Импульсный ядерно-резонансный анализатор Советский патент 1988 года по МПК G01N24/08 

со эо со

sl

ai

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам количественного и качественного анализа состава различных веществ и материалов методами ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонанса, в частности импульсными методами спинового эха для анализа релаксационного процесса - определения концентрации резонирующих ядер и времен ядерной магнитной релаксации, необходимых при анализе влажности, масличности, коллекторских свойств и решения других задач прикладной радиоспектроскопии.

Цель изобретения - повьшение точности анализа релаксационного процесса и расширение его функциональных возможностей.

На фиг. 1 приведена блок-схема импульсного ядерно-резонансного анализатора; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений в характерных точ-. ках устройства.

Анализатор содержит первичный преобразователь 1 сигналов ЯМР, приемно передающую систему (ППС) 2, программатор 35 формирователь 4 импульсов, аналого-цифровой преобразователь (А1ДП) 5, операт ивное запоминающее устройство (ОЗУ) 6, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 7, арифме- тическо-логическое устройство (АЛУ) 8, устройство определения времени релаксации (УОВР) 9, второе ПЗУ 10, второе АПУ 11, второе ОЗУ 12, время- кодовый преобразователь (ВКП) 13, множительно-делительное устройство (МДУ) 14 и регистратор 15, причем первичгсый преобразователь 1 соединен с ППС 2, второй вход которой подключен к программатору 3 и к входу формирователя 4 импульсов, при этом первый выход последнего соединен с первым входом УОВР 9и с первым управляющим входом ОЗУ 6, выход которого через АЛУ 8 подключен к первому входу; регистратора 15, выход ППС 2 соединен с входом АЦП 5, выход которого подключен к входу ОЗУ 6, второй выход формирователя 4 импульсов соединен с управляющим входом АЦП 5, третий выход - с вторым входом УОВР 9, вторым управляюпщм входом ОЗУ 6 и ПЗУ 7.- с вторым входом АПУ 8, четвертый выход - с третьим входом УОВР 9, причем четвертый вход посх/ед него подключен к выходу ОЗУ 6, первьй

0

5

0

5

0

выход - к третьему входу АЛУ 8, а второй выход - к второму входу регистратора 1-55 при этом в УОВР 9 соединены последовательно вторые ПЗУ 10, АЛУ 1 и ОЗУ 12, а также соединены последовательно ВКП 13 и ВДУ 14 j второй вход которого подключен к выходу второго АЛУ 11J при этом первым входом УОВР 9 является вход второго ПЗУ 10, вторым входом - управляющий вход второго ПЗУ 10, третьим входом- вход ВКП 13, четвертью входом - вход второго АПУ 11, первым выходом выход второго ОЗУ 12 и вторым выходом - выход МДУ 14.

Устройство работает следующим образом.

При возбуждении спиновой системы импульсной последовательностью (например , Карра-Перселла-Мейбума-Гилла) на выходе первичного преобразователя 1 появляются сигналы спинового эха в момент времени n t / tr 2Т , где t - интервал времени между 90 -ным и первым 180 -ным радиоимпульсами; п - порядковый номер эхо-сигнала, причем п 1, 2, 3 .. . Для двух- компонентной спиновой системы наблюдаемые амплитуды эхо-сигналов описываются соотношениями

А«,А,ехр()(- ),N;

5

0

где А..,

Т,

24

11

-,начальные

5

амплитуды и времена составляющих спин-спиновой релаксации, являющиеся искомыми параметрами при .релаксационном анализе.

При этом программатор 3 вырабаты- ,,вает только четыре 180 -ных импульса (эпюры 16 на выходе программатора 3 на фиг. 2).5 что позволяет получить на выходе приемнопередающей системы 2 четыре эхосигнала с амплитудами .

Ч

А 5 А и А, в моменты времени

2 о I

0

соответственно J ,, 2 « , ЗГ к 4i .

Поступившие на вход АЦП 5 эхосиг- налы стробируются с помощью импульсов формирователя 4 в моменты времени t , 2 t З ь о и (эпюры 17 на втором выходе формирователя 4 на фиг, 2) и, преобразованные в цифровой код5 заполняют соответствующие ячейки памяти ОЗУ 6 о По окончанир действия последнего (четвертого) стробим- пульса в формирователе 4 вырабатьша- ются по два управляющих синхроимпульса, которые появляются на первом и

третьем выходах, которые управляют работой ОЗУ 6, ПЗУ 10 (зпюры 18 на фиг. 2), ОЗУ 6, ОЗУ 12 (эпюры 19 на фиг. 2) и ПЗУ 7 соответственно. На четвертом выходе формирователя 4 синхронно с импульсами его третьего выхода также появляются два импульса, причем длительностью ., которые поступают на ВКП 13.

Во время действия первых синхроимпульсов (на указанных выходах формирователя 4) происходит вычисление параметров спин-спиновой релаксации составляющей с большим временем релаксации, а во время действия вторых импульсов - параметров составляющей с меньщим временем релаксации.

Особенность алгоритма работы УОВР 9 состоит в том, что в начале с помощью АЛУ 11 осуществляется вычисление корней алгебраического уравнения вида

- D/ + D О, коэффициентами которого являются определители, составленные из амштиприч-ем X 2. ( o/ ui,a2)

Работай АЛУ П управляет ПЗУ 10 по алгоритму, с помощью которого реализуется вычисление корней X урав нения согласно формуле

1. г

DI ± Ь - DC 2 DO

D.

Во время действия первого синхроимпульса (эпюры 18, фиг. 2) в АЛУ 11 реализуется вычисление X по формуле со знаком +, во время действия второго синхроимпульса - вычисление X со знаком -. Полученные результаты - Х,,2 хранятся в ячейках памяти ОЗУ l2.

При поступлении с третьего выхода формирователя 4 первого синхроимпуль са (эпюры 19 на фиг. 2) осуществляет ся вычисление начальной амплитуды Ад и времени релаксации Т медленно затухающей компоненты, а при поступлении второго синхроимпульса - вычисление параметров А и Т- быст- розатухающей компоненты.

Начальные амплитуды составляющих А, и А о 2 Ь1числяются с помощью АЛУ

75 . 4

8 по алгоритму, который зашит ПЗУ 7, согласно формуле

AJ X

X

,2

(

а временная релаксация Т, числяется с помощью МДУ рифмированием по Х) по формуле

гг, И 1 ВЫ4 (с лога10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

en ()

Полученные результаты с выходов АЛУ 8 и МДУ 14 поступают на регистратор 15.

Достаточно иметь четыре значения анализируемого процесса, измеренных через равные интервалы времени , причем желательно, с точки зрения точности измерения, амплитуды эхо- сигналов фиксировать как можно ближе к началу релаксации. Это обстоятельство позволяет эффективно использовать анализатор для анализа веществ с малыми временами релаксации и с малой концентрацией резонирующих ядер.

Формула изобретения

1. Импульсный ядерно-резонансный анализатор, содержащий первичный, преобразователь, соединенный с приемно- передающей системой, вход которой подключен к программатору и входу формирователя импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), выход которого через арифметическо-логическое устройство (АЛУ) подключен к регистратору, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа релаксационного процесса и расширения его функциональных возможностей, в него введены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и устройство определения времени релаксации, при этом приемно-передающая система соединена дополнительным выходом с входом АЦП, подключенного выходом к входу ОЗУ, формирователь импульсов соединен первым выходом дополнительно с первым входом устройства определения времени релаксации, вторым выходом - с управляющим входом АЦП, третьим выходом - с вторым входом устройства определения времени

513

релаксации, вторым управляющим входом АЦП и входом ПЗУ, четвертым выходом - с третьим входом устройства определения времени релаксации, вы- ход ОЗУ дополнительно соединен с четвертым входом устройства определения времени релаксации, АЛУ соединен вторым входом с выходом ПЗУ и TpeTbViM входом - с первым выходом устройства определения времени релаксации, второй выход которого соединен с вторым входом регистратора.

2. Анализатор -по п, 1, отличающийся тем, что устройство определения времени релаксации выполнено в виде последовательно соединенных, второго ПЗУ, второго АЛУ

56

и второго ОЗУ, а также последовательно соединенных время-кодового преобразователя и множительно-делительно- го устройства, причем выход второго АЛУ дополнительно соединен-с входом множительно-делительного устройства, при этом вход второго ПЗУ является соответственно первым, вход второго ОЗУ - вторым, вход время-кодового преобразователя - третьим, второй вход АЛУ- четвертым входами устройства определения времени релаксации, а выход второго ОЗУ и выход множительно-делительного устройства являются соответственно первым и вторым выходами устройства определения времени релаксации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа двухкомпонент- ной ядерной магнитной релаксации с использованием ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонанса. Цель изобретения - повьшение точности анализа релаксационного процесса и расширение функциональных возмож- ностей анализатора. Введение в анализатор новых блоков с соответствующими связями позволяет определять времена релаксации по первым четьфем значениям :измеренных амплитуд спинового эха в четырехимпульсной последовательности возбуждения сигналов спинового эха. 1 з.п. ф-лы 2 ил.

13

V

Jt/ К ft л