DE1673818B2

DE1673818B2 - Verfahren und vorrichtung zur direktmessung charakteristi scher zeitkonstanten von abfall oder anstiegskurven in funktion der zeit vorzugsweise zur direktmessung kernmagneti scher relaxationszeiten

Info

Publication number: DE1673818B2
Application number: DE19671673818
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Laukien, Günther, Prof Dr rer nat, 7501 Forchheim
Priority date: 1967-11-02
Filing date: 1967-11-02
Publication date: 1971-08-19
Also published as: DE1673818A1; US3564399A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung kann selbsttätig mehrfach gemessen werden, derart, charakteristischer Zeitkonstanten von Abfall- oder daß durch Mittelwertsbildung die Präzision der Mes-Anstiegskurven in Funktion der Zeit, vorzugsweise sung erhöht wird.

von Spannungs- oder Stromverläufen, welche der Das Wesen der Erfindung sei im folgenden an

eigentlichen Meßgröße proportional sind, besonders 5 Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben: zur Messung von kernmagnetischen Relaxationszeiten In der Figur ist ein Blockschaltbild eines Schwellaus dem impulstechnisch angeregten abfallenden wertdiskriminators mit automatischer Start-Stop- oder ansteigenden Signalspannungsverlauf. In der Steuerung dargestellt.

Impulsspektroskopie mißt man mit Hilfe von hoch- Durch Knopfdruck auf die Auslöseeinheit wird der

frequenten Impulsen, Eigenschaften von interresie- io Meßvorgang gestartet. Synchron mit dem vom Imrenenden Proben durch die Untersuchung des Ver- pulsgenerator erzeugten nächstfolgenden Triggerhaltens der in diesen Proben enthaltenen Atomkerne impuls wird einmalig ein Steuerimpuls an die Ausmit I ή= O. Dabei regen die hochfrequenten Schwin- löseeinheit weitergegeben. Der von dieser Einheit ergungen über die magnetischen Momente der Kerne haltene Impuls wird dann durch einen monostabilen diese zu Präzessionsbewegungen an. Diese Präzes- 15 Flip-Flop um einen festen Zeitbetrag, beispielsweise sionsbewegungen setzen sich auch nach den Impulsen 10 Mikrosekunden verzögert.

fort. In Impulsprogrammen kann man also in den Zur Beendigung des Meßvorganges kann der

Impulspausen ungestört durch den Anregungsvorgang nächstfolgende Triggerimpuls des Impulsgenerators Kernresonanzsignale als sogenannte freie Präzessions- verwendet werden (einmaliges Messen). Will man die bewegungen beobachten, und zwar durch meßtech- 20 Meßgenauigkeit erhöhen, so wird über dem Schalter S nische Beobachtung der von der präzedierenden Ma- (Meßdauer) über die zwei Dekaden Dl, D 2 jeder 10. gnetisierung durch Induktion in Meßspulen erzeug- bzw. jeder 100. Triggerimpuls zur Beendigung des ten Wechselspannung. Aus dem Kurvenverlauf sol- Meßvorganges entnommen.

eher Signale oder aus der Umhüllenden einer Folge Je nach der Stellung des Schalters S (I, II, III) kann

solcher Signale kann man dann z. B. Relaxations- 25 diese Meßdauer eingestellt werden, zeiten oder Diffusionskoeffizienten bestimmten (vgl. Der Impulsintegrator liefert die auszuwertende

hierzu den Aufsatz von H. Strehlow in den Be- Spin-Echokurve. Der zugehörige Meßeingang ist auf richten der Bunsen-Gesellschaft, Bd. 67, S. 255 f, den Schwellwertdiskriminator geschaltet. Diese Ein-1963). heit besteht aus zwei Differenzverstärkern mit zusätz-

Dieses bekannte Verfahren ist jedoch zeitraubend, 30 liehen Transistorstufen, die den oberen und unteren da die interessierenden Werte der Signalkurven erst Schwellwert beim Durchgang der Expotentialfunkin einem besonderen Verfahren ausgewertet werden tion festlegt. Hier sei angemerkt, daß die Echokurve müssen. Auch ist in manchen Fällen der Abstand der aus einer e-Funktion oder aus mehreren zusammen-Signale vom Störpegel bei den gewonnenen Kurven gesetzten e-Funktionen bestehend gedacht werden

nicht groß genug....·. -35 kann. ,Mit Hilfe des von außen einstellbaren Präzi-

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr ist sionspotentiometers wird der obere Schwellwert beidie Aufgabe gestellt, einen derartigen Relaxations- spielsweise zwischen +5V und +100MV je nach Zeitzähler zu schaffen, der eine selbsttätige Ermitt- Signalgröße eingestellt. Dies gibt den oberen Schwelllung der Meßwerte sowie eine Vergrößerung des Stör- wert U₀. Gleichzeitig wird der untere Schwellwert U₀ pegelabstandes gestattet. 40 T

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Meß- automatisch festgelegt. .

größe, meist in der Form einer Signalspannung, in Durch einen zusätzlichen nicht dargestellten Schal-

einem Schwellwertdiskriminator mit zwei oder meh- ter, sind diese Werte derart umschaltbar, daß man reren einstellbaren Werten verglichen wird, derart, jeweils nur die Relaxationszeit T₂ bei einem Durchdaß bei momentaner Gleichheit der Meßgröße mit 45 δ

einer der eingestellten Größen ein Triggersignal aus- gang mißt oder T₂ nach zehn Durchgängen. Hiermit gelöst wird, welches den Weg zu einem Zähler öffnet wird die Analyse des Gehaltes an Relaxationszeiten oder schließt, so daß in diesem Zähler während der in einem Signalabfall erleichtert. Öffnungsdauer Zeitmarken mit bekanntem Zeitab- Der die Torsteuerung verlassende Impuls wird den

stand, z. B. ,ttsec, gezählt werden, und daß beim Ab- 50 beiden UND-Gattern t/_}, U₂ zugeführt. Gleichzeitig Schluß der Messung unmittelbar auf dem Zähler ab- gelangen die aus dem Diskriminator kommenden Imgelesen werden kann, welche Zeitdauer beispielsweise pulse, nämlich der Startimpuls und der Stopimpuls verstrichen ist zwischen dem Zeitpunkt, bei welchem auf das obere Und-Gatter (Startimpuls) und auf das das Meßsignal den ersten eingestellten Vergleichs- untere Und-Gatter (Stopimpuls). EZ₁ ist der Start des wert erreicht hat, und dem Zeitpunkt, bei welchem 55 Zählers, U₂ der Stop des Zählers nachgeschaltet. Der das Meßsignal den zweiten eingestellten Wert er- Abstand der beiden Impulse ist so bemessen, daß in reicht hat. Schaltstellung I des Schalters S nur ein Signaldurch-

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Gegen- gang gemessen wird, in Schalterstellung II zehn und Standes der Erfindung werden die eingestellten in Schalterstellung III hundert Signaldurchgänge zeit-Schwellwerte so gewählt, daß die angezeigte Zeit 60 lieh aufaddiert werden.

direkt als Relaxationszeit oder als eine andere charak- Statt des Zählers kann auch ein Drucker ange-

teristische Zeitkonstante interpretiert werden kann, schlossen sein.

daß also der zweite Schwellwerk unabhängig vom Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen

eingestellten ersten Schwellwert immer in einem Einrichtung besteht darin, daß eine Empfindlichkeitsfesten Verhältnis zu diesem ersten Wert, z. B. im 65 erhöhung und Steigerung der Genauigkeit durch Verhältnis Ve, eingestellt wird, wenn z. B. die charak- mehrmaliges automatisches und einstellbares Wiederteristische Zeitkonstante eines rein exponentiellen holen des Meßvorganges erreicht werden kann. Abfalles bestimmt werden soll. Die gleiche Abfallzeit Andererseits besteht die Möglichkeit, eine zusammen-

gesetzte Expoentialkurve nach ihren verschiedenen Zeitkonstanten abzufragen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung charakteristischer Zeitkonstanten von Abfall- oder Anstiegskurven in Funktion der Zeit, vorzugsweise von Spannungs- oder Stromverläufen, welche der eigentlichen Meßgröße proportional sind, besonders zur Messung von kernmagnetischen Relaxationszeiten aus dem impulstechnisch angeregten abfallenden oder ansteigenden Signalspannungsverlauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße, z. B. in der Form einer Signalspannung, in einem Schwellwertdiskriminator mit zwei oder mehreren einstellbaren Werten verglichen wird, derart, daß bei momentaner Gleichheit der Meßgröße mit einer der eingestellten Größen ein Triggersignal ausgelöst wird, welches den Weg zu einem Zähler öffnet oder schließt, so daß in diesem Zähler während der Öffnungsdauer Zeitmarken mit bekanntem Zeitabstand, z. B. ,wsec, gezählt werden, und daß beim Abschluß der Messung unmittelbar auf dem Zähler abgelesen werden kann, welche Zeitdauer verstrichen ist zwischen dem Zeitpunkt, bei welchem das Meßsignal den ersten eingestellten Vergleichswert erreicht hat, und dem Zeitpunkt, bei welchem das Meßsignal den zweiten eingestellten Wert erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingestellten Schwellwerte so gewählt werden, daß die angezeigte Zeit direkt als Relaxationszeit oder als eine andere charakteristische Zeitkonstante abgelesen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwert, unabhängig vom eingestellten ersten Schwellwert in einem festen Verhältnis zu diesem ersten Wert, eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwert

im Verhältnis von — zum ersten Schwellwert steht. e

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Abfallzeit selbsttätig mehrfach gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellwert und damit der Anfangszeitpunkt der Messung innerhalb des untersuchten Meßverlaufs unter Konstanthaltung des zweiten Schwellwertes oder bei Aufrechterhaltung des Verhältnisses der beiden Schwellwerte variiert wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen variablen Schwellwertdiskriminator zum Vergleich von Meßwerten mit eingestellten Größen, einer Quelle von zeitlich äquidistanten Meßimpulsen mit einstellbarem oder konstantem Abstand, einem Zähler, dessen Öffnungs- und Schließzeit durch den Schwellwertdiskriminator gesteuert wird, sowie durch an sich bekannte spektrometrische Meßgeräte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen