Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса для измерения времени спин-решеточной релаксации во вращающейся системе координат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетсиил

Социапистичес мин респубпик

< 1>920483 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 14,07.80 (21) 2956782/13-25 (53)М. Кл. с присоединением заявки йе

С 01 и 24/10 зееудерстеенлый кемитет

CCCP вю делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.82. Ь оллетень йе 14

Дата опубликования описания 15.04. 82 (53.) УД3 539 143..43(088.8) .

А.ф. Бабкин, В.И. Гуткин и А. В. Русанов (72) Авторы изобретения

Северо-Западный заочный политехнический институт (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО

РЕЗОНАНСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ СПИН-РЕяЕТОЧНОЙ

РЕЛАКСАЦИИ ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ

Изобретение относится к устройствам для наблюдения эффекта магнитного резонанса и может использоваться в различных областях физики, химии, биологии, медицины и т,д.

Известны импульсные спектрометры

: ядерного магнитного резонанса, напри мер, для исследования релаксационных процессов в твердых телах и жидко- . ,стях

Однако на таких спектрометрах ядерного магнитного резонанса (ЯИР) можно проводить исследований времен релаксации только в лабораторной системе координат. и нельзя измерять времена спин-спиновой релаксации Т „1з" во вращающейся системе координат,которые дают ценную, информацию о структуре изучаемого объекта. Известен также импульсный спектрометр ЯИР для э измерений Т1о во вращающейся системе координат методом принудительной нестационарной процессии. Импульсная последовательность, создаваемая таким

2 спектрометром, состоит из /2 импульса и более длинного импульса, изменяемого по амплитуде и с фазой B4- . поля, сдвинутой на Ti /2 относительно фазы ВЧ-поля в первом импульсе 1.2 1.

Спектометрй ЯМР, построенные на основе этого метода, имеют два канала формирования фазосдвинутых импульсов, . что снижает помехоустойчивость и точность работы прибора.

Наиболее близким по технической сущности к прелагаемому изобретению. является спектрометр ЯИР, содержащий последовательно соединенные источник радиочастотного возбуждения и разветвитель, а также два (первый и второй) радиочастотных клапана, устройство управления, фазовращатель, сумматор, усилитепь мощности, датчик и приемник. Причем выходы разветвителя соединены со входами радиочастотных клапанов, управляющие входы которых соединены с выходами устройства управления, выход первого радиочастотного клапана соединен со входом фазовращателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго радиочастотного клапана, а выход сумматора соединен с входом усилите" ля мощности, выход которого соединен со входами датчика и приемника.Условием точной работы такого устройства является точный сдвиг фазы, задание определенной амплитуды фазирующего импульса и повышенная помехоустойчивость, так как длительности формируемых фазирующих импульсов могут достигать единиц секунд, что сильно усложняет развязку высокочастотных

Ъ цепей радиопередающего тракта спектрометра ЯМР f3).

Недостатком этого спектрометра является то, что в канале формирова4 ния фазосдвинутого импульса имеется аттенюатор. Однако наличие аттенюатора в канале формирования фазосдви,нутого импульса усложняет построение высокочастотных цепей спектрометра

ЯМР и ухудшает развязку каналов по высокой частоте, что ведет к снижению помехоустойчивости и фазовой . стабильности спектрометра ЯМР.Кроме того, коэффициент передачи канала формирования фазирующего импульса заметно зависит от температурной нестабильности аттенюатора. Это приводит к неоднозначности выставления величины амплитуды фазирующего импульса на выходе усилителя мощности, что снижает точность работы. спектрометра ЯМР.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и точности работы импульсного спектрометра ядерного магнитного резонанса для измерений Т р во вращающейся системе координат.

Эта цель достигается тем,что в импульсный спектрометр ЯМР для измерения времени спин-решеточной релаксации во вращающейся системе координат, содержащий последовательно соединенные источник радиочастотного излучения и разветвитель, а также первый и второй радиочастотные клапаны, устройство управления, фазовращатель, сумматор, усилитель мощности, датчик и приемник, причем выходы разветвителя соединены со входами радиочастотных клапанов,управляющие входы которых соединены с выходами устройства управления, 20483

4 выход первого радиочастотного клапана соединен со входом фазовращателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход кОторОго сОединен с выхОдОм втОрОгО радиочастотного клапана, а выход сумматора соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен со входами датчика и приемника, дополнительно введены последовательно соединенные формирователь импульса и регулятор амплитуды видеоимпульса, выход последнего соединен с управляющим входом усилителя мощности, а вход формирователя импульса соединен с управляющим входом первого радиочастотного клапана.

На чертеже дана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник радиочастотного излучения 1, разветвитель 2, радиочастотные клапаны 3 (первый) и 4 (второй), фазовращатель 5, сумматор б, усилитель мощности 7, устройство управления 8, формирователь импульса 9, регулятор амплитуды видеоимпульса 10,датчик 11, приемник 12.

Выход источника радиочастотного излучения 1 соединен со входом разветвителя 2, первый выход которого подключен ко входу первого радиочастотного клапана 3; а второй выход подсоединен ко входу второго радиочастотного клапана 4. Фазовращатель

3S

5 своим входом подключен к выходу первого радиочастотного клапана. 3, а выходом - к первому входу сумма° тора 6, второй вход которого соеди40 нен с выходом второго радиочастотного клапана 4, а выход соединен со входом усилителя мощности 7. Второй выход устройства управления 8 подключен к управляющему входу второго радиочастотного клапана 4, а первый

4Я выход связан с управляющим входом первого радиочастотного клапана 3 и со входом формирователя импульсов

9, выход которого соединен со входом регулятора видеоимпульса lO.

50 Выход регулятора видеоимпульса 10 подключен к управляющему входу усилителя мощности 7, а вход датчика

11 связан с выходом усилителя мощности 7 и со входом приемника 12.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал высокой, частоты, вырабатываемый источником радиочастотно920483

Таким образом, поступающий на вход усилителя мощности 7 J7 /2 радиочастотный импульс усиливается по амплитуде на максимальную постоянную величину, в то время как следующий за иим

Фазирующий радиочастотный импульс усиливается по амплитуде пропорционально коэффициенту усиления усилите" ля мощности 7, измененному с помощью действующих только во время усиления фазирующего импульса Формирователя импульса 9 и регулятора амплитуды видеоимпульса 10.

Сформированные по длительности, амплитуде и сдвинутые по фазе Х /2 импульс и фазирующий импульс с выхода усилителя мощности 7 поступают на копебательный контур датчика

11. После окончания воздействия облучающих образец радиочастотных импульсов полезный сигнал ядерного магнитного резонанса, возникающий в колебательном контуре датчика 11, усиливается и детектируется приемником 12.

Использование дополнительных элементов - формирователя импульса и регулятора амплитуды видеоимпульса отличает предлагаемое устройство от известных, так как позволяет упростить построение высокочастотных цепей спектра ЯИР, чта улучшает развязку по высокой частоте каналов формирования радиочастотных импульсов.

Повышается помехоустойчивость и точность работы устройства. Применение дополнительных элементов формирователя и регулятора амплитуды видеоимпульса упрощает регулировку и градуиравку амплитуды фазирующего радиочастотного импульса, улучшает возможность автоматического управления амплитудой радиочастотного импульса при. автоматизированном управлении спектрометром ЯИР. формула изобретения

Импульсный спектраиетр ядерного магнитного резонанса для измерения времени спин-решеточной релаксации во вращающейся системе координат,содержащий последовательна соединенные источник радиочастотного излучения и разветвитель, а также первый и второй радиочастотные клапаны, устройство управления, фаэовращатель,сумматор, усилитель мощности, датчик и

5 го излучения l, проходит через разветвитель 2 и поступает на входы радисчастотных клапанов 3 и 4.Устройство управления 8 работает по программе формирования импульсной последовательности по методу принудительной нестационарной процес.сии и управляет работой радиочастотных клапанов 3 и 4. На выходе вторсго радиочастотного клапана 4 формируется Г(/2 радиоимпульс, а иа выходе первого радиочастотного клапана 3 - фазирующий радиоимпульс, который, проходя через фазовраща-. тель 5, изменяет свою фа. у на Л /2 относительно фазы ВЧ-поля .Г /2 радиоимпульса. .С выхода второго радиочастотного клапана 4 Т /2 .импульс и с выхода фазовращателя 5 фазирующий импульс поступают на входы сумматора 6, на выходе которого формируется импульсная последовательность, состоящая из Д /2 радиоимпульса и следующего сразу за ним фазирующего радиочастотного импульса. Сформированные по длительности и сдвинутые по фазе относительно друг друга на Л /2 радиоимпульсы с выхода сумматора 6 поступают на вход усилителя мощности 7. Импульс управления с первого выхода устройства управления 8, управляющий работой первого радиочастотного клапана 3, одновременно поступает на вход Формирователя им3S пульса 9, на выходе которого Формируется видеоимпульс отрицатель. ной полярности по длительности,равной длительности фазирующего импульса и синхронизированный по переднему фронту с фазирующим радиоимпульсом. Сформированный формирователем импульса 9 видеоимпульс отрицательной полярноСти, проходя врез регулятор амплитуды видеоимпульса 10, 45 поступает на управляющий вход усио лительного элемента (в данном случае затвор мощного полевого транзистора) усилителя мощности 7. Регулируя амплитуду видеоимпульса отрицательной полярности с помощью регулятора амплитуды видеоимпульса 10 и, тем самым, изменяя смещение рабочей точ" ки усилительного элемента по входу, можно в широких пределах изменять коэффициент усиления усилителя мощности 7, что-дает возможность регулировать амплитуду фазирующего радиочастотного импульса.

920483

Составитель В. Покатилов

Редактор Н. Горват ТехредС. Мигунова Корректор Ю. Макаренко

Заказ 2325/44 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

I филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 приемник, причем выходы разветвителя соединенМ с входами радиочастотных клапанов, управляющие входы которых соединены с выходами устройства управ ления, выход первого радиочастотного клапана соединен с входом фазовращателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго радиочастотного клапана, а выход сумматора соединен с входом усилителя мощности, выход, которого соединен с входами датчика и приемника, о т л ич а ю щ и " с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности работы спектрометра, в него дополнительно введены йоследовательно соединенные формирователь импульса и регулятор амплитуды видеоимпульса, выход последнего соединен с управляющим входом усилителя мощности, а вход формирователя импульса соединен с управляющим входом первого радиочасS TOTHOf O K418llaH8.

1. Авторское свидетельство СССР

N 449294, кл. G ..01 N 27/78, 1972,.

2. BIeich Vi.E. et aI. Modifical0 tion of à commerciaI Мй Spectrometer to measure rotating — frame spin

Iattice reIaxation Performance characteristics", J. Hagn. Peson. 1979, 35, р. 295. л 3. Freeman K.J. et aI. "Automated

nonseIective. Measuremcnt of T by

° Fourier transform ИВ", Pev. Sci

)пя1гйп. 1976, 47, l"l, р. 146 (прототип).