SU928209A1 - Спектрометр дерного резонанса - Google Patents

Description

f5) СПЕКТРОМЕТР ЯДЕРНОГО РЕЗОНАНСА

I

Изобретение относитс  к радиоспектроскопии и может быть использо вено дл  поиска, наблюдени  и исследовани  сигналов резонанса при изучении физико-химических свойств веществ .методами  дерного резонанса.

Известен спектрометр  дерного резонанса , который содержит генератор мощных импульсов ВЧ, выполненный как усилитель мощности с датчиком дл  помещени  образца, приемник и источник когерентных импульсов ВЧ, поступающих на вход усилител  мощности . Этот спектрометр обеспечивает когерентность ВЧ-заполнени  импульсов генератора мощных импульсов ВЧ 1)

Однако он не позвол ет осуществить сопр женную перестройку по частоте высокочастотных блоков, имеет ограниченное число значений рабочих частот, поэтому не может быть использован дл  поиска и исследовани  неизвестных сигналов  дерного

резонанса в широком диапазоне частот .

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  спектрометр  дерного резонанса, содержащий программное устройство, генератор мощных высокочастотных (ВЧ) импульсов, перестраиваемый колебательный контур, супергетеродинный приемник, фазовый детектор, первый смеситель, генератор опорнойчастоты , первый и второй ключи, регистрирующее устройство, причем вход программного устройства соединен с выходом гененатора опорной частоты и первым входом первого ключа, первый выход - с вторым входом первого ключа, второй выход - с управл ющим входом второго ключа, третий выход - с входом генератора мощных ВЧ импульсов, выход которого соединен с перестраиваемым колебательным контуром, выход перестраиваемого колебательного контура соединен с входом супергетеродинного приемника , выход которого соединен с регистрирующим устройством, выход генератора опорной частоты соединен с входом второго ключа, выход которого соединен с первым входом первого смесител , второй вход которого сое динен с выходом гетеродина супергетеродинного приемника, выход первого ключа соединен с первым входом фазового детектора. Этот спектро- метр позвол ет осуществл ть сопр женную перестройку всех ВЧ перестраиваемых блоков. , Генератор мощных высокочастотных импульсов в спектрометра выпЪЯнен в йиде оконечного усилител  мощности и предоконечного широкополосного, усилител , состо щего из нескольких каскадов 2. Недостатком этого спектрометра   л етс : то, что он может работать лишь в сравнительно узком низкочастотном диапазоне (до 20 МГц), что. ограничивает его применение. Необходимость в расширении рабочего диапазона частот вытекает из того, что многие ферромагнитные материалы имеют значени  резонансных частот пор дка 300 МГц и более, частоты  дерного магнитного резонанса с по влением сверхпровод щих магнитов возросли к насто щему времени до 00 МГц, резонансные частоты  дерно го квадрупольного резонанса лежат в диапазоне до 1 - 2 ГГц Непрерывно возрастают требовани  к чувствитель ности спкетрометров к слабым сигналам  дерных резонасов, к точности спектральных и релаксационных измерений . По вл ютс  новые методы фазо вых измерений. Все это требует создани  широкодиапазонного когерентного спектрометра  дерного резонанса с синхронным детектированием сла бых сигналов  дерных резонансов. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем 4увеличени  рабочего диапазона частот спектрометра при сохранении когерентности и возможности его сопр женной перестройки и автоматизации поиска сигналов. .Поставленна  цель достигаетс  тем, что в спект(Ьометр  дерного резонанса , содержащий программное уст ройство, генератор мощных высоко частотных (ВЧ) импульсов, перестраи 94 ваемый колебательный контур, супергетеродинный приемник, фазовый детектор , первый смеситель, генератор опорной частоты, первый и второй ключи, регистрирующее устройство, причем вход программного устройства соединен с выходом генератора опорной частоты и первым входом первого ключа, первый выход - с вторым входом первого ключа, второй выход - с управл ющим входом второго ключа, третий выход - с входом генератора мощных ВЧ импульсов, выход которого соединен с перестраиваемым колебательным контуром, выход перестраиваемого колебательного контура соединен с входом супергетеродинного приемника , выход которого соединен с регистрирующим устройством, выход генератора опорной частоты соединен с входом второго ключа,. вь,1ход которого соединен с пёрвым входом пеового смесител , второй вход которого соединен с выходом гетеродина супергетеродинного приемника, выход первого ключа соединен с первым входом фазового детектора, дополнительно введены корректор длительности, частотный дискриминатор, сумматор, второй смеситель и схема задани  начальной фазы, причем выход корректора длительности соединен с управл ющим входом первого ключа, а выход частотного дискриминатора соединен с входом корректора длительности и первым входом сумматора, выход второго смесител  соединен с входом частотного дискриминатора и вторым входом фазового детектора, первый вход второгосмесител  соединен с выходом гетеродина супергетеродинного приемника, второй вход второго смесител  - с выходом перестраиваемого колебательного контура , второй вход сумматора соединен с выходом фазового детектора, а выход - с элементом перестройки колебательного контура, вход схемы задани  начальной фазы соединен с выходом первого смесител , а выход - с вторым входом перестраивaeмoгo колебательного контуНа фиг.1 приведена структурна  схема импульсного спектрометра  дерного резонанса, вариант; на фиг.2 структурна  схема корректора длительности .

Спектрометр содержит генератор мощных высокочастотных (ВЧ) импульсво 1, выполненный по схеме однокаскадного двухтактного автогенератора с перестраиваемым колебательным контуром 2, состо щим из катушки индуктивности 3 с образцом и конденсатора Ц перестройки, супергетеродинный приемник 5 с гетеродином 6, первый смеситель 7 генератор опорной частоты 8, второй ключ 9, схему задани  начальной фазы 10 ВЧ колебаний генератора мощных ВЧ импульсов 1 и систему импульсной фазовой автоподстройки частоты генератора мощных ВЧ импульсов 1, в которую вход т второй смеситель 11, фазовь1Й детектор 12, частотный дискриминатор 13, настроенный на опорную частоту генератора опорной частоты В, корректор длительности 1, первый ключ 15, сумматор 16. Спектрометр содержит также программное устройство 17 и регистрирующее устройство 18. В спектрометре перестраиваемый колебательный контур 2 подключен к выходу генератора мощных ВЧ импульсов 1 и св зан с входом супергетеррдинного приемника 5 выход генератора опорной частоты 8 соединен, через второй ключ 9 с входом первого смесител  7 и через первый ключ 15 с первым входом фазового детектора 12, второй вхдад смесител  7 соединен с гетеродином 6, а выход через схему задани  начальной фазы 10 соединен с колебательным контуром 2, входы второго смесител  11 св заны с перестраиваемым колебательным контуром 2 и выходом гетеродина 6, а выход второго смесител  11 соединен, с вторым входом фазового детектора

12и входом частотного дискриминатора 13 выходы фазового детектора 12 и частотного дискри-минатора

13через сумматор 1б св заны с конденсатором 4 перестраиваемого колебательного контура 2, выход частотного дискриминатора 13 через корректор длительности 1 соединен также с управл ющим входом первого ключа

15, выходы программного устройства 17 подключены к вторым входам (управлени  ключей 9 и 15 и ко , входу (импульса модул ции) генератора мощных ВЧ импульсов 1, а его вход соединен с выходом генератора - опорной частоты 8. Генератор мощных

ВЧ импульсов 1 и гетеродин 6 супергетеродинного приемника 5 выполнены в виде сменных блоков, работающих в заданном диапазоне частот,каждый из которых разбит на поддиапазоны. Конденсатор перестройки перестраиваемого колебательного контура 2 выполнен в виде воздушного конденсатора переменной емкости, ротор которого приводитс  во вращение малоинерционным электродвигателем. Схема задани  начальной фазы 10 содержит цепи св зи выхода первого смесител  7 с перестраиваемым колебательным контуром 2 и цепи защиты первого смеси .тел  7 от воздействи  мощных импульсов генератора мощных ВЧ импульсов 1

Корректор длительности Т, содержит С-фильтр 13, двухпол рный ограничитель 20 по минимуму, инвертор 21 и схему ИЛИ 22, Вход ограничител  20 соединен с выходом РС-фильтра 19, а выход подключен ко входу инвертора 21 и к перьмзму входу схемы ИЛИ 22, ко второму входу которой подключен выход инвертора .21.

Спектрометр работает следующим образом.

При подаче от программного устройства 17 (фиг. 1) импульсов модул ции на соответствующий вход пенератора мощных ВЧ импульсов 1 последний вырабатывает мощные импульсы, начальна  фаза ВЧ-заполнени  которых равна начальной фазе ВЧ-заполнени  импульсов на выходе первого смесител  7 вследствие работы задани  начальной фазы 10. Мощные импульсы ВЧ воздействуют на образец, помещенный в катушку индуктивности перестраиваемого колебательного контура 2 и генератора мощных ВЧ импульсов 1. При совпадении частоты коле баний генератора мощных ВЧ импульсов 1 с частотой  дерного резонанса исследуемого образца в катушке индуктивности 3 навод тс  сигналы  дерного резонанса, поступающие на вход супергетеродинного приемника 5В супергетеродинном приемнике 5 с помощью гетеродина 6 частота сигналов  дерного резонанса преобразуетс  в промежуточную частоту супергетеродинного приемника 5- Усиленные в усилителе промежуточной частоты сигналы поступают на амплитудный или фазовый детектор супергетеродинного приемника 5- Опорное напр жеиие на фпзовый детектор супергетеродинного приемника 5 поступает с выхода генератора опорной частоты 8. Далее сигналы  дерного резонанса подаютс  на вход регистрирующего устройства 18. При перестройке спектрометра по частоте изменени  частота гетеродина 6, а частота Генератора мощных ВЧ импульсов 1 системой импульсной фазовой автоподстройки частоты подстраиваетс  .под частоту заполнени  импульсов ВЧ на выходе первого смесител  7. Частота заполнени  импульсов на выходе первого

смесител  7  вл етс  разностью или суммой частот гетеродина 6 и стабилизированной кварцем частоты генератора опорной частоты 8. Если частота колебаний генератора мощных ВЧ импульсов 1 отлична от частоты заполнени  импул-ьсов ВЧ на выходе первого смесител  7, то частота заполнени  импульсов ВЧ на выходе .второго смесител - 11 отличает .с  от значени  опорной частоты генератора опорной частоты 8. Напр жение с выхода второго смесител  11 поступает на вход частотного дискриминатора 13 и на фазовый детектор 12 дл  сравнени  с фазой напр жени  опорной частоты, поступаю-: щего на второй вход фазового детектора 1 2 через первый ключ 15- Если частс на  ошибка невелика и набег разности фаз за врем  действи  импульса генератора мощных ВЧ импульсов 1 составл ет меньше 90, первый ключ 15 открываетс  на все врем  действи  импульса генератора мощных ВЧ импульсов 1. В этом случае работа системы фвзовой автоподстройки частоты генератора, мощных ВЧ импульсов 1 определ етс  работой

фазового детектора 12. Сигнал ошибки с его выхода поступает через .суматбр 16 на конденсатор k перестройки перестраиваемого колебательного контура 2 генератора мощных ВЧ имульсов 1, свод  расстройку перестаиваемого колебательного контура 2 к нулю. Если частотна  ошибка велика и за врем  действи  импульса генератора мощных ВЧ имупльсов 1 набег разности фаз составл ет более 90, возникает возможность ложной настройки генератора мощных ВЧ импульсо 1 вследствие свойства многочастотнос111 системы нмпупьсмой фазовой автоподстройки частоты. Уcт|)l -нpге  ммогочастотность с помощью частотного дискриминатора 13. Сигнал ошибки с выхода частотного дискриминатора 13 поступает в корректор длительности , где интегрируетс  RC-фильтром 19 (см. фиг.2) и поступает на двухпол рный ограничитель 20 по минимуму . Уровень сигнала ошибки превышает порог ограничени , если набег фазы за врем  действи  импульса ВЧ больше, чем 90 В этом случае возНикщий на выходе ограничител  20 импульс проходит на выход корректора

длительности 1 либо через первый вход схемы ИЛИ 22, либо через.инвертор 21 и второй вход схемы ИЛИ 22. Крутизна частотного дискриминатора 13, посто нна  времени RC-фильтра 19 и порог ограничени  ..ограничител  20 выбраны так, чтобы фронт импульса на выходе ограничител  20 был задержан по отношению к фронту входного импульса на четверть периода

частотной ошибки. Импульс с выхода корректора длительности 1 подаетс  на управл ющий вход первого ключа 15 и ограничивает врем  работы фазовЬго детектора так, что при большой

частотной ошибке оно равно четверти периода частотной ошибки, а при малой ошибке - полной длительности импульса генератора мощных ВЧ импульсов 1. Подстройка частоты генератора мощных ВЧ импульсов 1 определ етс  суммарным действием фазового детектора 12 и частотного дискриминатора 13, сигналы ошибок с выхода которых складываютс  в сумматоре 16.

В целом работа системы импульсной фазовой автоподстройки частоты обеспечивает сопр жение по частоте генератора мощных ВЧ импульсов 1 с гетеродином 6 на любой частоте рабочего

диапазона спектрометра, а совместно ic ситемЬй задани  начальной фазы вЧ-колебаний генератора мощных ВЧ импульсов 1 - когерентность ВЧ заполнени  мощных импульсов генератора

Claims (2)

1. Патент США № 3581193, 1971.

2. Павлов Б.Н. Импульсный пано- Jpaмный радиоспектрометр ЯКР.Извести  АН СССР. Сер. физическа , 1975 т. 39, № 12, с. 2620.

Csj

(v