Импульсный релаксометр ядерного магнитного резонанса Советский патент 1981 года по МПК G01N24/06 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЛАКСОМЕТР ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО

РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к аппаратуре для геофизических методов исследования, а именно к технике исследования образцов горных пород методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в слабом внешнем магнитном поле. Известен релаксометр ЯМР, содержаший катушку поляризации, цепь поляризации и приема сигналов l Недостатком указанного релаксометра является то, что при реактивном характере нагрузки при переходе в режим измерения в нем под действием внешних, возмущений возникает переходной колебатель ный процесс и тфоцесс измерения затрудняется дополнительными возмущениями. Наиболее близким к предлагаемому является импульсный репаксометр ЯМР, содержащий источник тока поляризации, полевую и поляризующую катушки, источник тока полевой катушки и стабилизатор тока, содержащий регулирующий элемент, первый вход которого соединен с первым выходом источника тока полевой катушки. а выход - с первым входом полевой катушки, цепь обратной связи, имеющую последовательно включенные преобразователь тока в напряжшгае, опорный элемент, усилитель обратной связи и дифференцральный усилитель, выход которого соединен с входом регулирующего элемента, резистивный делитель выходного напряжения, подкгаоченный к выходу регулирующего элемента и второму выходу источника тока полевой катушки, первый вход преобразователя тока в напряжение соединен с вторым входом источника тока полевой 2 . Как известно, переход к проведению измерений в средних магнитных полях имеет своей целью повысить чувствитеш ность ЯМР - исследований образцов, отобранных в процессе бурения. При зтом повышение чувствительности достигается путем увеличения напряженности постоянного магнитного поля по сравнению с нвпряженностью ПОЛЯ Земли, что обусловливает увеличение частоты прецессии и, сяедоватеяьио, амплитуды наводимого сигнала. i Так же, как и в релаксометрах, работающих Б поле Земли, в репаксометрах среднего поля необходимо предварительное подмагничивание образцов импульсами среднего поля (поляризация образцов). При отключении поля поляризации в обмотке катушки, создающей постоянное однородное поле, наводится импульс ЭДС взаимоиндукции, который, с учетом индуктивного характера нагрузки и инерционности регулятора, вызывает зна итегшный переходной процесс в устройстве стабилизации тока релаксометра. При большом значении коэффициента усиления цепи обратной связи, обеспечивающем высокую точность стабилизации, переходной процесс проявляется в виде значительных колебаний тока, питающего обмотку полевой катушки, что создает крайне неблагоприятные условия для формирования и наблюдения сигналов свободной ядерной ин- дунщии. Целью изобретения является повышени пуБствительности путем улучшения динамических характеристик (при возмущениях вызываемых отклонением тока в поляризующей катушке релаксометра среднего поля). Поставленная цепь достигается тем, что в импульсный релаксометр ЯМР, содержащий источник тока поляризации, по- левую и поляризующую катушки, источтшк тока полевой катущки и стабилизатор тока, содержащий регулирующий элемент., первый вход которого соединен с первым выходом источника тока полевой катушки, а выход - с первым входом .полевой катушки, цепь обратной связи, имеющую последовательно включенные преобразователь тока в напряжение, опор ный элемент, усилитель обратной связи к дефференциальный усилитель, выход которого соединен с входом регулирующего элемента, резистивный делитель выходного напряжения, подключенный к выходу регулирующего элемента и второму выход источника тока полевой катушки, первый вход преобразователя тока в напряжение соединен с вторым входом источника тока полевой катушки, введены дополнитель ная катушка и импульсный трансформатор содержащий первичную и вторичную обмот ки, причем первичная обмотка трансформатора одним выводом соединена с вторы входом преобразователя тока в напряжени и вторым выводом - с входом полевой ка тушки, вторичная обмотка трансформатора одключена одним выводом к средней точке резистивного делителя выходного напряжения и вторым вьгаодом - к второму входу дифференциального усилителя, дополнительная катущка подсоединена одним выводом к источнику тока поляризации и другим выводом - к входу поляризующей катушки,- с обмоткой полевой катушки дополнительная катушка связана посредством взаимоиндукции, а конструктивно дополнительная и полевая выполнены идентично, причем внутренний диаметр обмотки дополнительной катуш;ки равен внешнему диаметру обмотки полевой катушки. На чертеже приведена блок-схема импульсного релаксометра ЯМР. Релаксометр содержит регулирующий элемент 1, омический делитель выходного напряжения 2, преобразователь тока в напряжение 3, опорный элемент 4, усилитель обратной связи по току 5, дифференциа.71ьный усилитель 6, импульсный трансформатор 7, дополнительную обмотку 8, стабилизатор тока 9, полевую катушку 10, источник тока поляризации 11, поляризующую катушку 12, источник 13 тока полевой катущки. Выход регугафуюшего элемента 1 соединен с резистивным делителем напряжения. Вторичная обмотка трансформатора подключена одним вьгоодом к средней точке резистивного целителя выходного напряжения и вторым выводом - к второму входу дифференциальнйго усилителя, первичная обмотка трансформатора одним выводом соединена с вторым входом преобразователя тока в напряжение и вторым выводом - с входом полевой катушки. Дополнительная катушка подсоединена одним выводом к источнику тока поляризации и другим выводом - к входу поляризующей катушки. Релаксометр работает следующим образом. В момент ш 1ключения тока поляризации в обмотке полевой катущки в противофазе наводятся импульсы ЭДС взаимоиндукции. При условии равенства взаимоиндуктивности обмотки полевой катушки с обмотками поляризующей и дополнительной катущки ЭДС наводимого импульса близка к нулю. Остаточная, нескомпенсировенная ЭДС вызывает изменение тока в полевой катущке, вследствие чего во вторичной обмотке трансформатора 7 индуцируется импульс напряжения, складывающийся с напряжением, вырабатьгоаемым цепью об5S6ратной связи. Полярность включения ВТО-А ричной обмотки трансформатора 7 выбирается такой, чтобы при увеличении скорости нарастания тока в обмотке полевой катушки напряжение, поступающее на второй вход дафференциального усилителя 6, -также восзрастало. Это увеличивает иелотфирование переходного процесса, препятствуя развитию в прецизионном стабилизатор ре колебаний тока. Таким образом, в совокупности с эффектом от введения описанной дополнительной обмотки введение импульсного трансформатора обеспечивает улучшение динамических характеристик релаксометра. Побочный, нежелательный эффект от включения дополнительной катушки встреч- но-последоваггельно обмотке поляризующей; катушки состоит в снюкении напряженности результирующего поля подмагничивания. С целью ослабления этого эффекта обмотку .дополнительной катушки выполняют по конструкции ошютипной обмотки полевой, причем так, чтобы внутренний радт-гус дополнительной обмотки был равен внешнему

радиусу обмотки полевой катушки. При этом условие равенства взаимоиндуктивностей, с учетом того, что поляризующая катушка расположена внутри полевой, достигается при значительно меньшем числе витков дополнительной катушки, и ослабление напряженности поля подмагничпвания незначительно.

Таким образом, совокупный эффект от введения дополнительной обмотки и импульсного .трансформатора в стабилизатора тока обеспечивает подавление переходных процессов в системе регулхфования тока, существенно улучхиая динамические характеристики релаксометра и тем самым повышает чувствительность релаксометра ЯМР. Формула изобретения Импульсный релаксометр ядерного магнитного резонанса, содержащий источник тока поляризации, полевую и поляризующую

динена с вторым входом преобразователя тока в напряжение и вторым выводом с входом полевой катушки, вторичная обмотка трансформатора подключена одним

фыводом к средней резистивного делителя выходного напряжения и вторым выводом - второму входу дифференциального усилителя, дополш1тельная катушка подсоединена одним выводом к источпгшу

тока поляризации и другим выводом к входу поляризующей катушки, с обмоткой полевой катушки дополнительная катушка связана посредством взаимоиндукции, а конструктивно доиолнительная и полевая 3 « катушки, источник тока полевой катушки и стабилизатор тока, содержащий регулируюпшй элемент, первый вход которого соединен с первым выходом источника тока полевой катушки, а выход - с первым входом полевой катушки, цепь обратной связи, имеющую последовательно включенные преобразователь тока в напряжение опорный элемент, усилитель обратной связи и де4х{)ерен11иальный усилитель, выход которого соединен со вторым входом регулирующего элемента, резистивный делитель выходного напряжения, подключенный к выходу регулирующего элемента и второму выходу источника тока полевой катушки, первый вход преобразователя тока в напряисешю соединен с вторым входом источника тока полевой катушю, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности путем улучшения динамических характеристик, в него введены дополнительная катушка и импульсный трансформатор, содержащий перыгчную и вторичную обмотки, причем первичная об- мотка трансформатора одним выводом- соекатугики выполнены идентично, ирпчем внутренний диаметр обмотки дополнительной катушки равен внешнему диаметру обмотки полевой катушки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 168217, кл. Q01N 27/78, 1963. 2.Авторское свидетельство СССР № 280980, кл. G01N 27/78, 1969,