Устройство для измерения времени спин-спиновой релаксации

Устройство для измерения времени спин-спиновой релаксации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения времен ядерной, в частности спин-спиновой, релаксации импульсными методами радиоспектроскопии ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонансов, и может быть использовано для йостроення импульсных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойств различных веществ, а, также для решения прикладных задач радиоспектроскопии. Цель изобретения - повышение точности измерения времени спин-спиновой релаксации при малом отношении сигнал/шум. Сущность . изобретения состоит в том, что в устройство введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножающий цифроанапоговый преобразователь, времякодовый преобразователь и арифметикологическое устройство. Выход программатора соединен с входом форьшрователя и распределителя импульсов, первый выход которого через времякодовый преобразователь подключен к первому входу арифметико-логического устройства,, а второй выход - к входу постоянного запоминающего устройства и к управляющему входу двухканального блока выборки и запоминания. Второй выход блока выборки и запоминания через умножающий цифроаналоговый преобразователь соединен с сигнальным входом компаратора, а выход компаратора подключей к второму входу арифметико-логического устройства. Вход арифметико-логического устройства соединен с входом постоянного запоминающего устройства и управляющим входом умножающего цйфроаналогового преобразователя , а выход - с регистратором . 1 ил., 1 табл. с: $ 4 СО ю

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

<511 4 ???? 24>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А 8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 4055838/31-25 (22) 14.04.86 (46) 23.06.88.Вюл. У 23 (7.1) Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола (72) В.Е.Рыцар (53) 539.143.43(088.8) (56) Вашман А.А., Пронин И.С.Ядерная магнитная релаксация и ее применение в химической физике. — М.: Наука, 19?9, с.64.

Авторское свидетельство СССР и 757947, кл. G 01 N 24/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИИ ВРЕМЕНИ СПИН-СПИНОВОЙ РЕЛАКСАЦИИ (5?) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения времен ядерной, в частности спин-спиновой, релаксации импульсными методами радиоспектроскопии ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонансов, и мо« жет быть использовано для *остроения импульсных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойств различных веществ, а также для решения прикладных задач радиоспектросконии. Цель изобретения - повышение точности измерения

„„SU„„1404912 А 1 времени спин-спиновой релаксации прн малом отношении сигнал/шум. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножающий цифроаналоговый преобразователь, времякодовый преобразователь н арифметикологическое устройство. Выход программатора соединен с входом формирователя и распределителя импульсов, первый выход которого через времякодовый преобразователь подключен к первому входу арифметико-логического устройства,. а второй выход — к входу постоянного запоминающего устройства и к управляющему входу двухканального блока выборки и запоминания, Второй выход блока выборки и запоминания через умножающий цифроаналоговый пре- % образователь соединен с сигнальным входом компаратора, а выход компаратора подключен к второму входу ариф- Ми метико-логического устройства. Вход ф арифметико-логического устройства соединен с входом постоянного запоми- Д нающего устройства и управляющим вхо- @р дом умножающего цифроаналогового преобразователя, а выход — с регистра- © тором. 1 ил., 1 табл.

140491 2

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения времени ядерной релаксации методами радиаспектроскопии, в частности времени спин-спиновой релаксации импульсными методами ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонансов, и может быть использовано для построения импульс- 10 ных релаксометров, предназначенных для изучения физико-химических свойств различных веществ и других задач прикладной радиоспектроскопии.

Цель изобретения - повышение точности измерения времени спин-спиновой релаксации в широком динамическом диапазоне при малом отношении сигнал/

j I

На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения времени спин-спиновой релаксации.

Устройство содержит программатор 1, приемопередающую систему (IIIICt 2 ре лаксаметра, формирователь и распределитель импулЬсов (ClPH) 3, двухканальный блок 4 выборки и запоминания (БВЗ), постоянное запоминающее устройства ПЗУ 5, времякодовый преобразователь ВКП 6, арифметика-логическое устройство АЛУ 7, умножающий цифроаналоговый преобразователь

1,УЦАП) 8, компаратор 9 и регистратор

10, причем выход программатора 1 сое- 35 динен через ППС 2 с входом двухканального БВЗ 4 и с входом ФРИ 3, первый выход которого через ВКП 6 подключен к первому входу АЛУ 7, а второй выzap, — к входу ПЗУ 5 и к управляющему 40 входу двухканального БВЗ 4, первый выход которого соединен с опорным. входом компаратора 9, а второй выход через УЦАП 8 — к сигнальному входу компаратора 9, при этом выход послед- 45 него подключен к входу программатора

1 и к второму входу АЛУ 7, у которого третий вход соединен с выходом

ПЗУ 5 и входом УЦАП 8, а выход — с регистратором 10.

Ф

Устройство работает следующим об" разам.

Программатор 1 вырабатывает многоимпульсную последовательность КарраПерселла-Мейбума-Гилла, т.е. 90

0 л

180 — 2 -180 -2 с —, в результате которой на выходе ППС 2 появляются эхосигналы с амплитудами

nl

А А ехр (- — ), n=1,2,3, ° .., (1) о Т где А - начальное значение амплио туды эх оси гн ал а . =2, — момент времени появления эхосигналов.

Стробирование амплитуд A„ в двухканальном БВЗ 4 происходит с помощью импульсов ФРИ 3 в момент времени п таким образом, что в первом канале

БВЗ 4 удерживается уровень напряжения П,, пропорциональный первой амплитуде А„ эхосигнала, а во втором канале БВЗ 4, начиная с п 2 по мере поступления строб-импульсов появляются уровни напряжений U,U-, U,...,П, пропорциональные соответственно амплитудам А, А, А4,...,А„,.

Таким образом, на опорный вход компаратора 9 поступает напряжение

U,, а на опорный вход УЦАП 8 — ступенчато-спадающее по экспоненциальному закону (1) напряжение U1,(n

---2,3,4,...,), описывающееся выражением п

U„= 11 ехр(- — ), (2) L где U — начальное значение напряжео ния П„ при п =0, равное по величине А

Одновременно с вйхода ФРИ 3 стробимпульсы пГ поступают также на вход (т.е ° на адресную шину) ПЗУ 5, в котором хранится Н двоичных слов. Счи-. тывание информации ПЗУ 5 на вход (т.е. по шине данных) УЦАП 8 осуществляется с помощью строб-импульсов

ФРИ 3, начиная с n=2. По мере поступления строб-импульсов будет изменяться двоичный код ПЗУ 5, а значит и коэффициент К умножения УЦАП 8. Следовательно, уровень напряжения Uz (начиная с и 2,3,4,...), который на каждой ступени п приложен к опорному входу УЦАП 8 будет умножен на число, соответствующее заданному в ПЗУ 5 коде. Таким образом к сигнальному входу компаратора 9 будут поступать уровни напряжений K U, КзП, К„П,..., К U, где К вЂ” коэффициент умножения

УЦАП 8, определяемый кодом ПЗУ 5.

При равенстве уровня U< которое приложено к опорному входу компара" тора 9, и уровня К U на его выходе появляется перепад напряжения, который отключает работу программатора

1 и одновременно является разрешающим сигналом для выполнения операции

1404912 . умножения на АЛУ 7 двух двоичных кодов — зафиксированного искомого кода

ПЗУ 5 и кода ВКП 6, соответствующего интервалу времени (. На выходе АЛУ 7 полученный результат поступает на регистратор 10. Высокая точность измерения времен ядерной релаксации с помощью предлагаемого устройства достигается за счет того, что вторая )p амплитуда А эхосигнала автоматически выбирается из условия выполнения минимума относительной среднеквадратической погрешности (7 измерения времени Т . Если первая амплитуда А, 15 измеряется в момент времени с и фиксируется, а вторая А измеряется в момент времени шГ, то время спин-спиновой релаксации Т можно определить как 20 (ш-11

Т вЂ” - — — пг=2 3 4. ° . (3)

ln(A,/А )

При условии, что ошибки измерения амплитуд эхосигналов А„ случайны и независимы и подчиняются нормальному закону распределения, причем среднее значение их равно нулю, а максималь-. ное отклонение равно от точки к точке, т.е. д А, = ЬА =...=дА =дА, то относительную среднеквадратичную погреш30 ность измерения времени спин-спиновой релаксации Т по формуле (3) можно определить так

1 ш 2 3 4... (4) З5 т K„ ln(A /А ) где К„=А, /nA=const — отношение сигнал/шум.

Если в выражении (4) вместо А, и

А подставить соответственно А

A,åõð(" ) и А Аоехр(-ш) ), где оа

QT, то величина G относительно ab для различных m=2,3,4, ° имеет минимум. Величины ь|. = oc, при которых (з становится минимальной являются оптимальными для конкретных индексов сдви45 га m, а соответствующие им оптимальные отношения амплитуд (А,/А(,), являющиеся коэффициентами умножения К

УЦАП 8, будут равны ,50 (А,/А„) К вхр ((и-l)oC),m2,3,4..(5)

Таким образом, для известных о, величину искомого времени спин-спиновой релаксации Т с наиболее вероятной минимальной погрешностью можно определить по формуле .1

Т вЂ” (, (6) ()(o где с 1

g =(— ) — — lnK . о T а ш-) )))

Минимальные погрешности G ;„ и соответствующие нм оптимальные параметры м и (А,(А ) К для различных индексов сдвига ш приведены в таблице.

В ПЗУ 5 хранятся табличные данные оптимальных отношений (А,/А .),, являющиеся соответственно коэффициентами

К умножения для УЦАП 8 и для АЛУ 7.

Как только уровень напряжения на выходе УЦАП 8, равный К 0,)„ станет равным или большим уровня U, компаратор 9 с помощью ФРИ 3 фиксирует в

ПЗУ 5 оптимальное число m, соответствующее оптимальному отношению (А,/А ), а значит, наиболее точному для заданного Г значению времени Т, которое после выполнения в АЛУ 7 операции (6) зарегистрирует регистратор 10.

Формула изобретения

Устройство для измерения времени спин-спиновой релаксации, содержащее программатор, подключенный к входу приемопередающей системы релаксометра, выход которой соединен с входом . двухканального блока выборки и запоминания, у которого первый выход подключен к опорному входу компаратора, выход которого соединен с входом программатора, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при малом отношении сигнал/шум, в него введены формирователь и распределитель импульсов, постоянное запоминающее устройство, умножающий цифроаналоговый преобразователь, времякодовый преобразователь и арифметикологическое устройство, причем выход программатора соединен с входом формирователя и распределителя импульсов, первый выход которого через времякодовый преобразователь подключен к первому входу арифметико-логического устройства, а второй выходк входу постоянного запоминающего устройства и к управляющему входу двухканального блока выборки и запоминания, второй выход которого через умножающий цифроаналоговый преобразователь соединен с сигнальным Вхо дом компаратора, прн этом выход компаратора подключен к второму входу

1404912 арифметико-логического устройства, третий вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего уст(A1 AJо г,н

6,302

4,5418

3,9739

1,766

2,134

2,337

3,6945

2,460

3,5285

2,547

3,4186

6,25

2,612

2, 664

2,697

2,740

3,3404

3,2820

3,2967

7, 143

8, 064

8, 928

15 3, 1081

0,075

13,33

2, 858

° ° e

3,0472

0,056

17,86

2,898

Составитель С.Варламов

Техред А. Кравчук Корректор В.Бутяга

JРедактор А.Шандор

Заказ 3095/46

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0,569 .

О, 379

О, 283

О, 225

0,187

0,160

0,140

0,124 ройства и управляющим входом умножающего цифроаналогового преобразователя, а выход — с регистратором.

1,757

2, 638

3, 533

4,444

5,438