициент К .умножени  УЦАП 8. Следовательно , уровень напр жени  U (начина  с ,3,4,...), который на каждой ступени п приложен к опорному входу УЦАП 8 будет умножен на число, соответствующее заданному в ПЗУ 5 коде . Таким образом к сигнальному входу компаратора 9 будут поступать урони напр жений , ,, .,..., , где К - коэффициент умножени  УЦАП 8, определ емый кодом ПЗУ 5.

При равенстве уровн  Uj , которое приложено к опорному входу компаратора 9, и уровн  на его выходе по вл етс  перепад напр жени , который отключает работу программатора 1 и одновременно  вл етс  разрешающим сигналом дл  вьшолнени  операции

31404

умножени  на АЛУ 7 двух двоичных ко- дов - зафиксированного искомого кода ПЗУ 5 и кода ВКП 6, соответствующего интервалу времени Т . На выходе АЛУ 7 полученный результат поступает на регистратор 10. Высока  точность измерени  времен  дерной релаксации с помощью предлагаемого устройства достигаетс  за счет того, что втора  ю амплитуда А. эхосигнала автоматичес

В ПЗУ 5 хран тс  табличные данные оптимальных отношений (А, /f ,  вл ющиес  соответственно коэффициентами Ку„ умножени  дл  УЦАП 8 и дл  АЛУ 7. Как только уровень напр жени  на выки выбираетс  из услови  выполнени  минимума относительной среднеквадра- тической погрешности S измерени  времени Т. Если перва  амплитуда А, 15 ходе УЦАП 8, равный , станет рав- измер етс  в момент времени Т и фик- ным или большим уровн  U, , компара- сируетс , а втора  А, измер етс  в тор 9 с помощью ФРИ 3 фиксирует в момент времени тГ, то врем  спин-спи- ПЗУ 5 оптимальное число т, соответствующее оптимальному отношению 20 (А,/А)в , а значит, наиболее точному дл  заданного2Г значению времени Т, которое после выполнени  в АЛУ 7 oneновой релаксации Т можно определить как

isill

,3,4...

(3)

1п(А,/А) При условии, что ошибки измерени  амплитуд эхосигналов А случайны и независимь и подчин ютс  нормальному закону распределени , причем среднее значение их равно нулю, а максималь-- ное отклонение равно от точки к точке , т.е. Л А, U А.. ., то от25

рации (6) зарегистрирует регистратор 10.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  времени спин-спиновой релаксации, содержащее программатор, подключенный к входу

   носительную среднеквадратичную погреш ЗО приемопередающей системы релаксомет- ность измерени  времени спин-спиновой ра, выход которой соединен с входом , релаксации Т по формуле (3) можно двухканального блока выборки и за- определить такпоминани , у которого первый выход

   1- т рподключен к опорному входу компара (j 1- l/l -i-l/ ir ,3,4...,(4)з5 ькод которого соединен с вхо- Кц 1п(А, программа топа, и оегистоатоо.

   где K Ajj/uA const - отношение сигнал/шум .

   Если в выражении (4) вместо А, и А подставить соответственно А Аоехр( тА ) и ехр (-шс,) , где oi. й/Т, то величина G относительно 6 дл  различных ,3,4,... имеет минимум . Величины 6f,oCj,, при которых С становитс  минимальной  вл ютс  оптимальными дл  конкретных индексов сдвига т, а соответствующие им оптимальные отношени  амплитуд (А,/Ай,)о ,  вл ющиес  коэффициентами умножени  К, УЦАП 8, будут равны

   дом программатора, и регистратор, отличающеес  тем, что, с целью повьш1ени  точности измерени  при малом отношении сигнал/шум, в не40 . го введены формирователь и распределитель импульсов , посто нное запоминающее устройство, умножаюш 1Й цифро- аналоговый преобразователь, врем - кодовый преобразователь и арифметико45 логическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формировател  и распределител  импульсов , первый выход которого через врем кодовый преобразователь подклю 50 чен к первому входу арифметико-ло- () (ш-ОогЛ ,,3,4..(5) гического устройства, а второй выходк входу посто нного запоминающего устройства и к управл ющему входу двухканального блока выборки и запоминани , второй выход .которого через умножающий цифроаналоговый преобразователь соединен с сигнальным вхо Таким образом, дл  известных oig величину искомого времени спин-спиновой релаксации Т с наиболее веро тной минимальной погрешностью можно определить по формуле

   55

   (6J дом компаратора, при этом выход компаратора подключен к второму входу

   где

   --Т 1пК .

   т-1 1

   Минимальные погрешности т п соответствующие им оптимальные параметры Ыд и (А, (А)|,,К дл  различных индексов сдвига m приведены в таблице .

   В ПЗУ 5 хран тс  табличные данные оптимальных отношений (А, /f ,  вл ющиес  соответственно коэффициентами Ку„ умножени  дл  УЦАП 8 и дл  АЛУ 7. Как только уровень напр жени  на выходе УЦАП 8, равный , станет рав- ным или большим уровн  U, , компара- тор 9 с помощью ФРИ 3 фиксирует в ПЗУ 5 оптимальное число т, соответствующее оптимальному отношению (А,/А)в , а значит, наиболее точному дл  заданного2Г значению времени Т, которое после выполнени  в АЛУ 7 one  а- , к- и-

   (3)

     у ее -- т25

   рации (6) зарегистрирует регистратор 10.

   з5 ькод которого соединен с вхо- Qj программа топа, и оегистоатоо.

   дом программатора, и регистратор, отличающеес  тем, что, с целью повьш1ени  точности измерени  при малом отношении сигнал/шум, в не40 . го введены формирователь и распределитель импульсов , посто нное запоминающее устройство, умножаюш 1Й цифро- аналоговый преобразователь, врем - кодовый преобразователь и арифметико45 логическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формировател  и распределител  импульсов , первый выход которого через врем кодовый преобразователь подклю (6J дом компаратора, при этом выход компаратора подключен к второму входу

   51А049126

   арифметико-логического устройства, ройства и управл ющим входом умно

   третий вход которого соединен с выходом посто нного запоминающего уст15

   3,1081

   0,075

   20

   3,0472

   0,056

   жающего цифроаналогового преобразовател , а выход - с регистратором.

   ,-1,0

   13,33

   2,858

   17,86

   2,898