Покращення шумових та сигнальних характеристик aвтодинного спектрометра ядерного квадрупольного pезонансу

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню важливої наукової задачі покращення шумових та сигнальних характеристик автодинних спектрометрів ЯКР. Наукові дослідження і розробки, представлені в цій роботі, проведено з метою максимально можливого збільшення ефективної чутливості автодинних спектрометрів ЯКР, розробці пристроїв, які дозволяють оптимізувати роботу радіоспектрометра в режимі розгортки. В дисертаційній роботі розроблено принцип реалізації автодинного спіндетектора ЯКР із підвищеною завадостійкістю шляхом побудови автогенераторного каскаду на двохтактному витоковому повторювачі напруги. Встановлено, що для симетричного автодинного піндетектора коефіцієнт шуму зменшується за рахунок кореляції шумових джерел у двохтактному автогенераторі. Досліджено топологію радіочастотного поля в робочій котушці автодина. Розроблено систему фазового автопідстроювання частоти симетричного автодинного спіндетектора для лінеаризації частотної розгортки спектрів ядерного квадрупольного резонансу. Проведено моделювання амплітудних демодуляторів, в результаті чого запропоновано схему детектора з підвищеною лінійністю. Розроблено Зеєман-модулятор магнітного поля з покращеною формою струму в навантаженні та канал обробки сигналів ЯКР на основі синхронного детектування. Результатом оптимізації параметрів автодинного радіоспектрометра стало пониження коефіцієнту шуму автодина на 8,5%. При цьому завадостійкість радіоспектрометра із симетричним автодинним спіндетектором відносно зовнішніх завад зросла до 70 дБ. Диссертация посвящена решению важной научной задачи улучшения шудымовых и сигнальных характеристик автодинних спектрометров ЯКР. Научные исследования и разработки, представленные в данной работе, проведено с целью максимально возможного увеличения эффективной чувствительности автодинних спектрометров ядерного квадрупольного резонанса и разработке устройств, которые позволяют оптимизировать работу спектрометра в режиме развертки. В диссертационной работе разработан принцип реализации автодинного спин-детектора ЯКР с повышенной помехоустойчивостью путем построения автогенераторного каскада на двухтактном истоковом повторителе напряжения. Встановлено, что для симметричного автодинного спиндетектора коэффициент шума уменьшается за счет корреляции шумовых источников в двухтактных автогенератора. Проведенный анализ зависимости коэффициента шума и чувствительности от рабочих режимов схемы. Показано, что с понижением ВЧ - уровня наблюдается интенсивный рост чувствительности спинового детектора. Исследованы топологию радиочастотного поля в рабочей катушке автодина. Найдено, что самый большой участок однородного распределения поля в катушках с переменным шагом намотки. Разработана система фазовой автоподстройки частоты симметричного автодынного спиндетектора для линеаризации частотной развертки спектров ядерного квадрупольного резонанса. Для калибровки спектров разработан формирователь частотных меток интервалом 10 и 100 кГц. Проведено моделирование амплитудных демодуляторов, в результате чего предложена схема детектора с повышенной линейностью. Доработано метод уменьшения переходных процессов в катушках Гельмгольца путем построения модулирующего усилителя на основе источника тока управляемого напряжением. Разработан Зееман-модулятор магнитного поля с улучшенной формой тока (на порядок выросла чувствительность) в нагрузке и канал обработки резонансных сигналов на основе синхронного детектирования. Результатом оптимизации параметров автодинного радиоспектрометра стало понижение коэффициента шума автодина не менее, чем на 8,5%. При этом помехоустойчивость радиоспектрометра с симметричным автодинним спиндетектором относительно внешних помех возросла до 70 дБ. Thesis is devoted to the solution of important scientific problem of increase the characteristics of noise and signal in the nuclear quadrupole resonanse spectrometers based on marginal oscillators. The research and development presented in this work of the maximum increase in effective sensitivity marginal oscillator NQR spectrometers, the development of devices that can optimize spectrometr mode scan are offered in the thesis. In the thesis developed the principle of the high noise immunity of NQR marginal oscillator circuit based on the push-pull source follower. For symmetric marginal oscillator the noise ratio decreases due to the correlation of noise sources in the push-pull oscillator is investigated. The topology of the RF field in the working coil of symmetrical marginal oscillator is investigated. The phase-locked-loop frequency control system for the symmetric marginal oscilla-tor frequency sweep linearization of nuclear quadrupole resonance spectra is developed. Modeling the amplitude demodulators and circuit detector with high linearity of transfer function suggested. Zeeman magnetic-modulator scheme with improved current form (in order of in-creased sensitivity) to load and the synchronous demodulation based module of processing of the resonance signals were developed. The result of optimization parameters of continuous wave NQR spectrometer was lowering noise ratio of the marginal oscillator by 8.5%. At the same interference immunity of continuous wave spectrometer with symmetrical marginal oscillator has increased to 70 dB relative to external interferences.