Способ согласования датчика импульсного радиоспектрометра и устройство для его реализации

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я) 4 С 01 N 24/08

1 И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3764537/24-25 (22) 03.07.84 (46) 23.03.86.Бюл. 1(- ll (71) Ордена Ленина институт общей и неорганической химии им,Н.С.Курнакова (72) И.А.Кузьмин и P.À.Ðóñàêîâà (53) 539.143 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 754277, кл.G 01 N 24/00, 1978.

11.G ° Clark, I.À.Mcneil. Single

Coil Series Resonant Circuit for

Pulsed Nuclear Resonauce.

Review Scicutific Unstruments, v.44, N 7, р.841-851, 1973. (54) СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ ДАТЧИКА

ИМПУЛЬСНОГО РАДИОСПЕКТРОМЕТРА И

УСТРО11СТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ!11ЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области технической физики, связанной .с исследованием и анализом материа-лов с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) или ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), и может быть использовано при разработке импульсных радиоспектрометров, релаксометров и томографов. Цель изобретения — повышение КПД передатчика при одновременном уменьшении длительности фронтов импульсов и времени восстановления чувствительностн приемного устройства. С этой целью в устройстве определенным образом осуществляют настройку контура предусилителя и рабочего последовательного 1.С-контура датчика. Принцип действия устройства основан на использовании свойств связанных контуров, рабочего последовательного LC-контура датчика и контура, образованного входной индуктивностью и конденсатором взаимосвязи, обеспечивающих высокое пропускание сигнала> характерное для одиночного высокодобротного контура и малые фронты переходных процессов на датчике за счет широкой полосы этих связанных контуров, превышающей полосу одиночного высокодобротного контура. 3 ил.. ю 1

Изобретение относится к области техническдй; физики, связанной с с исследованием и анализом материалов с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) или ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), и может быть использовано при разработке импульсных радиоспектрометров, релаксометров и томографов.

Целью изобретения является увеличение коэффициента полезного действия передатчика при одновременном уменьшении длительности фронтов импульсов и времени восстановления чувствительности приемного устройства.

На фиг.l изображена схема настройки контура предусилителя; на фиг.2 — схема настройки рабочего последовательного LC-контура датчика; на фиг.,3 — электрическая принципиальная схема.

Схема настройки контура предусилителя состоит из индуктивности

1 связи с выводами 2 и 3, прецусилителя 4, внешнего генератора 5 высокочастотных (ВЧ) колебаний 5, с внутренним сопротивлением 6, подстроечного конденсатора 7, защитных встречно-параллельно включенных диодов 8.

Схема настройки рабочего последовательного LC-контура датчика сос" тоит из передатчика 9) входного резистора 1О, ключевых встречно-па-. раллельно включенных диодов 11, рабочей индуктивности 12, подстроечного конденсатора 13.

Электрическая принципиальная схема дополнительно состоит из входной индуктивности 14 (L1), конденсатора 15 взаимосвязи (С,)и резистора 16.

При осуществлении предлагаемого способа вывод 2 индуктивности 1 связи (фиг.l) заземляют, оставляя вывод 3 соединенным с входом предусилителя 4. С помощью внешнего генератора 5 высокочастотных колебаний с внутренним сопротивлением 6 на заданной рабочей частоте проводят настройку резонансного параллельного контура, образованного индуктивностью 1 связи и емкостью входа предусилителя 4, состоящей из подстроечного конденсатора 7, барьерной и диффузионной емкости защитных встречно-параллельно вклю219965 2, 5 высокочастотных колебаний при настройке указанного контура соответствует уровню малых сигналов, при!

15

25 с

55 ченных диодов 8, емкости монтажа, а также собственной входной емкости ! предусилителя, причем уровень испытательного сигнала генератора котором защитные встречно-параллельно включенные диоды 8 закрыты, а предельный линейный динамический диапазон предусилителя 4 не превышен.

Затем передатчик 9 (фиг.2) через входной резистор )О и ключевые встречно-параллельно включенные диоды !1 соединяют с рабочим последовательным !.С-контуром датчика, состоящим из рабочей индуктивности 12 и подстроечного конденсатора 13, и настраивают названный контур на резонанс на той же рабочей частоте при открытых за счет достаточной мощности передатчика ключевых встречно-параллельно включенных диодах ll в соответствии со схемой

После этого вывод 2 (фиг.3) индуктивности 1 связи отсоединяют от нулевой потенциальной шины и соединяют непосредственно с незаземленным выводом рабочего последовательного !.С-контура датчика, а между входным резистором 10 и ключевыми встречно-параллельно включенными диодами 11 включают входную индуктивность 14, причем к выводу входной индуктивности, электрически связанному с ключевыми встречно-параллельно включенными диодами 11, подключают первый вывод конденсатора 15 взаимосвязи, второй вывод которого заземляют. Далее изменяют номиналы входной индуктивности 14 и конденсатора 15 взаимосвязи до совпадения резонансных частот контура, образованного иэ эелементов 14 и 15, и рабочего последовательного 1.С-контура на элементах. )2 и 13 и добиваются возникновения критической связи между названными контурами,при которой форма амплитудно-частотной характеристики сигнала от передатчика 9 на рабочую индуктивность

12 датчика имеет один максимум, а форма импульсного сигнала близка к прямоугольной при открытых ключевых и защитных встречно-параллельных диодах.

Устройство для реализации предложенного способа (фиг.3), содержит собственно рабочий контур датчика, состоящий из рабочей индуктивности 12 и подстроечного конденсатора 13. Один из выводов этого контура заземлен, а второй соединен, во-первых, через ключевые встречнопараллельно включенные диоды 11, входную индуктивность 14 и входной резистор 10 с передатчиком 9, а во-вторых, через индуктивность 1 связи электрически связан с входом предусилителя 4. Параллельно входу предусилителя 4 включены защитные встречно-параллельно включенные диоды 8 и подстроечный конденсатор 7. К точке соединения ключевых диодов 11 и входной индуктивности 14 подключен первый вы— . вод конденсатора 15 взаимосвязи, второй вывод которого заземлен.

Практически допустимо шунтнрование контура на элементах 12 и 13 резистором 16 для осуществления гальванической связи рабочего контура с нулевой потенциальной шиной. Так как при резонансе сопротивление последовательного контура чисто активно и близко к нулевому, включение резистора 16 не нарушает условия резонанса и не изменяет добротность. При этом параметры входной индуктивности L и конденсатора взаимосвязи С, выбирают по формулам (2) 1219965 4 и конденсатора 15 взаимосвязи С предполагает определение добротности 0 р рабочего последовательного LC-контура датчика, в котором сопротивление потерь R взято с учетом сопротивления открытых ключевых встречно-параллельно включенных диодов 11 Й1, входного резистора 10 R>„è внутреннего сопротивления передатчика 9 R т.е. ь

К= К В,„+В,, (3)

Тогда искомая добротность рабочего последовательного контура связана с параметрами контура и сопротивлением потерь, найденных с помощью (3), следующим образом:

Отсюда следует, что для определения добротности 9 необходимо определение активных потерь во входной цепи и знание параметров рабочей индуктивности и емкости.

Сопротивление собственных потерь в рабочем последовательном LC-контуре входящее в систему второго связанного контура, при нахождении .Д не учитывается.

Принцип действия предлагаемых

30 способа и устройства основан на использовании свойств связанных контуров, образованных элементами 14, 15,12 и 13, обеспечивающих высокое пропускание сигнала, характерное

35 для одиночного высокодобротного кон» тура и малые фронты переходных прЬцессов на датчике эа счет широкой полосы связанных контуров, превышающих полосу высокодобротного

40 одиночного контура. где L „, ф— с о о тв ет с тв е нно индуктивность и емкость рабочего последовательного

LC-контура;

8 — добротность рабочего

Р последовательного

LC-контура датчика, в котором сопротивление потерь взято с учетом сопротивления открытых встречно-параллельно включенных диодов 11, входного резистора 10 и внутреннего сопротивления передатчика 9 не нарушает условия резонанса и не изменяет добротность.

Использование расчетных формул (1) и (2) при выводе исходных параметров входной индуктивности L, 14

Формула изобретения

Способ согласования датчика

45 импульсного радиоспектрометра, заключающийся в том, что первый вывод индуктивности связи заземляют, оставляя второй вывод соединенным с входом предусилителя, и на заданной

50 рабочеи частоте на уровне малого сигнала настраивают на резонанс контур предусилителя, образованный заземленной индуктивностью связи и емкостью на входе предусилителя, о т—

55 л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД передатчика при одновременном уменьшении длительности фронтов импульсов и времени

219965 6 диоды, входную индуктивность и входной резистор соединен с передатчиком и через индуктивность связи— с входом предусилителя, зашунтирован5 ного защитными встречно-параллельно включенными диодами и подстроечным конденсатором входа предусилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что к точке соединения ключевых дио10 дов и входной индуктивности < подключен первый вывод конденсатора взаимосвязи С<, второй вывод которого заземлен, а исходные параметры входной индуктивности L и конденсатора взаимосвязи С< выбирают по формулам

25

35

5 1 восстановления чувствительности приемного устройства, передатчик через входной резистор и ключевые встречНо-ïàðàëëåëüHo включенные диоды соединяюу с рабочим последовательным С-контуром датчика, настраивают на резонанс элементы этого контура, первый вывод индуктивности связи отсоединяют от земли и соединяют с рабочим последовательным 1С-контуром и затем включают входную индуктивность так, что один ее вывод соединяют с входным резистором, а второй — с ключевыми встречно-параллельно включенными диодами, а также с заземленным конденсатором взаимосвязи, после чего изменяют номиналы входной индуктивности .L,и конденсатора взаимосвязи С< до совпадения резонансных частот контура, образованного из входной индуктивности и конденсатора взаимосвязи и из элементов рабочего последовательного <„С-контура, и до возникновения критической связи между ними, при которой число максимумов амплитудно-частотной характеристики сигнала от передатчика, на индуктивность датчика равно 1, а форма сигнала близка к прямоугольной при открытых ключевых и защитных встречно-параллельных диодах.

2. Устройство для согласования датчика импульсного радиоспектрометра, содержащее последовательный рабочий,С-контур датчика, состоящий из конденсатора подстройки и рабочей индуктивности, первый вывод которого заземпен, а второй через ключевые встречно-параллельно включенные где 1- и С " индуктивность и емА кость рабочего последовательного LC-контура датчика соответст-.. венно;

Ор — добротность рабочего последовательного

LC êîíòóðà датчика с учетом сопротивления открытых встерчно-параллельно включенных диодов, входного резистора и внутреннего сопротивления передатчика.

12!9965

Составитель А.Кондратьев

Редактор Т.Кугрьгteвa Техред В.Кадар Корректор С.Шекмар

Заказ !317/52 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4