CN103809139A - 用于核磁测量仪的测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于核磁测量仪的测量系统，其带有控制器、信号发生器以及信号处理器，信号处理器带有输入级和信号调节器，信号调节器用于处理由激励信号引起且在输入级的输入部处进入的电测量信号，其中，同样由激励信号引起并且未与测量信号同时出现的干扰信号在输入级的输入部处进入，测量信号的信号摆幅小于干扰信号的信号摆幅，控制器确定激励信号的输出的时刻。匹配可由信号处理器处理的最大信号摆幅与由激励信号引起的测量信号的最大信号摆幅的测量系统由此实现：在输入级的输出部与信号调节器的输入部之间布置有开关，开关可由控制器切换到第一切换状态和第二切换状态中，并且信号调节器的输入部的动态范围与测量信号的电压摆幅相匹配。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于核磁测量仪的测量系统，其带有控制器(Steuerung)、用于产生和输出电激励信号sa的信号发生器以及信号处理器(Signalverarbeitung)，该信号处理器带有输入级和在信号处理器的信号通道中接着输入级的信号调节器(Signalkonditionierung)，该信号调节器用于处理由激励信号sa引起的并在输入级的输入部处进入的电测量信号se，其中，同样由激励信号sa引起的并且未同时与测量信号se一起出现的干扰信号ss在输入级的输入部处进入，测量信号se的信号摆幅(Signalhub)小于干扰信号ss的信号摆幅，并且控制器确定激励信号sa的输出的时刻。
背景技术
元素的具有核自旋的原子核还具有由核自旋引起的磁矩。核自旋可解释为可通过矢量来说明的角动量，并且相应地也可通过平行于角动量的矢量取向的矢量来说明磁矩。原子核的磁矩的矢量在存在宏观的磁场时平行于宏观的磁场在原子核的部位处的矢量取向。在此，原子核的磁矩的矢量围绕宏观的磁场在原子核的部位处的矢量进动。进动的频率被称为拉莫尔频率(Larmorfrequenz)ωL并且与磁场强度B的量成正比。拉莫尔频率根据ωL=γ·B来计算。在此，γ为旋磁比，其对于氢核来说最大。
核磁测量仪执行核磁共振测量方法。该测量方法在存在宏观的磁场时通过借助于受控的磁场的激励影响介质的原子核的进动并且评估影响的作用。通常，由测量系统通过产生电激励信号sa影响原子核的进动。可在发送线圈中将电激励信号sa转换成影响原子核的进动的磁激励信号。将通常由所激励的进动的原子核感应到传感器线圈中的电信号用作用于测量方法的输出参数。经常将仅仅唯一的线圈不仅用作发送线圈，而且用作接收线圈。
核磁测量仪的一个示例为用于多相介质的核磁流量测量仪，其可测量流量，其为介质的单个的相的流动速度和在多相介质处的单个的相的相对份额。对多相介质进行测量的前提是可将介质的单个的相激励成可进行不同的核磁共振。核磁流量测量仪可例如用来对从油源输送的多相介质进行流量测量。该介质主要包括液相的原油和盐水以及气相的天然气，其中，所有的相包含对于核磁共振所必需的氢核并且可激励成进行不同的核磁共振。
对从油源输送的介质进行测量还可利用测试分离器(Testseparator)来实现。在一段时间内将所输送的介质导入测试分离器中，并且测试分离器使介质的单个的相彼此分开并且确定在介质处的单个的相的份额。然而相比于核磁流量测量仪测试分离器不能可靠地测量小于5%的原油份额。因为每个(油)源的原油份额持续下降且很多(油)源的原油份额已经小于5%，现在不可在在使用测试分离器的情况下经济性地开采这种(油)源。为了还可继续开采带有非常小的原油份额的(油)源，相应地需要用于包括多个相的介质的原油的精确的流量测量仪。对此可尤其考虑核磁流量测量仪。
针对测量系统的很高的测量精度，要求可由信号处理器处理的最大信号摆幅与测量信号se的最大信号摆幅相匹配。因为测量信号se的最大信号摆幅小于可由信号处理器处理的最大信号摆幅，所以测量精度降低。然而传感器线圈不仅接收由激励信号sa引起的测量信号se，而且接收由激励信号sa引起的干扰信号ss。对于干扰信号ss，共同处在于其并未与测量信号se同时出现，并且该信号摆幅大于测量信号se的信号摆幅。激励信号sa本身也属于干扰信号ss。如果将仅仅唯一的线圈不仅使用来发送激励信号，而且使用来接收测量信号，干扰信号ss与激励信号sa相同。
因此需要可由信号处理器处理的最大信号摆幅或者与干扰信号ss的最大信号摆幅相匹配，或者需要限制在信号处理器的输入部处的最大信号摆幅。然而，在可由信号处理器处理的最大信号摆幅与干扰信号ss的最大信号摆幅相匹配的情况下将降低测量精度。由现有技术已知通过带有二极管的电路(Schaltung)来限制在信号调节器的输入部处的最大信号摆幅。但因为二极管的正向电压(Flussspannung)大于测量信号se的信号摆幅，所以可由信号处理器处理的最大信号摆幅可与二极管的正向电压相匹配，而不可与测量信号se的最大信号摆幅相匹配。同样在该解决方案中也降低了测量精度。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种测量系统，其使得可由信号处理器处理的最大信号摆幅能够与由激励信号sa引起的测量信号se的最大信号摆幅相匹配。
根据本发明的测量系统(在其中实现之前引出和指出的目的)首先并且主要以此为特征，即，在信号处理器的信号通道中在输入级的输出部与信号调节器的输入部之间布置有开关，该开关可通过控制器切换到第一切换状态I和第二切换状态II中，在第一切换状态I中在输入级的输出部处的信号传导到信号调节器的输入部处，而在第二切换状态II中在输入级的输出部处的信号未传导到信号调节器的输入部处，控制器构造成仅在在其中在输入级的输入部处不存在干扰信号ss的时间间隔中将开关切换到第一切换状态I中，并且信号调节器的输入部的动态范围(Aussteuerbereich)与测量信号se的电压摆幅(Spannungshub)相匹配。
根据本发明设置的开关使得可由信号处理器处理的最大信号摆幅能够与测量信号se的最大信号摆幅精确地匹配。与由现有技术已知的、带有二极管的电路相比，并未涉及被动受控的附件，而涉及主动受控的附件，其中，开关的执行方案可包括作为切换元件的PIN二极管。带有二极管的被动式附件具有其它缺点，即，在电压上升的情况下，通过二极管的电流的上升仅具有受限的斜度。因此，不同于根据本发明的主动式附件，带有任意高的信号摆幅的干扰信号不可远离信号处理器的输入部。
根据本发明的测量系统的一种优选的设计方案，在考虑到在激励信号sa从信号发生器中输出的时刻与由激励信号sa引起的干扰信号ss到达输入级的输入部处的时刻之间的时间间隔的情况下确定在其中在输入级的输入部处不存在干扰信号ss的时间间隔。由信号发生器产生和输出的电激励信号sa影响原子核的进动。在测量信号se中保持由激励信号sa影响的进动。因为在电激励信号sa的输出与所属的测量信号se的输入之间的时间间隔始终恒定，所以如果在信号调节器的输入部处仅存在测量信号se，仅仅那时开关切换到第一切换状态I中。以这种方式使在输入级的输入部处的干扰信号ss远离信号调节器。
在根据本发明的测量系统的一种完全特别优选的设计方案中，开关为单级的转换开关，其带有中间接头、第一接头和第二接头。中间接头与信号调节器的输入部相连接，第一接头与输入级的输出部相连接以用于在第一切换状态I中将在输入级的输出部处的信号传导至信号调节器的输入部处，而第二接头经由欧姆的镜像电阻(Spiegelwiderstand)与恒定的电势相连接以用于在第二切换状态II中连接信号调节器的输入部与镜像电阻。该恒定的电势可尤其为地电势。可将由现有技术已知的在商业上可得到的半导体开关使用为单级的转换开关，其由控制器操控。控制器可通过相应的控制信号将转换开关或者带到第一切换状态I中或者带到第二切换状态II中。
在根据本发明的测量系统的最后说明的一种实施方式中设置的镜像电阻保证信号调节器的输入部还端接在第二切换状态II中，使得在信号调节器的输入部处不可出现干扰信号。在开关处于第二切换状态II且无镜像电阻的情况下将导致信号调节器的输入部高阻抗，并且干扰(Einstreuung)可显著地影响输入部的电势。通过镜像电阻来耗散干扰。
优选地，输入级的信号通道也通过欧姆的端接电阻(Abschlusswiderstand)如此与恒定的电势相连接，即，输入级的输入电阻相应于端接电阻的电阻值。恒定的电势可尤其为地电势。端接电阻的电阻值可选择成与信号源的线路波阻(Leitungswellenwiderstand)相同，线路将测量信号se输送给输入级的输入部。以这种方式避免测量信号se在输入级的输入部处的反射。
优选地，镜像电阻的电阻值和端接电阻的电阻值如此选择使得在转换开关的中间接头处的电阻值与切换状态无关。通过该情况－即，信号调节器的信号输入部与转换开关的切换状态无关地始终端接有相同的电阻值－可在信号调节器的信号输入部处特别好地避免干扰。如果信号输入部例如需要恒定的直流电流，那么用于镜像电阻和端接电阻的不同的电阻值将取决于切换状态导致信号输入部的不同的电势。
带有50欧姆的线路波阻的线路广泛推广，因此通过以下方式提供将线路端接在输入级的输入部处，即，端接电阻的电阻值为50欧姆。以这种方式避免测量信号se在输入级的输入部处的反射。因此同样有利的是将镜像电阻的电阻值也选取成50欧姆。
在根据本发明的测量系统的另一优选的设计方案中，信号调节器在信号通道中具有低通滤波器和增益器。低通滤波器在信号通道中布置在信号调节器的输入部与增益器的输入部之间并且构造成用于衰减由于开关的切换引起的干扰。即使不仅最优地选取镜像电阻的电阻值，而且最优地选取端接电阻的电阻值，还是由于开关自身的切换而可在信号调节器的信号输入部处发生干扰。然而，对于该干扰，共同处在于其基本上具有大于测量信号se的频谱的频谱。因此该干扰可由低通滤波器滤除，而不影响测量信号se。
附图说明
现在具体存在设计和改进根据本发明的测量系统的各种可能性。为此参考从属于权利要求1的权利要求，并且参考随后说明的和在包括仅仅一幅图的附图中示出的实施例。
参考标号列表
1 测量系统
2 控制器
3 信号发生器
4 信号处理器
5 输入级
6 信号调节器
7 开关
8a 中间接头
8b 第一接头
8c 第二接头
9 镜像电阻
10 端接电阻
11 低通滤波器
12 增益器。
具体实施方式
在附图中示意性地示出了用于核磁测量仪的根据本发明的测量系统1的基本元件。基本元件为控制器2、用于产生和输出电激励信号sa的信号发生器3以及信号处理器4。信号处理器4主要包括输入级5、信号调节器6以及开关7(其实施为单级的转换开关)。开关7具有中间接头8a、第一接头8b以及第二接头8c。中间接头8a与信号调节器6的输入部相连接，第一接头8b与输入级5的输出部相连接，而第二接头8c经由欧姆的镜像电阻与地电势相连接。
开关在第一切换状态I中将在输入级5的输出部处的信号传导到信号调节器6的输入部处，而在第二切换状态II中信号调节器6的输入部经由镜像电阻9与地电势相连接。开关7由控制器2或者带到第一切换状态I中或者带到第二切换状态II中。输入级5的信号通道经由欧姆的端接电阻10同样与地电势相连接。不仅端接电阻10而且镜像电阻9都具有50欧姆的电阻值。该电阻值相应于将测量信号se传导至输入级的输入部的线路的线路波阻。通过端接电阻的所选取的电阻值来避免测量信号se在输入级5的输入部处的反射。通过将端接电阻10的电阻值和镜像电阻9的电阻值相应地选取成50欧姆，在开关7的中间接头8a处的电阻值与切换状态无关地始终为50欧姆。以这种方式在信号调节器6的输入部处避免干扰。
信号调节器6主要包括低通滤波器11和增益器12。低通滤波器11布置在信号调节器6的输入部与增益器12的输入部之间。低通滤波器11的极限频率如此选择使得滤除由于开关7的转换的干扰。然而，极限频率还如此选择使得测量信号se不受影响。为了进一步处理(例如数字化)而转交已调节的测量信号se '。
Claims (8)
1. 一种用于核磁测量仪的测量系统(1)，其带有控制器(2)、用于产生和输出电激励信号的信号发生器(3)以及信号处理器(4)，该信号处理器带有输入级(5)和在所述信号处理器(4)的信号通道中接着所述输入级(5)的信号调节器(6)，该信号调节器用于处理由激励信号引起的并在所述输入级(5)的输入部处进入的电测量信号，其中，同样由激励信号引起的并且未与测量信号同时出现的干扰信号在所述输入级(5)的输入部处进入，测量信号的信号摆幅小于干扰信号的信号摆幅，并且所述控制器(2)确定激励信号的输出的时刻，其特征在于，在所述信号处理器(4)的信号通道中在所述输入级(5)的输出部与所述信号调节器(6)的输入部之间布置有开关(7)，所述开关(7)可由所述控制器(2)切换到第一切换状态I和第二切换状态II中，在第一切换状态I中在所述输入级(5)的输出部处的信号传导到所述信号调节器(6)的输入部处，而在第二切换状态II中在所述输入级(5)的输出部处的信号未传导到所述信号调节器(6)的输入部处，所述控制器(2)构造成仅在在其中在所述输入级(5)的输入部处不存在干扰信号的时间间隔中将所述开关(7)切换到第一切换状态I中，并且所述信号调节器(6)的输入部的动态范围与测量信号的电压摆幅相匹配。
2. 根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，在考虑到在激励信号从所述信号发生器(3)中输出的时刻与由激励信号引起的干扰信号到达所述输入级(5)的输入部处的时刻之间的时间间隔的情况下确定在其中在所述输入级(5)的输入部处不存在干扰信号的时间间隔。
3. 根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述开关(7)的执行方案包括作为开关元件的PIN二极管。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述开关(7)为单级的转换开关，其带有中间接头(8a)、第一接头(8b)和第二接头(8c)，所述中间接头(8a)与所述信号调节器(6)的输入部相连接，所述第一接头(8b)与所述输入级(5)的输出部相连接以用于在第一切换状态I中将在所述输入级(5)的输出部处的信号传导到所述信号调节器(6)的输入部处，而所述第二接头(8c)经由欧姆的镜像电阻(9)与恒定的电势相连接以用于在第二切换状态II中连接所述信号调节器(6)的输入部与所述镜像电阻(9)。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述输入级(5)的信号通道经由欧姆的端接电阻(10)如此与恒定的电势相连接，即所述输入级(5)的输入电阻相应于所述端接电阻(10)的电阻值。
6. 根据权利要求4和5所述的测量系统，其特征在于，所述镜像电阻(9)的电阻值和所述端接电阻(10)的电阻值如此选取使得在所述中间接头(8a)处的电阻值与所述开关(7)的切换状态无关。
7. 根据权利要求5或6所述的测量系统，其特征在于，所述镜像电阻(9)的电阻值和所述端接电阻(10)的电阻值为50Ω。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述信号调节器(6)在信号通道中具有低通滤波器(11)和增益器(12)，并且所述低通滤波器在信号通道中布置在所述信号调节器(6)的输入部与所述增益器(12)的输入部之间且构造成用来衰减由于所述开关(7)的切换引起的干扰。
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| CN103809139B (zh) | 2018-05-22 |
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