АВТОДИННЫЙ ДАТЧИК СИГНАЛОВ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

(ЯМ?)
Полезная модель относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано для модернизации спектрометров ядерного магнитного резонанса широких линий и непрерывных спектрометров ядерного квадрупольного резонанса.
Известен мостовой датчик сигналов спектрометров ЯМР, использующий непрерывную методику регистрации [Леше А. Ядерная индукция / М., ИЛ. - 1963. - 684С]. Мостовые датчики сложны по конструкции и используются для работы в достаточно узкой полосе частот.
В качестве прототипа выбран автодинный датчик, выполненный по схеме Паунда-Найта [Кибрик Г.Е., Разумов В.В. Автодинный датчик ядерного магнитного резонанса с фазовой автоподстройкой частоты // ПТЭ. - 1985. - Т.28. - с. 135-138], который содержит заземленный параллельный колебательный контур, последовательно соединенные широкополосный повторитель напряжения и неинвертирующий нелинейный широкополосный усилитель, цепь положительной обратной связи, усилитель высокой частоты и амплитудный детектор. Незаземленный вывод параллельного колебательного контура соединен со входом повторителя напряжения и первым выводом цепи положительной обратной связи, а второй вывод цепи положительной обратной связи соединен с выходом неинвертирующего нелинейного широкополосного усилителя. Вход усилителя высокой частоты соединен с выходом повторителя напряжения, а выход усилителя высокой частоты подключен ко входу амплитудного детектора, выход которого является выходом устройства.
Недостатком такого устройства является низкая чувствительность.
В основу полезной модели поставлена задача увеличения чувствительности автодинного датчика сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) путем частичной компенсации собственных шумов устройства.
Поставленная задача решается тем, что автодинный датчик сигналов ЯМР, включающий заземленный параллельный колебательный контур (1), последовательно соединенные широкополосный повторитель напряжения (2) и неинвертирующий нелинейный широкополосный усилитель (3), цепь положительной обратной связи (4), первый усилитель высокой частоты (5) и первый амплитудный детектор (6), причем незаземленный вывод параллельного колебательного контура (1) соединен со входом широкополосного повторителя напряжения (2) и первым выводом цепи положительной обратной связи (4), а второй вывод цепи положительной обратной связи (4) соединен с выходом неинвертирующего нелинейного широкополосного усилителя (3), вход первого усилителя высокой частоты (5) соединен с выходом широкополосного повторителя напряжения (2), а выход первого усилителя высокой частоты (5) подключен ко входу первого амплитудного детектора (6), согласно полезной модели, дополнительно содержит последовательно соединенные второй усилитель высокой частоты (7), второй амплитудный детектор (8), нормирующий усилитель (9) и вычитающий усилитель (10), выход которого является выходом устройства, при этом вход второго усилителя высокой частоты (7) соединен с выходом неинвертирующего нелинейного широкополосного усилителя (3), а выход соединен со входом второго амплитудного детектора (8), выход которого соединен со входом нормирующего усилителя (9), выход которого соединен с первым входом вычитающего усилителя (10), а выход первого амплитудного детектора (6) соединен со вторым входом вычитающего усилителя (10), выход которого является выходом устройства. Устройство обеспечивает увеличение чувствительности автодинного датчика сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) путем частичной компенсации собственных шумов устройства.
Устройство содержит заземленный параллельный колебательный контур (1), последовательно соединенные широкополосный повторитель напряжения (2), неинвертирующий нелинейный широкополосный усилитель (3), цепь положительной обратной связи (4), усилитель высокой частоты (5) и амплитудный детектор (6), второй усилитель высокой частоты (7), второй амплитудный детектор (8), нормирующий усилитель (9) и вычитающий усилитель (10). Незаземленный вывод параллельного колебательного контура (1) соединен со входом повторителя напряжения (2) и первым выводом цепи положительной обратной связи (4), а второй вывод цепи положительной обратной связи (4) соединен с выходом неинвертирующего нелинейного широкополосного усилителя (3). Вход усилителя высокой частоты (5) соединен с выходом повторителя напряжения (2), а выход усилителя высокой частоты (5) подключен ко входу амплитудного детектора (6). Вход второго усилителя высокой частоты (7) соединен с выходом неинвертирующего нелинейного широкополосного усилителя (3), выход второго усилителя высокой частоты (7) соединен со входом второго амплитудного детектора (8), выход которого соединен со входом нормирующего усилителя (9), выход которого соединен с первым входом вычитающего усилителя (10), а выход первого амплитудного детектора (6) соединен со вторым входом вычитающего усилителя (10), выход которого является выходом устройства.
Устройство работает следующим образом. Заземленный параллельный колебательный контур (1), широкополосный повторитель напряжения (2), неинвертирующий нелинейный широкополосный усилитель (3) и цепь положительной обратной связи (4) образуют генератор высокочастотных колебаний. Частота генерации в первом приближении определяется резонансной частотой заземленного параллельного колебательного контура (1), а амплитуда высокочастотных колебаний на входе широкополосного повторителя напряжения (2) определяется амплитудной характеристикой неинвертирующего нелинейного широкополосного усилителя (3), параметрами цепи положительной обратной связи (4) и добротностью заземленного параллельного колебательного контура (1). Собственные шумы устройства, определяются шумами широкополосного повторителя напряжения (2) и тепловыми шумами заземленного параллельного колебательного контура (1) и проявляются как низкочастотная модуляция амплитуды напряжения на выходе широкополосного повторителя напряжения (2).
Высокочастотное напряжение с выхода широкополосного повторителя напряжения (2) усиливается первым усилителем высокой частоты (5) и детектируется первым амплитудным детектором (6). Высокочастотное напряжение с выхода широкополосного повторителя напряжения (2) также усиливается неинвертирующим нелинейным широкополосным усилителем (3) и вторым усилителем высокой частоты (7), после чего детектируется вторым амплитудным детектором (8). Выходное напряжение второго амплитудного детектора (8) усиливается нормирующим усилителем (9) и поступает на один из входов вычитающего усилителя (10), на второй вход которого поступает напряжение с выхода первого амплитудного детектора (6). Коэффициент усиления нормирующего усилителя (9) обеспечивает минимальность шумовой компоненты напряжения на выходе вычитающего усилителя (10) при отсутствии сигнала поглощения ЯМР.
При поглощении радиочастотного поля исследуемым образцом добротность колебательного контура уменьшается, уменьшается высокочастотное напряжение на колебательном контуре и пропорционально этому уменьшается низкочастотное напряжение на выходе первого амплитудного детектора (6), однако шумовая компонента этого напряжения практически не меняется. При этом относительное изменение высокочастотного напряжения на выходе неинвертирующего нелинейного широкополосного усилителя (3) и, соответственно, напряжения на выходе второго амплитудного детектора (8) будет меньше при сохранении амплитуды и спектрального состава шумовой компоненты этого напряжения. На выходе вычитающего усилителя (10) будет наблюдаться разностный сигнал, пропорциональный сигналу поглощения ЯМР, а собственные шумы устройства будут частично скомпенсированы.
Проверка эффективности данного технического решения показала, что при тех же
условиях регистрации сигнала ЯМР отношение сигнал/шум у предлагаемого устройства увеличивается в к = (1.3 ±0.05) раза по сравнению с прототипом.
Устройство обеспечивает увеличение чувствительности автодинного датчика сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) путем частичной компенсации собственных шумов устройства.