Ядерный квадрупольно-резонансный термометр Советский патент 1981 года по МПК G01K11/26 

(St) ЯДЕРНЫЙ КВАДРУПОЛЬНО-РЕЗОНАНСНЫЙ ТЕРМОМЕТР

Изобретение относится к области, температупных измерений, а именнр .устройствам для измерения температуры. Известен ядерный квадрупольно-резонансный (ЯКР) термометр, основанный на импульсном методе вьщеления сигнала ядерного квадрупольного резо нанса (ЯКР), содержащий термочувствительный элемент, мощный высокочастотный генератор, воздействуюпшй мощ ными и очень короткими высокочастЬтными импульсами на термочувствительный элемент и приемник сигнала свободной индукции или спинового Недостатком этого, термометра являет ся невысокая точность измерения темпер ры, обусловленная тем, что энергия мощных радиоимпульсов поглощается термочувствительным элементом, что приводит к нарушению термодинамического равновесия между термочувствительным элементом и окружающей средой и появлению случайной составляющей погрешности измерения, а также тем, что для получения частотной за- внсимости необходимо выполнить преобразование Фурье от сигнала индукции, что приводит к появлению составляющей погрешности измерения, обусловленной обработкой сигнала. Из известных термометров наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ядерный квадрупольно-резонансный термометр, основанный на стационарном методе вьщеления сигнала ЯКР, содержащий термочувствительный элемент, последовательно соединенные детектор, усилитель низкой частоты и первый фильтр, соединенный с первым входом фазового детектора, выход которого соединен с блоком управления частотой, функциональный генератор, выходы которого, соответственно соединены с блоком управления частотой, измерителем частоты и входом второго фильтра, выход которого соединен со вторым входом . фазового детектора 2. Недостатками этого термометра являются низкая точность измерения, ввиду того, что в качестве генератора, возбузвдакщего ядерный квадрупольный резонанс, используется пороговый генератор, а также ввиду того, что термочувствительный элемент и линия связи являются элементами входного контура порогового генератора, неудобство в эксплуатации. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в термометр введены фазовращат ел блок компенсации и высокочастотный управляемый кварцевый генератор, выходы которого подключены к термочувствительному элементу, фазовращателю и измерителю частоты, а его вход к выходу блока управления частотой,приче первый вход блока компенсации соединен с выходом термочувствительного элеме та, второй вход с выходом фазовращателя , а выход блока компенсации соединен со входом детектора. На чертеже приведена структурная схема термометра. Термометр содержит термочувствите нь1Й элемент I, высокочастотный управ ляемый кварцевый генератор 2, детектор 3, усилитель 4 низкой частоты, блок 5 управления частотой, функциональный генератор 6, измеритель част ты 7j первый фильтр 8, фазовый детек тор 9, второй фильтр 10, фазовращатель t i и блок 12 компенсации высоко частоты. Термометр работает следующим образом. Блок 5 управления частотой изменяет частоту высокочастотного управляемого кварцевого генератора 2. Сиг нал с выхода генератора поступает на термочувствительный элемент I, выпол ненный в виде контейнера из материал с высокой магнитной проницаемостью (например, молибденовый пермалой) для защиты от посторонних магнитных поле внутри которого помещается катушка и дуктивности, заполненная веществом (например КС 6, т.д.), в котором возбуждаются радиочастотные коле бания. При несовпадении частоты гене ратора 2 с резонансной частотой вещества, поглощение электромагнитной энергии не происходит и отсутствует амплитудцая модуляция сигнала с ге2. Сигнал с выхода термочувнератораствительйого элемента поступает на первый блока 12 компенсации высокой частоты, а на второй вход поступает с|игнал с выхода генератора 2, прошедши через фазовращатель II. Фазовращатель 11 необходим для выравнивания фаз высокочастотных сигналов, приходящ1 х с выхода термочувствительного элемента и генератора 2, так как наличие длинной линии связи между термочувств тельным элементом и измерительным комплексом приводит к фазовому сигнала, приходящего с термочувствительного элемента. Блок 12 компенсации высокой частоты производит Еычитание приходящих на него и находящихся в фазе высокочастотных сигнг лов. Блок компенсации высркой частоты введен для того, чтобы скомпенсировать неинформативную часть сигнала 4 высокочастотнута составляющую и п райитную амплитудную модуляцию, возникающую при частотной модуляции высокочастотного сигнала, используемого для выделения слабого сигнала ЯКР из шумов, и усилить информативную I часть (резонансную линию поглощения) для последующего ее детектирования. При отсутствии амплитудной модуАяции напряжение на выходе блока 12 компенсации равно нулю, фазовый деФектор 9 выдает сигналы раз-г баланса на блок 5 управления частотой, который продолжает поиск резонансной линии по лощения в соответствии с законом, формируемым функциональным генераторО 6. ФункЩЮнальный генератор формирует одноврем€:нно линейно изменяющееся и синусоидальные напряжения (частота формируемого синусоидального напряжения кГц, а линейно изменяющегося л/ Зб Гц - не кратная частоте синусоидального напряжения). Линейно изменяющ4еся напряжение используется для поиС1 а резонансной линии поглощения. Первый полосовой низкочастотный фильтр 8 предназначен для взятия второй производной сигнала линии поглощения и дополиительного устранения паразитнрй амплитудной модуляции. Второй узкополосый низкочастотный фильтр предназначен для выделения третьей гармоник синусоидального сигиала, формируе1|1ого функциональным генерато58ром 6, которая подается на вход фазового детектора. При прохождении частоты генератора 2 через резонансную линию поглощения происходит амплитудная модуляция высокочастотного напряжения термочувствительным элементом. Ампли1тудно-модулированный высокочастотный сигнал с термочувствительного элемента поступает на первый вход блока 12 компенсации высокой частоты, на второй вход которого с выхода фазовращателя 11 поступает высокочастотный сигнал постоянной амплитуды, на выходе блока 12 после вычитания оста ется низкочастотный сигнал, соответствующий резонансной линии поглощения, который дополнительно детектируется детектором 3 с целью устранения нескомпенсированной высокочастотной составляющей, усиливается усилителем низкой частоты 4 и поступает на вход первого фильтра 8.С выхода первого фильтра сигнал, соответству ющий второй производной сигнала поглощения, поступает на фазовый детек тор 9, на второй вход которого посту пает третья гармоника синусоидального сигнала с выхода второго фильтра 10. С выхода фазового детектора сигнал разбаланса другой фазы и величины поступает на блок 5 управления час тотой, который обеспечивает подачу на вход генератора 2 синусоидального сиг нала с выхода функциональнбго генератора 6, при этом прекращается подача линейно изменяющегося сигнала. Генератор 2 настраивается на частоту, соответствующую центру резонансной лиНИИ поглощения. Измеритель 7 частоты производит измерение частоты сигнала поглощения. Измеренное значение частоты сигнала поглощения пропорционально измеряемой температуре. Наличие новых элементов в термометре (фазовращателя, блока компенI6сации и высокочастотного управляемого кварцевого генератора) позволяет повысить точность измерения температуры. Формула изобретения Ядерный квадрупольно -резонансный термометр, содержаний термочувствительный элемент, последовательно соединенные детектор, усилитель низкой частоты и первый фильтр,соеда1ненный с первым входом фазового детектора, выход которЬго соединен с блоком управления частотой, функциональный гене-, ратор, выходы которого соответственно соединены с блоком управления частотой, измерителем частоты и входом второго фильтра, выход которого соединен со вторым входом фазового де- . тектора, о т личающийся тем, что, с целью повьшения точности из мерения температуры,, в него введены фазовращатель, блок компенсации и высокочастотный управляемый кварцевый генератор, выходы которого подключены к термочувствительному элементу, фазовращателю и измерителю частоты, а его вход к выходу блока управления частотой, причем первый вход блока компенсации соединен с выходом термочувствительного элемента, второй вход с выходом фазоврашателя, а выход блока компенсации соединен со входом детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Воробьев И.В., Саватеев А.В. Современное состояние, проблемы и перспективы высокоточной ЯКР-термометрии. Известия АН СССР, сер. физическая, т.39, №12, 1975, с.2634. 2. Патент США № 3373348, кл. 324-05, опублик. 1968 (прототип).