Устройство для измерения времени спин-решеточной релаксации

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения времени ядерной, в частности спин-решеточной, релаксации импульсными методами радиоспектроскопии ядерного магнитного и.ядерного квадрупольного резонансов, и может быть использовано для построения импульсных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойств различных веществ, а также для решения прикладных задач радиоспектроскопии . Цель изобретения - повьппение точности измерения времени спин-решеточной релаксации при малом отношении сигнал/шум. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены формирователь и распределитель импульсов,.постоянное запоминающее устройство, умножающий цифроаналоговый преобразователь, времякодовый преобразователь и ари жетическо-логическое устройство. При заложенном в устройство алгоритме работы с помощью данного устройства можно получить при измерениях более точное время ядерной релаксации. 1 ип. § (/) 1- О сх со g

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„Л0„„1408320 А 1 (59 4 С 01 N 24/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4055831/31-25 (22) 14.04.86 (46) 07.07.88. Бюл. Р 25 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Б.E.Ðûöàð (53) 539.143.48 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 449294, кл. G OI N 27/78, 1978.

Мазитов P.Ê., Ионов В.И. Аппаратура для измерения времени ядерной релаксации. ПТЭ, 1965, II 3, с. )42151.

Авторское свидетельство СССР

У 757947, кл. G О1 N 24/ОС, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ СПИН-РЕШЕТОЧНОЙ РЕЛАКСАЦИИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения времени ядерной, в частности спин-решеточной, релаксации импульсными методами радиоспектроскопии ядерного магнитного и. ядерного квадрупольного резонансов, и может быть использовано для построения им" пульсных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойств различных веществ, а также для решения прикладных задач радиоспектроскопии. Цель изобретения — повьппение точности измерения времени спин-решеточной релаксации при малом отношении сигнал/шум. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены формирозатель и распределитель импульсов,.постоянное запоминающее устройство, умножающий цифC роаналоговый преобразователь, время- Е кодовый преобразователь и арифметическо-логическое устройство. При за- MУ ложенном в устройство алгоритме рабо- С ты с помощью данного устройства можно получить при измерениях более точ- Я ное время ядерной релаксации. 1 ил.

1408320

Изобретение относится к измери- . ельной технике, а именно к устройст1зам измерения времени ядерной релаксации методами радиоспектроскопии в э частности времени спин-решеточной релаксации импульсными методами ядерно1 о магнитного и ядерного квадруполь ого резонансов, и может быть испольовано для построения импульсных ре- 10 аксометров, предназначенных для изуения физико-химических свойств различных веществ и других задач приадной радиоспектроскопии.

Цель изобретения — повышение точ- 15 ости измерения времени спин-решеточ.ой релаксации при малом отношении и гнал /шум.

На чертеже приведена блок-схема стройства.для измерения времени спин-20 ешеточной релаксации Т .

Устройство содержит йрограмматор

1, приемопередающую систему (ПНС) 2 елаксометра, формирователь и распреелитель 3 импульсов (ФРИ), двухкаальный блок 4 выборки и запоминания

БВЗ), схему 5 вычитания, постоянное апоминающее устройство (ПЗУ) 6,, вреякодовый преобразователь (ВКП) 7, рифметическо-логическое устройство 30 (АЛУ) 8, умывающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 9, компаратор

l0 и регистратор 11 При этом выход п ограмматора 1 подключен к входу

И 3 и к входу ППС 2 релаксометра, в под которого соединен с входом ; д ухканального БВЗ 4, иэ которого . п рвый выход подключен к первому вход схемы 5 вычитания, а второй — к второму последней и к опорному входу у0 компаратора 10. Первый выход ФРИ 3 соединен с управляющим входом двухканального БВЗ 4 и с входом ПЗУ 6, а второй выход. — через ВКП 7 с первым в кодом АЛУ 8, причем второй вход пос1 еднего подключен к выходу ПЗУ 6 и к управляющему входу УПАП 9, опорный в од которого соединен с выходом схем 5 вычитания, а выход — с сигналь(HlIM входом компаратора 10, у которо50 гр выход подключен к входу программатора 1 и третьему входу АЛУ 8, выход которого. подключен к регистратору 11.

Устройство работает следующим обрцзом.

Программатор 1 вырабатывает сначал 90-градусные импульсы, обеспечивающие быстрое насыщение спиновой системы, — на выходе ППС 2 появляются сигналы с амплитудой А которая пропорциональна предельной величине компоненты вектора макроскопической намагниченности И1, что достигается большим числом и (n = 1,2,3,...;

g — длительность между соседними

90-градусными импульсами). Затем программатор l вырабатывает импульсную последовательность, позволяющую определить Т "эа одно прохождение", в результате которой на выходе ППС 2 появляются сигналы свободной прецессии, амплитуды которых изменяются по закону

А„= А (1-eхp(- †)j, n=1,2,3...(l, п, 1

Ф

Таким образом, на вход двухканального БВЗ 4 поступают сигналы с амплитудами А„, в котором с помощью стробимпульсов ФРИ 3 сначала выделяется импульс с амплитудой А, а затем импульсы с амплитудами А„. Первый в виде уровня напряжения U удерживается на втором канале БВЗ 4, который под1 ключен к второму входу схемы 5 вычи.тания и к опорному входу компаратора

10, а импульсы с амплитудами А„ появляются в виде уровней Ц, 02 Цз

U на первом канале БВЗ 4, который подключен к первому входу схемы

5 вычитания. При этом на выходе схемы 5 вычитания появляется разность напряжений (П -U, ), (У -U,), (11 -U,), (U -U ) ° Следовательно, на опорный вход УЦАП 9 поступает ступенчатоспадающее по экспоненциальному закону напряжения 11 (и = 1,2,3,...,), т. е.

U„ = U exp(- †),n=1,2,3,..., (2) где U — начальное значение Un npu г. ь = О, равное по величине напряжении А а на опорный вход компаратора 10—

его максимальное значение U .

В ПЗУ 6 хранится код числа, который является постоянным коэффициентом К умножения УЦАП 9. Считывание информации ПЗУ б на вход (т.е., по шине данных) УЦАП 9 осуществляется с помощью строб-импульса ФРИ 3. Следовательно, уровень напряжения (начиная с n = 1,2,3,...), который на каждой ступени и приложен к опорному входу УЦАП 9, будет умножен на число, соответствующее хранящемуся в ПЗУ 6

1408320 коде. Таким образом к сигнальному входу компаратора 10 поступают уровни напряжений К„Б,, К 11, К Г

КрUä, где Кр — коэффициент умйожения .5

УЦАП 9. При равенстве уровня Б и уровня КрП„или при КрUè l UD на выхо де компаратора 10 появляется перепад напряжения, который отключает работу программатора 1 ° Этот перепад напряжения является разрешающим сигналом для выполнения необходимых арифметических операций в АЛУ 8 над двумя поступающими кодами, а именно от ВКП 7, который преобразует интервал времени и (и = 1,2,3,...,), и от ПЗУ 6, в котором "зашит" коэффициент К .

Высокая точность измерения времени спин-решеточной релаксации с помощью предлагаемого устройства дости- 20 гается эа счет оптимального (с точки зрения получения минимума относительной среднеквадратической ошибки определения искомого времени Т, ) выбора времени п р измерения второго A ñèã- 25 нала свободной прецессии при фиксированном первом А . Так как А = Ц,, а A = U то согласно (2) время и спин-решеточной релаксации Т можно определить как

30 пь

Т = — — — — — — —,n=l 2,3,... (3), 1п(П /Un) 45

1n(U,/U„) (4) где К = U / U — отношение сигнал/

PJ р и шум е 50

В результате подстановки в выражение (4) U„= Uä ехр (-и Ф), где

= р /Т, и анализируя (относительФ но Ы, получаем, что функция 6 (Ж) имеет Одну и ту же величину минимума 55 для каждого индекса сдвига n = 1,2,3, значения равности 6 „„ = 2,8783.

Величины 0 " = 6, являются опти(п мальными для и, 1,2,3,..., а соотI

При условии, что ошибки измерения начальных амплитуд А сигналов свободной прецессии случайны, независимы и подчиняются нормальному закону рас- пределения, причем среднее значение их равно нулю, а максимальные отклонения равны от точки к точке, т.е. дб

bU, aUà рПи относительную среднеквадратическую погрешность Ь измерения Т„ по формуле (3) можно определить как

1 l /По + 1/Un т К

n — 1,2,3,..., ветствующее им оптимальное отношение амплитуд (И /Б„), являющееся постоянным коэффициентом умноженич К

УЦАП 9, равно (Ц /Ц„)р = Кр ехр(п р ) = 3,028, и = 1,2,3,... () (n)

Таким образом, для известных p(, величину искомого времени спин-решеточной релаксации Т с наиболее вероятной минимальной поrpешностью можно определить по формуле

Т (6)

< р

1 где ю6 = (c/Ò ) = — — 1nK, и о л о 0 а о

),2,3,...

В ПЗУ 6 хранится код, являющийся коэффициентом умножения УЦАП 9, т.е.

К = 3,028. Этот же код поступает на вход АЛУ 8, в котором по команде компаратора 10, а именно при выполнении условия 3,028 Uд>- U, реализуется окончательный результат

Т =n С /ln(3,028) = 0,903пС (7)

Формула изобретения

Устройство для измерения времени спин — решеточной релаксации, содержащее программатор, подключенный к входу приемопередающей системы релаксометра, выход которой соединен с входом двухканального блока выборки и запоминания, у которого первый выход подключен к первому входу схемы вычитания, а второй — к второму входу последней и к опорному входу компаратора, а также регистратор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при малом отношении сигнал/шум, в него введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножающий цифроаналоговый преобразователь, времякодовый преобразователь и арифметическо-логическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формирователя и распределителя импульсов, первый выход которого подключен к управляющему входу двухканального блока выборки и запоминания и к входу постоянного запоминающего устройства, а второй выход — через времякодовый преобразователь к первому входу арифметическо-логического

Со с тав итель С. В арламо в

Те хред М. Дидык

Корректор Л. Пил ипе нко

Редактор Н.Тупица

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3304/4б

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1408320 6 устройства, при этом второй вход I!0 мы вычитания, а выход - K сигнальному следнего соединен с выходом постоян- входу компаратора, у которого выход ного запоминающего устройства и с уп- соединен с входом программатора и равляющим входом умножающего цифро5 третьим входом арифметическо-логичесаналогового преобразователя, опорный кого устройства, выход которого под: вход которого подключен к выходу схе ключен к регистратору.