Программно-аппаратный комплекс включает в себя следующие компоненты:
Спектрометр электронного парамагнитного резонанса РЭ-1306, предназначенный для получения ЭПР-спектров в магнитных полях до 7000 гаусс.
Потенциостат ПИ-50-1 с программатором для проведения полярографических исследований.
Ячейка для полярографических измерений в резонаторе ЭПР спектрометра для проведения параллельных измерений сигналов ЭПР в полярографических экспериментах.
Компьютер типа IBM PC, имеющий интерфейс USB. Ресурсы компьютера должны быть достаточны для установки ОС Windows XP и пакета Office 2000, оперативная память не менее 128 Мбайт.
Модуль АЦП и ЦАП Е14-440 фирмы L-Card, имеющий в своем составе аналого-цифровой преобразователь с максимальной частотой запуска до 400 кГц с входным коммутатором на 16 дифференциальных или 32 входа с общей землей, а также двухканальный цифро-аналоговый преобразователь с максимальной частотой до 125 кГц. Кроме того, используется 16-разрядный цифровой интерфейс. Модуль подключается к компьютеру посредством интерфейса USB.
Плата сопряжения и управления полем, встраиваемая в ЭПР спектрометр обеспечивает управление током магнита спектрометра от сигналов двух каналов ЦАП модуля. Первый сигнал задает центр развертки поля, а второй осуществляет саму развертку по времени. Посредством цифрового интерфейса выбираются диапазоны развертки поля и постоянная времени фильтра сигнала управления током магнита.
Схемы усиления и согласования сигналов, встраиваемые в спектрометр обеспечивают согласование уровней сигналов спектрометра с аналоговыми входами модуля Е14-440.
Программное обеспечение:
Операционная система MS Windows 98/ME/XP.
Пакет программ MS Office 2000/2003 (используется приложение MS Excel).
Драйвер и штатная библиотека LUSBAPI.DLL, поставляемые в комплекте с модулем Е14-440.
Динамически загружаемая библиотека функций EPLIB440.DLL выполняет критичные по времени функции управления ЦАП модуля и получения данных от каналов АЦП с заданными режимами усреднения и фильтрации.
Рабочая книга Excel EPRE440.XLS, включающая макросы и диалоговые формы для обслуживания экспериментов и получения данных через функции библиотеки.
Комплекс предназначен для проведения экспериментов по измерению спектров ЭПР и экспериментов по полярографии с параллельным наблюдением и регистрацией сигналов ЭПР.
Комплекс имеет следующие функциональные возможности:
Регистрация в таблице рабочей книги Excel и отображение на графике ЭПР-спектра образца с заданием значения поля в центре спектра, ширины регистрируемого спектра и скорости развертки поля, количества регистрируемых точек.
Позволяет выбирать режим отображения спектральной зависимости ЭПР как от магнитного поля в Гауссах, так и от величины g-фактора, для чего вводится значение частоты СВЧ-поля.
Возможно накопление с заданным количеством циклов для повышения точности и улучшения соотношения сигнал/шум. Накопление может быть прервано в паузе между циклами.
Контроль и регистрация сигналов может производиться по любому количеству каналов от 1 до 16, что позволяет параллельно со спектром наблюдать и другие сигналы.
Для повышения точности накопления в условиях изменения внешних условий возможна привязка запуска регистрации спектра к линиям регистрируемого спектра или другим сигналам. Условия запуска регистрации могут содержать до 2 последовательно происходящих событий, что позволяет запускать регистрацию при прохождении линии спектра.
Условия запуска могут контролироваться по любому из регистрируемых каналов, что позволяет использовать для привязки спектра дополнительные приборы типа измерителя магнитной индукции.
Позволяет задавать значение магнитного поля в точке привязки, т.е. в точке спектра, в которой выполняются условия запуска. Точка привязки может находиться как в пределах регистрируемой части спектра, так и вне ее, в пределах развертки поля.
Изменения установок поля выполняются плавно, для исключения повреждения системы управления током магнита спектрометра. Допустимая скорость изменения поля задается.
При проведении замеров с потенциостатом в таблице рабочей книги и на графике регистрируются зависимости приложенного напряжения и тока через ячейку от времени с заданием времени регистрации и количества точек таблицы, а также полного времени развертки.
Сброс и запуск программатора потенциостата осуществляется дистанционно от цифрового интерфейса модуля по программе.
В этих экспериментах также возможна регистрация нескольких каналов, в том числе сигнала ЭПР, и накопление по нескольким запускам.
Возможна привязка запуска регистрации к сигналам синхронизации программатора потенциостата, что позволяет пропускать ненужные части полярограммы и регистрировать только интересующий этап. Возможно задание отступа начала регистрации в любую сторону от сигнала синхронизации.
Все параметры настройки получения спектров и экспериментов с потенциостатом сохранены в специальной таблице рабочей книги. Большая часть параметров настраивается с помощью диалоговых форм настройки.
Сохраняет все возможности обработки, предоставляемые средой Excel 2000, т.е. возможности цифровой обработки, редактирования спектров и полярограмм, распечатки результатов.
Блок-схема аппаратной части комплекса приведена на рисунке. Функции всех частей комплекса были описаны выше, а в качестве источника сигнала привязки может использоваться, например, измеритель магнитной индукции Ш1-1 или другой.
Блок-схема аппаратного комплекса.
Программное обеспечение, входящее в состав программно-аппаратного комплекса включает в себя 3 составных части:
1. Динамически подключаемая библиотека LUSBAPI.DLL, входящая в комплект поставки модуля Е14-440 обеспечивает взаимодействие основного ПО с аппаратной частью комплекса – АЦП, ЦАП и цифровыми линиями. Требует установки в ОС драйвера поддержки в соответствии с описанием модуля.
2. Динамически подключаемая библиотека EPLIB440.DLL обеспечивает выполнение всех основных функций управления АЦП и ЦАП модуля:
Подключение программного интерфейса модуля, загрузка в модуль управляющей программы (LBIOS), выполнение внутреннего теста загруженной программы.
Настройка каналов, обслуживаемых АЦП модуля.
Настройка параметров запуска АЦП, выделение памяти под буферы для приема данных от каналов АЦП.
Настройка параметров запуска ЦАП с выделением буфера под данные ЦАП.
Запуск АЦП с заданием параметров усреднения, фильтрации и привязки. Создает отдельный программный поток получения данных от АЦП.
Получение данных каналов АЦП из буферов библиотеки.
Запуск ЦАП с заданием интервала развертки. Создает массив данных для развертки поля с поддержкой интерполяции между уровнями ЦАП методом широтно-импульсной модуляции, запускает отдельный поток вывода данных на ЦАП.
Плавное управление сигналами каналов ЦАП. Создает массив данных для нужного канала ЦАП с интерполяцией от текущего до заданного значения ЦАП, запускает поток вывода данных.
Получение текущего состояния ЦАП и АЦП модуля для синхронизации основной программы с потоками, запущенными функциями библиотеки.
При работе библиотека использует API-функции, предоставляемые библиотекой LUSBAPI.DLL. Разработана в среде Visual C++ v.6, может работать в ОС MS Windows 98, ME, 2000, XP.
3. Основная программа управления представляет собой комплекс макросов в составе рабочей книги MS Excel. Запуск макросов осуществляется через дополнительные пункты меню рабочих листов книги, настройка режимов – через элементы управления специальных форм, а также непосредственно через рабочие листы. В книгу включены 3 рабочих листа и 2 листа графиков:
ListADC – лист, заполняемый при регистрации спектров. Первый столбец – величина магнитного поля в гауссах или величина g-фактора, в зависимости от выбранного режима отображения – заполняется сразу при запуске регистрации в соответствии с настройками спектра. Следующие столбцы с заголовками заполняются данными регистрируемых каналов АЦП.
GraphADC – лист графиков, связанный с ячейками ListADC. В нем отображаются зависимости сигналов заданных каналов в процессе или после регистрации спектра. Лист может быть удален выбором соответствующего пункта меню, при регистрации нового спектра он будет создан вновь.
ListMeas – лист, заполняемый в процессе выполнения замера полярограммы. Первый столбец – время от начала регистрации в секундах, заполняется сразу при запуске регистрации в соответствии с настройками замера.
GraphMeas – лист графиков, связанный с ячейками ListMeas. В нем отображаются временные зависимости сигналов заданных каналов в процессе или после регистрации. Лист может быть удален выбором соответствующего пункта меню, при регистрации нового замера он будет создан вновь.
ListPar – лист параметров настроек регистрации спектров и замеров. В первом столбце имеется текстовое описание каждого параметра, сами параметры располагаются начиная со второго столбца.
