Импульсный протонно-резонансный влагометр

Импульсный протонно-резонансный влагометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Государстееиный кеиетет

СССР пе делам изобретеиий и аткрытий (72) Авторы изобретения

П. М. Сопрунюк и Б. Е. Рыцар

Физико-механический институт АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРОТОННО-РЕЗОНАНСНЫИ" ВЛАГОМЕР

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к устройствам измерения влажности различных водородсодержащих материалов методом спинового эха ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известны протонно-резонансные влагомеры, в основу которых положен стационарный метод выделения сигнала поглощения

ЯМР или ее производной (1), (2).

Известны также устройства для измерения влажности твердых материалов, построенные на базе радиоспектрометров (или ре- 1о лаксометров) спинового эха ЯМР, содержащие программатор, генератор радиочастотных импульсов, колебательный контур с исследуемым образцом, находящийся в рабочем зазоре постоянного магнита, приемник сигналов спиновых эхо и регистратор (3).

С помощью таких устройств влажность водородсодержащих материалов определяют на начальной амплитуде огибающей сигналов спиновых эхо, экстраполированных к моменту начала процессии протонов воды, что позволяет исключить влияние времен релаксации на результаты измерений. Однако. начальную амплитучу огиоающей сигналов спиновых эхо, припедлежащую протонам во2 ды водородсодержащего материала, определяют по графику релаксациоиной зависимости, которая представляет собой сумму двух экспонент от протонов твердого вещества и от протонов воды, или же вычисляют ее с помощью ряда мамематичсских операций (логарифмирования, экстраполирования и потенцирования), что значительно усложняет и удлиняет процесс измерения влажности.

Цель предлагаемого изобретения — уменьшение трудоемкости и ускорение процесса измерения влажности водородсодержащих материалов.

Для этого импульсный протонно-резонансный влагомер снабжен пороговым устройством, блоком управления и логической схемой причем выход приемника сигналов спиновых эхо соединен через пороговое устройство со входом блока управления и, — через логическую схему, — со входом регистратора, выход программатора соединен со счетным входом блока управления, у которого один выход подключен ко входу программатора, а три других — к управляющим Вхо ,.гам логической схемы.

661323

Кроме того, логическая схема содержит блок промежуточного" запоминания и соеди- ., ненные последовательно ключевую схему, блок запоминания и множительно-делительное устройство,-причем, выход множительноделительного устройства, подключенный ко входу рег»стратора, и один выход блока запоминания соединены с входами блока промежуточного запоминания, выходы которого" подключены к соответствующим входам блока запоминания, при этом один вход ключевой схемы соединен с выходом прием- 0 ника сигналов спиновых эхо, в другой вход— с одним из выходов блока управленйя, у ко"=тбрОго КВа других выхода — неинвертирующий и инвертирующий, подключены соответ ственно к управляющим входам блока запоминания и блока промежуточного запоминания.

На фиг. . приведена блок-- схема предла-— гаемого импульсного протонно-резонансного влагомера; на фиг. 2 — эпюры напряжений, иллюстрирующие его работу. 20

И мпульсный протонно-резонансный влагомер содержит программатор 1, генератор

2 радиочастотных импульсов, колебательный контур 3 с исследуемым образцом, находя- щийся в рабочем зазоре постоянного маг25 нита 4, приемник 5 сигналов спиновых эхо, пороговое устройство 6 с заданным уровнем порогового напряжения Vo, блок 7 управления, логическую схему 8, которая состоит из ключевой схемы 9, блока 10 запоминания, множительно-делительного уст- jg ройства 11, блока 12 промежуточного запоминания, и регистратор 13.

Предлагаемый влагомер работает следующим образом.

Выработанная программатором 1 последовательность л/2 — г — л — 2г — л — 2г-импульсов (б), где г — расстоянйе "между л/2 и первым л-импульсом, поступает на счетный вход блока 7 управления. С выхода генератора 2 мощные радиочастотные им- 4О пульсы поступают на колебательный контур 3, который вместе с исследуемым образцом находится в рабочем зазоре постоянного магнита 4. Сигналы спиновых эхо; возникающие на колебательном контуре 3, поступают на вход приемника 5, в котором они усили- 4 ваются и детектируются. Появившаяся на выходе приемника 5 последовательность сигналов спиновых эхо (а), поступает на вход логической схемы 8 и на вход порогового устройства 6, в коз ором происходит сравне- sg ние амплитуд сигналов спиновых эхо с заданным уровнем порогового напряжения Vo

Как только уровень напряжения Ч„становит ся равным или меньшим величины амплитуды А (а), на выходе порогового устройства 6 появляется импульс (в), который посту- SS пает на второй вход блока 7 управления, и, тем самым, фиксирует количество и импульсов последовательности л/2 — т — л— — 2 — п — 2: —..., поступивших с выхода программатора 1.

Поступившие на счетный вход блока 7 управления л(п+1)-й (и+2)-й и (п+3)-й импульсы последовательности л/2 — г — л— — 2т — л — 2г †... распределяются в последнем таким образом, что на его выходе, подключенном к одному из управляющих входов логической схемы 8, а именно — к управляющему входу ключевой схемы 9, формируются два импульса «ворот» (2), а на другом, подключенном к управляющему входу программатора 1, появляется только (и+ 3) -й импульс (д) . Импульсы «ворот» открывают вход ключевой схемы 9 и пропускают на соответствующие входы блока

l0 запоминания два сигнала спиновых эхо

Ai+a» А, а(п+3)-й импульс отключает программатор 1. В это время открываются два других выхода блока 7 управления, причем на одном выходе — неинвертирующем, появляется последовательность из и-тактовых импульсов (е), которые поступают на управляющий вход блока 10 запоминания, а на другом — инвертирующем, появляется последовательность из (и — 1)-го тактовых импульсов (ж) для управления блоком !2 промежуточного за помина ния.

Таким образом, уровни напряжений, пропорциональные амплитудам А;,< и А, сигналов спиновых эхо, будут удерживаться на элементах блока 10 запоминания до тех пор, пока на его управляющий вход не начнут поступать тактовые импульсы (е) с неинвертирующего выхода блока 7 управления. Аналогичным по функциональному назначению является блок 12 промежуточного запоминания, управляемый тактовыми импульсами (ж) с инверт»рующего выхода блока 7 управления.

С приходом первого тактового импульса на управляющий вход блока 10 запоминания на его выходах одновременно появляются два импульса с амплитудами А, + » А; 1 (з, и). Импульс с амплитудой А, (и) поступает на вход блока 12 промежуточного запоминания и одновременно на один вход множительно-делительного устройства 11, а импульс с амплитудой А; (з) — непосредственно на другой вход множительноделительного устройства 11, на выходе которого появляется импульс с амплитудой А;, 1 равный по величине отношению А ;, /А +g (к) . Этот импульс одновременно поступает на вход регистратора 13 и на один из входов блока 12 промежуточного запоминания.

В момент поступления первого тактового импульса (ж) с инвертирующего выхода блока 7 управления на выходах блока 12 промежуточного запоминания появляются два импульса с амплитудами А 4 и А. (л, м), которые затем поступают на соответствующие входы блока 10 запоминания. При поступлении второго тактового импульса (е) на управляющий вход блока 19 запоминания.;..

661323

5 на его выходах появляются,два импульса (з, и) уже с амплитудами А,,q и А», а на выходах блока 12 промежуточного запомиА, j, нания — А и А, g ((л, м). Цикл вы исле5 ния последующих амплитуд А z, А< у и т. д. будет продолжаться до тех пор, пока количество тактовых импульсов (е) на неинвертирующем выходе блока 7 управления не станет равно количеству и импульсов последовательности и/2 ††и -2г — л — 2 ..., которое ранее было зафиксировано в блоке 7 управления.

По окончании цикла регистратор 13 фиксирует уровень напряжения, равный величине начальной амплитуды Ао, которая однозначно характеризуег влажность исследуемого вещества.

Таким образом, искомую начальную амплитуду Ац, определяемую с помощью предлагаемого влагомера1можно представить в виде отношения 1-М

А /А где Ag+q и A;+g — а мплитуды,сигналов спиновых эхо, возникающих соответственно после (п+!)-го и (и+2)-го л-радиоимпульсов последовательности я/2 — т — л — 2i — л — Ж вЂ”... .и — количество тактовых импульсов (e) на неинвертирующем выходе блока 7 управления.

В качестве регистратора 13 может быть использован, например, пиковый вольтметр, .шкала которого проградуирована в процентах влажности водородсодержащего вещества., Измерение влажности водородсодержащих материалов с помощью предлагаемого влагомера позволяет значительно уменьшить трудоемкость и сэкономить время измерений, так как весь процесс определения начальной амплитуды огибающей сигналов спиновых эхо происходит за время, меньшее периода повторения последовательности импульсов.

В диапазоне малых влажностей у многих водородсодержащим материалов времена спин-спиновой релаксации составляющих от протонов твердого вещества и от протонов воды отличаются незначительно. Кроме того, количество прбтонов твердого вещества и ри изменении влажности непостоянно, что затрудняет процесс градуировки влагомеров.

В предлагаемом импульсном протонно. резонансном влагомере, благодаря применению порогового устройства 6, уровень порогового напряжения Vp при соответствующем количестве импульсов последовательности л/2 — г — л — 2г — л — 2 — .. можно за6 дать таким, что погрешности от влияния протонов твердого вещества на результаты измерения влажности будут минимальными. э

Формула изобретения

1. Импульсный протонно-резонансный влагомер, содержащий программатор, генератор радиочастотных импульсов, колебательный контур с исследуемым образцом, размещенный в зазоре постоянного магнита, приемник сигналов спиновых эхо и регистра. тор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости и ускорения процесса измерения влажности, он снабжен пороговым устройством, блоком управления и логической схемой, причем выход приемника сигналов спиновых эхо соединен через пороговое устройство со входом блока управления и, — через логическую схему, — со го входом регистратора, выход программатора соединен со счетным входом блока управления, у которого один выход подключен ко входу программатора, а три других — к управляющим входам логической схемы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, и что логическая схема содержит блок промежуточного запоминания и соединенные последовательно ключевую схему, блок запоминания и множительно-делительное устройство, причем выход множительно-делительного устройства, подключенный ко входу регистратора, и один выход блока запоминания соединены со входами блока промежутОчного запоминания, выходы которого подключены к соответствующим входам блока запоминания, при этом один вход ключевой схемы соединен с выходом приемника сигналов спиновых эхо, а другой вход — с одним из выходов блока управления, у которого два других выхода — неинвертируюший и инвертирующий, подключены соответственно к управляющим входам блока запо4О мннания и блока промежуточного запоминания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4з 1. Авторское свидетельство СССР № 169871, кл. G.OI N 27/78, 1965.

2. Патент ФРГ № 2212047,кл. 42 I 9/51, 1974.

3. Черницын А. И. Измерение влажности твердых тел импульсным методом ЯМР, в кн. «Радиоспектроскопия твердого тела», М., «Атомиздат», 1967, с. 87 — 90.

66l323

Ll о / T ST i7У /

Составитель В. Мещеряков

Редактор Б. Павлов Техред О. Луговая Корректор А. Власенко

Заказ 2430/39 Тираж 1089 Подписное

ЦНИИ ПИ ГосударственНого комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П ПП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4