実験動物による擾乱を自動補償する電子スピン共鳴スペクトロメーターの開発

本年度は二つのサブ・プロジェクトを実施した。【サブプロジェクト3】自動マッチング制御回路の開発:高周波検波回路と作動増幅器から構成される自動マッチング制御回路を開発した。共振器の入力インピーダンスが50オームよりも大きい場合には、反射波は入射波と同じ位相を有するが、インピーダンスが50オームより小さい場合には入射波と180度異なる位相を持つ反射波が観測される。この反射波の位相を検出する事によりインピーダンス整合の状態を検出する。インピーダンス制御のための帰還制御回路の応答は、実験動物の動きよりも速く、ESR信号を得るための磁界変調周波数よりも低くなければいけない。マウスの心拍数は最高で毎分600回程度(10Hz相当)、磁界変調周波数は通常100kHzである。帰還制御のカットオフ周波数は1kHz程度で十分動物の動きによる擾乱を補償できると考えられる。昨年度開発したサーフェイスコイルと帰還制御システムを現有する1.1GHzスペクトロメーターにおいてテストを行なった。スピーカーに取り付けたアームの振動により実験動物の擾乱を模擬し、インピーダンス不整合が補償されることを実験的に確認した。この実験では、信号対雑音比が約2倍に改善された。【サブプロジェクト4】自動マッチング制御回路の安定性解析:開発した自動マッチング制御システムのブロックダイアグラムと数学的モデルを定式化した。モデルは、ループフィルタ、マッチング回路、高周波検波回路の3つに分けられ、それぞれの伝達関数を得ることにより、制御システム全体の伝達関数を得た。システムの安定を系統的に検討することができるようになった。

本年度は二つのサブ・プロジェクトを実施した。【サブプロジェクト3】自動マッチング制御回路の開発:高周波検波回路と作動増幅器から構成される自動マッチング制御回路を開発した。共振器の入力インピーダンスが50オームよりも大きい場合には、反射波は入射波と同じ位相を有するが、インピーダンスが50オームより小さい場合には入射波と180度異なる位相を持つ反射波が観測される。この反射波の位相を検出する事によりインピーダンス整合の状態を検出する。インピーダンス制御のための帰還制御回路の応答は、実験動物の動きよりも速く、ESR信号を得るための磁界変調周波数よりも低くなければいけない。マウスの心拍数は最高で毎分600回程度(10Hz相当)、磁界変調周波数は通常100kHzである。帰還制御のカットオフ周波数は1kHz程度で十分動物の動きによる擾乱を補償できると考えられる。昨年度開発したサーフェイスコイルと帰還制御システムを現有する1.1GHzスペクトロメーターにおいてテストを行なった。スピーカーに取り付けたアームの振動により実験動物の擾乱を模擬し、インピーダンス不整合が補償されることを実験的に確認した。この実験では、信号対雑音比が約2倍に改善された。【サブプロジェクト4】自動マッチング制御回路の安定性解析:開発した自動マッチング制御システムのブロックダイアグラムと数学的モデルを定式化した。モデルは、ループフィルタ、マッチング回路、高周波検波回路の3つに分けられ、それぞれの伝達関数を得ることにより、制御システム全体の伝達関数を得た。システムの安定を系統的に検討することができるようになった。