Автодинний датчик сигналів ядерного магнітного резонансу

Реферат: UA 80365 U UA 80365 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічне рішення належить до галузі радіоспектроскопії та може бути використано для модернізації безперервних спектрометрів ядерного магнітного резонансу (ЯМР) та ядерного квадрупольного резонансу. Як датчики сигналів спектрометрів ЯМР, що використовують неперервну методику реєстрації сигналів, уживають два типи датчиків - мостові та автодинні [Леше А. Ядерная индукция / М., ИЛ. - 1963. – 684 c.]. Мостові датчики складні за конструкцією та використовуються для роботи в достатньо вузькій смузі частот. Автодинні чи автогенераторні датчики суттєво поступаються мостовим датчикам за чутливістю. Як прототип вибрано автодинний датчик сигналів ЯМР [Патент на корисну модель № 64382. Опубл. 10.11.2011. Бюл. № 21, 2011] який містить заземлений паралельний коливальний контур (1), послідовно з'єднані широкосмуговий повторювач напруги (2) та неінвертуючий нелінійний широкосмуговий підсилювач (3), ланцюжок позитивного зворотного зв'язку (4), послідовно з'єднані перший підсилювач високої частоти (5) та перший амплітудний детектор (6), послідовно з'єднані другий підсилювач високої частоти (7), другий амплітудний детектор (8) та нормуючий підсилювач (9), підсилювач, що віднімає (10). Незаземлений вивід паралельного коливального контуру (1) з'єднано зі входом широкосмугового повторювача напруги (2) та першим виводом ланцюжка позитивного зворотного зв'язку (4), а другий вивід ланцюжка позитивного зворотного зв'язку (4) з'єднано з виходом неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача (3). Вхід першого підсилювача високої частоти (5) з'єднано з виходом широкосмугового повторювача напруги (2), а вихід підсилювача високої частоти (5) підключено до входу амплітудного детектора (6). Вихід неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача (3) з'єднано також зі входом другого підсилювача високої частоти (7). Вихід першого амплітудного детектора (6) та вихід нормуючого підсилювача з'єднані зі входами підсилювача, що віднімає (10), вихід якого є виходом пристрою. В основу корисної моделі поставлено задачу збільшення чутливості автодинного датчика сигналів ядерного магнітного резонансу (ЯМР) шляхом часткової компенсації власних шумів пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що автодинний датчик сигналів ядерного магнітного резонансу, який містить заземлений паралельний коливальний контур, широкосмуговий повторювач напруги та неінвертуючий нелінійний широкосмуговий підсилювач, які з'єднані послідовно, ланцюжок позитивного зворотного зв'язку, перший підсилювач високої частоти, перший амплітудний детектор, другий підсилювач високої частоти, другий амплітудний детектор та нормуючий підсилювач та підсилювач що віднімає, причому незаземлений вивід першого заземленого паралельного коливального контуру з'єднаний зі входом першого широкосмугового повторювача напруги та першим виводом ланцюжка позитивного зворотного зв'язку, а другий вивід ланцюжка позитивного зворотного зв'язку з'єднаний з виходом неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача, вхід першого підсилювача високої частоти з'єднаний з виходом першого широкосмугового повторювача напруги, а вихід першого підсилювача високої частоти з'єднаний зі входом першого амплітудного детектора, вихід якого з'єднаний з першим входом підсилювача, що віднімає, вихід якого є виходом пристрою, а другий вхід якого з'єднаний з виходом нормуючого підсилювача, вхід якого з'єднаний з виходом другого амлітудного детектора, вхід якого з'єднаний з виходом другого підсилювача високої частоти згідно корисної моделі, додатково містить другий заземлений паралельний коливальний контур, послідовний RC ланцюжок та другий широкосмуговий повторювач напруги, вихід якого з'єднаний з входом другого високочастотного підсилювача, а вихід неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача з'єднаний з першим виводом послідовного RC ланцюжка, другий вивід якого з'єднаний зі входом другого широкосмугового повторювача напруги та незаземленим виводом другого заземленого паралельного коливального контуру. Пристрій забезпечує збільшення його чутливості. Пристрій містить креслення заземлений паралельний коливальний контур (1), широкосмуговий повторювач напруги (2) та неінвертуючий нелінійний широкосмуговий підсилювач (3), які з'єднані послідовно, ланцюжок позитивного зворотного зв'язку (4), перший підсилювач високої частоти (5) та перший амплітудний детектор (6), другий підсилювач високої частоти (7), другий амплітудний детектор(8) та нормуючий підсилювач (9), підсилювач, що віднімає (10), так що незаземлений вивід першого заземленого паралельного коливального контуру (1) з'єднаний зі входом першого широкосмугового повторювача напруги (2) та першим виводом ланцюжка позитивного зворотного зв'язку (4), а другий вивід ланцюжка позитивного зворотного зв'язку (4) з'єднаний з виходом неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача (3), вхід першого підсилювача високої частоти (5) з'єднаний з виходом широкосмугового повторювача напруги (2), а вихід першого підсилювача високої частоти (5) 1 UA 80365 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 підключено до входу першого амплітудного детектора (6), вихід якого з'єднаний з першим входом підсилювача, що віднімає (10), вихід якого є виходом пристрою, другий вхід підсилювача, що віднімає (10) з'єднаний з виходом нормуючого підсилювача (9), вхід якого з'єднаний з виходом другого амплітудного детектора, вхід якого з'єднаний з виходом другого підсилювача високої частоти, другий заземлений паралельний коливальний контур (11), RC ланцюжок, який містить послідовно з'єднані резистор та конденсатор (12), другий широкосмуговий повторювач напруги (13). При цьому перший вивід RC ланцюжка з'єднаний з виходом неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача (3), а другий вивід з'єднаний з незаземленим виводом другого паралельного коливального контуру (11) та входом другого широкосмугового повторювача напруги (13), вихід якого з'єднаний зі входом другого підсилювача високої частоти (7). Пристрій працює наступним чином. Заземлений паралельний коливальний контур (1), широкосмуговий повторювач напруги (2), неінвертуючий нелінійний широкосмуговий підсилювач (3) та ланцюжок позитивного зворотного зв'язку (4) утворюють генератор високочастотних коливань. Частота генерації у першому наближенні визначається резонансною частотою першого заземленого паралельного коливального контуру (1), а амплітуда високочастотних коливань на вході широкосмугового повторювача напруги (2) визначається амплітудною характеристикою неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача (3), параметрами ланцюжка позитивного зворотного зв'язку (4) та добротністю заземленого паралельного коливального контуру (1). Високочастотна напруга з виходу широкосмугового повторювача напруги (2) підсилюється першим підсилювачем високої частоти (5) та детектується першим амплітудним детектором (6). Власні шуми пристрою визначаються в першу чергу шумами широкосмугового повторювача напруги (2) та тепловими шумами заземленого паралельного коливального контуру (1) та проявляються як низькочастотна модуляція амплітуди високочастотних коливань на виході широкосмугового повторювача напруги (2), виході першого підсилювача високої частоти (5) та як низькочастотний шум на виході першого амплітудного детектора (6). Високочастотні коливання з виходу неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача (3) через RC ланцюжок (12) подаються також на другий заземлений паралельний коливальний контур, який налаштовано на частоту, яка дорівнює частоті генерації пристрою. Напруга з другого заземленого паралельного коливального контуру через другий широкосмуговий повторювач напруги надходить на вхід другого підсилювача високої частоти (7), детектується другим амплітудним детектором (8) та надходить на вхід нормуючого підсилювача (9), вихід якого з'єднано з одним із входів підсилювача, що віднімає (10), другий вхід якого з'єднано з виходом першого амплітудного детектора. Спектральний склад шумів на незаземлених виводах заземленого паралельного коливального контуру (1) та другого заземленого паралельного коливального контуру (11) практично однаковий, а коефіцієнт підсилення нормуючого підсилювача (9) вибирається таким, що за відсутністю сигналу поглинання ЯМР шумова компонента напруги на виході підсилювача, що віднімає (10) була б мінімальною. Зразок, що досліджується, розташовується у котушці індуктивності першого заземленого паралельного коливального контуру. При поглинанні радіочастотного поля зразком, що досліджується, добротність першого заземленого паралельного коливального контуру (1) зменшується, зменшується високочастотна напруга на першому заземленому паралельному коливальному контурі і пропорційно цьому зменшується низькочастотна напруга на виході першого амплітудного детектора (6), однак шумова компонента цієї напруги не змінюється. У той же час добротність другого заземленого паралельного коливального контуру (11) не змінюється та, відповідно, не змінюються значення амплітуди високочастотних коливань на вході другого широкосмугового повторювача напруги (13) та амплітуди шумової компоненти на виході нормуючого підсилювача (9). На виході підсилювача, що віднімає, (10) буде спостерігатися відмінний сигнал, який є пропорційним сигналу поглинання ЯМР, а власні шуми пристрою будуть значною мірою скомпенсовані. Перевірка ефективності даного технічного рішення показала, що за тих же умов реєстрації сигналу ЯМР від одного й того ж зразка відношення сигнал/шум у пристрою, що пропонується, збільшується в k=(3±0,5) разів у порівнянні з прототипом. Пристрій забезпечує збільшення його чутливості. 2 UA 80365 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Автодинний датчик сигналів ядерного магнітного резонансу, що містить заземлений паралельний коливальний контур, широкосмуговий повторювач напруги і неінвертуючий нелінійний широкосмуговий підсилювач, що з'єднані послідовно, ланцюжок позитивного зворотного зв'язку, перший підсилювач високої частоти та перший амплітудний детектор, другий підсилювач високої частоти, другий амплітудний детектор, нормуючий підсилювач та підсилювач, що віднімає, причому незаземлений вивід паралельного коливального контуру з'єднаний зі входом першого широкосмугового повторювача напруги та першим виводом ланцюжка позитивного зворотного зв'язку, а другий вивід ланцюжка позитивного зворотного зв'язку з'єднано з виходом неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача, вхід першого підсилювача високої частоти з'єднаний з виходом широкосмугового повторювача напруги, а вихід першого підсилювача високої частоти з'єднано зі входом першого амплітудного детектора, вихід якого з'єднаний з першим входом підсилювача, що віднімає, вихід якого є виходом пристрою, другий вхід підсилювача, що віднімає, з'єднаний з виходом нормуючого підсилювача, вхід якого з'єднаний з виходом другого амплітудного детектора, вхід якого з'єднаний з виходом другого підсилювача високої частоти, який відрізняється тим, що додатково містить другий заземлений паралельний коливальний контур, послідовний RC ланцюжок та другий широкосмуговий повторювач напруги, вихід якого з'єднаний з входом другого високочастотного підсилювача, а вихід неінвертуючого нелінійного широкосмугового підсилювача з'єднаний з першим виводом послідовного RC ланцюжка, другий вивід якого з'єднаний зі входом другого широкосмугового повторювача напруги і незаземленим виводом другого заземленого паралельного коливального контуру. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3