Импульсный протонно-резонансный влагометр Советский патент 1979 года по МПК G01N27/78 

1

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

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 релаксометров) 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 началапроцессии протонов воды, что позволяет исключить влияние времен релаксации на результаты измерений. Однако, начальную- амплитуду огиоающей сигналов спиновых эхо, принедлежащую протонам воды водородсодержащего материала, определяют по графику релаксационной зависимости, которая представляет собой сумму двух экспонент от протоно твердого вещества и от протонов воды, или же вычисляют ее с помощью ряда мамематических операций (логарифмирования, экстраполирования и потенцирования), что значительно усложняет и удлиняет процесс измерения влажности.

Цель предлагаемого изобретения - уменьщение трудоемкости и ускорение процесса измерения влажности водородсодержащих материалов.

Для этого импульсный протонно-рёзонансный влагомер снабжен пороговым устройством, блоком управления и логической cxeмoЙJ 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 входам логической схемы. Кроме того, логическая схема содержиФ блЬК Т рдйёжугбчйого3апоМинат1ия и соединейные последовательно ключевую схему, блок запоминания и множительно-делительное устройство, причем, выход множительноделительного устройства, подключенный ко входу регистратора, и один выход блока запоминания соединены с входами блока промежугочного запоминания,выходы которого подключены к соответствующим входам блока запоминания, при этом один вход ключевой схемы соединен с выходом приемНИка сигналов спиновых эхо, в другой вход - Тоднйм из выходов блока управления ,у ко fOpOWWa других выхода - неинвертирующий и инвертирующий, подклЮчШы соотвётСТвенно к управляющим-входам блока запоминания и блока промежуточного запоминания. На фиг. 1 приведена блОК-схема предлагаемого импульсного протонно-резонансного влагомера; на фиг. 2 - эпюры напряжений, иллюстрирующие его работу. Импульсный протонно-резонансный влагомер содержит программатор 1, генератор 2 радиочастотных импульсов, колебательный контур 3 с исследуемымобразцом, находящийся в рабочем зазоре постоянного магнита 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, множитёльно-делктёльнбго устройства И, блока 12 промежуточцого запоминания, и регистратор 13. Предлагаемый влагомер работает следующим образом. Выработанная программатором 1 последовательность л/2-t -л -2т -л -2г -импульсов (б), где т - раССТбяйГЯе между л/2 и первым л-импульсом, поступает на счетный вход блока 7 управления. С выхода генератора 2 мощные радиочастотные импульсы 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 усиливаются и детектируются. Появивщаяся на выходе приемника 5 последовательность сигналовспиновых эхо (а), поступает на вход логической схемы 8 и на вход порогового устройства 6, в коюром происходит сравнение амплитуд сигналов спиновых эхо с заданным уровнем порогового напряжения Vo. Как только уровень напряжения Vo становится равным или меньшим величины амплитуды Ai (а), на выходе порогового устройства 6 появляется импульс (в), который поступает на второй вход блока 7 управления, и, тем самым, фиксирует количество, п импульсов последовательности л/2-т-л -

661323 -2:-rt 2r-..., поступивших с выхода программатора 1. Поступившие на счетный вход блока 7 управления 11(п+1)-й (п + 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 (п + 3)-й импульс (д). Импульсы «ворот открывают .вход ключевой схемы 9 и проГ1ускают ни соответствующие входы .блока 10 запоминания два сигнала спиновых эхо Ai+i и Ain, а(пч-3)-й импульс отключает программатор 1. В это время открываются два Других выхода блока 7 управления, причем на одном выходе - неинвертирующем, появляется последовательность из п-тактовых импульсов (е), которые поступают на управляющий вход блока 10 запоминания, а на другом - инвертирующем, появляется поСледовательйость из (п-1)-го тактов.ых импульсов (ж) для управления блоком 12 промежуточного запоминания. Таким образом, уровни напряжений, пропорциональные амплитудам .i и Ai.j. 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 инвертирующего выхода блока .7 управления. С приходом первого тактового импульса на управляющими вход блока 10 запоминания на его выходах: одновременно, появляются два импульса с амплитудами At+i и Ai + i (з, и). Импульс с амплитудой Ai«.i (и) поступает на вход блока 12 промежуточного запоминания и Одновременно на один вход множительно-делительного устройства 11, а импульс с амплитудой (з) - непосредственно на другой вход множительноделительного устройства 11, на выходе которого появляется импульс с амплитудой А, равньгй по..ве.личине-отнощению A- t/At+j (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 в,ыходах блока 12 промежуточного запоминания появляются два импульса с амплитудами и |л, м), которые затем .поступают на соответствующие входы блока 10 запоминания. При поступлении второго тактового импульса (е) на управляющий вход-блока 19 запоминания. на его выходах появляются два импульса (з, и) уже с амплитудами Aj+.t и Ai, а на выходах блока 12 промежуточного запоминания - и (л, м). Цикл вычисления последующих амплитуд А,, и т. д. будет продолжаться до тех пор, пока количество тактовых импульсов (е) на неинвертирующем выходе блока 7 управления не равно количеству п импульсов последовательности л/2-с-ii-2r-я-2с..., которое ранее было зафиксировано в блоке 7 управления. По окончании цикла регистратор 16 фиксирует уровень напряжения, равный величине начальной амплитуды АО , которая однозначно характеризует влажность исследуемого вещества. Таким образом, искомую начальную амплитуду АО , определяемую с помощью предлагаемого влагомера, можно представить в виде отношения , где Ai+i и - амплитуды д;игналов спиновыхэхо,. визникавэщих соответственно после (п + 1)-го и (п + 2)-го л-радиоимпульсов по.следолательности л/2-т-л-21: л -2 -:.. -п - количество тактовых импульсов (е) на неинвертирующем выходе блока 7 управления. В качестве регистратора 13 может быть использован, например, пиковый вольтметр, щкала которого проградуирована в процентах влажности водородсодержащего вещества., Измерение влажности водородсодержащих материалов с помощью предлагаемого влагомера позволяет значительно уменьщить трудоемкость и сэкономить время измерений, так как весь процесс определения начальной амплитуды огибающей сигналов спиновых эхо происходит за время, меньщее периода повторения последовательности импульсов. В диапазоне малых влажностей у многих водородсодержащиж материалов времена спин-спиновой релаксации составляющих от протонов твердого вещества и от протонов воды отличаются незначительно. Кроме того, количество протонов твердого вещества при изменении влажности непостоянно, что затрудняет процесс градуировки влагомеров. В предлагаемом импульсном прртоннорезонансном влагомере, благодаря применению порогового устройства 6, уровень порогового напряжения Vo при соответствующем количестве импульсов последовательности д/2-г-л 2г-л-2т-... можно задать таким, что погрешности от влияния протонов твердого вещества на результаты измерения влажности будут минимальными. 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 регистратор, 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 совходом 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, и три других - к управляющим входам логической схемы. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, 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 ключевой схемы соединен с выходом приемника сигналов спиновых эхо, а другой вход - с одним из выходов блока управления, у которого два других выхода - неинвертирующий и инвертирующий, подключены соответственно к управляющим входам блока запоминания и блока промежуточного запоминания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 169871, кл. G.O N 27/78, 1965. 2.Патент ФРГ № 2212047,кл. 42 1 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.