Импульсный спектрометр ядерного квадрупольного резонанса

 

Изобретение относится к импульсной радиоспектрометрической аппаратуре ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР). Целью изобретения является повышение надежности и стабильности работы приемного тракта и повышение КПД передающего тракта в широком частотном диапазоне. Устройство содержит терминал, ЭВМ, контроллер, блоки управления термостатом и настройки датчиков, блоки установки частоты, усиления приемника и полосы пропускания, а также буферное оперативное запоминающее устройство, генератор серий импульсов, фазо-импульсный модулятор, двухканальные аналого-цифровой преобразователь и фильтр нижних частот, синтезатор частоты, квадратурный детектор, фазовращатель, широкополосный усилитель мощности, два датчика и три коммутатора. В устройство дополнительно также введены цифропечатающее устройство, два умножителя частоты, усилитель промежуточной частоты с аттенюатором, четвертый коммутатор, двойной балансный смеситель, кварцевый генератор, второй широкополосный усилитель мощности, широкополосный предварительный усилитель и балансный модулятор. Такое построение спектрометра позволяет схемотехнически упростить приемный тракт за счет использования принципов балансной модуляции, и таким образом, повысить надежность и стабильность его работы. Применение маломощных умножителей частоты для образования основного и опорного каналов анализатора и двух широкополосных усилителей мощности позволяет исключить существенные потери мощности зондирующих импульсов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

< >>5 <> О> д 24> 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4414108/31-25 (22) 25.04.88 (46) 30. 05. 90. Б юл. № 20 (71) Дрогобычский государственный пе„агогический институт им. Ив. Франко (72) P. В. Магера, Р. H. Проць, И. С. Панькин, Я. И. Кричковский, И. О. Петрицин и М. A. Лучка (53) 539.143.43 (088.8) (56) Авторское свидетельство СС<:Р № 1318876, кл. С> 01 N 24>< 08. !986.

Авторское свидетельство ССГ)>

¹ 1!<>3228, кл. <ç 01 !Х1 24/08, !985. (54) ИМПУЛЪСНЪ1! СПЕКТРОМЕТР

ЯДЕРНОГО КВАДРУПО>1ЪНОГО РЕЗО

НАНСА (57) Изобретение относится к импульсной радиоспектрометрической аппаратуре ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР). Целью изобретения является повышение надежности и стабильности работы приемного тракта и повышение КПД передающего тракта в широком частотном диапазоне. Устройство содержит терминал. ЭВМ, контроллер, блоки управления термостатом и настройки датчиков, блоки установки частоты, усиления приемника и полосы пропускания, а

Изобретение относится к импульсной радиоспектрометрической аппаратуре ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) и может использоваться для проведения качественного и количественного анализа веществ, обладаюгцих ЯКР., а также для исследования свойств, структуры органических и неорганических соединений и медленных движений молекул в твердых телах.

Цель изобретения — повышение надежности и стабильности работы приемного тракта и повышение КПД передающего

<ракта в широком частотном диапазоне.

На чертеже представлена блок-схема спектрометра ЯКР.

„Я0„, 1567945 А 1 также буферное оперативное запоминающее устройство. генератор серий импульсов, фазоим пул L .>ы и модулятор. двухка пал ьн ые аналого-цифровой пр образователь и фильзр нижних частот, синтезатор частоты, квадрагурный детектор, фазовращатель, широко<>олосный усилитель мо<цности, два датчика и гри коммутатора. В ус ройство дополни<<лько также введеиь> цифропечазающее устройство, два умножителя частоты, уси lHтсл, промежуточн<>й частоты «аттенюато,.ом, «*т<-.ртый коммутатор. д»oHH<>H бал >нс.ый «Mt< ягель, кварцевый гtí<.1>àòîð, второй

>пнрокополоснь<й у влит«ли мощности, широкополо ный предварительный ус илитель и

< > 3.<> 3 >> c <> bI Й M o 7 >< .1 я т о р . Т а к о е счектрометра позволяет схемотехниче< êè уп;>ос"<нть приемный тракт за счет >.c пользова;<> принципов балансной модуляции и, талям образом, повысить надежность и стабильно«ть о работы. Применение мало..:огцных умножи>елей <астоты для образования основного и о> орного каналов анализатора и дву. широкополосных усилителями мо цно«ти <>озноляет исключ игь «уц<ественныс потери мощно< >и зондирующих импульс<>в 1 ил.

У«трой,.тво содержит тсрминал 1, злектр.>нно-вычнс.:ите. »:íóþ <ац>и,: (>13М>) 2, цифр»<"- с>;з>о<><се уст!><..н< >о (Ц11> j 3, >ер м<, т ст 4. блок 5 >,ст > .ч><>< темпепатуры (ЬУТ) ..онтр >лл<.!> t< бл >к 7 I стройки дат чик<>в (ЬН ),i, буфернос ог>ср:: явное запомни ающес у<",!><зйс гво (БОЗУ I 8, генс ратор 9 серий и;,; ..; ьсо>< (! Гl l), фаз<>импул>ьсный м<здулгтор (ФИМ 1!). блок l > установки часзогы (ЬУ<1), блок 12 установки l«иле ния при< мнила (ЬУУП), б. ок 13 установкн полосы прону«канин (БУП1 . >. двухканальный аналого-цифровой п(.собразователь (АПГ1) 14, первый ум ножи т«>b 15 ча« готы (УМн l j, ьторой умножитсль !6 частоты

1567945 (УМн 2), синтезатор 17 частоты (СЧ) cHлитель 18 промежуточной частоты с аттенюатором (У11Ч«А), двухканальный фильтр

19 нижних частот (ФНЧ), четвертый коммутатор (К4) 20, первый коммутатор (Кl) 21, гретий коммутатор (КЗ) 22, двойной балансный смеситель (ДБСМ) 23, квадратурный детектор (КвД) 24, фазовращатель (Ф) 25, кварцевый генератор (КГ) 26, первый широкополоснь(й усилитель 27 мощности (ШУМ

1), второй широкопо.чосный усилитель 28 мощности (111УМ 2), широкополосный предварительный усилитечь (ШГ1У) 29, балансный модулятор (БМ) 30, первый датчик (Лt) 31, Blорой датчик (Д2) 32 и второй комм утачор (K2) 33.

Усчройство работает следующи 1 >бра<>м.

О(1«ративное управление ходом э..аз а рим«1<1: и раб >той ЭВМ 2 осуществляегс;1 через (ерминал 1, а необходимые данные по эк«1(ери менту и анализу резульчаl o:> выво;lÿòcH на ЦпУ 3. Контроллер 6 обе»иечивает выбоp не<)6. oäHìoго блока для выполHP. ния опсраций обмена между ЭВМ 2 и подк II<> (ен (ыми к нему блоками.

Г IH;»csattottt .H и подда ржания темпеpii <уры в термостате 4, где разма(цается исс.(«.(х»мый образец с рабочим контуром п«рн и <> )aT (ttta Л) 3! (Д2 32), испо.(ьзу»т< H Б Ò 5, v tt pa B|IH(м ы Й Ko((3 MH, lio«T<< па к>;1(ихilf,:, -)В.) "1 .! 1«!7«з K<>HTpî.lлер 6 ,.)ьа па рим< н i!<> пров«дени)о к,(ч««тве(;

i i < ) I o H t< o. 1 I I l (» 1 вам н о Г о it i l a, 1 и 3 с(и 3 ч и и а (. T c >(«ввода и ЭВМ " i!apa; гров н«обходим ых HMII) .II «111,(х поалсдова(< л(на>: г«й и р3 бичей 1 а г< ть; I (иана)зона час(от). При этом ко,<(ы иг(<(у.(ьс;(ых последова гельно«чей нз -) ВМ 2 через контролер 6;lt ружаются ь ! (.И!1, .< ко.(ht рабочс и частот(в ЬУЧ 1;

IIoc l(I «ão ЭНМ 2 )(ожет,»1(оч ь (овать«я д.)я .1! у»их II«.tåé. В cooTH(. <«TI>HH с иосгупив<;(ими кодам(:. ГСИ 9 вь раба гыва«ч 1(осл"д<ч ат«.1(ность E)H,(<оим((ульсов. к<>торые уll. р )t:лнюг работой ФИМ 10, 3 Б. .1! 11 вы с(авляет заданную част«>ту высок<. 13« toTHbtx

hi «баний На выходе (..Ч >7, котор;„» 1(оступают на дру гой вход ФИ.х«. 10, глкжс на

УМ2 !6 и КЗ 22, образующи.; о<)орный канал вы«окочастот;(ых колебаний. P(I.(иоимпульсы

«выхо (a ФИМ )0 подлк)тс)1 на УМн1 15 и К1

21, образук>ших основной канал прохождеtill>< pi! ..иоимпуль«ов. ! лботой первых трех комму<3<.оров и. ран.(нют импульсы с второго вых<)да ЬУ l 1

1,ри работе i)Haлизатора в нижнем (acто"

1 ом аиапазон«радиоимпульсы выход, ФИМ 10 ч»рез К 21 поступают (га !!1УМ 1 27, л на выход опорного канала чер«КЗ 22 ком м. f Hp) IoTc высокочастотныс колебания

С 1 17 При этом к входу 111 П> 29 через

К2 33 11 >дкл)очлется Л l,3 1. B верхи«м час17>(ном Hatiaзоне на вход )ИУМ 2 28 ч»рез

1х. "! поступают радиоимпульсы с выхода

УМ н ! 5), на выход опорного кана i a через

75 .0 >!7

КЗ 22 коммутируются высокочастотные колебания с выхода УМн2 16, а ко входу ШПУ

29 через К2 33 подключается Д2 32.

БНД 7 настраивает Д1 31 (Д2 32) на частоту высокочастотного заполнения радиоимпульсов по командам, поступающим на него из ЭВМ 2 через контролер 6. По окончании настройки датчики Дl 31 (Д2 32)

БНЛ 7 вырабатывает сигнал, который через контролер 6 поступает в ЭВМ 2 и сигнализирует о завершении процесса настройки.

Зондирующие радиоимпульсы с выхода

Kl 21 уси.чиваются ШУМ1 27 (ШУМ2 28) и поступают на Д l 31 (Д2 32) . Сигналы ЯКР, возбуждаемые в образце радиоимпульсами, через К2 33 поступают на ШПУ 29, где усиливаются и подаются на второй вход ДБСМ

23, на первом входе которого присутствует высокочастотное напряжение с выхода

БМ 30. На первый вход БМ 30 через К4 20 поступают высокочастотные колсбания КГ 26 с частотой F, выбранной в качестве промежуточной и лежащей ниже частотного диапазо«а работы устройства. Четвертый коммутатор К4 20, управляемый импульсами со второго выхода ГСИ 2, разрешает прохождение колебаний только на время существования сигналов ЯКР. lla второй вход БМ 30

1:одаются колебания опорного канала с частотой ). Поэтому на выходе БМ 30 будут нм«ть м cTO (аочебания с частотами 1+Г, на выход«ДБСМ 23 — сигналы ЯКР с !

acior запо.чнения, равной F. Эти сигналы

i>ocr) ti3Ioт на УПЧсА 18, коэффициент усиления которого устанавливается БУУ11 12

11 > кодам, п<>ступаю)цим из ЭВМ 2 черсз конl ролер 6, где усиливаются и подаются на грстий вход КвЛ 24. Н3 1(ервом входе КвД 24 действует напряжение частотой F с выхода

КГ 26, а на втором — квадратурное на (ряжение частотой F c выхода Ф 25.

11родетектированные в квадратуре фаз сигналы ЯКР; выхода КвД 24 через двухканальный ФНЧ 19, полоса пропускания которого и-.,меняется с помощью БУУП 13 по кодам, поступающим из ЭВМ 2 через контро )pр 6, подак тся на входы двухканального А1111 14. В моменты поступления на управляющий вход двухканального АЦП 14 стробирующего импульса с ГСИ 9 входные аналоговые сигналы ЯКР преобразуются в цифровую форму и записываются в ячейки

БОЗУ 8, адрес которых определяется порядковым номером стробирующего импульса в импульсной последовательности. О(раничение длины массива данных производится путам занесения из ЭВМ 2 через контролер 6 () БОЗУ 8 кода, определяющего разреша(о<цук) для записи область памя(и. При заполнении этой области БОЗУ 8 через конгролер 6 выставляет требование на обслуживание и ЭВМ 2 через контролер 6 переписывает информацию из БОЗУ 8 в собствен1(у>о память для обработки.

1567945

Формула изобретения

Так, сигналы ЯКР, преобразованные в цифровую форму, накапливаются, подвергаются статистической обработке и усредняются, причем длительность накопления сигналов ЯКР определяется результатами ста тистической обработки и требуемой точностью анализа. Затем ЭВМ 2 определяет спектральный состав сигналов ЯКР и сравнивает его со спектрами сигналов, имеющимися в ее банке данных или со спектральным составом эталона, определенного заранее. На основании проведенной идентификации спектров ЭВМ 2 делает вывод о наличии (отсутствии) искомого вещества (соединения). В случае присутствия этого вещества в образце ЭВМ 2 определяет его процентное содержание, анализируя удельные веса спектральных составляющих сигналов образца и эталона (банка данных).

Устройство п1ззволяет схемотехнически упростить приемный тракт за счет использования принципов балансной модуляции, позволяющим относительно не сложным путем построить широкополосный приемный тракт, используя при этом преимущества супергетеродинной схемы, а также повысить надежность и стабильность работы при много тракта. При этом уменьшаются потери мощности зондирующих импульсов, т. е. повышается КПД.

Импульсный спектрометр ядерного квадрупольного резонанса, содержащий ЭВМ, соединенную с терминалом и контролером, к которому подключены блок настройки датчиков, буферное оперативное запоминающее устройство, генератор серий импульсов, блок установки частоты, блок установки усиления приемника, блок становкн полосы пропускания и блок установки температуры, соеди ненны и с тер мостатом, подключенный одним входом к выходу блока установки полосы пропускания двухканальный фильтр нижних частот, выходы которого через двухканальный аналого-цифровой преобразователь соединены с входами буферного оперативного запоминающего устройства, к вадрату рн ый детектор, соеди ненн ы и выходами с двумя другими входами двухканального фильтра нижних частот, синтезатор частоты, подключенный к первому

45 выходу блока установки частоты и первому входу фазоимпульсного модулятора, второй вход которого присоединен к первому выходу генератора серий импульсов. второй выход которого соединен с одним из входов двухканального аналого-цифрового преобразователя, первый и второй датчики, соединенные с блоком настройки датчиков, а также первый, второй и третий коммутаторй, первый широкополосный усилитель мощности и фазовращатель, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и стабильности работы прае.1:гого тракта и повышения

КПД передающего тракта в широком частотном диапазоне, дополнительно введены последовательно соединенные кварцевый генератор, четвертый коммутатор, балансный модулятор, двойной балансный смеситель и усилитель проме куточной частоты с аттенюатором, подключенный управляющим входом к выходу блока установки усиления приемника, а вьходом — к третьему входу квадратурного детектора, причем выход кварцевого генератора соединен также с первым входом, а через фазовращатель с вторым входом квадратурного детектора, управляющий вход четвертого коммутатора присоединен к второму выходу генератора серий импульсов, а также подключенное к ЭВМ цнфропечатающее устройство, первый и второй умножители частоты, второй широкополосный усилитель мощности и широкополосный предварительный усилитель, причем выход фазоимпульсного модулятора через первый вход и первый выход первого коммутатора, первый широкополосный усилитель мощности и первый датчик соединен с первым входом второго коммутатора, а через первый умножчтель, второй вход и второй выход первого коммутатора, второй широкополосный усилитель мощности и второй датчик с вторым входом коммутатора, при этом выход второго коммутатора через широкополосный предварительный усилитель подключен к второму входу двойного бал ансного смесителя, управляющие входы первого, второго и третьего коммутаторов соединены с вторым выходом блока установки частоты, а выход синтезатора частоты подключен также к первому входу,.а через второй умножитель частоты — к второму вход третьего коммутатора, выход когор()I о соснинеH с вторым входом балансного мо iI,. ягора.

1567945

C0 та)>итег)ь И. таростенко

Редактор М. Келемеш Техред И. Нерее Корректор М. Кучерявая.

Заказ 13!8 Тираж 492 Подписное

Hi IIIIIIIII Госуларсгнсни< го ком>пота по и: обр< гс пан< и огкрытиям прп ГК11Т СС(P

I I 1035, Москва. Ж-,15. Р;33 H>c HH па 6., д. 4, 5

П1) п<.3<>одст)3< нпо-издатепьскпи комбпн;< r <(I >Tv HT>, г. Ужгород, угь Гаг))рипа, 1()!