Программно-управляемый блок задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра электронного парамагнитного резонанса

 

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Цель изобретения - сокращение времени развертки путем программного управления числом каналов развертки. Возможность задания на участках треугольной развертки магнитного поля с нарастающей и спадающей индукцией числа каналов развертки в зависимости от требуемой амплитуды развертки и регистрируемых параметров исследуемых спектральных линий ЭПР позволяет использовать устройство в радиоспектрометрах ЭПР при измерении концентрации парамагнитных частиц (КПЧ) в исследуемом веществе путем сравнения как пиковых, так и интегральных интенсивностей сигналов ЭПР исследуемого вещества и калибровочного образца, КПЧ в котором известна, а также минимизировать время регистрации спектров ЭПР при заданном отношении сигнал/шум на выходе радиоспектрометра ЭПР или максимизировать отношение сигнал/шум при заданном времени регистрации. Программно-управляемый блок содержит цифровой генератор, состоящий из генератора прямоугольных импульсов, устройства управления, задатчика длительности каналов развертки, задатчика числа каналов развертки и генератора развер

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 С 01 N 24/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21 ) 4317760/31-25 (22) 26,08.87 (46) !5.01.90. Бюл. № 2 (71) Научно-исследовательский институт ядерных проблем при Белорусском государственном университете им. В.И. Ленина и Белорусский государственный университет им. В.И.Ленина (72,) Данг Дын Мань (711), Л.В. Кузьжчева, Г.И, Ромбак и В.П.Яновский (SU) (53) 538.113 (088.8) (56 ) Александровский В.И. и др. Блок управления магнитным полем спектрометра эл ек тронного ар амагнитно го резонан" а. Приборы и техника эксперимента, 1980, ¹ 6, с, 110

Кудлаев С.Н,, и др. Программно-управляемый блок задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра ЭПР, депонировано в ,И1НИТИ,, № 6413-82. Деп, 28.12,82. (54 ) ПРОГРАММНО-УПРАВПЯЕМЬ1Й БЛОК ЗАДА

НИЯ И РАЗВЕРТКИ ПОЛЯРИЗУМ11ЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ РАДИОСПЕКТРО1"1ЕТРА ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (5 7 ) Из обретение относится к технике электронного парамагнитного рез онанса (ЭПР) . 11ель изобретения — сокращение времени развертки путем программного управления числом каналов развертки. Возможность задания на участИзобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в приборо=троителъной промьпплен„„SU„„ I 536285 А i ках треугольной развертки магнитного поля с нарастающей и спадающей индук--. цией числа каналов развертки в зависимости от требуемой амплитуды разверки и регистрируемых параметров исследуемых спектральных линий ЭПР позволяет использовать устройство в радиосп ектрометрах ЭПР при измерении концентрации парамагнитмлх частиц (КПЧ) в и.следуемом веществе путем сравнения как пиковых, так и интегральных интенсивностей сигналов ЭПР исследуемого вещества и калибровочнаго образца Й! ° в котором из вест-.að также минимизировать время регистрации спектров ЭПР при заданном о- ношении сигнал/шум на выходе радиоспектрометра ЭПР или максимизировать отношение сигнал/нум при заданном времени регистрации. Програпшно-с-правляемый блок содержит цифровой генера-.ор, состояний из генератора прямоугольных импульсов, устройства управления,- задатчика длительности каналов развертки, задатчика числа каналов развертки и генератора развертки, задатчик ажтпитуды развертки магнитного поля, задатчик начальногo значения магнитного поля ши:-1ы данных управления и адреса, селектор адреса и интерфейс генератора развертки, 2 з,п. ф-лы,, 3 ил„ ности при изготовлении радиоспектрометров ЭПР.

Цель изобретения — сркраи.сии »рсмени развертки путем программиогг

1536285.уйравления числом каналов развертки.

На фиг.l приведена блок-схема прог раммно-управляемого блока задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра ЭПР; на фиг.2 " блок-схема счетчика с управляемым модулем счета;:на фиг.3— блок-схема устройства управления циф- 10 рового генератора развертки.

Программно-управляемый блок зада ния и развертки магнитного поля радиоспектрометра ЭПР содержит последовательно соединенные цифровой генера- 15 тор 1, задатчик 2 амплитуды развертки и задатчик 3 начального значения магнитного поля, шины данных 4, управления 5, адреса 6, селектор 7 адреса и интерфейс 8 цифрового генера- 20 тора. При этом информац«лонные входы цифрового генератора 1, задатчика 2 амплитуды развертки, задатчика 3 на чального значения . аагнитного поля и информационные выходы интерфейса 8 цифрового генератора подключены к шине 4 данных, адресные входы селектора 7 адреса — к шине 6 адреса„ его первый и второй выходы — соответственно к управляющему входу задатчи- 30 ка 3 начального значения магнитного поля и управляющему входу задатчика

2 амплитуды развертки, третий, четвертый, пятый, н«естой„ седьмой, восьмой выходы — соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пя-. тому, шестому управляющим входам,цифрового генератора 1, соединенного управляющим выходом с первым входом интерфейса 8 цифрового генератора. 40

Стробирующий вход селектора 7 адреса подключен к линии "Запись внешнего устройства" шины управления 5, линии

"Чтение внешнего устройства" и "Запрос на прерывание" которой соединены 45 соответственно с вторым входом и управляющим выходом интерфейса 8 цифрового генератора.

Цифровой генератор 1 содержит генератор 9 прямоугольных импульсов, генератор 10 развертки, задатчик 11 числа каналов развертки, задатчик 12 длительности каналов развертки и устройство 13 управления.

Генератор 10 развертки содержит с5 последовательно соединенные реверсивный счетчик 14 и цифроаналоговый преобразователь 15, первый 16 и второй

17 ЛЭ И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика

l4, ЛЭ НЕ 18, ЛЭ ИЛИ 19 и параллельный регистр 20.

Задатчик li числа каналов развертки и задатчик 12 длительности каналов развертки выполнены идентичными.

При этом каждый из них состоит из счетчика с управляемым модулем счета (фиг.2), содержащим параллельный регистр 21, формирователь 22 коротких импульсов, ЛЭ ИЛИ 23 и вычитающий счетный регистр 24.

Устройство 13 управления содержит (фиг. 3) последовательно включенные счетный триггер 25 и формирователь

26 коротких импульсов,RS-триггер 27, ЛЭ И 28 и ЛЭ ИЛИ 29,выход которого соединен с установочным входом счетного триггера 25, а первый вход — с первым установочным входом RS-триггера

27, подключенного выходом к второму входу ЛЭ И 28. Причем первый вход

ЛЭ И 28, первый и второй установочный входы RS-триггера 27, второй вход ЛЭ

ИЛИ 29, тактовый вход счетного триггера 25 и выходы ЛЭ И 28, счетного триггера 25 и формирователя 26 коротких импульсов являются соответственно тактовым входом, входами Пуск, "Стоп", "Сброс", управляющим входом и тактовым, первым и вторым управляющими выходами устройства 13 управлен«ля а

В режиме "Настройка" блока задания и развертки магнитного поля производится задание основных параметров магнитного поля (режимных параметров) программным путем, При этом в параллельный регистр 21 задатчика 12 длительностч каналов развертки записывается двоичный эквивалент N заданной длительности «;„одного канала развертки, в параллельный регистр 21 задатчика 11 числа каналов развертки— двоичный эквивалент 1V заданного чис а ла и каналов развертки; в параллельный регистр 20 генератора 10 развертки — двоичный эквивалент Nä значения поправки п „, обеспечивающей поддерживание постоянной составляющей выход.ного напряжения генератора 10 развертки на нулевом уровне при изменении числа и „ каналов развертки, в задатчик 2 амплитуды развертки — двоич««ьпл эквивалент Nрза,д,анно го з начения амплитуды развертки 6Вр, а в задатчик 3 начально гс знач ения магнит6285 6

50

5

153 ного поля — двоичный эквивалент заданного начального значения индукции магнитного поля.

Запись установленного на шине 4 данных двоичного эквивалента заданного режимного .параметра в соответствующий этому параметру регистр производится сигналом, формируемым по импульсу "Запись внешнего устройства" (VBIO) шины 5 управления селекто- ром 7 а .реса, выполненного, например, на основе дешифратора на, 8 выходов,, на входе записи (стробирования) регистра, выбираемого в соответствии с кодом адреса регистра, устанавливаемым программируемой системой сбора и обработки информации на шине

6 ацреса, Релмм "Настройка" завершается сигналом "Сброс", формируемым селектором 7 адреса по импульсу МЕ?О шины 5 управления при наличии соответствующего ацреса на шине 6 адреса.

Переход в режим "Работа" осуществляется по сигналу "Пуск", формируемому селектором 7 адреса при появлении импульса MRI0 на шине 5 управления и нагличии соответствеюшего адреса на шине 6 адреса.

Каждый импульс, поступающий на вычитаюший вход вычитающего счстного регистра 24 задатчика 12 длительности каналов развертки, уменьшает его содержимое на единицу, В результате этого при поступлении на вычитающий вход импульсов, число которых равно предварительно записанному в вычитающий счетный регистр 24 двоичному эквиваленту N заданного знаь чения длительности канала разверт-ки, все триггеры вычитающего счетного регистра 24 устанавливаются в нулевое состояние. При переходе триггеров вычитающего счетного регистра

24 в это состояние формирователь 22 коротких импульсов формирует выходной сигнал, поступающий через ЛЭ ИЛИ 23 на вход записи вычитающего счетного регистра 24, обеспечивая тем самым загрузку двоичного эквивалента N< в регистр 24, а следовательно, установ ку задатчика 12 длительности каналов развертки в исходное состояние.

Таким образом, модуль счетг. счетчика с управляемым модулем Счета, представляющего собой задатчик 12 длительности каналов развертки, определяется двоичным эквивалентом N

5 а период 1, формируемых на выходе фор мирователя 23 коротких импульсов определяется в соответствии с выражением . t = Nq t, где t„- период импульсов на выходе генератора 1 прямоугольных импульсов, установленный сигналом "Сброс" в единичное состояние счетный триггер

25 управляет направлением развертки и вырабатывает управляющий сигнал, обеспечиваюший прохождение выходных импульсов задатчика 12 длительности каналоH развертки через первый ЛЭ

И 16 генератора 10 развертки на суммирукиций вход его реверсивного счетчика 14. В результате этого содержимое реверсивного счетчика 14 возрастает по мере поступления на его суммирующий вход выходных сигналов задатчика 12 длительности каналов развертки, и цифроаналоговый преобразователь

15 формирует напряжение, соответству- ющее участку треугольной развертки с нарастающей индукпией магнитного поля. Число дискретных значений магнитного паля на этом участке развертки (т. е. число каналов) определяется задатчиком 11 числа каналов развертки, Модуль счета счетп.ка с управляемым модулем счета, представляющего собой задатчик 11 числа каналов развертки, равен двоичному эквиваленту

И числа и к каналов, записанному в вйчитающий счетный регистр 21 в режиме Настройка". Поступающие на его счетный вход импульсы с выхода зада1чика 12 длительности каналов развертки уменьшают его содержимое до тех пор, пока все триггеры вычитающего счетного регистра 24 не устанавливаются в нулевое состояние,, При этом на выходе формирователя 22 коротких импульсов формйруется импульс, обеспечивающий восстановление исходного состояния задатчика 11 числа каналов развертки и одновременно поступающий на управляющий вход

Ь устройства 13 управления для переключения счетного триггера 25 в нулевое состояние. Сформированное по оконча— нни участка развертки с нарастающей индукцией магнитного поля изменение сигнала на первом управляющем выходе устройства 13 управления фиксируется

-,:.,ограммируемой системой сбора и об— работки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 цифротого

1536285 генератора, выполненного, например, на основе асинхронного ВБ-триггера с трехстабильным буферным элементом на выходе, Одновременно сигнал на первом управляющем выходе устройства 13 управления обеспечивает прохождение выходных сигналов задатчика 12 длительности каналов развертки через второй

ЛЭ И 17 генератора )О развертки на вычитающий вход реверсивного счетчика 14. При этом содержимое реверсив ного счетчика 1ч уменьшается по мере поступления на его вычитающий вход выходных сигналов =-:aäàò÷èêà 12 длительности каналов развертки и цифроаналоговый преобразователь 15 формирует напряжение, соответствуюц1ее участку треугольной развертки co спадающей индукцией магнитного поля.

Этот процесс происходит до тех пор, пока все триггеры вычитающего счетного регистра 2ч зацатчика 11 числа каналов развертки не устанавливаются 5 в нулевое состояние и на выходе формирователя 22 не формируется импульс, обеспечивающий восстановление исход— ного состояния задатчика 11 числа каналов развертки. Это г же импульс, как и в случае формирования участка развертки с нарастающей индукцией магнитного поля, поступает на управ. ляющий вход устройства 13 управления и переключает счетный триггеР

25 в противоположное установленному ранее состояние.

Изменение сигнала на первом управ-. ляющем выходе устройства 13 управления фиксируется программируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 цифрового генератора развертки, а сам сигнал на первом управляющем выходе устройства 13 управления обеспечивает форьжрование участКа треугольной развертки с нарастающей индукцией магнитного поля.

Сформированное на выходе цифроаналогового преобразователя 15 напряжение треугольной формы обеспечивает треугольную развертку магнитного поля с числом и„. каналов на каждом ее участке, определяемым предварительно записанным в параллельный регистр

5 .21 задатчика 11 числа каналов разверт=1

rr ки двоичным эквивалентом Чк . ность каждого участка треугольной развертки магнитного поля определяется выражением Т = n „ t N < и может изменяться как за счет изменения числа п каналов на участке развертки, так и за счет изменения длительности

t к = t„N < каналов развертки путем изменения двоичного эквивалента N предварительно загруженного в параллельный регистр 21 задатчика 12 длительности каналов развертки.

Максимальное число каналов на каждом участке треугольной развертки магнитного поля и 2, где ив к аякс разрядность цифроаналогового преобразователя 15. Сохранение постоянной составляющей входного сигнала цифроаналогового преобразователя 15, на нулевом уровне. при изменении числа каналов r:,с обеспечивается с помощью поправки n = (п, „„с в пt,)/2, двоичп ный эквивалент И „которой з агружается в параллельный регистр 20 генератора 10 развертки в режиме "Настройка". Загруз ка содержимо го р егистра 20 в реверсивный счетчик 14 производится сигналом "Сброс", а также сигналом, формируемым по окончании участка треугольной Развертки со спадающей индукцией магнитного поля формирователем 26 коротких импульсов на втором управляющем выходе устройст ва 13 управления и поступающим на второч установочньп вход генератора

10 развертки.

Необходимость останона развертки поляризуюцего магнитного поля определяется программируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации путем, например, сравнения заданного числа накоплений N> регистрируемого спектра ЭПР и текущего числа накоплений М,определяемого количеством прохождений резонансных условий в процессе периодической развертки магнитного поля °

В случае равенства Nз =И система сбора и обработки спектрометрической информации выдает на шину 6 адреса необходимьN для возбуждения седьмого выхода селектора 7 адреса адрес, а на шину управления 5 — сигнал WRI0.

В результате этого селектор 7 адреса формирует сигнал "Стоп", переключающий RS-триггер 27 устройства 13 управления в нулевое состояние. При этом на первый вход ЛЭ И 28 поступает запрещающий потенциал, и импульсы с выхода генератора 9 прямоугольных

1О

15 20

55 импульсов не проходят на тактовый выход устройства 13 управления.

Регистрация текущего числа накоплений осуществляется системой сбора и обработки спектрометрической информации с помощью интерфейса 8 цифрового генератора развертки, формирующего на линии "Запрос на прерывание" (ЩПП1) шины управления 5 сигнал запроса на прерывание по окончании участков развертки как с нарастаннцей, так и спадающей индукцией магнитного поля.

По этому сигналу система сбора и обработки спектрометрической информации формирует на шине управления сигнал "Чтение внешнего устройства" (RDIO), в результате чего интерфейс 8 цифрового генератора развертки выдает на шину данных начальный адрес подпрограммы обслуживания прерывания, непосредственно определяющий текущее

,значение числа накоплений.

Сформированное таким образом напряжение треугольной формы с нулевой постоянной составляющей с выхода цифрового генератора 1 развертки поступает на задатчик 2 амплитуды развертки магнитного поля, управление которым осуществляется программируемой системой сбора и обработки спектрометрический информации в режиме

"Настройка" путем формирования на шине 6 адреса кодовой комбинации, необходимой для возбуждения второго выхода селектора 7 адреса, формирования на шине 4 данных кодовой комбинации, обеспечивающей заданное значение амплитуды развертки, и формирования сигнала на линии VBIO шины 5 управления.

Напряжение треугольной формы, амплитуда которого установлена в соответствии с заданным значением амплитуды развертки магнитного поля, с выхода задатчика 2 амплитуды развертки магнитного поля поступает на вход эадатчика 3 начального значения магнитного поля, управление, которым производится программируемой системой сбора и обработки спектрометрической информации в режиме

"Настройка" путем формирования на шине 6 адреса кодов комбинации, необходимой для возбуждения первого .выхода селектора 7 адреса, формирования на шине 4 данных кодовой комбинации, обеспечивающей заданное начальное значение магнитного поля, и формирования сигнала на линии WRIO шины 5 управления.

Выходной сигнал задатчика 3 начального значения магнитного поля равен сумме напряжения треугольной формы, амплитуда- которого соответствует заданному значению амплитуды развертки магнитного поля, число дискретных значений напряжения — эаданL ному числу накоплений сигналов ЗПР, и постоянного напряжения, соответствующего заданному начальному значению магнитного поля.

Возможность изменения числа каналов на участках треугольной развертки со спадающей и нарастающей индукцией магнитного поля программным путем как в режиме "Настройка", так и в процессе регистрации спектров, позволяет оптимизировать параметры магнитного поля (время развертки, число каналов, амплитуду развертки, длительность каналов развертки) в соответствии с решаемой задачей, ускорить и автоматизировать процесс регистрарации сигналов .

Формула из обретения

1. Программно-управляемый блок задания и развертки поляризующего магнитного поля радиоспектрометра электронного парамагнитного резонанса, содержащий цифровой генератор, включаниций генератор прямоугольных импульсов и генератор развертки с входящими в него счетчиком, первым и вторым логическими элементами (ЛЗ)

И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам счетчика, и цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), входы которо-. го подключены к выходам счетчика, а выход является первым выходом цифрового генератора, задатчик амплитуды развертки, первый вход которого подключен к первому выходу цифрового генератора, задатчик начального значения магнитного поля, первый вход которого подключен к выходу задатчика амплитуды, а выход является выходом программно-управляемого блока задания и развертки поляриэующего магнитного поля, )пину управления и шину данных с подключенными к ней информационными входами цифрового генератора и задатчиков амплитуды и начального значения магнитного поля, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью

11 15362 сокращения времейи развертки путем программного управления числом каналов развертки, в него дополнительно введены шина адреса интерфейс цнфро5 вого генератора и селектор адреса, адресные входы которого подключены к шине адреса, стробирующий вход— к линии "Запись внешнего устройства" шины управления, первый и второй вы-, ходы — к второму входу соответственно зЩатчика начального значения маг1 нитного поля, задатчика амплитуды развертки, третий, четвертьпл, пятый,, шестой, седьмой и Восьмой выходы — со-,, ответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому управляющим выходам цифрового генератора, соединенного вторым выходом с первым входом интерфейса цифрового 20 генератора, второй вход. и управляющий выход которого подключены соответственно к линии "Чтение внешнего устройства" и линии "Запрос на,1рерываниеп шины управления, " - нформационные вы- 25 ходы — к шине данных, при этом цифровой генератор дополнительно содержит задатчики длитель. . .rè и числа кана-. лов развертки и устройство управления, тактовый вход которого соединен с выхоgg дом генератора прямоугольных импульсов, управляющий вход — с Выходом задат— чика числа каналов развертки, вход

"Сброс" — с установочными входами задатчиков длительносTH и числа кана—

3. Блок по п„1„о тл и ч аю— шийся тем, что устройство управления выполнено из последовательно включенных сч-тного триггера и формирователя коротких импульсов, BSтриггера, ЛЭ И и ЛЭ ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом счетного триггера, а первый вход— с первым установочным входoM RS-триггера, подключенного выходом к второму входу ЛЗ И, причем г.ервый вход

ЛЭ И, первый и второй установочные входы RS-триггера, второй вход ЛЭ

HJIH, тактовый вход счетно о триггера H eb o t JI3 И, счетного триггера и формирователя коротких импульсов являются соответственно тактовым лов развертки и первым установочным входом генератора развертки, г:ервый и второй управляющие выходы — соот-ветственно с управляющим и вторым установочным входами генератора развертки, тактовый выход — со счетным входом задатчика длительности каналов развертки, подключенного выходом к счетным входам задатчика числа каналов и генератора развертки, причем информационные входы генератора развертки и задатчиков числа дли..ельности каналов развертки объединены и я з=ляются информационными входами цифрового генератора, входы записи генератора развертки и задатчиков числа и длительности каналов развертки, входы "Сброс", "Стоп", "Пуск" и первый управляющий вь|ход устройства управления являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым управляющими входами и вторым выходом цифрового генератора, а в генератор развертки дополнительно

85 12 введены ЛЗ HF. u HJlH и параллельный регистр, выходы которых соединены соответственно с вторым входом второго ЛЭ И, входом записи и установочными входами счетчика, причем объединенные первые входы первого и второго ЛЭ И и объединенные второй вход первого ЛЭ И и вход ЛЭ НЕ, а также первый и второй входы ЛЭ ;ЛИ и иформационные входы и вход стробирования параллельного регистра являЮТСЯ СООТВЕТСТВЕННО СЧЕТНЫ. i Vi )Ù)ßÍÃié ющим входами, первым и вторым установочными входами и информационными входами и входом записи генератора развертки.

2, Блок п.1„о тлич ающий с я тем, что 3eäàò÷èêè длительности и чиспа каналов развертки цифрового генератора выполнены идентичными В виде счетчиков с управляемым модуль . счета, состоящих из параллельного регистра, формирователя коротких импульсов„ ЛЭ ИЛИ и вычитающего счетного регистра„ информационные входы которого подключены к выходам параллельного регистра, вход записи сое.динен с выходом ЛЭ ИЛИ.„ а выход— входом фор мрователя коротких импульсов, выход которого подключен к первому входу ЛЗ И1И„причем вьг итающий

ВХОД СЧЕТНОГО РЕГИС"i Pa, i4нфОРМ ЦНО ные входы и стробирующий вход параллельного регистра, второй вход ЛЗ

ИЛИ и выход формирователя коротки». импульсов являются соответственно счетным входом, инфор1 апионными Вхо дами, входом записи., уст ановочнь:и входом и выходом задатчиков длительности и числа каналов развертки.

153б 285

889, ц дх. юане

Фиг.2 входом, входами "Пуск", "Стоп", и 11

Сброс, управляющим входом и тактовым, первым и вторым управляацими выходами устройства управления.

1536285

Составитель А. Федоров

Редактор И. Касарда Техред H. Ходапшч Корректор И. Муска

Заказ 104 i. ираж 488

Подписное

ВНИИПИ Государственного комите."а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101