JPS6124648B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔本発明の技術分野〕 本発明は一般に無線周波励起を利用するスペク
トロメータに関し、更に詳しくは無線周波搬送波
のパルス幅変調を利用することによつて無線周波
励起を生ずるための改良された方法と装置に関す
る。 〔従来技術の説明〕 これまで複数のスペクトル線の無線周波共鳴を
同時に励起するためには広帯域無線周波励起法が
利用されて来た。この同時に励起された共鳴スペ
クトル線は複合共鳴信号を生ずるために検出され
る。複合共鳴信号は時間領域で時間間隔を置いて
サンプリングされ、デジタルデータに変換され、
多チヤンネル・メモリーに記憶され、そしてＳ／
Ｎを改善するために時間平均される。時間平均さ
れたデータはメモリーから読み出され、時間領域
から周波数領域にフーリエ変換されて被分析試料
の共鳴スペクトルが再生される。再生された共鳴
スペクトルは次に表示される。そのような無線周
波スペクトロメータは1969年10月28日に発行され
た米国特許第3475680号に開示され特許請求され
ている。 またそのような広帯域無線周波スペクトロメー
タにおいては、コンピユータに記憶されたデータ
のテーブルから合成された時間領域の変調信号に
従つて無線周波搬送波をパルス幅変調することに
よつて広帯域無線周波励起を得ることも知られて
いる。コンピユータから得られる時間領域のパル
ス幅変調信号は、周波数領域で所望の無線周波励
起スペクトルを選択し、このようなスペクトルデ
ータをコンピユータのメモリーのテーブルに入
れ、テーブルにはいつた所望の励起スペクトルを
時間領域にフーリエ変換して対応する時間領域デ
ータのテーブルを得、そして試料の共鳴を励起す
るため試料に加えられる無線周波搬送波をパルス
幅変調するように前記テーブルにはいつた時間領
域データを読み出すことにより得られる。 パルス幅変調によつて生ずる合成広帯域無線周
波励起を利用する従来の無線周波スペクトロメー
タに関連する諸問題の１つは、パルスが65m秒の
増加幅で増加され長さが65n秒ないし65μ秒程度
である比較的短かいパルスであるとき、１μ秒の
程度である有限の立上り時間と立下り時間が利用
される励起に幾つかの望ましくない非直線性を生
じ、その結果スペクトルの各共鳴線に関連する望
ましくない側波帯共鳴が生ずるということであ
る。個々の共鳴線のこの望ましくない側波帯は時
間平均法によつては除去できないだけでなく、生
ずるスペクトルデータを不必要に複雑にする。従
つて、個々のスペクトル共鳴線に関連する望まし
くない側波帯の発生を避ける、無線周波搬送波の
パルス幅変調法を提供することが望まれている。 〔本発明の概要〕 従つて、本発明の主要な目的は、印加されるパ
ルスの立上り時間及び立下り時間によつてもたら
される望ましくない側波帯の発生を避け、所望の
励起スペクトルを生ずるために加えられる無線周
波エネルギーをパルス幅変調する形式の無線周波
スペクトロメータに複数の無線周波同時励起を生
ずる改良された方法と装置を提供することであ
る。 本発明の一特徴において、無線周波励起は合成
無線周波パルス列を生ずるためパルス幅変調され
る。個々の合成パルスは第一の無線周波位相の一
次成分と逆相の補償用の二次パルス成分とを含
む。このパルスを被分析試料に印加すると、合成
パルスの逆相の補償用二次パルス成分により、一
次パルス成分が有する有限の立上り時間と立下り
時間が補償される。その結果、被分析試料の個々
の共鳴に関連する望ましくない側波帯励起が防止
され、被分析試料の応答に対し実質的に零の立上
り時間及び立下り時間のパルスの印加になる。 本発明の他の特徴において、一次パルス成分は
二次パルス成分の長さに等しい量だけ延長される
ため二次パルス成分の共鳴による影響は一次パル
ス成分の延長部分により相殺される。 本発明の更に他の特徴において、時間領域内の
パルス幅変調信号はコンピユータのメモリーに記
憶されたデータのテーブルから得られる。 本発明の更に他の特徴において、補償用のパル
ス成分はパルス幅変調信号に応答する回路より得
られ、そのような補償用の二次パルス成分と対応
する延長一次パルス成分は補償回路により入力変
調信号に加えられ、それによつて被分析試料に加
えられる搬送波を変調するための合成パルス幅変
調信号が得られる。 本発明の他の特徴と利点は添付図面に関連して
述べられた以下の説明を熟読することによつて明
らかとなろう。 〔好適な実施例の説明〕 まずパルス幅変調式の無線周波スペクトロメー
タ及びそのパルス幅変調の動作について説明す
る。 次に、従来のパルス幅変調における欠点、すな
わち、パルスの有限の立上り時間及び立下り時間
によつて、励起される共鳴に非直線性があらわれ
るという欠点を説明する。そして、かかる欠点を
解消すべく本発明に従うパルス波形について説明
するとともにこのパルス波形により、上記欠点が
解消されることを説明する。 第１図には本発明の特徴を有するフーリエ変換
磁気回転共鳴スペクトロメータ１１が示されてい
る。スペクトロメータ１１は分析されるべき試料
を入れると共にこの試料を均一な分極磁場Hoに
浸すためのプローブ１２を含む。プローブ１２は
無線周波磁場を試料に加えるため通常の同調送受
信コイル構造物を含み、無線周波磁場ベクトルの
実質的な成分は被分析試料の磁気回転共鳴を励起
するため分極磁場ベクトルHoの方向に直角であ
る。 前記のコイル構造物を付勢すると共に試料の共
鳴を励起するための無線周波エネルギーは変調器
１３で無線周波搬送波信号を変調することに得ら
れる。この搬送波信号は無線周波発信器１４から
供給され、コンピユータ１５から得られる時間と
共に変化するパルス幅変調関数ｆ，ｔで変調され
る。無線周波搬送波のパルス幅変調によつて搬送
波には側波帯が生ずる。変調関数ｆ（ｔ）は側波
帯エネルギーが試料の複数のスペクトル線の共鳴
を同時に励起するための所望のパワースペクトル
密度を有するように選択される。以下で、変調関
数ｆ（ｔ）の選択及び決定について説明する。変
調関数ｆ（ｔ）は時間関数であるが、その選択・
決定するために、周波数関数のパワースペクトル
｜Ｆ（ν）｜を決定する。これは、本発明が複数
のスペクトル線の共鳴を同時に励起することを目
的の１つとしていることから、いくつかの周波数
から成る帯域幅を有する無線周波磁場を試料に印
加するが、そのために周波数関数のＦ（ν）を決
定するのである。 決定されたＦ（ν）を、データとして記憶させ
ておき、そのデータを読み出してフーリエ変換
し、Ｇ（ｔ）を得る。そして、Ｇ（ｔ）も同様に
データとして記憶して、時間領域の変調関数ｆ
（ｔ）を得るために読み出す。 このような操作は、コンピユータによりなされ
るが、具体的には、以下のようにして行なわれ
る。なおコンピユータによつてなされる各段階は
後に説明する（第７Ａ及び第７Ｂ図）。 所望のパワースペクトル密度は被分析試料とス
ペクトロメータの動作の特定の所望のモードによ
つて大幅に変わるけれども、共鳴を励起する無線
周波エネルギーのパワースペクトル｜Ｆ（ν）｜
の一典型例は第２図のスペクトル波形ａによつて
示されている。 具体的には、第２図の波形ａにおいて所望の無
線周波励起スペクトルは例えば60ないし100MHz
の搬送波周波数foの両側に例えば1000Hz広がつて
いるような比較的広い帯域幅にわたる均一なスペ
クトル密度から成る。 スペクトルデータは所望の選択された励起周波
数スペクトル｜Ｆ（ν）｜の各周波数の実数成分
と虚数成分の振幅をコンピユータに指示するテー
ブルの形でコンピユータに供給される。例えば、
2N点（Ｎは励起スペクトルの別個の周波数の
数）より成る以下に示すテーブルＩを作製するこ
とにより周波数領域内の所望の共鳴励起スペクト
ル、つまり第２図の波形ａが供給される。データ
はスペクトル入力端子８に入れられる。またデー
タはカードリーダ、テレタイプまたはタイプライ
タのようなデジタル入力端子から読み出すことに
よつて、あるいはブラウン管とライトペンの組合
せを利用する装置、タブレツトまたは制御桿のよ
うなアナログ入力装置から読み出すことによつて
テーブルＩに編集される。あるいはテーブルＩ内
のデータはすでにコンピユータに記憶されている
データから自動的に編集または計算される。 Ｎを1024とすると、1024個の帯域幅の各周波数
成分（Ｋ＝０とＫ＝Ｎを除く）に対して、２ず
つ、すなわち各周波数成分のベクトルの２つの直
交成分をあらわすものがあるから、テーブルＩに
は2048個の行を有する。各対の１つの行は〔Ａ_K
cos ｆ_K〕に対応するデジタル値に相当し、も
う１つの行は〔Ａ_K sin ｆ_K〕に対応するデジタ
ル値に相当する。なお、Ａ_Kは周波数成分の振幅
をあらわし、ｆ_Kはｔ＝０での周波数成分の位相
値をあらわす。第２図ａのスペクトルの場合、Ａ
_Kについての全部の値が等しい。

【表】

【表】

【表】 位相がコヒーレントであり、かつ広帯域励起の
場合、ｆ_Kの全部の値は等しくなるよう選択さ
れ、そしてテーブルＩからのテーブルに編集され
たデータは例えば1968年10月のCommunications
of the Association for Computing Machinery
Vol 11，No.10の703ページ以降に記載されてい
るアルゴリズムを使用する通常のデイスクリー
ト・フーリエ変換プログラムによつてコンピユー
タで時間領域にフーリエ変換させる。詳細はその
方程式の１−７を参照のこと。このフーリエ変換
の結果Ｎ対の出力が得られ、そのような変換値Ｇ
（ｔ）は以下のテーブルのようにコンピユータ
にテーブルとして編集される。なお、Ｇ（ｔ）ｎ
は時刻ｔ_oでの時間領域内の励起関数の振幅をあ
らわす。

【表】 時間領域の変調出力関数ｆ（ｔ）を得るためＧ
（ｔ）の値は時刻欄に指示された時間間隔でテー
ブルから読み出される。この変調出力関数は変
調器１３内で搬送波信号を変調するために使用さ
れるときすでにテーブルＩにプログラム化された
所望の側波帯パワー密度スペクトルを生ずる。第
２図のａのパワー密度スペクトルを生ずるための
典型的な変調出力関数ｆ（ｔ）は第２図のｃの波
形によつて示されているように基本的には比較的
長い時間間隔で短かい維持時間の無線周波パルス
のパルス列である。 好適な動作モードにおいて、変調器１３は１／
500μ秒の繰返し率（500μ秒のパルス間隔）及び
パルス間隔のほぼ10分の１以下のパルス幅、つま
り約50μ秒以下、を有するパルス列で搬送波信号
を幅変調する。パルス幅はテーブルの変調出力
Ｇ（ｔ）に従つて変調される。 テーブルからのＧ（ｔ）の値は正、負のいず
れの符号をも取り得るので、テープブルから読
み出された変調成分Ｇ（ｔ）の符号に従つて（プ
ローブ１２に供給される変調された搬送波エネル
ギーの位相を）反転して符号を変えるため変調器
１３の出力にはゲート付位相反転増幅器１６が設
けられている。 送信器１７からスペクトロメータ１１の受信部
１８への無線周波エネルギーの結合はプローブ１
２と無線周波増幅器２１の間にゲート１９を設け
ることにより、試料の所望の共鳴を通しての結合
を除いて避けられる。増幅器２１はプローブ１２
内の通常の受信コイルによて受信された無線周波
共鳴信号を増幅するために使用される。ゲート１
９は時分割を行なう送信パルスのタイミングにコ
ンピユータ１５によつて同期化される。 無線周波増幅器２１の出力は、移相器２３を介
して無線周波発振器１４から得られる基準位相信
号に対する位相検出のため無線周波位相検出器２
２の一入力に供給される。位相検出器２２の出力
は被分析試料から生ずる同時に励起された共鳴ス
ペクトル線信号より成る可聴周波複合共鳴信号で
ある。この複合可聴周波共鳴信号は可聴周波増幅
器２４で増幅され、次にＡ−Ｄ変換器２５に供給
される。Ａ―Ｄ変換器２５は受信部がゲート・イ
ンにされている期間の終了近くに各送信パルスに
ついて一度複合共鳴信号をサンプリングする。図
示していない他の実施例においては、変調器１３
は無線周波励起の位相を変調するため変調出力Ｇ
（ｔ）に応答してもよい。 Ａ―Ｄ変換器２５の出力のデジタル化されたサ
ンプルは複合共鳴信号を時間平均化するためコン
ピユータ１５のメモリーの多チヤネル蓄積加算部
２６の連続的なチヤンネルに蓄積される。サンプ
リング順序は広帯域無線周波励起｜Ｆ（ν）｜を
発生するために使用されると同様にコンピユータ
１５の変調出力の読み出し時刻ｔ_p―ｔ_oに同期さ
れる。サンプリング順序は変調出力順序ｆ（ｔ）
の各繰返しと共に繰返される。 次に時間平均された共鳴データは多チヤネル蓄
積加算部２６から読み出され、そして時間領域ｆ
（ｔ）内のデータを周波数領域ｆ（ν）に変換し
て被分析試料の共鳴スペクトルを得るため通常の
フーリエ変換プログラム２７によつてプログラム
化されたコンピユータ１５によつてフーリエ変換
させる。試料の時間平均化された共鳴スペクトル
はオペレータへの表示のため及び（または）記録
のため表示装置に供給される。共鳴スペクトルデ
ータの純粋な吸収モード、純粋な分散モードまた
は吸収モードと分散モードの組合せは装置による
影響を補正した後、フーリエ変換されたデータの
余弦項、フーリエ変換されたデータの正弦項を読
み出すことによつて、または余弦と正弦のデータ
の組合せを読み出すことによつて得ることができ
る。フーリエ変換されたデータはテーブルＩと同
様にコンピユータによつてテーブルに入れられ
る。 搬送波エネルギーの狭いパルスのパルス列によ
つて発生した第２図ａの波形によつて例示される
ようなコヒーレント位相の広帯域無線周波励起の
使用の一欠点は、無線周波励起が比較的低い平均
スペクトルパワー密度より成るけれども比較的強
度の大きな無線周波パルスが必要とされる、とい
うことである。これはまた限られたメモリーと変
調器の精度を考慮するときダイナミツク・レンジ
の問題も生ずる。従つて好適な実施例においては
所望の無線周波広帯域励起の位相は疑似ランダ
ム・シーケンスに従つて選択される。これは０か
ら２πまでの間で疑似ランダム的に選択された移
相値をテーブルＩの余弦値と正弦値の各々に加え
ることによつてなされる。好適な実施例において
は、疑似ランダム数はスイツチ３１を介してコン
ピユータ１５に供給される適当な疑似ランダム数
シーケンス・プログラム２９によつて得られる。
そのような適当な疑似ランダム数シーケンス・プ
ログラムは1965年に発行されたMathematics
ofAomputations、19巻、201ページと同じ雑誌の
16巻（1962年）、368ページに記載されている。プ
ログラム２９はテーブルＩと同様の所望の周波数
領域スペクトルテーブルを取り、かつ前掲のテー
ブルＩの隣りのテーブルに示されている変更さ
れたテーブルを生ずるため疑似ランダム位相付加
を行なう。これは所定のフーリエ周波数成分の
cos ｆ_K成分の値とsin ｆ_K成分の値を取り、そし
てＡ_K・exp（if_K）・exp（ｉφ_K）のようにベクト
ルの掛け算を行なうことによつてなされる。上式
でφ_Kは位相角度の疑似ランダム移相値である。
その結果生じた余弦項と正弦項はテーブルに入
れられる。テーブルに入れられた一連の値は次
にテーブルにフーリエ変換され、そして側波帯
無線周波励起を発生するのに用される変調出力関
数ｆ（ｔ）を発生するためにすでに説明したよう
に読み出される。第２図のｃの波形は非コヒーラ
ントな側波帯無線周波励起を生ずるための典型的
変調出力を示すものである。 第２図は位相変調された無線周波励起を利用す
る第１図のスペクトロメータ１１の機能的なブロ
ツク図である。時間平均されフーリエ変換された
スペクトルデータはＧ（ν）でテーブルと同様
のテーブルにコンピユータ１５によつて入れられ
る。このデータの位相はテーブルのデータに先
に付加された位相角度の疑似ランダム・シーケン
スを差し引くことによつて復調される。この結果
は純粋な吸収モードと分散モードの共鳴スペクト
ルデータを得るため先に述べたように読み出され
るテーブルＩと同様の時間平均された共鳴スペク
トルデータのテーブルである。試料のパワースペ
クトルだけを得るときには位相を復調する必要性
なしに、フーリエ変換されたデータが読み出さ
れ、そして表示される。 第７Ａ及び７Ｂ図は無線周波励起パルスのパル
ス幅変調を制御し、サンプリングし、試料のスピ
ン系の応答を蓄積するために、オペレータの選択
した周波数領域励起スペクトルを所望の時間領域
変調に変換するにあたつて、コンピユータによつ
て取られる諸段階を説明する本発明の一実施例の
流れ図である。ブロツク100内のデータ・テーブ
ルはテーブル１に関連してすでに説明したように
オペレータによつて決定され、便宜的な方法でメ
モリーに入れられる。２つの直交値ａ_K、ｂ_Kはａ
_pとａ_oを除くＮ＝１周波数の各々について定義さ
れる。ａ_pとａ_oは零位相角度で定義される。従つ
てｂ_p＝０、ｂ_o＝０である。 パワーの処理を考慮してオペレータが位相を選
択するためにブロツク１０２を定めたとすると、
各直交ベクトルａ_K，ｂ_Kは疑似ランダム的に決定
された位相角φ_Kだけ回転され、そしてa′_K，b′_K
として新しいテーブル１０７に蓄積される。位相
の選択によつてブロツク１０１が始動され、a₁，
b₁がブロツク１００のテーブルから選択され、そ
して疑似ランダム数発生器１０４が始動させられ
る。次にブロツク１０５で疑似ランダム数ｐ_K
（０ｐ_K１）が選択され、この疑似ランダム数
はブロツク１０６で位相角に変換される。ブロツ
ク１０７でベクトルa₁，b₁が角度φ_１だけ回転さ
せられ、その結果として生ずるa′₁，b′₁はメモリ
ー・ブロツク１０８に蓄積される。次に現在の指
数Ｋがブロツク１０９で問われ、もしＮ−１以下
に等しいということが示されれば、ブロツク１１
０でＫ＝Ｋ＋１と増加することによつて次の値ａ
_K，ｂ_Kがテーブル１００から取られ、各Ｋ＋１，
２，…Ｎ―１についてのサイクルが繰返される。
ブロツク１０９がＫ＝Ｎ―１のときブロツク１１
１でａ_p′＝ａ_pとａ_N′＝ａ_Nという蓄積が行われ、
そしてブロツク１１２でａ_K′，ｂ_K′によつて表示
される関数のフーリエ逆変換が行われて蓄積され
る。 この点で無線周波励起を適当に変調するための
データが得られる。ブロツク１１４でサイクルＣ
の数が決定され、ブロツク１１３で変調プロセス
が開始される。この変調プロセスにおいてはブロ
ツク１１５で値Ｇ_pがテーブルＧ_oから選択され、
ブロツク１１６でＧ_pの幅に応答するｔ_pについて
無線周波パルスが発生され、ブロツク１１７でそ
の応答がサンプリングされ、ブロツク１１８で受
信されたデータが記憶される。ブロツク１１３で
ｎが零に設定されるときブロツク１１８のデー
タ・テーブルＤ_oは全て零に設定される。もしブ
ロツク１１９に2N―１以下のパルスが加えられ
たときｎはブロツク１２０で増加させられ、次の
値Ｇ_oがテーブルから取られることにより次のパ
ルスの変調が制御されると共にｎ＝2N−１まで
ブロツク１１６，１１７，１１８及び１１９の段
階が繰返される。ｎの値が2N−１に到達する
と、現在のサイクルの数の照合数はブロツク１１
４での操作によつてあらかじめ選択された量に等
しい。もしブロツク１２２でＣ≠Ｏのときはブロ
ク１２３でｎがリセツトされてブロツク１１６，
１１７，１１８及び１１９のプロセスが繰返され
る。ブロツク１２２でＣ≠Ｏのときはブロツク１
２４でパルスが停止される。 第８図を参照するに、ブロツク１１８のデータ
Ｄ_oはブロツク１２５でフーリエ変換され、ブロ
ツク１２６でＮ＋１個の異なつた周波数の直交値
e′_K′，f′_K′が算出され蓄積される。もしブロツク
１２８で励起が変調されないと、ブロツク１０７
内の周波数に対応する同じ疑似ランダム角度φ_K
だけブロツク１３３で各ベクトルｅ_K′，ｆ_K′を逆
向きに回転させることによつて復調プロセスが開
始される。復調されたベクトルｅ_K，ｆ_Kは蓄積さ
れ（ブロツク１３４）、全部のベクトルが逆回転
させられると（ブロツク１３５）、ｅ_p項とｅ_N項
は蓄積され（ブロツク１３７）、そして復調され
たスペクトルが表示される（ブロツク１３９）。 これまで述べたように、無線周波搬送波信号ｆ
_pは第３ａ図に特徴が示されている一連のパルス
１４９でパルス幅変調される。各パルスは試料の
核磁気共鳴を励起するために60ないし100MHzの
無線周波搬送波エネルギーのバーストより成り、
各パルスは65n秒と65μ秒の間で変わる幅を有す
る。パルス幅は例えば65n秒の長さの増加分だけ
増大させられる。そのような例においては試料は
比較的広帯域の無線周波励起され、この励起は所
望の帯域について均一な振幅を有する。 しかし、この従来のパルス幅変調法には１つの
問題が伴なう。それは、プローブ１２の同調送信
コイルに供給される無線周波エネルギーが第３ｅ
図の波形に示されている有限の立上り時間を有
し、そのような立上り、立下り時間は大体１μ秒
の程度である。65n秒のような比較的短いパルス
幅で動作しているとき、立上り、立下り時間はパ
ルス幅に比較して大きい。このような場合、試料
の共鳴を励起するため試料に実際に加えられるパ
ルスはコンピユータから得られるパルス幅変調信
号によつて決定されるものとは異なる。従つて励
起される共鳴に非直線性が導びかれ、第５図のス
ペクトルに示されているように共鳴線の各々に関
連した望ましくない側波帯が生ずる。 上記欠点を解消するために、本発明におけるパ
ルスが形成される。すなわち、本発明におけるパ
ルスは、試料の共鳴を励起するために加えられる
無線周波エネルギーのパルスの有限の立上り、立
下り時間を補償すべく基本パルス１４９に補償用
のパルス成分を加えて形成される。更に詳細に述
べると、一対の補償用パルス成分は第３ｂ図の波
形によつて示されているように第３ａ図の基本パ
ルス波形に加えられる。第３ｂ図の２つのパルス
成分は第一のパルス成分１４８が第３ｃ図に示さ
れているように第３ａ図の所望の励起信号１４９
と同じ位相を有するため、第一のパルス成分は第
一の補償用パルス１４８の量だけ延長される。第
二の補償用パルス１５１内の無線周波エネルギー
の位相は第一の補償用パルス１４８とは逆相であ
る。従つて、それらの合成パルスは第一の無線周
波位相の基本パルス成分１５０を有し、その後に
逆の無線周波位相の第二のパルス成分１５１が続
く。このように、基本パルス１４９に加えられる
第一のパルス成分１４８の共鳴励起効果は第二の
パルス部分１５１の共鳴励起効果によつて正確に
補償または相殺される。更に、基本パルス１５０
の立上り、立下り時間には基本パルス成分が相殺
されるように第二のパルス１５１内の逆相の同じ
立上り、立下り時間が付随する。このような場
合、第３ｅ図の合成パルス１５２の組合わされた
共鳴励起効果は第３ａ図の波形の所望の励起パル
ス１４９と正確に同じであるため有限の立上り時
間と立下り時間は精密に制御される。つまり、そ
れによつて生ずる望ましくない共鳴励起効果は相
殺される。第３ｅ図の波形に示されている典型的
な合成パルス１５２は無線周波位相シフト成分
（第３ｄ図）を有し、それは位相反転増幅器１６
に加えられる。第３ｄ図の波形の１５３に指示さ
れている位相シフトは合成パルス１５２の基本成
分１５０の立下り時間の後に生ずるようにされて
いる。 典型例において、第３ｂ図の波形の加えられる
補償用パルス成分１４８と１５１の各々はほぼ２
μ秒の範囲内のパルス幅を有し、補償用パルスの
間の時間は０−２μ秒の範囲内にある。 また、第３ｂ図の波形の補償用パルス１４８と
１５１は共鳴励起成分１４９の後縁にあらわれる
よりも、所望の共鳴励起パルス１４９の前にあら
われる方がよい。重要なことは、送信コイル内の
２つの補償用パルスの間の位相差を180゜にする
ことである。同調コイルの励起時の180゜位相シ
フトは必然的に振幅を減少させ、それによつて同
調コイル内の無線周波励起の振幅が増加する。 第３ｅ図の補償用合成パルス１５２を用い、ス
ペクトルを発生するために使用される同一の試料
から得られる典型的な共鳴スペクトルは第６図に
示されている。スペクトルの個々の共鳴線に関連
する望ましくない側波帯は図示のように除去さ
れ、それによつて第５図のスペクルと対照的に、
結果として生じた共鳴スペクトルは大いに簡単化
された。 第３ｅ図の合成パルスを得るため第３ｂ図の補
償用パルスを第３ａ図の所望の励起に加えるには
少なくとも２つの方法がある。第一の方法におい
て、第３ｂ図の波形の時間領域関数は単にテーブ
ルのパルス幅時間領域成分の各々に加えられ、
次にそれは変調器１３に加えられる時間領域内の
パルス幅変調信号ｆ（ｔ）を生ずるためテーブル
から読み出される。また関連する位相シフト成分
１５３があり、これは位相反転増幅器１６に供給
される。 テーブルのデータのテーブル内で第３ｂ図の
補償用パルスを入れる代わりに、第３ｂ図の固定
の補償されたパルスをパルス１４９の各々に加え
るためにデータをテーブルから直接読み出し、
そしてスイツチ１５６，１５７を介して補正用パ
ルス形成器１５８に切替えることができる。詳説
すると、第４及び９図に示されているように、補
正用パルス形成器１５８はコンピユータ１５の出
力から基本励起パルス１４９を受信すると共にコ
ンピユータ１５から位相出力信号を受信すること
によつて第３ｅ図の合成パルス１５２を発生す
る。コンピユータの発生した出力信号１４９は第
４ａ図に示されており、これはスイツチ１５６を
介してパルス形成器１５８に加えられる。パルス
形成器１５８は第４ｂ図に示されている第一のパ
ルス信号１４８を発生するため入力信号１４９の
後縁に応答する第一の単安定マルチバイブレータ
１７１を含む。パルス１４８は第３ｂ図の補償用
パルス１４８と１５１の各々の幅と対応する固定
のあらかじめ定められたパルス幅δt₁を有する。
第二の単安定マルチバイブレータ１７２は第４ｃ
図に示されているパルス幅δt₂を有する第二のパ
ルス１６１を発生するため第一の単安定マルチバ
イブレータ１７１の出力パルス１４８に応答す
る。パルス１６１のパルス幅δt₂は便宜的に第３
ｂ図の２つの補償用パルス１４８と１５１の各々
のパルス幅δt₁の半分である。 パルス１６１の後縁から第４ｄ図に示されてい
る維持時間δt₃の第二の短かいパルス１６２を発
生するためパルス１６１が第三の単安定マルチバ
イブレータ１７３に供給される。パルス１６２の
パルス幅δt₃は便宜的にパルス１６１のパルス幅
δt₂に等しい。パルス１６２の後縁から第３ｂ及
び４ｅ図に示されている第二の補償用パルス１５
１を発生するため別の単安定マルチバイブレータ
１７４はパルス１６２に応答する。パルス１５１
を発生する単安定マルチバイブレータ１７４の出
力は第４ｆ図に示されているように５番目のパル
ス１６４を発生するため別の単安定マルチバイブ
レータ１７５に供給される。パルス１６４のパル
ス幅δt₅はパルス１６１と１６２のパルス幅に等
しいのが望ましい。そのようなパルスは同調送信
コイルを励起するために使用する無線周波パルス
の立上り、立下り時間より長い幅を有するのが望
ましい。パルス１４９，１４８，１５１の出力は
合成パルス１５２を得るため加算器１７６で加え
られる。パルス１６２，１５１，１６４は加算器
１７７で加えられ、その出力は位相制御信号１５
３の位相を反転するため位相反転増幅器１７８に
供給されて第３ｄ図の波形が得られる。 以上のように、基本パルス１４９をもとに補償
用パルス成分１４８及び１５１を加えて、本発明
の目的であるパルス波形（第３ｃ図）を形成する
が、このような形成操作は、コンピユータの指示
に従つてなされる。 ここでは使用されているように、無線周波スペ
クトロメータは核磁気共鳴スペクトロメータ、電
子スピンスペクトロメータ、四重極共鳴スペクト
ロメータ、マイクロ波吸収スペクトロメータ、無
線周波マス・スペクトロメータ、及び無線周波励
起を利用する他の種々のスペクトロメータを含む
と定義されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の特徴を有する磁気回転共鳴ス
ペクトロメータの概略ブロツク図、第２図は第１
図のスペクトロメータの種々の部分にある関連し
た波形を示すスペクトロメータの機能ブロツク
図、第３図は第１図のスペクトロメータの幾つか
の波形を示すと共に合成パルス幅変調された無線
周波励起の発生を示す図、第４図は第１図の装置
の線４−４によつて描かれた補正パルス形成部分
に関連する種々の波形図、第５図は種々の共鳴線
に関連する従来の望ましくない側波帯共鳴を示し
ている被分析試料から得られた無線周波スペクト
ル図、第６図は本発明の特徴を利用して得られた
第５図と同様の図、第７ａ及び７ｂ図は本発明の
合成段階と励起段階の流れ図、第８図はスピン系
分析段階の流れ図、第９図は第１図の装置の線９
−９によつて描かれた部分のブロツクダイヤグラ
ム形式による回路図である。 １１…フーリエ変換磁気回転共鳴スペクトロメ
ータ、１２…プローブ、１３…変調器、１４…無
線周波発振器、１５…コンピユータ、１６…位相
反転増幅器、１７…送信器、１８…受信部、１９
…ゲート、２１…無線周波増幅器、２２…無線周
波位相検出器、２３…移相器、２４…可聴周波増
幅器、２５…Ａ−Ｄ変調器、２６…多チヤネル蓄
積加算部、２７…フーリエ変換プログラム、２９
…疑似ランダム数シーケンス・プログラム、１４
９…基本パルス、１４８…第一のパルス成分、１
５０…基本パルス成分、１５１…第二の補償用パ
ルス、１５２…合成パルス、１５８…補償用パル
ス形成器、１７１，１７２，１７３，１７４，１
７５…単安定マルチバイブレータ、１７６，１７
７…加算器、１７８…位相反転増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無線周波スペクトロメータにより、被分析試
   料の共鳴を励起し、検出する方法において、 ａ 前記試料の原子核が応答する、実質的に零の
   立上り時間及び立下り時間を有するように形成
   された合成パルスから成る無線周波エネルギー
   の励起パルス列を発生する工程であつて、 前記合成パルスの各々が、第一の位相の無線
   周波エネルギーの一次パルス成分、及び前記第
   一の位相とは逆の第二の位相の無線周波エネル
   ギーの二次パルス成分を有し、 前記二次パルス成分のパルス幅が前記一次パ
   ルス成分のものよりも短く、更に、 前記二次及び一次パルス成分が実質的に同一
   の立上り時間及び立下り時間特性を有する、 ところの発生工程と、 ｂ 前記試料の共鳴を励起するために、前記発生
   したパルス列を前記試料に印加する工程と、 から成り、 それにより、前記試料の励起された原子核が前
   記合成パルスの第一及び第二位相の結合した影響
   を受けて、前記合成パルスの後に続く検出可能な
   原子核自由才差運動が零の立上り及び立下り時間
   を有する理論的励起に対する試料の原子核自由才
   差運動の応答に対応したものとなることを特徴と
   する方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された方法であ
   つて、 前記二次パルス成分のパルス幅を一定に保ちな
   がら、複数の前記一次パルス成分の各々の幅を変
   える工程を含むところの方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載された方法であ
   つて、 無線周波エネルギーの前記パルス列を発生する
   前記発生工程が、無線周波搬送波エネルギーを発
   生し、かつ前記搬送波を前記無線周波エネルギー
   のパルス列を発生するためのパルス幅位相変調信
   号でパルス幅位相変調する工程を含むところの方
   法。 ４ 特許請求の範囲第３項記載された方法であつ
   て、 前記変調信号をデータのテーブルから合成する
   工程を含むところの方法。 ５ 被分析試料の共鳴を励起し、検出する無線周
   波スペクトロメータにおいて、 ａ 前記試料の原子核が応答する、実質的に零の
   立上り時間及び立下り時間を有するように形成
   された合成パルスから成る無線周波エネルギー
   の励起パルス列を発生する手段であつて、 前記合成パルスの各々が、第一の位相の無線
   周波エネルギーの一次パルス成分、及び前記第
   一の位相とは逆の第二の位相の無線周波エネル
   ギーのパルス幅のより短い二次パルス成分を含
   む、 ところの発生手段と、 ｂ 前記試料の共鳴を励起するために前記発生し
   たパルス列を前記試料に印加する手段と、 ｃ 前記試料の励起後、完全な合成パルスによる
   励起に続く離散した時間間隔でサンプル化する
   手段と、 から成るところのスペクトロメータ。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載されたスペクト
   ロメータであつて、 前記第二パルス成分のパルス幅を一定に保ちな
   がら複数の前記一次パルス成分の各々の幅を変え
   る手段を含むところのスペクトロメータ。 ７ 特許請求の範囲第５項に記載されたスペクト
   ロメータであつて、 無線周波エネルギーのパルス列を発生する前記
   手段が、無線周波数搬送波エネルギーを発生する
   手段、及び前記無線周波エネルギーのパルス列を
   発生するためのパルス幅位相変調信号で前記搬送
   エネルギーをパルス幅位相変調する手段を含むと
   ころのスペクトロメータ。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載されたスペクト
   ロメータであつて、 前記変調信号をデータのテーブルから合成する
   手段を含むところのスペクトロメータ。