Датчик ЯМР Советский патент 1987 года по МПК G01N24/08 

1

Изобретение относится к технике нераэрушающего контроля на основе явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и может быть использовано для бесконтактного непрерывного измерени относительного содержания компоненто в текуиц1х дисперсных смесях в процессе химического производства.

Целью изобретения является повыше ние точности измерения концентрации компонентов смеси в проточной жидкости в присутствии газовых включений.

На фиг.1 показан датчик ЯМР; на фиг.2 - принципиальная схема датчика с концентратомером.

На полюсах 1 постоянного магнита установлены катушки 2 модуляции, между которыми находится радиочастотная катушка 3, с расположенным в ней до- полнительным конденсатором 4, между обкладками которого проходит трубопровод 5. В качестве переменного конденсатора использован варикап 6, с которым соединен разделительный кон- денсатор 7.

Блок-схема ЯМР-концентратомера (фиг.2) содержит блок 8 - автодин с детектором, усилитель 9 низкой частоты (УНЧ), осциллограф 10, генератор 11 звуковой частоты (ГЗЧ), схему 12 автоматической подстройки частоты (ЛПЧ), схему 13 автоматической регулировки усиления (АРУ),

Дополнительный конденсатор 4 и варикап 6 могут быть подключены параллельно друг другу, (фиг.1 и 2), но возможен и вариант их последовательного подключения. В этом случае разделительная емкость 7 не нужна.

Изобретение основано на том, что газовый пузырь, попадая внутрь радиочастотной катушки, оказывается между обкладками дополнительного конденсатора. Диэлектрическая проницаемость газа существенно ниже, чем жидкости, поэтому емкость дополнительного конденсатора уменьшается, а резонансная частота контура увеличивается. Для приведения резонансной частоты к первоначальному значению увеличивают емкость варикапа, понижая управляющее напряжение варикапа, на величину по которой судят об объеме газового

включения и о величине поправки, которую необходимо внести в показания концентратомера. При непрерьтном измерении состава жидкости указанные действия осуществляются автоматичес

ю15

20 б

30

-jg 40

дQ

55

3242

ки. Помещенный внутрь радиочастотной катушки дополнительньм конденсатор не влияет на условия возникновения и регистрации ЯМР, так как обкладки конденсатора, расположенные параллельно оси катушки, не образуют замкнутых контуров, необходимых для протекания индицированных токов, и, следовательно, не препятствует проникновению магнитного поля радиочастотной катушки в исследуемую жидкость. В то же время, конденсатор, размещенньй в зоне резонанса, реагирует изменением емкости именно на те газовые включения, которые ослабляют регистрируемый ЯМР-сигнал.

Датчик ЯМР работает следующим образом .

По трубопроводу 5 непрерывно движется жидкая дисперсная смесь компонентов. Для простоты предположим, что измеряется концентрация только одного из компонентов смеси - компонента А, Компонент А содержит ядра, частота прецессии которых в поле постоянного магнита совпадает с резонансной частотой контура, состоящего из радиочастотной катушки 3, дополнительного конденсатора 4 и варикапа 6. Этот контур одновременно является резонансным контуром автодина.

Концентратомер, блок-схема которого приведена на фиг.2, предназначен для измерения концентрации компонента смеси по величине ЯМР-сигнала поглощения. Чем больще количество пре- цессирующих ядер в зоне резонанса, тем больще затухание, вносимое ими в резонансный контур автодина и тем больше амплитуда сигнала поглощения. Полученный сигнал поглощения детектируется, усиливается в УНЧ и поступает на вертикальные отклоняющие пластины осциллографа 10. К горизонтальным пластинам осциллографа подключен ГЗЧ, питающий катушки 2 модуляции.

Появление газового пузыря в зоне резонанса уменьшает количество пре- цессируюших ядер компонента А, что приводит к уменьшению амплитуды сигнала поглощения и понижению емкости конденсатора 4, которое компенсируется увеличением емкости варикапа 6 путем изменения управляющего напряжения варикапа на некоторую величину. Управляющее напряжение вырабатьтается схемой АПЧ и служит не только для подстройки частоты контура автодина.

но и для увеличения коэффициента усиления УНЧ с помощью схемы АРУ, которая изменяет коэффициент усиления УНЧ таким образом, что компенсируются падение амплитуды сигнала поглощения при появлении пузьфя.

Формула изобретения

1. Датчик ЯМР, содержащий постоянный магнит, катушки модуляции поля постоянного магнита, радиочастотную катушку, ось которой ориентирована перпендикулярно силовым линиям поля постоянного магнита, и переменный конденсатор, подключенный параллельно радиочастотной катушке и образующий с ней резонансный контур, отличающийся тем, что, с целью

повьппения точности измерения концент- ращ1и компонентов смеси в проточной жидкости в присутствии газовых включений, в него введен дополнительный конденсатор, подключенный параллельно радиочастотной катушке и установленный внутри нее, причем ось радиочас-. тотной катущки параллельна обкладкам дополнительного конденсатора, а трубопровод с проточной жидкостью расположен между обкладками дополнительного конденсатора.

2. Датчик ПОП.1, отличающийся тем, что в нем в качестве переменного конденсатора использован варикап, изолированный по постоянному току от радиочастотной катушки разделительным конденсатором.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля на основе явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и может быть использовано для бесконтактного непрерывного измерения относительного содержания компонентов в текущих дисперсных смесях в процессе химического производства. Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации компонентов смеси в проточной жидкости в присутствии газовых включений, Дпя этой цели датчик, состоящий из постоянного магнита, катушек модуляции, радиочастотной катушки и переменного конденсатора, подключенного параллельно катушке и образующего с ней резонансный контур, содержит дополнительный конденсатор, подключенный параллельно радиочастотной катушке и установленный внутри нее. Ось радиочастотной катушки параллельна обкладкам дополнительного конденсатора, а трубопровод с проточной жидкостью расположен между обкладками, 1 з.п. ф-лы, 2 ил, (Л 4 ОЭ ОО to 4

/ 2

О О О О

Риг. 2