Радиочастотный спектрометр

 

чВ—

i ф

О П ИCA+I И Е()7I3543

ИЗОБРЕТЕН ЙЯ

Сова Советских

Социалистических

Республик Я ф Ф (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 11.04.74 (21) 2015754/18-09 (51) М.Кл.- О 01 R 27 28 (23) Приоритет — (32) 12.04.73

Государственный комитет (31) 350457 (33) США по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 30.01.80. Бюллетень ¹ 4 (45) Дата опубликования огисания 30.01.80 (53) УДК 621.317 (088.8) Иностранцы

Барретт Линн Томлинсон (США), Говард Дэвид Вильсон Хилл (Великобритания) Иностранная фирма

«Вариан Ассошиэйтс» (США) (72) Автор ы изобретения (71) Заявитель (54) РАДИОЧАСТОТНЫЙ СЙЕКТРОМЕТР

Изобретение относится к технике радиоизмерений.

Известен радиочастотный спектрометр, содержащий генератор, соединенный через модулятор с зондом для размещения ис- 5 следуемого образца, к которому последовательно подключены усилитель радиочастоты, фазовый детектор, усилитель звуковой частоты и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с вхо- 1О, дом электронно-вычислительной машины, содержащей блок памяти на входе и блок преобразования Фурье из временной област)и в частотную (1).

Однако такой спектрометр не обеспечи- 15 вает высокой точности измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Для этого в радиочастотном спектрометре, содержащем генератор, соединенный 2г) через модулятор с зондом для размещения исследуемого образца, к которому последоBBTeJIbklo подключены усилитель радиочастоты, фазовый детектор, усилитель звуковой частоты и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом электронно-вычислительной ) -,ашины, содержащей блок памяти на входе и блок преобразования Фурье из временной области в частотную, введен блок управления, к входам которого соответственно подключены блок памяти, блок преобразования

Фурье из временной областями — частотную, и введенный блок прсобразования Фурье из частотной области во временную, а выход подключен к управляющему входу модуляторр а.

На фиг. 1 показана блок-схема радиочастотного спектрометра; на фиг. 2, а — д приведены диаграммы, поясняющие работу радио гастотного спсктрометра.

Радиочастотный спектрометр содержит генератор 1, соединенный через модулятор

2 с зондом 8 для размещения исследуемого образца, к которому последовательно подключены усилитель 4 радиочастоты, фазовый детектор 5, усилитель б звуковой частоты и аналого-цифровой преобразователь

7, выход которого соединен с входом электронно-вычислительной машины 8, содержащей блок памяти 9 на входе, соединенный с одним из входов блока 10 управления, к другим входам которого соответственно подключены блок 11 преобразования Фурье из временной области в частотную и введенный блок 12 преобразования Фурье из частотной области во временную, прн этом выход блока 10 управления подключен ) управляющему входу модулятора 2, а также вентильньш фазовый инвертор 18, вентиль 14, генератор 15 псевдослучайной последовательности и ф азовр ащатель 1б.

Фязоврящатель работает следующим образом.

Путем приложения к исследуемому образцу с помощью радиочастотной катушки радиочастотного поля с компонентой магпитпого поля, перпендикулярной к направлению вектора поляризую1цсго магнитного полЯ Hp, (источник магнитного пОлЯ Hp

EI3 IopTcEI10м 06рязце возбуждается гиро1,:агиитный резон апс.

Радиочастотное поле создастся путсм модуляции в модуляторе 2 радиочастотного нссущего сигнала, который подастся нз генератора 1. При модуляции несущей рад110частсть1 Образ 1 !стсЯ боковые полосы. 1 -,: ° 111 1,-1щя<1 (13 ;икция Г (1) вы61зя 1я таким образом, что энергия боковой полосы имеет желаем,:ю в зависимости от образца, который должен быть исследован, энергетическую спектральную плотность для одновременно, о возбуждения резонанcà множества спектральных линий образца.

Типичным примером одного типа энергетического спектра для энергии резонансного возбужденп1я является спектральный сигнал, приведенный на фиг. 2, а. В частности в этом сигнале радиочастотный возбуждающий спектр имеет обычно однородную спектральную плотность на относительно широкой полосе порядка 1000 Гц на одной стороне несущей частоты, порядок которой составляет 60 — 100 МГи, за исключением относительно узкого участка спектра, на котором возбуждение резонанса нежелательно. Этот узкий участок спектра может содержать особо интенсивную спектральную линию образца, например, такую, как линия растворения, резонанс которой желательно подавить.

Соответственно электронная вычислительная машина 8 обеспечивается желаемым резонансным возбуждающим спектром в частотной области. Данные о возбуждающем спектре могут вводиться в оконечное устройство спектрального входа или редактировяться при помощи считывания из окспечного устройства цифрового входа (например, телетайпа, пишущей:лашинки), либо данные могут быть вычислены или отредактированы автоматически из данных, уже хранимых в вычислительной машине.

Для когерентного фазового широкополосного возбуждения данные преобразовываются при помощи вычислительной машиEII I во временную область посредством стандартной дискретной программы Фурьепреобрязования. Типичная функция выхода модуляции F(t) для получения энергетической плотности спектра (фиг. 2,а) показана па фиг. 2,б и является по существу импульсом короткой длительности при отно5

25 зо

50 гя

6я сительно большой длительности временного промежутка.

В предпочтительном режиме импульс модулятора 2 модулируст несуший сигнал серией импульсов с0 скоростью повторения

1/500 лкс (интервал между импульсами

= 500 л1кс) и шириной импульса, приблизительно равной 1/10 интервала между импульсами или порядка 50 ланкс. Высота импульса или его IlipHHB модулируется в соответствии с выходом модуляции С (i) .

Так как величины G (t) могут иметь как полож ительный так и отрицательный знаки, на выходе модулятора 2 устанавливается вентильный фазовый инвертор 1.: для изменения знака (поворот фазы) энергии модулированной несущей частоты, которая подводится к зонду 8, о- соответствии со з:1ксм компоненты модуляции F(t).

Взаимная связь радиочастотной энерги1и от генератора 1 к приемной части .спектрометра на частотах, отличных от резонансной, исключается посредством включения вентиля 14 между зондом 8 и усилителем

4 радиочастотных сигналов, воспринятых стандартной приемной катушкой зонда 8.

Вентиль 14 синхронизируется при помощи цифровой вычислительной машины 8 сс временем импульсов генератора 1 для обеспечения временного разделения (фиг. 2 в, г) .

Сигнал с выхода усилителя 4 радиочастоты подается на один вход фаз свого детектора 5 для детектирования фазы в зависимости от опорного фазового сигнала, получаемого через фазовращатель 1б от генератора 1. Сигналом на выходе фазового детектора 5 является сложный резонансный сигнал звуковой частоты, состоящий из сигналов, одновременно возбужденных резонансных спектральных линий, выходящих из анализируемого образца. Составной резонансный сигнал звуковой частоты усиливается в усилителе б звуковой частоты и оттуда подается к аналого-цифровому преобразователю 7, который производит отбор составного резонансного сигнала один раз за каждый импульс передатчика, в конце периода, в течение которого приемник 17 открыт фиг. 2,д.

Отбор составного резонансного сигнала осуществляется в конце периода работы приемника 17 для того, чтобы подавить не келятельные переходные процессы, связанные с приемником.

Цифровые мгновенные значения сигнала с выхода аналого-цифрового преобразователя 7 хранятся в последовательных каналах многоканального блока 9 памяти электронно-вычислительной машины 8 для усреднения по времени составного резонансного сигнала. Последовательность отобранных мгновенных значений с игнала синхронизируется с моментами считывания с выхода модуляции электронно-вычислительной машины 8, используемой для генерации

713543 широкополосного радиочастотного возбуждения f(e). Последовательность отобранных мгновенных значений сигнала повторяется при каждом повторении последовательности выхода модуляции F(t).

Усредненные по времечи резонансные данные затем считываются из блока 9 памяти и преобразовываются при помощи электронно-вычислительной машины 8, как это запрограммировано стандартной програм vIDA Фурье-преобразования блока 10 для преобразования данных временной об.ласти j(t) в ".àñòoòíótî область /,) длч получения резонансного спектра исследуемого образца.

Усредненный по времени резонансный спектр образца затем подводится к блоку

18 воспроизведения для показа оператор. и/или для записи.

Для повышения точности фазы желаемого радиочастотного возбуждения перемешиваются в соответствии с псевдослучайной последовательностью, которая вводится с помощью генератора 15 псевдослучайной последовательности через ключ 19.

Формула изобретения

Радиочастотный спектрометр, содержащий генератор, соединенный чсрез модулятор с зондом для размещения исследуемого образца, к которому последовательно подключены усилитель радиочастоты, фазовый детектор, усилитель звуковой частоты и ана.;ого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом электронно-вы. пслитсльпой машины, содержащей блок памяти на входе и блок преобразования

Фурье из временной области в частотную, о т л и ч и ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, введен блок у .pàçëåíïÿ, к входам которого соответственно подключены блок памяти, блок преобразования Фурье из временной области в частотную и введенный блок преобразо20 вания Фурье пз частотной области во временную, а выход подключен к управляющем входу модулятора.

Источник информации, принятый во

25 внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3475á80, кл. G 01 R

27 28, опублпк. 1969 (прототип).

Редактор T. Рыбалова

Составитель А. Кузнецов

Тсхрсд A. Камышникова

Корректор И. Симкина

Заказ 13/38 Изд. № 148 Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент>