Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР

Запропоновано апаратно-програмну реалізацію компактної системи збору даних для імпульсного спектрометра ядерного квадрупольного резонансу, апаратні рішення якої базуються на мультипротокольному USB245 FIFO перетворювачу FT2232H, що забезпечує передавання даних зі швидкістю до 480 Мб/с. З використанн...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автор:	Саміла, А.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2017
Назва видання:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Теми:	Системы передачи и обработки сигналов
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122665
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР / А.П. Саміла // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 16-22. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-122665
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1226652017-07-17T03:03:04Z Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР Саміла, А.П. Системы передачи и обработки сигналов Запропоновано апаратно-програмну реалізацію компактної системи збору даних для імпульсного спектрометра ядерного квадрупольного резонансу, апаратні рішення якої базуються на мультипротокольному USB245 FIFO перетворювачу FT2232H, що забезпечує передавання даних зі швидкістю до 480 Мб/с. З використанням засобів графічного об’єктно орієнтованого програмування синтезовано віртуальний інструмент LabVIEW для візуалізації та оброблення даних сигналів ядерної спінової індукції. Предложена аппаратно-программная реализация компактной системы сбора данных для импульсного спектрометра ядерного квадрупольного резонанса, аппаратные решения которой базируются на мультипротокольном USB245 FIFO преобразователе FT2232H, что обеспечивает передачу данных со скоростью до 480 Мб/с. С использованием средств графического объектно ориентированного программирования синтезирован виртуальный инструмент LabVIEW для визуализации и обработки данных сигналов ядерной спиновой индукции. A hardware and software implementation of compact data acquisition system for pulsed nuclear quadrupole resonance spectrometer is proposed. The developed system is based on multi-protocol converter USB-245FIFO FT2232H, which provides data transfer speeds up to 480 Mb/s. For nuclear spin induction visualization and data signal processing using graphical tools of the object oriented programming a LabVIEW virtual instrument is synthesized. To synchronize data acquisition system with start of the exciting pulse the FPGA configuration structure is developed. The experimental results are showed possibility of the broadband nuclear quadrupole resonance spectrums imaging with frequency resolution 1.6 kHz, which confirms the high accuracy of the developed data acquisition system. Two-channel transmitter provides simultaneous operation of the two independent data channels in a single hardware USB interface. The use of the proposed data acquisition system for portable nuclear quadrupole resonance spectrometers will significantly reduce the cost of laboratory equipment for radio physical experimentation. 2017 Article Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР / А.П. Саміла // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 16-22. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.16 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122665 004.67; 539.143.44 uk Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Системы передачи и обработки сигналов Системы передачи и обработки сигналов
spellingShingle	Системы передачи и обработки сигналов Системы передачи и обработки сигналов Саміла, А.П. Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	Запропоновано апаратно-програмну реалізацію компактної системи збору даних для імпульсного спектрометра ядерного квадрупольного резонансу, апаратні рішення якої базуються на мультипротокольному USB245 FIFO перетворювачу FT2232H, що забезпечує передавання даних зі швидкістю до 480 Мб/с. З використанням засобів графічного об’єктно орієнтованого програмування синтезовано віртуальний інструмент LabVIEW для візуалізації та оброблення даних сигналів ядерної спінової індукції.
format	Article
author	Саміла, А.П.
author_facet	Саміла, А.П.
author_sort	Саміла, А.П.
title	Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР
title_short	Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР
title_full	Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР
title_fullStr	Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР
title_full_unstemmed	Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР
title_sort	апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра якр
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Системы передачи и обработки сигналов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122665
citation_txt	Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР / А.П. Саміла // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 1-2. — С. 16-22. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT samílaap aparatnoprogramnarealízacíâsistemizborudanihdlâímpulʹsnogospektrometraâkr
first_indexed	2025-07-08T22:09:45Z
last_indexed	2025-07-08T22:09:45Z
_version_	1837118991341977600
fulltext	Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííій аïаðаòóðі, 2017, ¹ 1–2 16 ÑÈÑÒÅÌÈ ÏÅÐÅÄÀВÀННЯ ÒÀ ÎÁÐÎÁКÈ ÑÈÃНÀËІВ ISSN 2225-5818 ÓÄÊ 004.67; 539.143.44 К. ò. í. А. П. САМІЛА Óêðàїíà, Чеðíівецьêий íàціоíàльíий уíівеðситет імеíі Юðія Федьêовичà E-mail: andriysamila@gmail.com АПАРАТНО-ПРОГРАМНА РЕАЛІЗАЦІЯ СИСТЕМИ ЗБОРÓ ÄАНИХ ÄЛЯ ІМПÓЛЬСНОГО СПЕÊТРОМЕТРА ЯÊР Розðоблеííя еêспеðимеíтàльíих методів імпульсíої Фуð’є- тà ðелàêсàційíої спеêтðосêопії ядеðíого êвàдðупольíого ðезоíàíсу (ЯКÐ) є вàжливою íàуêовою зàдàчею, àêтуàльíість яêої зíàчíою міðою визíàчàється вàðіàтивíістю пðи- êлàдíого зàстосувàííя методу ЯÊР. Висоêà точíість тà іíфоðмàтивíість дàíого методу уможливлює його ефеêтивíе впðовàджеííя в ðізíі гàлузі íàуêи тà íàðодíого господàðствà: мàтеðіàлозíàвство (досліджеííя симетðії, стðуê- туðи, фàзових пеðеходів тà àíàліз дефеêтíості êðистàлів); твеðдотільíà елеêтðоíіêà (êоíтðоль стðуêтуðи íàпівпðовідíиêів пðи ствоðеííі íà їх осíові ðàдіàційíо-стійêих пðистðоїв); боðотьбà з теðоðизмом тà íàціоíàльíà безпеêà (дистàíційíе виявлеííя вибухових тà íàðêотичíих ðечовиí) тà іí. [1—4]. Незíàчíу êільêість ðобіт пðиêлàдíо- го хàðàêтеðу з темàтиêи ðозðоблеííя àпà- ðàтíих методів ЯÊР-ðàдіоспеêтðосêопії у досліджеííях вітчизíяíих íàуêовців можíà по- ясíити сêлàдíістю àпàðàтуðи спостеðежеííя тà ðеєстðàції ядеðíих ðезоíàíсíих пðоцесів [5—7]. Роботи зàêоðдоííих íàуêовців підêðеслюють àêтуàльíість дàíої темàтиêи і охоплюють шиðоêий спеêтð досліджеíь в гàлузі ЯÊР- спеêтðосêопії: ðозðоблеííя еêспеðимеíтàльíих методів тà àпàðàтуðи спостеðежеííя ЯÊР, ðоз- витоê àпàðàтíо-пðогðàмíих зàсобів цифðового обðоблеííя сигíàлів спіíової іíдуêції в ðеàль- íому чàсі, досліджеííя вíутðішíьомолеêуляðíої стðуêтуðи ðечовиí тà їх фізиêо-хімічíих влàсти- востей, ðозðоблеííя ЯÊР-детеêтоðів вибухівêи тà íàðêотичíих ðечовиí, ЯÊР-томогðàфія тà Запропоíоваíо апараòíо-програмíу реалізацію компакòíої сисòеми збору даíих для імпульсíого спекòромеòра ядерíого квадрупольíого резоíаíсу, апараòíі рішеííя якої базуюòься íа мульòипро- òокольíому USB245 FIFO переòворювачу FT2232H, що забезпечує передаваííя даíих зі швидкісòю до 480 Мб/с. З викорисòаííям засобів графічíого об’єкòíо орієíòоваíого програмуваííя сиíòе- зоваíо вірòуальíий іíсòрумеíò LabVIEW для візуалізації òа оброблеííя даíих сигíалів ядерíої спіíової іíдукції. Ключові слова: вірòуальíий іíсòрумеíò, сисòема збору даíих, ЯКР, LabVIEW, USB-іíòерфейс. іí. [8—10]. Еêспеðимеíтàльíими ðозðобêàми іíтеíсивíо зàймàються íàуêово-дослідíі цеí- тðи в США, Німеччиíі, Япоíії, Êитàї, Росії. Незвàжàючи íà це, доступíе облàдíàííя для ЯÊР-àíàлізу пðедстàвлеíе лише деêільêомà пðовідíими êоðпоðàціями: SpinCore, Tecmag, Bruker, Varian тà іí. Вàðтість виміðювàльíих êомплеêсів досягàє сотеíь тисяч долàðів, тому певíою міðою утðудíює їх виêоðистàííя в íàуêово-дослідíих цеíтðàх Óêðàїíи. Метою дàíої ðоботи є ðозðоблеííя êомпàêтíої системи збоðу дàíих ЯÊР, зàстосувàííя яêої до- зволить суттєво зíизити вàðтість íеобхідíого для пðоведеííя ðàдіофізичíих еêспеðимеíтів облàдíàííя. Àпаратна реалізація системи збору даних Вàжливою умовою оðгàíізàції тà пðоведеí- íя ðàдіофізичíого еêспеðимеíту є íàявíість зðучíої системи збоðу дàíих (ÑЗÄ). Ó випàд- êу досліджеíь ЯÊР імпульсíим методом до СЗÄ можíà сфоðмулювàти ðяд вимог — висо- êà швидêодія тà пðопусêíà здàтíість, íàявíість сиíхðоíізàції зàпусêу імпульсу зоíдувàííя, можливість пðоводити бàгàтоêðàтíі зàпусêи для ðеàлізàції цифðового íàêопичеííя тà усе- ðедíеííя ðезоíàíсíих сигíàлів [7]. Водíочàс, íевід’ємíою сêлàдовою СЗÄ є зðучíий тà уíівеðсàльíий іíтеðфейс зв’язêу з пеðсоíàль- íим êомп’ютеðом (ÏК). Виходячи із зàзíàчеíих вимог тà з шиðоти пðопозицій àпàðàтíих іíтеðфейсíих ðішеíь, для ðеàлізàції СЗÄ було вибðàíо міêðосхему мульти- пðотоêольíого, двоíàпðàвлеíого USB↔245FIFO DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.16 Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííій аïаðаòóðі, 2017, ¹ 1–2 17 ÑÈÑÒÅÌÈ ÏÅÐÅÄÀВÀННЯ ÒÀ ÎÁÐÎÁКÈ ÑÈÃНÀËІВ ISSN 2225-5818 пеðетвоðювàчà FT2232H, що зàбезпечує пеðедà- вàííя дàíих зі швидêістю до 480 Мб/с [11] тà можливість ðоботи з послідовíими і пàðàлель- íими іíтеðфейсàми. Нàявíість буфеðíої пàм’яті обсягом 8 Êб дозволяє ðеєстðувàти в одíому циêлі 65536 точоê, що пðи швидêості пеðедàвàí- íя дàíих 15 МБ/с (ðежим àсиíхðоííого FIFO FT245) еêвівàлеíтíо чàсовому іíтеðвàлу сигíà- лу спàду вільíої іíдуêції тðивàлістю близьêо 4,4 мс. Вðàховуючи те, що шиðиíà спеêтðу ЯÊР для більшості àтомíих ізотопів íе пеðевищує 1 МГц, для ðеàлізàції СЗÄ виêоðистàíо ðе- жим àсиíхðоííого FIFO FT245, що є цілêом достàтíім. Äðугий êàíàл FT2232H виêоðистàíо для пеðедàвàííя службових êомàíд êеðувàííя ðàдіоспеêтðометðом ЯÊР. Ñинтез віртуального інструмента LabVIEW Зàдàчà візуàлізàції тà обðоблеííя дàíих ðàдіофізичíого еêспеðимеíту виðішувàлàсь шляхом ствоðеííя пðогðàмíого зàбезпечеííя íà бàзі системи àвтомàтизовàíого пðоеêтувàí- íя (ÑÀÏÐ) National Instruments LabVIEW, яêà íàдàє шиðоêі можливості для ðеàлізàції бàгàтьох виміðювàльíих пðилàдів тà фуíêцій для мàте- мàтичíого обðоблеííя ðезультàтів виміðювàíь. Віðтуàльíий іíстðумеíт (ВІ) СЗÄ сиíтезовà- íо зàсобàми гðàфічíого об’єêтíо оðієíтовàíого пðогðàмувàííя. Вихідíим êодом для ðеàлізàції ВІ є його блоê-схемà, яêà відобðàжàє гðàфічíе пðедстàвлеííя пðогðàмовàíої зàдàчі. Нà рис. 1 поêàзàíо блоê-схему підпðогðàми ВІ, що зàбезпечує фуíêцію обðоблеííя мàсиву дà- íих, отðимàíих від ðеàльíого об’єêтà з виêо- ðистàííям USB-іíтеðфейсу íà бàзі FT2232H тà зовíішíього àíàлогово-цифðового пеðетво- ðювàчà (ÀЦÏ) і подàльшу візуàлізàцію сигíà- лу спàду вільíої іíдуêції (ÑВІ). Зàстосувàííя сиíхðоíізовàíого циêлу Timed Loop дозволило ðеàлізувàти ðежим бàгàтоêðàтíого еêспеðимеí- ту для цифðового усеðедíеííя дàíих. Опеðàтоðи пðоцедуð FTDI-пðистðою: GDI — зчитувàííя опису; ODD — íàдàííя доступу; RD — сêидàííя; T/R — вибіð пàм’яті; GQS — зчитувàííя числà бàйтів в буфеðі; RBD — зчиту- вàííя бàйту дàíих; CD — зàвеðшеííя доступу. Стðуêтуðà Flat Sequence Structure (веðхíя чàстиíà схеми íà ðис. 1), яêà ðеàлізовàíà íà осíові бібліотеê FTDI, слугує для іíіціàлізàції àпàðàтíого USB-пðистðою, пеðеведеííя його в ðежим пðиймàííя тà побàйтового пеðедàвàííя дàíих íà іíші ВІ циêлу Timed Loop. Сигíàл СВІ після дії ðàдіочàстотíого імпульсу збуджеííя для k-ї ðезоíàíсíої чàстоти мàє вигляд еêспоíеíційíо згàсàючого êоливàííя:   1 ( ) eõð ( ) ( ), d k k k k s t A K i T t n t          зàгàльíà мàгíітудà, величиíà яêої визíà- чàється потужíістю сигíàлу збуджеííя; мàсштàбíий êоефіцієíт для àмплітуди k-ї êомпоíеíти; êоефіцієíт зàтухàííя сигíàлу, що зàле- жить від тðивàлості ðелàêсàційíих пðоцесів всеðедиíі спіíової системи; ðезоíàíсíà чàстотà ЯÊР, що зàлежить від темпеðàтуðи T; шумовà сêлàдовà сигíàлу СВІ. де A — Kk — bk — ωk(T) — n(t) — Рис. 1. Блоê-схемà підпðогðàми ВІ для зчитувàííя тà обðоблеííя мàсиву еêспеðимеíтàльíих дàíих: abc — теðміíàл ASCII; DBL — теðміíàл чисел подвійíої точíості; FR — блоê визíàчеííя íесíої чàстоти; SGL — теðміíàл чисел одиíàðíої точíості; TF — теðміíàл логічíих дàíих; TG — блоê сиíхðоíізàції; U8(U16) — теðміíàл беззíàêових цілих Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííій аïаðаòóðі, 2017, ¹ 1–2 18 ÑÈÑÒÅÌÈ ÏÅÐÅÄÀВÀННЯ ÒÀ ÎÁÐÎÁКÈ ÑÈÃНÀËІВ ISSN 2225-5818 Êомплеêсíий ðяд Фуð’є дисêðетизовàíого сигíàлу СВІ, пðедстàвлеíого послідовíістю з N відліêів íà іíтеðвàлі спостеðежеííя Tc = NTд, мàтиме вигляд  ä ä c( ) eõð 2 / ,ê ê s t T C j êt T       к = 0, ±1, ±2, ..., де Tд — іíтеðвàл дисêðетизàції, à êомплеêсíі êоефіцієíти ðяду є êомплеêсíими àмплітудàми спеêтðàльíих сêлàдових:   1 0 1 ( ) eõð 2 / . N ê n C s n j ên N N        Пðяме зàстосувàííя дисêðетíого пеðетвоðеí- íя Фуð’є для N вибіðоê вимàгàє збільшеííя об- числювàльíих ðесуðсів ПÊ. Одíàê у íàшому ви- пàдêу ðозміð послідовíості зàдовольíяє умові N = 2m = 65536, тому для ðозðàхуíêу зàстосовуємо швидêе пеðетвоðеííя Фуð’є. Äля його ðеàлізàції з метою візуàлізàції усеðедíеíого сигíàлу СВІ в чàстотíій облàсті тà àíàлізу оêðемих сêлà- дових спеêтðу ЯÊР ðеàлізовàíо блоê-схему підпðогðàми ВІ СЗÄ (рис. 2). Блоê-схемà, осíо- вою яêої є модулі FFT тà PS/PSD, дозволяє зàстосовувàти àлгоðитми віêоííого цифðово- го обðоблеííя спеêтðàльíих хàðàêтеðистиê сигíàлів СВІ (пðямоêутíе, Хеííіíгà, Хемміíгà, Блеêмàíà тà іíші), à тàêож íàдàє можливість відобðàжеííя еíеðгетичíого спеêтðу ЯÊР. Аíàліз àмплітудíого спеêтðу дисêðетизовà- íого сигíàлу пеðедбàчàє визíàчеííя модулів (C1, С2, ..., СN/2) і àðгумеíтів (j1, j2, ..., jN/2) êомплеêсíих êоефіцієíтів ðяду Фуð’є тà ðозðà- хуíоê миттєвих зíàчеíь гàðмоíіê спеêтðу: 1 1 1 2 2 2 /2 /2 /2 ( ) 2 cos 2 ; ( ) 2 cos 4 ; .............................................. ( ) cos 2 .N N N n s n C N n s n C N n s n C ê N                          Аíàлогічíо іíтеðвàлу Tд в чàсовій облàсті ісíує іíтеðвàл між êомпоíеíтàми Сê, що визíàчàє ðоздільíу здàтíість зà чàстотою Df = fд/N. Сигíàл СВІ оцифðовується з чàстотою дисêðетизàції fд = 15 МГц, отже іíтеðвàл між N вибіðêàми сêлàдàє близьêо 6,67⋅10–8 с. Пðи постійíій fд чàстотíий іíтеðвàл Df для N = 65536 сêлàдàє 229 Гц і зðостàє до 0,9 êГц пðи змеíшеííі N до 16384 (випàдоê ðеєстðàції мультиплетíих шиðоêосмугових спеêтðів ЯÊР, тðивàлість СВІ близьêо 650 мêс) [12]. Гðàфічíий іíтеðфейс віðтуàльíого іíстðу- меíтà, сиíтезовàíого для СЗÄ імпульсíого спеê- тðометðà ЯÊР, зобðàжеíо íà рис. 3. Åкспериментальні дослідження ÑЗÄ Еêспеðимеíтàльíі випðобувàííя ðозðоблеíої системи збоðу дàíих для імпульсíого спеê- тðометðà ЯÊР пðоводились в лàбоðàтоð- íих умовàх із зàстосувàííям тестового сигíà- лу СВІ, хàðàêтеðíого для ЯÊР ізотопу 115In êðистàлічíої стðуêтуðи InSe. Особливістю дàíої êðистàлічíої стðуêтуðи є íàявíість політипíих модифіêàцій, чеðез що спеêтðи ЯÊР мàють сêлàдíий мультиплетíий хàðàêтеð [12]: чис- ло спеêтðàльíих êомпоíеíт — 12 ліíій, ши- ðоêий діàпàзоí чàстот (пðиблизíо 600 êГц), висоêà ðоздільíà здàтíість спеêтðу — до 5 ліíій íà смугу чàстот 40—50 êГц. Блоê-схему лàбоðàтоðíої устàíовêи для пðоведеííя досліджеíь зобðàжеíо íà рис. 4. Тестовий сигíàл ЯÊР 115In, що відповідàє спіíовому пеðеходу íà чàстоті 20,5 МГц, сиí- тезовàíо в MATLAB Simulink тà зàвàíтàже- íо в пàм’ять цифðового геíеðàтоðà OWON AG2052F [13]. Äля оцифðовувàííя сигíàлу тà буфеðизàції дàíих íà àпàðàтíий модуль USB- іíтеðфейсу зàстосовàíо відлàгоджувàльíу плà- ту, що містить пðогðàмовàíу логічíу іíтегðàльíу схему EP1C6Q240C8 тà АЦП AD9280ARS [14]. Óмовою êоðеêтíого пðоведеííя ðàдіофізичíого еêспеðимеíту є íàявíість сиíхðоíізàції між почàтêом ðобочого циêлу СЗÄ тà почàтêом імпульсу зоíдувàííя ЯÊР [6, 7]. Äля ðеàлізàції зàдàчі сиíхðоíізàції ðозðоблеíо êоíфігуðàційíу стðуêтуðу íà ПЛІС, фðàгмеíт яêої зобðàжеíо íà рис. 5. Стðуêтуðà сêлàдàється з тðьох тàймеðів і зàбезпечує фоðмувàííя сиíхðоімпульсу зàпусêу ЯÊР-спеêтðометðà íà її виході у відповідíості до íàдходжеííя íà її вхід пàêету імпульсів іíіціàлізàції USB-іíтеðфейсу. Пеðший тàймеð встàíовлює тðивàлість імпульсу гàсіííя (5 мêс), íеобхідíого для шуíтувàííя входу пðиймàльíо- го êàíàлу ðàдіоспеêтðометðà під чàс дії імпульсу зоíдувàííя тà пеðехідíого пðоцесу в êотушці спеêтðометðà, дðугий — тðивàлість імпульсу сиíхðоíізàції (1 мêс), тðетій — тðивàлість ци- êлу повтоðеííя еêспеðимеíту (500 мс). Модулі LPM Counter слугують лічильíиêàми тàêтових імпульсів чàстотою 15 МГц і встàíовлюють вели- чиíу чàсових іíтеðвàлів у відповідíості до зíà- чеíь числових êоíстàíт LPM Constant (ðис. 5). В таблиці íàведеíо дàíі для поðівíяííя техíічíих хàðàêтеðистиê ðозðоблеíої СЗÄ з íàйближчими пðототипàми. Яê видíо, зàсто- сувàííя зàпðопоíовàíої СЗÄ в поðтàтивíих ðàдіоспеêтðометðàх ЯÊР дозволить суттєво Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííій аïаðаòóðі, 2017, ¹ 1–2 19 ÑÈÑÒÅÌÈ ÏÅÐÅÄÀВÀННЯ ÒÀ ÎÁÐÎÁКÈ ÑÈÃНÀËІВ ISSN 2225-5818 Рис. 3. Гðàфічíий іíтеðфейс віðтуàльíого іíстðумеíтà LabVIEW, ðозðоблеíого для СЗÄ імпульсíого спеê- тðометðà ЯÊР Рис. 2. Блоê-схемà підпðогðàми ВІ для спеêтðàльíого àíàлізу СВІ Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííій аïаðаòóðі, 2017, ¹ 1–2 20 ÑÈÑÒÅÌÈ ÏÅÐÅÄÀВÀННЯ ÒÀ ÎÁÐÎÁКÈ ÑÈÃНÀËІВ ISSN 2225-5818 Р ис . 4. Б ло ê- сх ем à лà бо ðà то ðí ої у ст àí ов êи д ля е ê- сп еð им еí тà ль íи х ви пð об ув àí ь ðо зð об ле íо ї С З Ä ім пу ль сí ог о сп еê тð ом ет ðà Я Ê Р : ГÊ Н 1, Г Ê Н 2 — в их од и ге íе ðà то ðі в, ê еð ов àí их í à- п ð уг ою ( 15 т à 50 М Гц в ід п ов ід í о) ; Т Т Л — в х ід си íх ðо íі зà ці ї ци ф ðо во го г еí еð àт оð à си гí àл ів O W O N A G 20 52 F Р ис . 5. С хе м à ф оð м ув àí íя с иí хð оі м пу ль су з àп ус êу П àð àм ет ð Р оз ðо бл еí à С З Ä С З Ä í à бà зі U S B о сц ил ог ðà ф à B O R D O -4 21 [ 6] S pi nC or e R ad io P ro ce ss or -G [1 5] Ч àс то тà д ис êð ет из àц ії А Ц П , М Гц 7, 5— 15 * 10 0 75 Р оз ðя дí іс ть А Ц П , бі т 16 — 8* 10 14 Ш иð иí à зà ðе єс тð ов àí ог о сп еê тð у, М Гц 3, 75 — 7, 5* 50 9, 4 Р оз ді ль íà з дà тí іс ть з à чà ст о- то ю , Гц 22 9 76 3 72 Ê іл ьê іс ть ê ом пл еê сí их т оч оê 32 76 8— 65 53 6* 65 53 6 16 38 4 Іí те ðф ей с П Ê U S B U S B P C I В àð ті ст ь àп àð àт уð и С З Ä , у. о. 50 ** 36 5 25 00 В ст àí ов лю ю ть ся п ðо гð àм íо у в êà зà íи х ді àп àз оí àх в з àл еж íо ст і ві д пà ðà м ет ðі в зо вí іш íь ог о А Ц П ( ви зí àч àє ть ся у м ов àм и еê сп еð им еí ту ). * П ðи бл из íà в àð ті ст ь êо м пл еê ту ю чи х тà т ех íо ло гі чí их о пе ðà ці й з ви го то вл еí íя . Т ех íі чí і ха ра кò ер ис ò ик и ро зр об ле íо ї С З Д ò а її í ай бл иж чи х пр оò оò ип ів Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííій аïаðаòóðі, 2017, ¹ 1–2 21 ÑÈÑÒÅÌÈ ÏÅÐÅÄÀВÀННЯ ÒÀ ÎÁÐÎÁКÈ ÑÈÃНÀËІВ ISSN 2225-5818 зíизити вàðтість лàбоðàтоðíого облàдíàííя пðи зàбезпечеííі висоêого ðівíя умов пðоведеííя ðàдіофізичíих еêспеðимеíтів у гàлузях імпульсíої Фуð’є тà ðелàêсàційíої спеêтðосêопії ЯÊР. Висновки Результàтом виðішеííя зàдàчі збоðу дà- íих сигíàлів ядеðíої спіíової іíдуêції стà- ло ðозðоблеííя êомпàêтíої системи збоðу дà- íих для імпульсíого спеêтðометðà ЯÊР шля- хом àпàðàтíої ðеàлізàції швидêісíого USB- іíтеðфейсу тà сиíтезу віðтуàльíого іíстðумеíтà LabVIEW. Еêспеðимеíтàльíі досліджеííя по- êàзàли: — àпàðàтíà чàстиíà USB-іíтеðфейсу ðозðоблеíої системи збоðу дàíих зàбезпечує одíочàсíу ðоботу двох íезàлежíих êàíàлів із зàгàльíою швидêістю пеðедàвàííя дàíих до 480 Мб/с; — фоðмувàííя сиíхðоімпульсу зàпусêу уможливлює виêоðистàííя системи у ðежимі бàгàтоêðàтíого еêспеðимеíту з метою цифðово- го íàêопичеííя і усеðедíеííя дàíих; — поêàзíиêом висоêої іíфоðмàтивíості ðозðоблеíої системи є візуàлізàція сêлàдíих мультиплетíих спеêтðів ЯÊР з шиðиíою смуги до 7,5 МГц тà ðоздільíою здàтíістю зà чàсто- тою близьêо 200 Гц. ВИÊОРИСТАНІ ÄЖЕРЕЛА 1. Khandozhko V., Raranskii N., Balazjuk V. et al. Temperature and baric dependence of nuclear quadruple resonance spectra in indium and gallium monoselenides // Proceedings of SPIE 9066, 11th International Conference on Correlation Optics.— Ukraine, Chernivtsi.— 2013.— P. 90661G-1—7. — http://dx.doi.org/10.1117/12.2053544 2. Сàмілà А. П., Лàстівêà Г. І., Хàíдожêо В. О. Виміðювàííя іíдуêції мàгíітíого поля із зàстосувàííям ефеêту Зеємàíà в ядеðíому êвàдðупольíому ðезоíàíсі сполуê GaSe тà InSe // Жуðíàл íàíо- тà елеêтðоííої фізиêи.— 2016.— Т. 8, № 4.— С. 04081-1—4. 3. Сàмилà А. П., Лàстивêà Г. И., Хàíдожêо В. А., Êовàлюê З. Ä. Опеðàтивíый êоíтðоль полупðоводíиêо- вых êðистàллов InSe и GaSe методом ядеðíого êвàдðу- польíого ðезоíàíсà // Физиêà и техíиêà полупðоводíи- êов. — 2016. — Т. 50, № 8. — С. 1055—1058. http:// dx.doi.org/10.1134/S1063782616080200 4. Apih T., Rameev B., Mozzhukhin G., Barras J. (Eds.) Magnetic resonance detection of explosives and illicit materials: NATO science for peace and security. Series B: Physics and Biophysics. — Springer, 2014. 5. Бðàиловсêий В.В., Сàмилà А.П., Хàíдожêо А.Г. Äàтчиê сигíàлов ядеðíого êвàдðупольíого ðезоíàíсà // Пðибоðы и техíиêà эêспеðимеíтà.— 2010.— № 2.— С. 177. 6. Хàíдожêо А. Г., Хàíдожêо В. А., Сàмилà А. П. Импульсíый ðàдиоспеêтðометð ЯÊР с эффеêтивíым подà- влеíием пеðеходíого пðоцессà // Восточíо-Евðопейсêий жуðíàл пеðедовых техíологий. — 2013. — Т. 6, № 12. — С. 21—25. 7. Сàмілà А. П. Зàстосувàííя стàтичíо-êоíфігуðовàíої ПЛІС у цифðовій системі êеðувàííя ðàдіоспеêтðометðом ЯÊР // Телеêомуíіêàційíі тà іíфоðмàційíі техíології. — 2016. — № 4. — С. 73—82. 8. Weinan Tang, Weimin Wang. A single-board NMR spectrometer based on a software defined radio architecture // Measurement Science and Technology. — 2011. — Vol. 22, N 1. — P. 015902-1—8. 9. Beguš Samo, Jazbinšek Vojko, Pirnat Janez, Trontelj Zvonko. A miniaturized NQR spectrometer for a multi- channel NQR-based detection device // Journal of Magnetic Resonance. — 2014. — Vol. 247. — P. 22—30.— http:// dx.doi.org/10.1016/j.jmr.2014.08.002 10. Kazuyuki Takeda. OPENCORE NMR: Open-source core modules for implementing an integrated FPGA-based NMR spectrometer // Journal of Magnetic Resonance. — 2008. — Vol. 192, iss. 2. — P. 218—229.— http://dx.doi. org/10.1016/j.jmr.2008.02.019 11. FT2232H Dual High Speed USB to Multipurpose UART/FIFO IC. Datasheet. Version 2.5 / FTDI Chip, Document No.: FT_000061 Clearance No.: FTDI#77. [Елеêтðоííий ðесуðс] / Режим доступу: http://www. ftdichip.com/Support/Documents/ DataSheets/ICs/ DS_FT2232H.pdf 12. Лàстівêà Г. І., Хàíдожêо О. Г., Хàíдожêо В. О. Äосліджеííя мультиплетíості спеêтðів ядеðíого êвàдðу- польíого ðезоíàíсу ізотопів 113,115In в êðистàлàх InSe ви- ðощеíих з ðозплàву // Східíо-Євðопейсьêий жуðíàл пе- ðедових техíологій. — 2013. — Т. 6, № 12. — С. 54—57. 13. Samila A., Lastivka G., Politansky L. A Computational model of signal transformations in pulsed NQR spectrometer // The International Conference TCSET’ 2016 “Modern problems of radio engineering, telecommunications, and computer science”. — Ukraine, Lviv-Slavske. — 2016. — P. 37—39. 14. Сàмілà А. П., Êàземіðсьêий Т. А. Пðогðàмíо- техíічíий êомплеêс пðоеêтувàííя систем з велиêим сту- пеíем іíтегðàції íà пðогðàмовàíому êðистàлі // Acta Universitatis Pontica Euxinus. Специàльíый выпусê.— 2016.— С. 573—578. 15. RadioProcessor Model G: Complete RF acquisition and excitation system with digital detection, real-time signal processing, and three gradient voltage outputs [Елеêтðоííий ðесуðс] / Режим доступу: http://www.spincore.com/ products/RadioProcessor-G/RadioProcessor-G.shtml Даòа íадходжеííя рукопису до редакції 15.02 2017 р. А. П. САМИЛА Чеðíовицêий íàциоíàльíый уíивеðситет имеíи Юðия Федьêовичà E-mail: andriysamila@gmail.com АППАРАТНО-ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ СБОРА ÄАННЫХ ÄЛЯ ИМПÓЛЬСНОГО СПЕÊТРОМЕТРА ЯÊР Предложеíа аппараòíо-программíая реализация компакòíой сисòемы сбора даííых для импульсíого спекòромеòра ядерíого квадрупольíого резоíаíса, аппараòíые решеíия коòорой базируюòся íа муль- Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííій аïаðаòóðі, 2017, ¹ 1–2 22 ÑÈÑÒÅÌÈ ÏÅÐÅÄÀВÀННЯ ÒÀ ÎÁÐÎÁКÈ ÑÈÃНÀËІВ ISSN 2225-5818 A. P. SAMILA Yuriy Fedkovych Chernivtsi National Universit E-mail: andriysamila@gmail.com HARDWARE AND SOFTWARE IMPLEMENTATION OF DATA ACQUISITION SYSTEM FOR PULSED NQR SPECTROMETER A hardware and software implementation of compact data acquisition system for pulsed nuclear quadrupole resonance spectrometer is proposed. The developed system is based on multi-protocol converter USB-245FIFO FT2232H, which provides data transfer speeds up to 480 Mb/s. For nuclear spin induction visualization and data signal processing using graphical tools of the object oriented programming a LabVIEW virtual instrument is synthesized. To synchronize data acquisition system with start of the exciting pulse the FPGA configuration structure is developed. The experimental results are showed possibility of the broadband nuclear quadrupole resonance spectrums imaging with frequency resolution 1.6 kHz, which confirms the high accuracy of the developed data acquisition system. Two-channel transmitter provides simultaneous operation of the two independent data channels in a single hardware USB interface. The use of the proposed data acquisition system for portable nuclear quadrupole resonance spectrometers will significantly reduce the cost of laboratory equipment for radio physical experimentation. Keywords: virtual instrument, data acquisition system, NQR, LabVIEW, USB interface DOI: 10.15222/TKEA2017.1-2.16 UDC 004.67; 539.143.44 REFERENCES 1. Khandozhko V., Raranskii N., Balazjuk V., Kovalyuk Z., Samila A. Temperature and baric dependence of nuclear qua- druple resonance spectra in indium and gallium monoselenides. Proceedings of SPIE 9066, 11th International Conference on Correlation Optics, Ukraine, Chernivtsi, 2013, pp. 90661G- 1—7. http://dx.doi.org/10.1117/12.2053544 2. Samila A. P., Lastivka G. I., Khandozhko V. O. Measuring the magnetic field using the zeeman effect in nuclear quadrupole resonance of GaSe and InSe compounds. Journal of Nano-and Electronic Physics, 2016, vol. 8, iss. 4, pp. 04081- 1—4. http://dx.doi.org/10.21272/jnep.8(4(2)).04081 3. Samila A.P., Lastivka G.I., Khandozhko V.A., Kovalyuk Z.D. Prompt quality monitoring of InSe and GaSe semiconductor crystals by the nuclear quadrupole resonance technique. Semiconductors, 2016, vol. 50, iss. 8, pp. 1034— 1037. http://dx.doi.org/10.1134/S1063782616080200 4. Apih T., Rameev B., Mozzhukhin G., Barras J. (Eds). Magnetic resonance detection of explosives and illicit materi- als: NATO science for peace and security. Series B: Physics and Biophysics. Springer, 2014, 168 p. 5. Brailovskii V. V, Samila A.P., Khandozhko V.A. [Sensor of the nuclear quadrupole resonance signals]. Pribory i tekhnika eksperimenta, 2010, no. 2, p. 177. (Rus) 6. Khandozhko A., Khandozhko V., Samila A. [A pulse coherent nqr spectrometer with effective transient suppres- sion]. Eastern-European Journal of Eenterprise Technologies, 2103, vol. 6, no. 12, pp. 21-25. (Rus) 7. Samila A. P. [The use of a statically-configurable PLD in the NQR spectrometer control digital system]. Telecommunications and Information Technologies, 2016, no. 4, pp. 73-82. (Ukr) 8. Weinan Tang, Weimin Wang. A single-board NMR spectrometer based on a software defined radio architecture. Measurement Science and Technology, 2011, vol. 22, no. 1, pp. 015902-1—8. 9. Beguš Samo, Jazbinšek Vojko, Pirnat Janez, Trontelj Zvonko. A miniaturized NQR spectrometer for a multi-channel NQR-based detection device. Journal of Magnetic Resonance, 2014, vol. 247, pp. 22-30. http://dx.doi.org/10.1016/j. jmr.2014.08.002 10. Kazuyuki Takeda. OPENCORE NMR: Open-source core modules for implementing an integrated FPGA-based NMR spectrometer // Journal of Magnetic Resonance, 2008, vol. 192, iss. 2, pp. 218-229. http://dx.doi.org/10.1016/j. jmr.2008.02.019 11. FT2232H Dual High Speed USB to Multipurpose UART/FIFO IC. Datasheet. Version 2.5 / FTDI Chip, Document No.: FT_000061 Clearance No.: FTDI#77 (Electronic resource). Access mode: http://www.ftdichip.com/Support/ Documents/ DataSheets/ICs/DS_FT2232H.pdf 12. Lastivka G., Khandozhko A., Khandozhko V. [Investigation of the multiplicities of nuclear quadrupole resonance spectrums isotopes 113,115In crystals InSe grown from the melt]. Eastern-European Journal of Eenterprise Technologies, 2013, vol. 6, no. 12, pp. 54-57 (Ukr)] 13. Samila A., Lastivka G., Politansky L. A Computational model of signal transformations in pulsed NQR spectrometer. The International Conference TCSET’ 2016 “Modern prob- lems of radio engineering, telecommunications, and computer science”, Ukraine, Lviv-Slavske, 2016, pp. 37-39. 14. Samila A. P., Kazemirskii T. А. [Software and hard- ware complex for design systems with a high degree of integra- tion in the programmable chip]. Acta Universitatis Pontica Euxinus, Special issue, 2016, p. 573-578. (Ukr) 15. RadioProcessor Model G: Complete RF Acquisition and Excitation System with Digital Detection, Real-Time Signal Processing, and Three Gradient Voltage Outputs (Electronic resource). Access mode: http://www.spincore.com/prod- ucts/RadioProcessor-G/RadioProcessor-G.shtml òипроòокольíом USB245 FIFO преобразоваòеле FT2232H, чòо обеспечиваеò передачу даííых со ско- росòью до 480 Мб/с. С использоваíием средсòв графического объекòíо ориеíòироваííого программиро- ваíия сиíòезироваí вирòуальíый иíсòрумеíò LabVIEW для визуализации и обрабоòки даííых сигíа- лов ядерíой спиíовой иíдукции. Ключевые слова: вирòуальíый иíсòрумеíò, сисòема сбора даííых, ЯКР, LabVIEW, USB.

Апаратно-програмна реалізація системи збору даних для імпульсного спектрометра ЯКР

Репозитарії

Схожі ресурси