KR0173674B1 - Non-destructive examination apparatus and magnet box for agricultural products using nmr - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소 핵자기 공명(NMR)을 이용한 농산물 비파괴 검사방법과 그 센서인 자석상자 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-destructive testing method of agricultural products using hydrogen nuclear magnetic resonance (NMR) and a magnetic box and a device that is a sensor thereof.

수소 핵자기공명을 이용한 의료용 진단기기가 있으나 이는 고자장 발생을 위하여 초전도자석을 이용하므로 그 구성과 조작이 복잡하고 부피가 크며 유지관리비가 많이 소요되는 고가의 장비여서 농산물 등의 비파괴 검사용으로는 부적절하므로, 본 발명은 농산물검사 등에 실용적으로 사용할 수 있는 비파괴검사방법과 그 자석상자 및 장치를 제공코져 한 것이다.There is a medical diagnostic device using hydrogen nuclear magnetic resonance, but because it uses superconducting magnets to generate high magnetic fields, its structure and operation are complicated, bulky, and expensive to maintain. Inadequately, the present invention provides a non-destructive testing method, a magnetic box, and an apparatus thereof, which can be used practically for agricultural product inspection and the like.

연성자성체로 된 고투자율의 케이스(2)내 상.하부면에 평판형의 영구자석(6)(8)을 설치하여 수소 핵자기공명 센서인 자석상자(2)를 구성하되 영구자석(6)(8)의 표면과 모서리에 연성자성체로 된 고투자율의 폴페이스(16)(18)와, 쉬밍플레이트(20)(22)와, 코너스틸(24)를 각각 부착고정하여 정자계(B0)의 균일도를 향사시켜 성능을 향상시키고, 영구자석(6)(8)사이에는 시료(농산물)가 통과할 수 있는 공극(10)을 형성한 다음 RF/감지코일(34)을 설치하여 동자계(B1)의 형성과 시료의 공명신호를 감지할 수 있게 한다.In the case of high magnetic permeability case (2) made of soft magnetic material, plate-shaped permanent magnets (6) and (8) are installed on the upper and lower surfaces to form a magnet box (2) which is a hydrogen nuclear magnetic resonance sensor, but the permanent magnet (6). The magnetic permeability (B 0 ) is fixed by attaching and fixing high permeability pole faces 16, 18, shimming plates 20, 22, and corner steel 24 to the surfaces and edges of (8), respectively . ), Improve the performance by improving the uniformity of the cavity, and the pores 10 through which the sample (agricultural product) can pass between the permanent magnets (6) and (8), and then install the RF / sensing coil (34) The formation of (B 1 ) and the resonance signal of the sample can be detected.

상기 RF/감지코일(34)에는 컴퓨터(46) 및 펄스프로그래머(48)의 제어를 받는 송.수전환기(42)와, 전치증폭기(54)와, 수신 및 검파부(56)와 오실로스코프(58)를 차례로 접속하여 시료(농산물)의 순수 수분공명신호를 획득한 다음 영상표시되게 하고, 송수전환기(42)의 또다른 일단에 고주파 전력증폭기(52)와, 고주파 스위칭부(50)와, 펄스프로그래머(48)와 시스템을 제어하는 컴퓨터(46)를 차례로 접속하여 시료를 공명시키기 위한 정자계(B1)가 발생되게 함으로써 농산물의 함수율이나 당도함량 등을 비파괴적이면서 간편하게 검사할 수 있게 한 것이다.The RF / detection coil 34 includes a transmitter / receiver 42, a preamplifier 54, a receiver and detector 56, and an oscilloscope 58 under the control of a computer 46 and a pulse programmer 48. ) Are sequentially connected to obtain a pure water resonance signal of the sample (agricultural product), and then displayed on an image, and the high frequency power amplifier 52, the high frequency switching unit 50, and the pulse are connected to the other end of the transmitter / converter 42. By connecting the programmer 48 and the computer 46 that controls the system in turn, a magnetic field B 1 is generated to resonate the sample, thereby making it possible to non-destructively and easily inspect the moisture content and sugar content of the produce. .

Description

자장의 강도와 균일도를 향상시킨 수소 핵자기 공명(NMR)을 이용한 농산물 비파괴 검사장치 및 그 자석상자Nondestructive testing device for agricultural products using hydrogen nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic box for improving magnetic field strength and uniformity

제1도는 핵자기 공명을 설명하기 위한 도면으로,1 is a view for explaining nuclear magnetic resonance,

(a) 물질이 자기장 속에 있지 않는 경우.(a) the substance is not in a magnetic field.

(b) 물질이 자기장 속에 있는 경우.(b) the substance is in a magnetic field.

제2도는 핵자기 공명을 설명하기 위한 도면으로 거시적 자화 M의 형성상태를 도시한 도면.2 is a view for explaining nuclear magnetic resonance showing the state of formation of the macroscopic magnetization M.

제3도는 핵자기 공명을 설명하기 위한 도면으로 거시적 자화 M의 이완에 의해 발생된 공명신호.3 is a diagram for explaining nuclear magnetic resonance, a resonance signal generated by the relaxation of the macroscopic magnetization M.

제4도는 본 발명 영구자석의 B-H 곡선도.4 is a B-H curve of the permanent magnet of the present invention.

제5, 6도는 본 발명 센서(자석상자)의 종단면 구성도.5, 6 is a longitudinal cross-sectional view of the sensor (magnetic box) of the present invention.

제7도는 본 발명 센서(자석상자)케이스의 B-H곡선도.7 is a B-H curve diagram of the sensor (magnetic box) case of the present invention.

제8도는 본 발명 영구자석의 쉬밍 플레이트의 폭에 따른 자장세기의 균일도의 변화 및 균일도를 분석한 그래프.8 is a graph analyzing the variation and uniformity of the magnetic field strength according to the width of the shimmering plate of the permanent magnet of the present invention.

제9도는 본 발명 RF/감지 코일의 종단면도.9 is a longitudinal sectional view of the present invention RF / sense coil.

제10도는 본 발명 RF/감지 코일의 공진회로도.10 is a resonant circuit diagram of an RF / sense coil of the present invention.

제11도는 본 발명의 회로 블록도.11 is a circuit block diagram of the present invention.

제12도는 본 발명에 사용한 FID 신호도.12 is a FID signal diagram used in the present invention.

제13도는 본 발명 벼 함수율 시험에서 획득한 수분공명신호의 파형도.Figure 13 is a waveform diagram of the water resonance signal obtained in the rice water content test of the present invention.

제14도는 본 발명 제9도의 수분공명신호를 신호 처리한 엔벨로프 파형도.FIG. 14 is an envelope waveform diagram of signal processing of the water resonance signal of FIG.

제15, 16도는 본 발명 벼 함수율 시험에서 함수율이 다른 벼 샘플로부터 얻은 엔벨로프 파형도.15 and 16 are envelope waveform diagrams obtained from rice samples having different moisture contents in the rice moisture content test of the present invention.

제17도는 본 발명 벼 함수율 시험에서 함수율과 최대값과의 상관관계를 나타낸 그래프도.Figure 17 is a graph showing the correlation between the water content and the maximum value in the rice water content test of the present invention.

제18, 19도는 본 발명 벼 함수율 시험에서 최대값 이후 4개점의 산술합과 함수율과의 관계를 나타낸 그래프도.18 and 19 are graphs showing the relationship between the arithmetic sum of four points after the maximum value and the water content in the rice water content test of the present invention.

제20도는 본 발명 청과물 당도시험에서 글리세롤에 대한 신호 파형도.20 is a signal waveform diagram for glycerol in the fruit and vegetable sugar test of the present invention.

제21도는 본 발명 제20도의 글리세롤 공명신호를 신호 처리한 엔벨로프 파형도.21 is an envelope waveform diagram obtained by processing the glycerol resonance signal of FIG. 20 according to the present invention.

제22, 23, 24도는 본 발명 청과물 당도시험에서 글리세롤을 포함한 설탕물 샘플에 대한 엔벨로프.22, 23, and 24 are envelopes for sugar water samples containing glycerol in the present invention fruit and sugar test.

제25도는 본 발명 당도 시험에서 두 개 점에 대한 기울기와 당도의 관계도.25 is the relationship between the slope and the sugar content for two points in the sugar test of the present invention.

제26도는 본 발명 당도 시험에서 물, 사과, 키위에 대한 엔벨로프 비교도.Figure 26 is a comparison of the envelope for water, apples, kiwi in the sugar test of the present invention.

제27도는 본 발명 당도 시험에서 다중선형회귀모델을 이용하여 나머지 10개 샘플에 대한 당도 검증 한 결과 그래프도.Figure 27 is a graph showing the results of verifying the sugar content for the remaining 10 samples using a multi-linear regression model in the sugar test of the present invention.

제28도는 본 발명 당도시험에서 신경회로망에 의한 사과의 당도 그래프.Figure 28 is a sugar graph of the apple by the neural network in the present invention sugar test.

제29도는 본 발명 당도시험에서 신경회로망에 의한 배의 당도 그래프.Figure 29 is a graph of the sugar content of the pear by the neural network in the present invention sugar test.

제30도는 본 발명 당도시험에서 FID 신호강도와 질량과의 상관관계도.30 is a correlation diagram between FID signal intensity and mass in the present invention sugar test.

제31도는 본 발명 당도시험에서 신경회로망에 의한 키위의 당도 그래프.Figure 31 is a graph of the sweetness of the kiwi by the neural network in the sugar test of the present invention.

제32도는 본 발명 당도시험에서 신경회로망에 의한 금귤의 당도 그래프.32 is a sugar graph of kumquat by neural network in the present invention sugar test.

제33도는 본 발명 코너 스틸의 다른 실시예 단면도.33 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention corner steel.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

2 : 자석상자(센서) 4 : 케이스2: magnet box (sensor) 4: case

6,8 : 영구 자석 10 : 공극(air gap)6,8 permanent magnet 10 air gap

12,14 : 통공 16,18 : 폴 페이스12,14: air hole 16,18: pole face

20,22 : 쉬밍 플레이트 24 : 코너 스틸20,22: seaming plate 24: corner steel

26,28 : 전·후측판 30,31 : 좌·우측판26,28: Front and rear plates 30,31: Left and right plates

34 : RF/감지 코일 36 : 튜브34: RF / detection coil 36: tube

38 : 터널 40 : 직렬 공진회로38 tunnel 40 series resonant circuit

42 : 송·수 전환기 44 : 절연재42: transmitter and receiver 44: insulating material

46 : 컴퓨터 48 : 펄스 프로그래머46: Computer 48: Pulse Programmer

50 : 고주파 스위칭부 52 : 고주파 전력 증폭기50: high frequency switching unit 52: high frequency power amplifier

54 : 전치 증폭기 56 : 수신 및 검파부54: Preamplifier 56: Receive and Detector

58 : 오실로스코프 60 : 디지타이저(A/D converter)58: oscilloscope 60: digitizer (A / D converter)

62 : 영상 표시기 Bo : 영구자석의 자장세기(정자계)62: image display Bo: magnetic field strength (permanent field) of the permanent magnet

B1: RF/감지 코일의 자장세기(동자계)B 1 : Magnetic field strength (kinetic field) of RF / detection coil

본 발명은 농산물 비파괴 검사장치 및 그 자석상자(센서)에 관한 것으로, 상세하게는 수소 핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance) 원리를 이용하여 농산물중의 함수율 및 당도 등을 비 파괴적이면서 연속적으로 측정할 수 있는 자석상자를 개량하여 자장의 강도와 균일도를 크게 향상시켜 축정 정밀도(감도)를 대폭적으로 증가시킨 것이다.The present invention relates to a non-destructive testing device for agricultural products and a magnetic box (sensor) thereof, and in particular, it is possible to measure the moisture content and sugar content in agricultural products continuously and non-destructively using hydrogen nuclear magnetic resonance (Nuclear Magnetic Resonance) principle. The magnet box is improved to greatly increase the strength and uniformity of the magnetic field, thereby greatly increasing the precision of the accumulation.

농산물(또는 가공식품)의 비파괴적 함수율(또는 당도)측정장치의 개발은 건조 및 저장시설, 가공시설 또는 식품 공정의 자동화를 위해 절실히 요구되고 있으며, 농산물의 정확한 함수율 축정은 건조 및 저장 과정에서 열에너지의 효율적 이용 및 품질결정에 중요한 역할을 한다.The development of a non-destructive moisture content (or sugar) measuring device for agricultural products (or processed foods) is urgently needed for the automation of drying and storage facilities, processing facilities or food processes. Accurate moisture content establishment of agricultural products is the source of thermal energy during drying and storage. Plays an important role in the efficient use and quality decision making.

건조과정 중에서 함수율의 비 파과적 연속 측정은 과 건조나 미 건조와 같은 불량건조를 방지할 수 있고, 또한 균일한 건조를 수행할 수 있게 한다. 과건조는 농산물의 손실을 가져오고 또한 열에너지의 낭비를 초래하며 덜 건조된 농산물은 저장 중 부패하거나 미생물에 의한 변질을 가져와 품질저하와 손실의 원인이 된다.Non-breakthrough continuous measurement of the moisture content during the drying process can prevent poor drying, such as overdrying or undrying, and also enables uniform drying. Overdrying results in the loss of produce and waste of thermal energy, while less dried produce causes decay during storage or deterioration by microorganisms, leading to degradation and loss of quality.

벼의 경우 집하장이나 출하장 등에서 저장 중의 벼의 손실을 최소화하기 위해서는 벼의 함수율 측정이 필수적인데, 벼의 함수율을 측정하는 방법은 오븐법을 비롯한 직접법과 벼의 함수율에 따른 유전율 변화를 측정하는 방법, 전기 저항의 변화를 측정하는 방법과 같은 비파괴적 방법 등이 있다.In the case of rice, it is essential to measure the moisture content of rice in order to minimize the loss of rice during storage in the storage or shipping place.How to measure the moisture content of rice is a direct method including an oven method and a method of measuring the change of dielectric constant according to the moisture content of rice. And non-destructive methods such as measuring changes in electrical resistance.

최근에는 벼 함수율의 비파괴 측정이 대규모 벼 수확 후 처리 시설 등에서 요구되므로 전기 저항 및 유전율의 변화를 측정하는 방법이 그 방법으로 제시되고 있으나 전기 저항에 의한 함수율 측정은 샘플의 수가 작아 대표성이 떨어지고, 유전율에 의한 함수율 측정은 산물의 밀도에 많은 영향을 받는 등의 문제점을 내재하고 있다.In recent years, since non-destructive measurement of rice moisture content is required in large-scale rice harvesting facilities, a method of measuring the change in electrical resistance and dielectric constant has been suggested as the method.However, the moisture content measurement by electrical resistance is less representative because of the small number of samples. The water content measurement by has a problem in that it is greatly influenced by the density of the product.

한편,1H,13C,19F,31P 등과 같이 양자나 중성자가 합이 홀수인 원자핵들은 하나의 축을 중심으로 회전하고 그 결과로 회전 모멘트(Angular Moment) 및 자기 모멘트(Magnetic Moment)를 가지며, 이러한 모멘트를 가지는 원자핵이 축 회전수와 같은 주파수로 변하는 자기장 내에서 공명(共鳴)을 일으키면서 에너지를 흡수하는 이른바 핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance : NMR)현상이 발생된다.On the other hand, nuclei having an odd sum of protons or neutrons, such as 1 H, 13 C, 19 F, and 31 P, rotate about one axis and consequently have an angular moment and a magnetic moment. Nuclear magnetic resonance (NMR), which absorbs energy, generates resonance in a magnetic field where the moment nucleus changes at the same frequency as the rotational speed of the axis.

본 발명은 수소 핵자기 공명(NMR)을 이용하여 농산물을 비파괴적으로 검사하는 자석상자의 개량에 대한 바람직한 실시예를 기술하기에 앞서 수소 핵자기 공명에 대한 원리를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.Prior to describing a preferred embodiment of the improvement of a magnet box for non-destructively inspecting agricultural products using hydrogen nuclear magnetic resonance (NMR), the principle of hydrogen nuclear magnetic resonance will be described as follows.

어떤 물질이 다량의 수분을 포함하고 있다고 할 때 물 분자를 이루는 수소 원자핵의 99.98%는1H 상태로 존재하며, 자기 모멘트(magnetic moment)를 가진 하나의 조그만 자석으로 생각할수 있다. 각각의 수소 핵들은 임의로 배열되어 있으므로 전체적으로 볼 때 제1도(a)와 같이 자성(磁性)을 띠지 않는다.If a substance contains a large amount of water, 99.98% of the hydrogen nuclei that make up the water molecule are in the 1 H state and can be thought of as a small magnet with a magnetic moment. Each of the hydrogen nuclei is randomly arranged, and as a whole, is not magnetic as shown in FIG.

만약 그 물질을 수천 가우스(gauss)의 강한 자기장(B0)속에 두면 제1도(b)와 같이 각 수소 핵의 호전 자기모멘트는 외부로부터 작용되는 강한 자장의 방향으로 정렬하게 되며 동시에 각 수소 핵들은 자장의 방향을 기준으로 하여 세차(歲差:Precession)운동을 하게 된다. 세차 운동의 각 속도는 원자핵의 종류에 따라 고유한 값을 가지며 외부 자장의 세기에 비례하여 변한다.If the material is placed in a strong magnetic field (B 0 ) of several thousand gauss, the magnetic field of momentum of each hydrogen nucleus is aligned in the direction of the strong magnetic field acting from the outside as shown in FIG. They perform precession movement based on the direction of the magnetic field. Each velocity of the precession has its own value depending on the type of atomic nucleus and changes in proportion to the intensity of the external magnetic field.

즉, 수소원자는 1.000gauss 자장 속에서 4.26㎒의 속도로 세차운동을 한다. 이때 자장의 방향(Z축)으로의 전체 수소 핵의 자기모멘트의 백터 합을 거시적 자화(巨視的 磁化 : Macroscopic Magnetization)또는 총자화(總磁化) M이라 한다.That is, the hydrogen atom precesses at a speed of 4.26 MHz in a 1.000gauss magnetic field. The vector sum of the magnetic moments of the entire hydrogen nucleus in the direction of the magnetic field (Z axis) is called macroscopic magnetization or total magnetization M.

강한 자장 B0에 수직한 방향으로(X축) 또 하나의 비교적 약한 수십 가우스 정도의 무선주파수(Radiofreequency) 범위의 진동 자기장(Oscillating Magnetic Field) Bl을 수소 원자핵의 세차운동 각속도와 같은 주파수로 걸어주면 공명현상을 일으켜 에너지를 흡수하며, 제2도와 같이 거시적 자화 M이 Y방향으로 기울어지게 한다. B1자장을 소멸시키면 기울어진 M이 원래의 위치인 Z축으로 되돌아가면서 외부로 제3도와 같은 에너지를 방출하여 공명신호(Resonance Signal)가 발산된다.In the direction perpendicular to the strong magnetic field B 0 (X-axis), another relatively weak dozens of Gaussian oscillating magnetic fields B l are placed at the same frequency as the precessional angular velocity of the hydrogen nucleus. When given, it causes resonance and absorbs energy, causing macroscopic magnetization M to tilt in the Y direction as shown in FIG. When the B 1 magnetic field is extinguished, the inclined M is returned to its original position, the Z axis, and emits a resonance signal to the outside by emitting energy as shown in FIG. 3.

상기 공명신호를 감지코일로 잡아내어 조사되는 물질의 화학적인 정성적 및 정량적 분석을 가능하게 한다. 먼저 영구자석의 자장세기를 이용하여, 공명신호의 주파수 ν가 계산된다. 물질의 화학적 정보를 찾아내기 위해서 쓰이는 공명신호는 여러 과정의 전자적 신호처리 과정을 거쳐서 원하는 신호변수를 구하게 된다.The resonance signal is captured with a sensing coil to enable chemical qualitative and quantitative analysis of the irradiated material. First, using the magnetic field strength of the permanent magnet, the frequency ν of the resonance signal is calculated. Resonance signals used to find chemical information of a substance go through several processes of electronic signal processing to find the desired signal variables.

대표적으로 쓰이는 신호변수로는 화학적 변이(Chemical Shift)와 이완시간(弛緩時間)이 있다. 같은 수소 원자일지라도 결합 환경에 따라 공명주파수ν가 약간씩 다르게 된다. 이 차이 정도를 화학적 변이라고 하는데, 테트라메칠실렌(Tetramethylsilane, TMS, [Si(CH3)4])으로부터 나오는 수소 공명주파수를 기준으로 하여 그 차이[ppm]로써 표시하고 이 값을 이용하여 화학적 물질의 조성을 분석할 수 있다.Representative signal variables include chemical shift and relaxation time. Even with the same hydrogen atom, the resonance frequency v slightly varies depending on the bonding environment. This difference is called chemical variation, and it is expressed as the difference [ppm] based on the hydrogen resonance frequency from tetramethylsilane (TMS, [Si (CH 3 ) 4 ]) and is used as a chemical substance. The composition of can be analyzed.

또한, X, Y, Z 축 상에 각각 MX, MY, MZ를 갖는 기울어진 거시적 자화 백터 M이 원래의 위치인 Z축으로 되돌아가면서 두 가지 종류의 이완시간을 가지게 된다. MZ가 원래의 크기 M0로 되돌아가면서 이완되는 시간을 T1(Spin-Lattice Relaxation Time), MX나 MY가 소멸되면서 이완되는 시간을 T2(Spin-Spin Relaxation Time)라 한다. 이 관계를 수식으로 표시하면 다음과 같다.In addition, the inclined macro magnetization vector M having M X , M Y , and M Z on the X, Y, and Z axes, respectively, has two kinds of relaxation times as it returns to the original Z position. The time for relaxation when M Z returns to its original size M 0 is called Spin-Lattice Relaxation Time (T 1 ), and the time for relaxation when M X or M Y disappears is called T 2 (Spin-Spin Relaxation Time). This relationship is expressed as an expression as follows.

상기 식에서 T1은 원자핵의 이완이 핵 주위 환경과의 사이에서 일어날 때의 이완시간이고, T2는 원자핵 사이에서 일어나는 이완시간이다. T1과 T2는 물질의 상태 또는 종류에 따라 다른 값들을 가지며, T2는 항상 T1보다 같거나 작다. T2값은 고체상태일수록 짧고 액체상태일수록 길다. 또한 물과 기름의 시간상수들은 상이한 값을 갖는다.In the above formula, T 1 is the relaxation time when the relaxation of the atomic nucleus occurs between the environment around the nucleus, and T 2 is the relaxation time occurring between the nuclei. T 1 and T 2 have different values depending on the state or kind of material, and T 2 is always equal to or less than T 1 . T 2 values are shorter in the solid state and longer in the liquid state. Also, the time constants of water and oil have different values.

상기 핵자기 공명의 장점은 검사되는 시료(sample)를 화학적 또는 물리적 손상없이 비 파괴적으로 유지할 수 있으며, 또한 필요시 일정시간 간격으로 재측정할 수 있다는 장점 때문에 의료분야의 진단목적 및 이. 화학 분야의 분석 용도로 사용되고 있다.The advantages of nuclear magnetic resonance can be maintained non-destructively without any chemical or physical damage to the sample to be tested, and also can be re-measured at regular intervals if necessary, so that the diagnostic purpose and the medical field of the medical field. It is used for chemical analysis.

이러한 핵자기 공명(NMR)장치가 실용화되기 이전에는 적외선 분광기나 질량분광기가 화학적인 여러 분석에 주로 쓰여왔으나, 전자기학, 신호처리, 컴퓨터 기술등의 발달로 1970년 후반에 접어들면서 핵자기 공명의 원리가 어떤 물질에 존재하는 화학적 성분의 구조적, 양적 분석 및 성분 검사 등에 가장 강력한 수단으로 화학, 생물, 의학 등 분야에 널리 쓰이고 있으며, 주로 수소(Hydrogen) 및 탄소(Carbon)의 핵자기 공명을 관찰하여 화학적 정성 및 정량분속에 많이 쓰이고 있다.Prior to the practical use of nuclear magnetic resonance (NMR) devices, infrared spectroscopy and mass spectrometers were used mainly for chemical analysis, but the principle of nuclear magnetic resonance was introduced in the late 1970s due to the development of electromagnetism, signal processing, and computer technology. Is widely used in chemical, biological, and medical fields as the most powerful means for structural, quantitative analysis and component inspection of chemical substances in certain substances, and mainly observes nuclear magnetic resonance of hydrogen and carbon. It is widely used in chemical qualitative and quantitative classification.

또한, 핵자기 공명을 이용한 화학성분의 구조 분석 및 양적 측정에서 1가 원자인 수소의 핵자기 공명 신호가 제일 강하게 나타나고 자연계에 존재하는 총 수소원자 중 약 99.98%가 이러한 1가 원자이다.In addition, the nuclear magnetic resonance signal of hydrogen, the monovalent atom, is the strongest in structural analysis and quantitative measurement of chemical components using nuclear magnetic resonance, and about 99.98% of the total hydrogen atoms in nature are such monovalent atoms.

그 중에서도 물(H2O)은 이러한 1가 수소(1H)로 된 화합물 중에서도 가장 강력한 수소공명 신호르 방출하므로 핵자기 공명을 이용한 수분량의 측정은 다른 화합물의 양적 측정에 비해 비교적 수월하다고 할 수 있다.Above all, since water (H 2 O) emits the strongest hydrogen resonance signal among the compounds of monovalent hydrogen ( 1 H), the measurement of moisture content using nuclear magnetic resonance is relatively easier than the quantitative measurement of other compounds. have.

한편, 이미 선과 된 파일을 성분별로 재분류하기 위하여 과일을 성분측정반입시스템으로 반입시킨 다음 성분측정장치인 NMR을 이용하여 과일의 당도비율, 경도, 수분함량, 산혼합도 등을 분석한 다음 데이터 연산분석장치에 프로그램 된 수치에 의해 과일 성분측정자치 NMR로부터 얻어진 결과를 피드백(feedback)시켜 과일 각각의 성분범위에 따라 비파괴적으로 선과할 수 있도록 한 과일 등의 제품선과장치가 일본 공개실용신안공보 평1-75854호로 공개된 바 있으며, 또한, 핵자기 공명장치(NMR)를 이용하여 전선이나 케이블의 수분분포를 비파괴적으로 간단하고, 신속하게 검출할 수 있도록 한 전선, 케이블 절연체 중의 수분 평가방법에 대한 특허가 일본 공개특허 평7-83860호로 공개된 바 있으며, 양자가 피시험체 또는 피측정물을 NMR을 이용하여 비파괴적이면서도 연속적으로 검출 및 측정할 수 있으나 다같이 피시험체 또는 피측정물을 연속적으로 이동시킬 수 있게 도너츠형의 영구자석을 이용하므로 자장의 균일도가 떨어져 검출 값이나 측정값의 정밀도(감도)가 떨어지는 문제점이 있었다.On the other hand, in order to reclassify the already filed file by component, the fruits are imported into the component measurement import system, and then analyzed by the NMR, the component measuring device, to analyze the fruit's sugar ratio, hardness, moisture content, and acid mixture. Product lines and devices, such as fruit, are fed back to the results obtained from the NMR value of the fruit component measurement values, which are programmed in the computational analysis device, so that the fruit can be destructively passed in accordance with each component range of the fruit. A method for evaluating moisture in wire and cable insulators, which has been disclosed in Korean Patent No. 1-75854 and which makes it possible to detect non-destructively and simply and quickly moisture distribution of wires or cables using a nuclear magnetic resonance device (NMR). Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-83860 discloses a patent for a non-destructive test using NMR. Although it is possible to detect and measure continuously, the donut-type permanent magnet can be used to continuously move the test object or the measured object. As a result, the uniformity of the magnetic field is reduced and the accuracy (sensitivity) of the measured value is inferior. There was this.

즉, 영구자석의 경우 가장자리나 모서리로 향할수록 자장의 세기가 강해지는 특성이 있어서 자장의 세기(자속밀도)가 불균일적이며, 이러한 불균일은 감지할 수 있는 공명신호의 대역폭을 좁히고 공명신호의 감쇠기간을 감소시켜 공명신호 감지센서의 전체적인 감도를 저감시키므로 자장세기의 균일도가 절대적으로 요구된다.That is, in the case of permanent magnets, the strength of the magnetic field becomes stronger toward the edges or edges, so the magnetic field intensity (magnetic flux density) is nonuniform. Such nonuniformity narrows the bandwidth of the resonant signal that can be detected and attenuates the resonance signal. Since the period is reduced to reduce the overall sensitivity of the resonance signal sensor, the uniformity of the magnetic field strength is absolutely required.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 수소 핵자기 공명(NMR) 원리를 이용하여 농산물(피시험체 또는 피측정물)중의 함수율이나 당도와 같은 성분들을 비파괴적으로 측정할 수 있는 자석상자를 개량하여 자장의 강도와 균일도 분포를 균일화시켜 측정 정밀도(감도)를 크게 향상시키도록 함을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention improves the magnetic box capable of nondestructively measuring components such as moisture content and sugar content in agricultural products (test subjects or measured objects) using the hydrogen nuclear magnetic resonance (NMR) principle as described above. It is an object to make the measurement accuracy (sensitivity) significantly improved by uniformizing the intensity and uniformity distribution.

또한, 농산물 비파괴 검사용도로 적합한 실용적인 수소 핵자기 공명용 자석상자(센서)를 제공함에 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a practical hydrogen nuclear magnetic resonance magnet box (sensor) suitable for nondestructive inspection of agricultural products.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 정자계를 발생시키는 센서인 자석상자(Magnetic Console)와, 고주파 신호(Radio Frequency)를 송출하여 동자계를 발생시키고 공명 신호를 탐지하기 위한 RF/감지 코일(RF coil)과, 신호 처리기(RF signal processor) 및 제어용 컴퓨터로 구성하여 농산물의 밀도에 영향을 받지 않으면서 품질측정이 가능하도록 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic box that is a sensor for generating a static magnetic field, and an RF / detection coil for transmitting a high frequency signal (Radio Frequency) to generate a magnetic field and detect a resonance signal. A coil, an RF signal processor, and a control computer are included to enable quality measurements without being affected by the density of the produce.

또한, 일반적인 의료 진단기기나, 이·화학 분석기기 등에 사용되는 핵자기 공명장치의 센서는 1T(10,000gauss)이상의 자장을 발생시키기 위하여 초전도 자석(super conducting magnet)를 이용하므로 구성과 조작이 복잡하고 유지비가 많이 소요되는 고가의 장비이므로 본 발명에서는 1,000가우스(gauss)전후의 자장을 형성할 수 있는 영구자석을 이용하여 본 발명에 적합한 실용적인 자석상자를 구성하되 영구자석이 표면과 측단에 폴 페이스(ploe face)와 코너 스틸(corner steel) 및 쉬밍플레이트(shimming plate)를 설치하여 자장의 세기를 균일화함으로서 감지감도 및 감지대역폭을 대폭 향상시키도록 한다.In addition, sensors of nuclear magnetic resonance devices used in general medical diagnostic devices or chemistry analyzers use super conducting magnets to generate magnetic fields of 1T (10,000gauss) or more. In the present invention, a practical magnet box suitable for the present invention is constructed by using a permanent magnet capable of forming a magnetic field of about 1,000 gauss. However, the permanent magnet has a pole face on the surface and side. Face, corner steel and shimming plate are installed to equalize the magnetic field to greatly improve detection sensitivity and detection bandwidth.

또한, 1,000가우스 전·후의 저자장에서 공명(공진) 주파수의 범위에 맞게 제어 및 감지 회로를 적절히 변경하여야 하고 동조회로의 설계는 측정물의 크기 등을 고려하여 고유하게 수행되어야 하므로, 본 발명에서는 정자계로서의 영구 자석내에 있는 샘플에 공명신호를 보내기 위해 특정한 주기를 갖는 펄스를 형성하고, 이 신호에 공명을 위한 4.1㎒의 펄스를 합하여 핵자기 공명을 위한 동자계를 스위칭회로를 이용하여 고주파 펄스신호를 얻은 다음 증폭하여 RF/감지 코일로 공급되게 하여 형성한 후, 송·수 전환기에 의해 RF/감지코일로 인가되는 고주파 펄스신호의 송출과 공명신호의 수신이 단속되게 한다. RF/감지 코일로 검출된 공명신호로부터 물(H2O)신호를 얻기 위해서 전치 증폭기(Pre-amplifier)로 저잡음 증폭하여 불요 잡음을 분리되게 한 다음 신호처리 및 위상 검파하여 오실로스코프(oscilloscope)로 영상 표시하도록 하고 이 신호를 여러 단계로 신호처리하여 원하는 신호를 얻도록 한다.In addition, in the present invention, since the control and sensing circuits should be appropriately changed to suit the range of the resonance (resonance) frequency and the design of the tuning circuit must be performed uniquely in consideration of the size of the measurement object, A pulse having a specific period is formed to send a resonance signal to a sample in a permanent magnet as a system, and a 4.1 MHz pulse for resonance is added to this signal, and a magnetic field for nuclear magnetic resonance is switched using a high frequency pulse signal. After amplification and amplification are supplied to the RF / sensing coils, the high frequency pulse signal applied to the RF / sensing coil and the reception of the resonance signal are interrupted. In order to obtain the water (H 2 O) signal from the resonance signal detected by the RF / detection coil, low-noise amplification is carried out using a pre-amplifier to separate the unwanted noise, and then processed by an image signal with an oscilloscope by signal processing and phase detection. Display and signal the signal in several steps to get the desired signal.

일반적으로 영구자석은 사용재질에 따라 다수가 있으나 세라믹(ceramic 8)계열은 저가격의 영구자석으로 저자장을 형성할수 있는 반면 Nd-Fe-B(Neodymium-Iron-Boron)계열과 Rare Earth 계열의 영구자석은 고가격의 영구자석으로 고자장을 형성할 수 있으며, 이러한 영구자석을 이용하여 영구자석간의 거리인 공극을 100㎜로 형성할 경우 Nd-Fe-B의 경우 적은 부피로도 4,000∼5,000 가우스의 높은 자장 세기를 얻을 수 있으며, 본 발명에서 실험용으로 제시된 세라믹 8의 경우 800∼1500 가우스 정도의 자장세기를 얻을 수 있다.In general, there are many permanent magnets depending on the material used, but ceramic (ceramic 8) series are low-cost permanent magnets that can form a low magnetic field, whereas Nd-Fe-B (Neodymium-Iron-Boron) series and Rare Earth series are permanent. The magnet can form a high magnetic field with a high-priced permanent magnet, and when using this permanent magnet to form a void of 100 mm, which is the distance between the permanent magnets, Nd-Fe-B has a low volume of 4,000 to 5,000 gauss. High magnetic field strength can be obtained, and in the case of ceramic 8 proposed for experiment in the present invention, magnetic field strength of about 800 to 1500 gauss can be obtained.

따라서, 영구자석을 이용하여 저렴하면서도 유지비가 거의 없는 농산물의 내부품질 측정장치의 개발이 가능하다. 이러한 영구자석의 재질은 μ(Magnetic permeability of the medium)로 표현되는데 μ값도 자장의 세기에 따라 변화하는 비선형적 관계(B-H curve)를 형성하고 주변온도에 따라 약간의 변화를 보이는데 본 발명에서 제시된 세라믹 8계열의 영구자석은 제4도와 같이 상온(20℃) 기준의 B-H 곡선을 사용하도록 한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Therefore, it is possible to develop a device for measuring the internal quality of agricultural products, which is inexpensive and has little maintenance cost using permanent magnets. The material of such a permanent magnet is expressed as μ (Magnetic permeability of the medium), the value of μ also forms a non-linear relationship (BH curve) that varies with the strength of the magnetic field and shows a slight change depending on the ambient temperature. The permanent magnet of 8 series ceramics uses the BH curve based on room temperature (20 ℃) as shown in FIG. Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention.

제5,6도는 시료에 고주파 펄스를 인가하여 공명시킨 다음 시료의 공명신호를 검출하는 본 발명 자석상자(센서)(2)의 종단면 구성도로서, 케이스자석상자(4)는 대체로 사각형태를 생각할 수 있으며 곡면에 비하여 설계와 제작 및 설치상 용이하다.5 and 6 are longitudinal cross-sectional views of the magnet box (sensor) 2 of the present invention which resonates by applying a high frequency pulse to a sample and then detects a resonance signal of the sample. The case magnet box 4 is generally rectangular in shape. It is easy to design, manufacture and install compared to curved surface.

도전성 케이스(4)내의 상·하부면에 자력이 강한 영구자석(6)(8)을 부착하여 고정하되 상·하 영구자석(6)(8)을 다소 이격시켜 시료가 놓이거나 통과할 수 있는 공간인 공극(air gap:10)을 형성하고, 공극(10)으로 시료가 통과할 수 있게 케이스(4)의 좌·우측판에 통공(12)(14)을 형성한다.The permanent magnets 6 and 8 having strong magnetic force are attached to the upper and lower surfaces of the conductive case 4, and the upper and lower permanent magnets 6 and 8 can be spaced apart so that the sample can be placed or passed. Air gaps 10, which are spaces, are formed, and through holes 12 and 14 are formed in the left and right plates of the case 4 so that the sample can pass through the gaps 10. As shown in FIG.

상기 영구자석(6)(8)은 N,S자극이 상하로 형성되는 사각형상의 판자석(magnetic shell)을 사용하고, 마주 보는 면이 서로 다른 극성으로 하여 Z방향(상·하방향)으로 강한 자기장이 형성되게 한다.The permanent magnets 6 and 8 use a rectangular magnetic shell in which N and S magnetic poles are formed up and down, and have strong polarities in the Z direction (up and down directions) with opposite polarities. Let a magnetic field form

상기 센서(2)의 성능은 자기장의 세기(maganetic flux)와 자장의 균일도(homogeneity)에 의해 결정되고, 이들 세기와 균일도는 영구자석(6)(8)과 케이스(4)의 재질형상 및 규격 등에 따라 복합적인 영향을 받게 되므로 케이스(4)는 투자율이 높으면서 히스테리시스 손실이 적은 연성자성체(soft magnetic material)를 사용하여 자기차폐(magnetic shield)시킴으로써 자력손실을 줄이고 또한 외부 자기장의 영향이나 간섭을 배제하도록 한다.The performance of the sensor 2 is determined by the intensity of the magnetic field (maganetic flux) and the homogeneity of the magnetic field (homogeneity), these strength and uniformity is the material shape and specification of the permanent magnet (6) (8) and the case (4) The case 4 has a magnetic permeability by using a soft magnetic material with high permeability and low hysteresis loss, so as to reduce the magnetic loss by eliminating the influence or interference of the external magnetic field. Do it.

영구자석(6)(8)의 경우 가장자리나 모서리로 향할수록 자장의 세기가 강해지는 특성이 있어서 자장의 세기(자속밀도)가 불균일적이며, 이러한 불균일은 감지할 수 있는 공명신호의 대역폭을 좁히고 공명신호의 감쇠기간을 감소시켜 센서(2)의 전체적인 감도를 저감시키므로 자장세기의 균일도가 절대적으로 요구된다.In the case of the permanent magnets (6) and (8), the strength of the magnetic field becomes stronger toward the edges or edges, so the magnetic field intensity (magnetic flux density) is nonuniform, and this nonuniformity narrows the bandwidth of the resonant signal that can be detected. Since the attenuation period of the resonance signal is reduced to reduce the overall sensitivity of the sensor 2, the uniformity of the magnetic field strength is absolutely required.

따라서, 본 발명에서는 영구자석(6)(8)의 대향면 전체에 케이스(4)와 같은 제질의 연성자성체로 되고 영구자석(6)(8)과 같은 평면적의 폴 페이스(pole face:16,18)를 접착 고정하여 상·하 자극면을 형성함으로써 자장의 균일도가 향상되게 한다.Therefore, in the present invention, the entire magnetic surface of the permanent magnets 6 and 8 is formed of a soft magnetic material of the same quality as the case 4 and has a flat pole face such as the permanent magnets 6 and 8. 18) adhesive fixation to form the upper and lower magnetic pole surface to improve the uniformity of the magnetic field.

또한, 자장의 세기가 상대적으로 강한 영구자석(6)(8)의 가장자리 부분과 모서리 부분에 연성자성체로 된 쉬밍 플레이트(shimming Plate:20,22)와 코너 스틸(corner steel:24)를 부가 설치하여 자장의 균일도가 더욱 향상된 정자계(Bo)를 형성하도록 한다.In addition, shimming plates (20, 22) and corner steel (24) made of soft magnetic materials are additionally installed at the edges and corners of the permanent magnets 6 and 8, which are relatively strong in magnetic field strength. The magnetic field uniformity is further improved to form a static magnetic field (Bo).

본 발명에서 상기 쉬밍 플레이트(20)(22)와 코너 스틸(24)는 자장의 세기와 균일도 향상을 위하여 제시된 구조물이며, 이는 영구자석(6)(8)의 자장분포를 분석하여 얻어진 결과로 폴 페이스(16)(18)의 가장자리에서 외부로 향하는 자기장의 방향을 공극(10)의 중심방향으로 향하게 함으로써 자장의 외부누설을 최대한 억제하고 균일도를 향상시키도록 한다.In the present invention, the shimming plates 20 and 22 and the corner steel 24 are structures proposed for improving the strength and uniformity of the magnetic field, which are obtained by analyzing the magnetic field distribution of the permanent magnets 6 and 8. By directing the direction of the magnetic field outward from the edges of the faces 16 and 18 toward the center of the cavity 10, the external leakage of the magnetic field is suppressed to the maximum and the uniformity is improved.

본 발명 NMR 센서에 이용되는 자석 상자의 성능은 형성되는 자장의 세기(Magnetic Flux)와 자장의 균일도(Homogeneity)에 의해 결정된다. 이들은 영구자석의 재질, 자석상자의 형상 및 규격 등에 따라 복합적인 영향을 받게 되므로, 원하는 성능의 자석상자를 설계하는 것은 수많은 시행착오를 되풀이하게 된다.The performance of the magnetic box used in the NMR sensor of the present invention is determined by the strength of the magnetic field (Magnetic Flux) and the uniformity of the magnetic field (Homogeneity). Since they are influenced by the material of the permanent magnet, the shape and size of the magnet box, the design of the magnet box of the desired performance is repeated a number of trial and error.

영구 자석의 재료가 저가이더라도 이러한 시행착오를 통한 설계 및 제작이 수반된다면 초기 개발비용의 상승은 물론이고 개발기간도 상당히 연장될 것이다. 따라서 본 발명에서는 유한요소해석(Finite Element Analysis) 기법을 응용하여 시행착오를 컴퓨터 상에서 시뮬레이션 한다면 개발비용의 절감과 개발기간의 단축뿐만 아니라 적절한 설계규격을 선정할 수 있고, 새로운 형상의 자석상자를 설계할 경우에도 많은 도움이 되므로, 본 발명에서는 이러한 유한요소기법을 응용하여 영구자석의 자장세기와 균일도를 최적의 상태로 되게 설계하도록 한다.Even if the material of the permanent magnet is inexpensive, if it is accompanied by design and manufacturing through trial and error, the initial development cost will be increased and the development period will be considerably extended. Therefore, in the present invention, if the trial and error is simulated on a computer by applying the finite element analysis technique, not only the development cost can be reduced and the development time can be shortened, but also the appropriate design specification can be selected, and a new shape magnet box is designed. In the present invention, since it helps a lot, the application of such a finite element method to design the magnetic field strength and uniformity of the permanent magnet to the optimal state.

상기 유한요소 해석 기법은 구조물의 정·동력학, 전·자기장, 열·유체 등의 문제 해결을 위해 많은 응용이 이루어지고 있고 이를 위한 많은 프로그램 및 기법 등이 알려져 있다, 많이 사용되고 있는 유한 요소 해석 도구(컴퓨터 프로그램)로는 ABAQUS, NASTRAN, FLUENT, ANSYS 등이 있으며, 유한요소 분석이 이루어지는 일반적인 과정을 보면 다음과 같다.The finite element analysis technique has many applications for solving problems such as static and dynamics of structures, electric and magnetic fields, heat and fluids, and many programs and techniques for this are known. Computer programs) include ABAQUS, NASTRAN, FLUENT, ANSYS, and the general process of finite element analysis is as follows.

(1) CAD(컴퓨터를 이용한 설계 프로그램)를 이용한 자석 상자의 기하학적 형상설계(Drafting)(1) Drafting of the magnet box using CAD (design program using computer)

(2) 자석, 철의 재질 등 특성 자료 입력(2) Input characteristic data such as magnet and iron material

(3) 유한요소생성(Mesh generation)(3) Mesh generation

(4) 유한요소분석(Finite Element Analysis)(4) Finite Element Analysis

(5) 결과분석(Post processing)(5) Post processing

(6) 설계기준을 만족하지 않으면 (1)로 되돌아간다.(6) If the design criteria are not satisfied, return to (1).

(7) 컴퓨터 설계프로그램(예:CAD)을 이용한 자석상자의 정밀설계.(7) Precision design of magnet box using computer design program (eg CAD).

본 발명에서는 2차원, 3차원 형상에 대한 구조, 전자기장, 열·유체의 유한요소분석 도구인 ANSYS(SASI-Swanson Analysis System, Inc) 5.0을 이용하여 유한요소분석을 수행하였다. 본 발명에서 자석상자의 기본형상은 제작상의 편의를 고려하여 상자형을 선택하였고, 표 1과 같이 총 11개의 설계 인자를 선정하였다.In the present invention, finite element analysis was performed using ANSYS (SASI-Swanson Analysis System, Inc.) 5.0, which is a finite element analysis tool for structure, electromagnetic field, and heat and fluid for two-dimensional and three-dimensional shapes. In the present invention, the basic shape of the magnet box was selected in consideration of manufacturing convenience, box shape, a total of 11 design factors were selected as shown in Table 1.

본 발명에서는 이러한 설계 인자들의 특성과 이들이 자장의 세기와 균일도에 미치는 영향을 유한요소해석 기법을 이용하여 분석하고, 이들을 적절히 최적 선정함으로써 원하는 자장과 균일도를 갖는 자석상자를 설계하였다. 표 1에서 공극(Air gap)은 농산물 재료(sample)가 놓이게 되는 공간으로 자석 상자의 설계에 있어서 제한 요인(Constraint)으로 작용하였다.In the present invention, the characteristics of these design factors and their effects on the strength and uniformity of the magnetic field are analyzed by using the finite element analysis technique, and by selecting them optimally, a magnetic box having the desired magnetic field and uniformity is designed. In Table 1, the air gap is a space in which a sample of agricultural products is placed, which acted as a constraint in the design of the magnet box.

자석 상자의 자장의 세기 및 균일도를 해석하기 위해 유한 요소에서 사용하는 지배 방정식은 식(1)과 같은 전자기장에 관한 맥스웰 방정식(Maxwell equation)을 이용하였다.The governing equation used in the finite element to analyze the strength and uniformity of the magnetic field of the magnet box is the Maxwell equation for the electromagnetic field such as Equation (1).

본 발명에서 영구자석(6)(8)의 균일도를 실험 및 검증하기 위하여 제작된 수소 핵자기 공명용 자석상자(2)의 단면구조는 제5,6도와 같은 구성이고, 그 규격은 아래의 표 2와 같으며, 코너 스틸(24)과, 쉬밍 플레이트(20)(22)와 폴 페이스(16)(18) 및 자석상자(2)의 골격을 이루고 자기차폐의 자로(磁路) 역할을 하는 케이스(4)의 상은 B-H 곡선은 제7도와 같다.The cross-sectional structure of the hydrogen nuclear magnetic resonance magnet box 2 manufactured to test and verify the uniformity of the permanent magnets 6 and 8 in the present invention is the same as that of the fifth and sixth degrees. Same as 2, forming a skeleton of the corner steel 24, the shimming plates 20, 22, the pole faces 16, 18, and the magnet box 2, and serves as a magnetic shielding path. As for the image of the case 4, BH curve is the same as FIG.

본 발명에서 케이스(4)에 접착 고정되거나 볼트로 고정되는 전·후측판(26)(28)에는 시료의 출입을 위한 통공(12)(14)을 형성하되, 상기 통공(12)(14)을 통하여 자기누설이 발생되어 케이스(4)의 좌·우측판(30)(32)보다 자장의 세기가 약화되므로 통공(12)(14)측에 위치하는 쉬밍 플레이트(20)(22)의 가로폭(K)을 크게 연장하여 자기 누설분이 보상되게 한다.In the present invention, the front and rear plates 26 and 28 that are adhesively fixed or bolted to the case 4 are provided with through holes 12 and 14 for entering and exiting the sample, but through the holes 12 and 14, respectively. Since magnetic leakage is generated through the magnetic field, the strength of the magnetic field is weaker than that of the left and right plates 30 and 32 of the case 4, so that the side of the shimmering plates 20 and 22 positioned on the through holes 12 and 14 side. The width K is greatly extended so that the magnetic leakage is compensated for.

상기에선 전·후측판(26)(28)은 알루미늄판과 같은 비자성체이면서 전기 전도되는 재질로 형성하여 시료의 출입시 자기영향을 받지 않도록 하고, 좌·우측판(26)(28)과 케이스(4)는 전기적으로 연결하여 전기차폐 되게 한다.In the above, the front and rear plates 26 and 28 are made of a non-magnetic material such as an aluminum plate and electrically conductive, so as not to be affected by the magnetic effect when the sample enters and exits, and the left and right plates 26 and 28 and the case. (4) is to be electrically connected and electrically shielded.

한편, RF/감지코일(34)내에는 비장성체로 되고 유전율이 낮은 경질의 튜브(36)을 끼운 다음 튜브(36)의 양단부가 양측판의 통공(12)(14)으로 돌출되게 설치하여 시료가 통과할 수 있는 터널(38)을 형성하고, 튜브(36)의 두께는 RF/감지 코일(34)의 단면직경과 거의 같은 정도의 얇은 두께로 형성하여 시료 통과용 터널(38)의 내부 단면적이 크게 감소되지 않도록 한다.On the other hand, inside the RF / sensing coil 34 is inserted into a rigid tube (36) having a spherical body having a low dielectric constant and then installed so that both ends of the tube (36) protrude into the through holes (12) (14) of the two side plates. Forms a tunnel 38 through which the tube 36 can pass, and the thickness of the tube 36 is formed to a thickness that is about the same as the cross-sectional diameter of the RF / detection coil 34 so that the internal cross-sectional area of the tunnel 38 for sample passage can be obtained. Do not greatly reduce this.

상기의 경우 RF/감지코일(34)은 튜브(36)의 외면에 권취하여 코일의 처짐을 방지할 수 있으며 튜브(36)의 양단은 양측판(12)(14)에 의해 지지된다.In this case, the RF / sensing coil 34 may be wound around the outer surface of the tube 36 to prevent sagging of the coil, and both ends of the tube 36 are supported by both side plates 12 and 14.

RF/감지코일(34)의 일단은 도전성을 갖는 케이스(4)에 접지하고, RF/감지코일(34)의 타 단은 직렬공진회로(40)와 송·수 전환기(42)에 차례로 연결되며 일측판(32)과는 절연재(44)로 절연된다.One end of the RF / sensing coil 34 is grounded to a conductive case 4, and the other end of the RF / sensing coil 34 is connected to the series resonant circuit 40 and the transmitter / receiver 42 in turn. The one side plate 32 is insulated with an insulating material 44.

상기 터널(38)의 바닥에는 속도가변 되는 구동장치에 의해 이송되는 벨트 콘베어와 같은 연속 또는 비연속 운반수단을 설치하여 농산물의 함수율이나 청과물의 당도를 연속적 또는 비연속적으로 측정할 수 있게 하고, 운반수단의 재질은 비자성체이면서 절연물질로 함이 바람직하다.At the bottom of the tunnel 38, a continuous or discontinuous conveying means such as a belt conveyor conveyed by a variable speed drive device is installed to enable continuous or discontinuous measurement of the moisture content of the produce or the sugar content of the fruit or vegetable. The material of the means is preferably nonmagnetic material and insulating material.

한편, 본 발명 센서(2)의 자장세기를 측정하기 위하여 자속 밀도계(gauss meter, 모델명: MG-4D, 제작회사:Walkers co, 기기분해능:±0.5gauss 또는 ±0.05%)를 사용하여 직경 100㎜ 원내의 자장세기를 조사한 다음 식(2)에 의해 자장의 균일도를 계산한 결과 실측치와 예측치에 다소간의 오차를 보였으며, 아래의 표 3은 센서(2)의 X-Z평면 및 Y-Z평면의 자장세기 및 균일도에 대한 실측치와 예측치의 결과치와의 비교값이다.On the other hand, in order to measure the magnetic field strength of the sensor 2 of the present invention using a magnetic flux density meter (gauss meter, model name: MG-4D, manufacturer: Walkers co, instrument resolution: ± 0.5gauss or ± 0.05%) diameter 100 After measuring the magnetic field strength in ㎜ circle, the uniformity of the magnetic field was calculated by Equation (2) and showed some error between the measured value and the predicted value. Table 3 below shows the magnetic field strength of XZ plane and YZ plane of sensor (2). And a comparison between the measured value of the uniformity and the result value of the predicted value.

이러한 오차가 발생하게 되는 원인은 여러 가지가 있으나, 우선 유한 요소 분석이 원래 대상체를 유한 요소로 분해하여 이를 바탕으로 근사해를 구하는 방법이므로 분해된 유한 요소의 크기, 형상 등에 의한 오차가 존재함에 기인한다.There are many reasons for this error, but first, because finite element analysis is a method of decomposing the original object into finite elements to obtain an approximate solution based on them, it is due to the existence of errors due to the size and shape of the decomposed finite element. .

또한, 유한요소 분석에 사용한 B-H곡선은 상온(20℃)에서의 특성이므로 실측당시의 자석의 주변 온도에 의한 오차도 존재하게 된다. 그러나 본 발명에서 사용한 영구자석(세라믹 8)의 경우 온도에 따른 자장의 세기의 변화는 0.19% 손실/℃정도이고, 실측 당시의 온도가 상온에 근접함으로 본 발명의 경우 온도에 따른 오차는 그다지 크지 않다고 할 수 있다.In addition, since the B-H curve used in the finite element analysis is a characteristic at room temperature (20 ° C.), an error due to the ambient temperature of the magnet at the time of measurement also exists. However, in the case of the permanent magnet (ceramic 8) used in the present invention, the change in the strength of the magnetic field according to the temperature is about 0.19% loss / ℃, the temperature at the time of the measurement is close to room temperature, the error according to the temperature is not so large in the present invention. I can say no.

본 발명에서 영구자석(6)(8)의 균일도를 좀 더 향상시키기 위해 쉬밍 플레이트(20)(22)의 규격을 변화시켜 가면서 유한 요소 해석을 수행하여 자장 및 균일도 변화를 분석한 그래프는 제8도와 같으며 유한 요소 분석을 통해 새로 작성한 쉬밍 플레이트(20)(22)의 X-Z폭(d)은 20.3㎜로, Y-Z폭(k)은 17.8㎜로 각각 변경하였다.In order to further improve the uniformity of the permanent magnets (6) and (8) in the present invention, the graph analyzing the magnetic field and the uniformity change by performing finite element analysis while changing the specifications of the shimmering plates (20) and (22) is shown in FIG. The XZ width (d) of the newly prepared shimming plates (20) and (22) was 20.3 mm and the YZ width (k) was 17.8 mm, respectively.

새로이 설계된 상기 센서의 경우 균일도가 X-Z 평면의 경우 1195.84 ppm에서 345.18ppm으로, Y-Z 평면의 경우 396.84ppm에서 115.74ppm으로 향상되었으며, 자장의 세기는 958gauss에서 956gauss로 약간 감소되었다.For the newly designed sensor, the uniformity was improved from 1195.84 ppm in the X-Z plane to 345.18 ppm, in the Y-Z plane from 396.84 ppm to 115.74 ppm, and the intensity of the magnetic field was slightly reduced from 958gauss to 956gauss.

상기의 상태에서 X-Z 평면상의 4개소 구석에 코너 스틸(Coner steel)을 부착하여 유한요소 분석을 한 결과 자장의 세기는 956gauss에서 962gauss로 증가하였고, X-Z평면의 균일도는 103.23ppm으로 더욱 향상된 결과를 보였으며 Y-Z평면은 설계 변경이 없으므로 전과 동일한 결과이다.In the above state, as a result of finite element analysis by attaching corner steel to four corners on the XZ plane, the magnetic field strength increased from 956gauss to 962gauss, and the uniformity of XZ plane was improved to 103.23ppm. The YZ plane is the same as before because there is no design change.

한편, 본 발명에서 폴 페이스(16)(18)의 각 가장자리에 쉬밍 플레이트(20)(22)를 설치함으로써 전기와 같은 자장의 균일도 향상을 실현하였는바, 향상된 균일도를 검증하기 위해 쉬밍 플레이트를 설치하지 않은 자석상자의 자장 세기와 균일도를 유한요소 해석에 의하여 분석하였으며, 분석에 사용된 자석상자의 규격은 표 2의 것을 그대로 사용하였다.Meanwhile, in the present invention, by providing the shimmering plates 20 and 22 at each edge of the pole faces 16 and 18, the uniformity of the magnetic field, such as electricity, is realized, and the shimmering plate is installed to verify the improved uniformity. The magnetic field strength and uniformity of the unused magnet box were analyzed by finite element analysis, and the specifications of the magnet box used in the analysis were used as shown in Table 2.

상기 분석에 의해 계산된 자장의 세기와 균일도를 쉬밍 플레이트(20)(22)를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우를 비교하면 표 4와 같으며, 쉬밍 플레이트(20)(22)를 설치할 경우 자장의 균일도는 획기적으로 향상되나 자장의 세기는 상당부분 감소됨을 보여주고 있다.Comparing the intensity and uniformity of the magnetic field calculated by the above analysis with the case where the shimming plates 20 and 22 are installed and not, the table is as shown in Table 4, and the magnetic field when the shimming plates 20 and 22 are installed. The uniformity of is greatly improved, but the intensity of magnetic field is greatly reduced.

즉, 쉬밍 플레이트(20)(22) 설치로 인해 감소된 자장의 세기를 증가시키기 위해서는 영구 자석(6)(8)의 두께(e), 길이(i), 또는 폭(a)등을 변경해야 함을 알 수 있다.That is, in order to increase the strength of the magnetic field reduced by the installation of the shimmering plates 20 and 22, the thickness e, the length i, or the width a of the permanent magnets 6 and 8 must be changed. It can be seen.

본 발명에서는 자장의 균일도에 대한 영향을 최소화하면서 자장의 세기를 보상할 수 있도록 영구 자석의 두께(e)를 점차적으로 늘려 가면서 자장의 세기를 변화 시켰는 바, 변화에 따른 결과값은 표 5와 같으며, 영구자석(6)(8)의 두께를 10%(7.6㎜)늘려 쉬밍 플레이트(20)(22)가 없을 때의 자장이 세기에 근접한 자석 상자를 설계할 수 있었다.In the present invention, the strength of the magnetic field was changed while gradually increasing the thickness (e) of the permanent magnet so as to compensate for the magnetic field while minimizing the influence on the uniformity of the magnetic field. In addition, by increasing the thickness of the permanent magnets 6 and 8 by 10% (7.6 mm), it was possible to design a magnetic box in which the magnetic field in the absence of the shimmering plates 20 and 22 was close to the intensity.

본 발명에서 사용된 쉬밍 플레이트(20)(22)와 코너 스틸(24)의 효과는 같은 균일도의 자석 상자를 이러한 구조물(20)(22)(24)없이 설계한 것과 비교하면 더욱 두드러짐을 알 수 있다.It can be seen that the effect of the shimming plates 20, 22 and corner steel 24 used in the present invention is more pronounced compared to the design of a magnet box of the same uniformity without such structures 20, 22 and 24. have.

즉, 영구자석(6)(8)의 균일도를 향상을 위하여 쉬밍 플레이트(20)(22)와 코너 스틸(24)없이 영구자석의 폭(a)와 길이(i)를 각각 50%, 100%증가시켜 유한 요소 분석을 수행한 결과는 아래 표 6과 같다.That is, in order to improve the uniformity of the permanent magnets 6 and 8, 50% and 100% of the width (a) and the length (i) of the permanent magnet without the shimmering plates 20 and 22 and the corner steel 24 are respectively. The results of the finite element analysis with increasing results are shown in Table 6 below.

상기 표 6에서 영구자석(6)(8)의 폭과 길이를 각각 50%, 100%씩 증가시키면 균일도는 상당히 향상되나 자장의 세기는 급격히 감소됨을 확인할 수 있다.In Table 6, if the width and length of the permanent magnets 6 and 8 are increased by 50% and 100%, respectively, the uniformity is considerably improved, but the intensity of the magnetic field is rapidly decreased.

또한, 영구자석의 폭과 길이를 1.5배로 증가시켰을 경우 본 발명에서 제시된 자장의 세기와 비슷한 자장의 세기를 얻을 수 있고, 균일도는 그보다 좋지 않은 성능을 보여주고 있으며, 2배로 증가시켰을 경우에는 자장의 균일도는 X-Z평면의 경우 본 발명과 비슷한 성능을 보여주지만, 자장의 세기가 112 가우스가 더 감소되었고, Y-Z 평면의 균일도는 역시 본 발명에 못 미침을 알 수 있으며, 감소된 자장의 세기를 보상하기 위하여 쉬밍 플레이트(20)(22)와 코너 스틸(24)없이 영구자석(6)(8)의 두께를 증가시켜 본 결과는 아래 표 7과 같다.In addition, when the width and length of the permanent magnet is increased by 1.5 times, the strength of the magnetic field similar to that of the magnetic field presented in the present invention can be obtained, and the uniformity shows worse performance than that. The uniformity shows similar performance to the present invention in the XZ plane, but the magnetic field strength is further reduced by 112 gauss, and the uniformity of the YZ plane also falls short of the present invention, compensating for the reduced magnetic field strength. In order to increase the thickness of the permanent magnets 6 and 8 without the shimmering plate 20 and 22 and the corner steel 24, the results are shown in Table 7 below.

즉, 쉬밍 플레이트(20)(22)와 코너 스틸(24)없이 4배 이상의 영구자석 재료를 더 사용하더라도 원하는 자장의 세기와 균일도를 나타내는 센서의 설계가 불가능하지만 본 발명에서는 약 20%의 영구자석 재료와 쉬밍 플레이트(20)(22)와 코너 스틸(24)을 위한 연성자성체를 추가함으로써 원하는 자장의 세기와 균일도를 나타내는 영구자석(2)의 설계가 가능해진다.That is, even if more than four times the permanent magnet material is used without the shimmering plate 20, 22 and the corner steel 24, the design of the sensor showing the desired strength and uniformity of the magnetic field is impossible, but in the present invention, the permanent magnet of about 20% By adding materials and soft magnetic materials for the shimmering plates 20, 22 and the corner steel 24, it is possible to design the permanent magnet 2 exhibiting the desired strength and uniformity of the magnetic field.

또한, 영구자석의 크기를 증가시킬 경우 센서의 부피와 중량이 증가하고 공간 및 설치 제약을 받게 되나 그러한 문제점도 아울러 해소된다.In addition, if the size of the permanent magnet is increased, the volume and weight of the sensor increases, space and installation constraints are also solved.

본 발명 센서(2)의 실험결과를 종합하기 위해 쉬밍 플레이트(20)(22) 및 코너 스틸(24)을 사용한 경우에는 양자간의 비슷한 자장의 세기와 균일도를 갖는 센서를 비교한 결과는 아래 표 8과 같다.When the shimmering plate 20, 22 and the corner steel 24 are used to synthesize the experimental results of the sensor 2 of the present invention, the results of comparing the sensors having similar magnetic field strength and uniformity between the two are shown in Table 8 below. Same as

상기 표 8에서 보듯이 쉬밍 플레이트(20)(22) 및 코너 스틸(24)을 사용하지 않을 경우에는 이들 구조물(20)(22)(24)을 사용한 경우에 비하여 영구자석의 두께는 40.9%, 영구자석의 폭과 길이는 각각 100%씩 크게 증가되어 약 6배의 재료를 사용해야 함을 알 수 있으며, 본 발명에서는 센서(2)내에 구조물(20)(22)(24)을 사용함으로써 1/6의 재료로 원하는 자장의 세기와 균일도를 얻을 수 있고 그에 따라 중량과 부피를 크게 줄일 수 있다.As shown in Table 8, when the shimmering plate 20, 22 and the corner steel 24 are not used, the thickness of the permanent magnet is 40.9% as compared with the case where the structures 20, 22 and 24 are used. It can be seen that the width and length of the permanent magnet are greatly increased by 100%, respectively, and use about six times the material. In the present invention, the structure 20, 22, 24 in the sensor 2 is used. With the material of 6, the desired strength and uniformity of the magnetic field can be obtained, thereby greatly reducing the weight and volume.

한편, 본 발명 센서(2)의 공극(10)은 152.4㎜이므로 공극(10)내에 설치되는 RF/감지코일(34)의 최대외경은 약 150㎜ 이내가 된다. 상기 RF/감지코일(34)의 자장 균일도는 전체 송·수신 신호의 전달특성을 결정하므로 공진신호의 입감도와 입감신호의 감쇠가 없으면서 자장이 균일하도록 제작되어야 한다.On the other hand, since the space 10 of the sensor 2 of the present invention is 152.4 mm, the maximum outer diameter of the RF / detection coil 34 provided in the space 10 is within about 150 mm. Since the magnetic field uniformity of the RF / detection coil 34 determines the transmission characteristics of the entire transmission / reception signal, it should be manufactured so that the magnetic field is uniform without the sensitivity of the resonance signal and the attenuation of the resonance signal.

또한, 자장의 발생방향이 영구자석(6)(8)의 자속방향인 Z축과 수직이 되게 설계하고 또한 설치해야 하며, 공극(10)내에 설치하는 에어코일이어서 처짐방지가 요구되므로 전기전도도가 우수하고 경질이면서 비교적 굵은 도선 예컨데 구리 또는 알미늄과 같은 도전선을 사용토록 한다.In addition, the direction of the magnetic field should be designed and installed so as to be perpendicular to the Z axis, the magnetic flux direction of the permanent magnets (6) and (8), and the electrical conductivity is required because it is an air coil installed in the air gap (10). Excellent, rigid, relatively thick conductors, such as copper or aluminum, may be used.

제9도에 RF/감지코일(34)의 단면을 나타내고 있으며 균일한 자장강도를 얻고 또한 공명신호의 입감도 향상과 신호감쇠 방지를 위하여 코일간의 간격이 등간격으로 균일하도록 하고, 그 간격은 코일(34) 직경의 1배 내지 2배 정도로 이격하여 자기 정전용량(self capacitance)이 유도되지 않도록 함이 바람직하다.The cross section of the RF / detection coil 34 is shown in FIG. 9 to obtain a uniform magnetic field strength and to make the spacing between coils uniform at equal intervals in order to improve the sense of resonance and prevent signal attenuation. (34) It is preferable that the self capacitance is not induced by being separated by about 1 to 2 times the diameter.

상기 RF/감지코일(34)은 고주파 펄스신호(고주파 교류신호)를 받아 시료에 자장을 형성하여 핵자기 공명을 발생시키고 또한 핵자기 공명에 의해 이완된 시료의 공명신호를 감지(수신)하게 된다.The RF / detection coil 34 receives a high frequency pulse signal (high frequency alternating current signal) to form a magnetic field in the sample to generate nuclear magnetic resonance and to sense (receive) the resonance signal of the sample relaxed by the nuclear magnetic resonance. .

상기 RF/감지코일(34)은 시료에 고주파 펄스신호를 인가하는 코일과 시료의 이완 공명신호를 감지하는 코일로 분리 구성하여 송·수신 기능을 각각 담당하게 할 수 있으나 고주파 펄스신호 송신시에는 공명신호의 수신이 불가하고, 공명신호의 수신시에는 고주파 펄스신호의 송신이 현실적으로 불가하고, 설치상의 어려움과 제약이 따르므로 본 발명에서는 단일의 RF/감지코일(34)로 송·수신 기능을 겸할 수 있게 한다.The RF / detection coil 34 may be composed of a coil for applying a high frequency pulse signal to a sample and a coil for detecting a relaxation resonance signal of the sample so as to be in charge of the transmission and reception functions, respectively. In the present invention, since the reception of the signal is impossible, the transmission of the high frequency pulse signal is impossible in the case of the reception of the resonance signal, and the installation difficulties and limitations are constrained. To be able.

본 발명에 사용한 RF/감지코일(34)은 단면 반지름이 2.54㎜인 동선을 사용하여 공간 반지름이 60㎜가 되게 감고, 동선의 간격은 단면 반지름의 1.5배인 3.81㎜로 하고 전체 권회수를 14회로 하였으며 이러한 경우 식(3)에 의해 코일(34)의 인덕턴스(L)은 7.6μH로 산출되었다.The RF / detection coil 34 used in the present invention is wound to a space radius of 60 mm using a copper wire having a cross section radius of 2.54 mm, and the distance between the copper wires is 3.81 mm, which is 1.5 times the cross section radius, and the total number of turns is 14 times. In this case, the inductance (L) of the coil 34 was calculated to be 7.6 μH by equation (3).

여기서, 코일의 길이인 Lg를 910㎜하고, 코일내부공간의 단면적인 A를 약 11,204㎟로 하고, 공기중의 투자율(permeability of free space)인 μ를 4π10-7wb/mA로 하여 구하여진 값을 임피던스 측정기(LCR meter)로 검증한 결과 120㎐일 때 7.9μH이고 1㎑일 때 7.7μH로 나타났으며 이론적으로 L값은 주파수와 무관한 값이나 주파수가 증가하면 증가할수록 L값이 지수적으로 감소하는 경향을 보인다.Here, Lg, the length of the coil, is 910 mm, the cross-sectional area A of the coil inner space is about 11,204 mm2, and the value obtained by setting the permeability of free space μ to 4π10-7wb / mA. As a result of verifying with an impedance meter (LCR meter), it was shown as 7.9μH at 120μ and 7.7μH at 1㎑.In theory, L value is independent of frequency, but L value increases exponentially with increasing frequency. It tends to decrease.

본 발명에서 에어 갭(10)을 152.4㎜로 하고 영구자석(6)(8)의 자장세기를 965gauss로 설정한 경우 공명신호를 얻기 위한 고주파 교류신호는 아래 식(4)에 의해 4.1㎒로 산출되며,In the present invention, when the air gap 10 is set to 152.4 mm and the magnetic field strength of the permanent magnets 6 and 8 is set to 965gauss, a high frequency AC signal for obtaining a resonance signal is calculated at 4.1 MHz by the following equation (4). ,

4.1㎒에 동조되는 회로를 구성하기 위하여 RF/감지코일(34)내에서 발생하는 자장의 세기를 산출해야 하는데 산출식은 아래 식(5)와 같다.In order to construct a circuit tuned at 4.1 MHz, the strength of the magnetic field generated in the RF / detection coil 34 should be calculated.

영구자석(6)(8)에 의해 자기화된 시료(sample)로부터 공명신호를 얻기 위해서는 4.1㎒로 변하는 약한 자장(B1)을 RF/감지코일(34)을 통해 영구자석(6)(8)의 자장(B0)과 직각방향으로 형성해 주어야 하며 B1자장을 걸어 줌으로써 시료의 백터(M0)가 Z축으로부터 X-Y 평면으로 기울어지게 되고 기울어지는 정도(θ)는 아래 식(6)으로부터 주어진다.In order to obtain a resonance signal from a sample magnetized by the permanent magnets 6 and 8, the weak magnetic field B 1 , which changes at 4.1 MHz, is passed through the permanent magnet 6 and 8 through the RF / detection coil 34. ) from the magnetic field (B 0), and should form a right angle, and B 1 to walk a magnetic field by giving the sample vector of (M 0), the degree which becomes from the Z-axis inclined in the XY plane is inclined (θ) is the following formula (6) Is given.

한편, RF/감지코일(34)로부터 핵자기 공명에 필요한 자장세기(B1)를 얻기 위해서는 RF/감지코일(34)로 충분한 전류를 인가할 수 있어야 하므로 RF/감지코일(34)로 인가하는 고주파 펄스신호는 고주파 장(RF field)을 형성할 수 있는 충분한 세기로 증폭하도록 한다.On the other hand, in order to obtain the magnetic field strength (B 1 ) required for nuclear magnetic resonance from the RF / sense coil 34 it should be able to apply a sufficient current to the RF / sense coil 34 to apply to the RF / sense coil 34 The high frequency pulse signal is amplified to a sufficient intensity to form a high frequency field (RF field).

상기에서 RF/감지 코일(34)로 인가하는 전력 P=I2R로, I는 전류이고, R은 코일(34)과 도선을 포함한 전체 임피던스이며 증폭기를 통하여 수백W 내지 수KW까지 증폭되어야 한다.The power P = I 2 R applied to the RF / sensing coil 34 above, I is the current, R is the total impedance including the coil 34 and the leads and should be amplified from several hundred W to several KW through the amplifier. .

또한, 본 발명센서(2)의 공극(10)이 152.4㎜이고 ,자장의 세기가 965가우스 인 경우 공명신호를 얻기 위한 고주파 펄스신호의 주파수는 4.1㎒로 산출됨은 앞서 기술한 바와 같으며, RF/감지코일(34)을 4.1㎒에 공진시키기 위한 공진회로는 제7도와 같이 저항(R)-가변 캐패시터(AVC)-RF/감지코일(34)을 직렬 접속하여 직렬 공진회로를 구성하도록 하고, 상기 직렬 공진회로에서 이상적으로 유도되는 이론식은 아래 표9와 같다.In addition, when the air gap 10 of the sensor 2 of the present invention is 152.4 mm and the intensity of the magnetic field is 965 gauss, the frequency of the high frequency pulse signal for obtaining the resonance signal is calculated as 4.1 MHz, as described above. The resonant circuit for resonating the sense coil 34 at 4.1 MHz has a resistor R-variable capacitor AVC-RF / sense coil 34 connected in series to form a series resonant circuit as shown in FIG. Ideally derived equations in the series resonant circuit are shown in Table 9 below.

제11도는 본 발명 측정장치의 회로 블록도이다. 본 장치의 제어를 담당하고 공명신호를 분석하는 컴퓨터(46)에 송·수신 동작주기(duty cycle)를 단속하는 펄스 프로그래머(48)을 접속한다.11 is a circuit block diagram of the measuring apparatus of the present invention. The pulse programmer 48 which controls the transmission and reception duty cycle of the transmission and reception is connected to the computer 46 which is in charge of controlling the apparatus and analyzes the resonance signal.

상기 송·수신 동작주기는 10μs 정도의 H 펄스와 100ms 정도의 L펄스로 송·수신시간이 결정되며 신호의 H기간동안 송신부가 동작하여 4.1㎒의 고주파 교류신호가 발생 및 증폭된 다음 RF/감지코일(34)로 인가되어 핵자기 공명이 발생되며, 신호의 L기간동안 시료의 공명신호가 RF/감지코일(34)로 입감되어 검파된 다음 신호처리 되어 소망의 수분공명 신호가 얻어지며, 송·수신 동작주기는 시료의 대상이나 목적하는 신호에 따라 적절히 달리할 수 있음은 물론이다.The transmit / receive operation period is determined by the H pulse of about 10μs and the L pulse of about 100ms, and the transmitting / receiving time is determined. Nuclear magnetic resonance is applied to the coil 34 to generate nuclear magnetic resonance. During the L period of the signal, the resonance signal of the sample is detected by the RF / detection coil 34, detected, and then signal processed to obtain a desired moisture resonance signal. Of course, the reception operation cycle can be appropriately changed depending on the target of the EUT and the desired signal.

또한, 펄스프로그래머(48)의 출력에는 고주파 스위칭부(RF switching 部:50)를 접속하여 펄스프로그래머(48)의 동작주기가 H기간 동안 4.1㎒의 고주파 펄스신호가 발생되게 하고, 고주파 스위칭부(50)의 출력에 고주파 전력증폭기(52)를 접속하여 RF/감지코일(34)을 통하여 핵자기 공명에 필요한 충분한 크기의 자장(B)이 발생될 수 있게 4.1㎒ 고주파 펄스신호를 증폭하도록 한다.In addition, a high frequency switching unit (RF switching section) 50 is connected to the output of the pulse programmer 48 to generate a high frequency pulse signal of 4.1 MHz during the period of operation H of the pulse programmer 48. A high frequency power amplifier 52 is connected to the output of 50 to amplify the 4.1 MHz high frequency pulse signal to generate a magnetic field B of sufficient magnitude for nuclear magnetic resonance through the RF / detection coil 34.

고주파 전력증폭기(52)의 출력에 송·수 전환기(T/R switch 또는 duplexer:42)를 접속하여 RF/감지코일(34)의 송·수신 상태를 전환할 수 있도록 하고, 송·수 전환기(42)에는 센서(2)의 RF/감지코일(34)을 접속하고, 송·수 전환기(42)의 일단에는 전치증폭기(pre-amplifire:54)를 접속하여 RF/감지코일(34)로부터 입감되는 공명신호를 저잡음 증폭하도록 한다.A transmitter / receiver (T / R switch or duplexer: 42) is connected to the output of the high frequency power amplifier 52 so that the transmission / reception state of the RF / detection coil 34 can be switched. 42 is connected to the RF / sensing coil 34 of the sensor 2, and a pre-amplifire 54 is connected to one end of the transmitter / receiver switch 42 to sense it from the RF / sensing coil 34. Low noise amplification of the resonance signal.

상기 저잡음 전치증폭기(54)는 RF/감지코일(34)로부터 입력되는 공명신호가 수μV로 미약하므로 신호중의 불요 잡음의 증폭을 억제하고, 공명신호는 큰 신호로 증폭하며, 신호처리를 위한 전단으로서 특히 중요한 회로부라 할 수 있다.The low-noise preamplifier 54 suppresses amplification of unwanted noise in the signal, amplifies the resonance signal into a large signal because the resonance signal input from the RF / detection coil 34 is a few μV, and the front end for signal processing. As a particularly important circuit portion.

전치증폭기(54)가 증폭한 신호는 공명신호와 4.1㎒의 반송파가 혼합된 신호이므로 전치증폭기(54)의 출력에 수신 및 검파부(56)을 접속하여 혼합신호 중 필요신호인 수㎑의 순수 수분공명신호를 얻도록 한다.Since the signal amplified by the preamplifier 54 is a mixed signal of a resonance signal and a 4.1 MHz carrier, the receiver and the detector 56 are connected to the output of the preamplifier 54, so that several pure signals, which are necessary signals among the mixed signals, are required. Obtain a moisture resonance signal.

수신 및 검파부(56)의 출력에 디지털 오실로스코프(digital oscilloscope:58)를 접속하여 신호 처리된 순수 수분 공명신호가 표시되게 하고, 수신 및 검파부(56)의 일단에는 고주파 스위칭부(50)를 접속하여 수신된 신호 중 4.1㎒ 반송파신호를 제거하기 위한 4.1㎒의 기준 주파수가 입력되게 하고, 또한 수신 및 검파부(56)의 일단에 펄스프로그래머(48)를 접속하여 송신 상태일 때 수신부의 동작이 차단되어 수신부를 보호할 수 있게 된다.A digital oscilloscope (58) is connected to the output of the receiver and detector 56 to display the pure water resonance signal processed, and a high frequency switch 50 is provided at one end of the receiver and detector 56. Operation of the receiver when the reference frequency of 4.1 MHz is input to remove the 4.1 MHz carrier signal from the connected and received signals, and the pulse programmer 48 is connected to one end of the receiver and detector 56 in the transmission state. This can be blocked to protect the receiver.

상기 오실로스코프(58)는 디지타이저(digitizer:60)가 내장되어 아날로그 형태로 입력되는 순수 수분공명신호를 디지털신호로 변환하여 디지털 적인 X-Y 좌표를 검출한 다음 영상표시기(62)를 통하여 X-T좌표 정보로서 영상신호를 출력하도록 한다.The oscilloscope 58 has a built-in digitizer (60), converts pure water resonance signals input in an analog form into digital signals, detects digital XY coordinates, and then uses the image display 62 as an XT coordinate information. Output the signal.

또한, 컴퓨터(46)에서는 상기 디지타이저(60)를 접속하여 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털신호로 변환된 순수 수분공명신호가 입력되게 함으로써 컴퓨터(46)상에서 신호의 분석과 신호처리를 행할 수 있도록 하고, 컴퓨터(46)의 신호출력부에 수신 및 검파부(56)를 접속하여 컴퓨터(46)가 분석 및 처리된 신호가 오실로스코프(58)상에 영상표시되게 한다. 상기에서 컴퓨터(46)가 분석 및 처리된 신호는 오실로스코프(58)뿐만 아니라 컴퓨터(46)에 별도 접속된 모니터 및 프린트와 같은 출력장치를 통하여서도 출력할 수 있도록 한다.In addition, the computer 46 connects the digitizer 60 so that the pure water resonance signal converted into a digital signal that can be recognized by the computer is input so that the signal analysis and signal processing on the computer 46 can be performed. In addition, the reception and detection unit 56 is connected to the signal output unit of the computer 46 so that the signal analyzed and processed by the computer 46 is displayed on the oscilloscope 58. The signal analyzed and processed by the computer 46 may be output not only through the oscilloscope 58 but also through an output device such as a monitor and a print separately connected to the computer 46.

본 발명은 컴퓨터(46)에 의해 전체 시스템이 제어되는 구조로 되어있다. 컴퓨터 프로그램에 의하여 발생되는 고주파 펄스 신호는 10μs 정도의 펄스 폭과 100ms의 지연시간을 가지므로 전체 시스템은 이를 만족시키는 송·수신비를 (Duty Cycle)를 가져야 하며, 신호대 잡음비(Signal-to-Noise)값을 높이기 위하여 여러 번의 반복된 공명신호를 만들 수 있어야 한다.The present invention has a structure in which the entire system is controlled by the computer 46. The high frequency pulse signal generated by the computer program has a pulse width of about 10 μs and a delay time of 100 ms. Therefore, the whole system must have a duty cycle to satisfy this, and a signal-to-noise ratio. It should be possible to make several resonant signals in order to increase the value of.

펄스 프로그래머(48)에서 게이트신호를 발생시켜 고주파 스위칭부(50)로 보내면 고주파회로에서는 펄스프로그래머(48)에서의 게이트(gate)신호와 4.1㎒의 라머 세차(Larmor Precession) 주파수를 게이트신호와 혼합하여 신호를 발생시킨다, 즉, 4.1㎒의 정현파를 게이트신호가 있는 동안만 발생시키는 것이다.When the pulse programmer 48 generates a gate signal and sends the gate signal to the high frequency switching unit 50, in the high frequency circuit, the gate signal of the pulse programmer 48 and the Larmor Precession frequency of 4.1 MHz are mixed with the gate signal. To generate a signal, that is, to generate a sinusoidal wave of 4.1 MHz only while the gate signal is present.

펄스 프로그래머(48)에서 단지 일정한 폭을 가지는 펄스를 만들어 내고 이 신호는 고주파 스위칭부(50)에서 두 개가 신호가 발생되는데 게이트신호와 4.1㎒의 고주파신호이다.The pulse programmer 48 generates a pulse having only a constant width, and two signals are generated by the high frequency switching unit 50, which is a gate signal and a high frequency signal of 4.1 MHz.

고주파 스위칭부(50)에서 나온 신호의 출력은 수 Watts이내 이며 이 신호는 고주파 장(RF field)을 형성할 수 없으므로 신호의 출력은 증폭되어여 한다, 이 기능을 담당하는 부분이 고주파 전력증폭기(52)이다. 증폭된 신호는 평균 800∼1000watt의 신호가 된다. 증폭된 신호는 정자기장(Static Magnetic Field)에 놓인 샘플에 정자기장과 직각인 자기장을 형성하는 고주파 장을 형성하기 위해 RF/감지코일(34)로 들어가게 된다.Since the signal output from the high frequency switching unit 50 is within several Watts and this signal cannot form a high frequency field, the signal output should be amplified. The part responsible for this function is a high frequency power amplifier ( 52). The amplified signal has an average of 800 to 1000 watts. The amplified signal enters the RF / detection coil 34 to form a high frequency field that forms a magnetic field perpendicular to the static magnetic field in the sample placed in the static magnetic field.

과거의 NMR 실험장치는 이 신호를 RF/감지코일(34)로 보내는 부분과 공명신호를 감지하는 부분이 따로 있었다, 그러므로 샘플에 신호를 보내고 받는 두 개의 장치가 필요하였으나 본 발명에서 사용된 RF/감지코일(34)은 고주파 장 신호를 보내고 다시 공명신호를 받을 수 있도록하여 장치를 단순화하였다.In the past, the NMR apparatus had a part for sending this signal to the RF / sensing coil 34 and a part for detecting a resonance signal. Therefore, two devices for sending and receiving a signal to a sample were required, but the RF / The sensing coil 34 simplifies the device by sending a high frequency field signal and receiving a resonance signal again.

따라서, 고주파 전력증폭기(52)에서 만들어진 고주파 펄스신호를 RF/감지코일(34)로 보내고 다시 공명신호를 분리하여 받을 수 있는 장치가 있어야 하는데 이 장치가 송·수 전환기(42)이다. 상기 송·수 전환기(42)는 자체 내장된 댐핑(Damping)회로를 이용하여 고주파 신호 다음에 연이어 나오는 공명에 의한 신호만을 분리하여 얻어내야 한다.Therefore, there should be a device capable of sending the high frequency pulse signal generated by the high frequency power amplifier 52 to the RF / detection coil 34 and again receiving the resonant signal, which is the transmitter / receiver switch 42. The transmitter / receiver 42 must separately obtain a signal due to resonance following a high frequency signal using a built-in damping circuit.

공명신호가 전달된 후 샘플로 발생된 신호는 RF/감지코일(34)에서 감지되고 이 신호는 송·수 전환기(42)로 전달된다. 송·수 전환기(42)에서 나온 신호는 전치증폭기(54)로 입력된다. RF/감지코일(34)로 입력되는 신호의 강도는 수 μV이내의 작은 신호이고, 전치증폭기(54)를 통해 수십 m 볼트(Volt)까지 증폭된다.After the resonance signal is transmitted, a signal generated as a sample is detected by the RF / detection coil 34 and the signal is transmitted to the transmitter / receiver 42. The signal from the transmitter and receiver 42 is input to the preamplifier 54. The strength of the signal input to the RF / sense coil 34 is a small signal within several μV and amplified to a few tens of m Volts through the preamplifier 54.

전치증폭기(54)에서 증폭된 신호는 RF/감지코일(34)로 인가되었던 4.1㎒의 고주파 펄스신호와 샘플 공명신호가 혼합된 신호이므로 수신 및 검파부(56)에서 4.1㎒의 신호를 분리하여 제거한 후 순수한 공명신호만을 얻게된다.Since the signal amplified by the preamplifier 54 is a mixed signal of a 4.1 MHz high frequency pulse signal and a sample resonance signal applied to the RF / detection coil 34, the 4.1 MHz signal is separated from the receiving and detecting unit 56. After removal, only pure resonance signals are obtained.

상기에서 얻어진 신호는 아날로그 신호이므로 디지타이저(60)를 이용하여 컴퓨터(46)가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환해야 한다. 상기 디지타이저(60)는 신호분석을 위해 최종적으로 발생하는 주파수의 2배 이상의 샘플링 레이트(sampling rate)를 가지고 있으면 만족하며, 보통 수㎒ 이내의 샘플링 레이트를 갖는 디지타이저가 사용된다.Since the signal obtained above is an analog signal, it must be converted into a digital signal that can be recognized by the computer 46 using the digitizer 60. The digitizer 60 is satisfied if it has a sampling rate more than twice the frequency generated finally for signal analysis, and a digitizer having a sampling rate within several MHz is usually used.

본 발명에서 사용된 신호발생 방법은 제12도와 같이 공명신호를 바로 이용하는 FID(Free Induction Decay)신호를 사용하였다. 즉 상기에서 설명한 바와 같이 펄스 프로그래머(48)에서 발생시키는 게이트신호의 폭을 일정하게 고정시킨 다음 폭이 끝나는 이후부터 신호를 감지하는 방식이며 신호의 폭은 수소 핵의 전자들이 정자기장과 일정한 각(보통 60°∼90°)을 이루기 위해서 필요한 시간이다.In the signal generation method used in the present invention, a free induction decay (FID) signal using a resonance signal is used as shown in FIG. 12. That is, as described above, the width of the gate signal generated by the pulse programmer 48 is fixed and then the signal is detected after the width ends. The width of the signal is defined by the electrons of the hydrogen nucleus with a constant angle (usually 60 ° to 90 °).

FID에서는 보통 90°를 이루게 하는 신호를 발생시켜 샘플에 대한 신호를 얻게 되나 실제 실험에서는 40°∼60°의 기울기를 가지게 한 후 발생된 신호를 얻었는데 60°이내일 때 가장 신호 분석이 용이하였다. 본 발명에서 60°의 기울기를 가지도록 펄스 폭을 6.5μs로 하였으며, 펄스와 펄스사이의 지연시간은 100ms로 하였다.In FID, the signal is usually generated by 90 ° to obtain the signal for the sample, but in the actual experiment, the signal was obtained after having the slope of 40 ° to 60 °, and the signal was easily analyzed within 60 °. . In the present invention, the pulse width was 6.5 μs to have a slope of 60 °, and the delay time between the pulses was 100 ms.

이와 같이 구성된 본 발명을 이용하여 농산물의 함수율과 청과물의 당도를 측정한 실험예와 그 결과는 다음과 같다.Experimental example and the results of measuring the moisture content of agricultural products and the sweetness of fruits and vegetables using the present invention configured as described above are as follows.

[실험예 1]Experimental Example 1

벼의 함수율 측정Moisture Content Measurement of Rice

가. 샘플 제작end. Sample production

벼의 화성품종을 함수율을 달리하여 10개의 샘픔을 준비하였으며, 샘플제작 방법은 다음과 같다. 먼저 공기가 차단되는 봉지나 병과 같은 용기에 수분을 가한 후 40℃의 밀폐된 공간에서 7일간 저장하여 벼가 천천히 수분을 흡수하도록 함으로써 벼의 전체적인 함수율이 균일하도록 한다. 용기에서 채취된 샘플은 데시케이트와 같은 기구를 이용하여 이삭에 흡수된 수분을 제거한다. 본 발명에서는 약 1시간 가량 신문지위에 샘플을 펼쳐서 이삭에 흡수도니 수분을 제거한다.Ten springs were prepared by varying the water content of rice varieties of rice, and the sample production method was as follows. First, water is added to a container such as an air-blocking bag or a bottle, and then stored for 7 days in a closed space at 40 ° C. so that the rice slowly absorbs moisture, thereby making the overall moisture content of the rice uniform. The sample taken from the container removes moisture absorbed in the ear using a device such as desiccant. In the present invention, the sample is spread on a newspaper for about 1 hour to remove moisture by absorbing it in the ear.

데시케이터에서 샘플을 꺼낸 다음 30㎜의 시험관에 넣어 샘플을 제작하되 샘플을 넣을 때 양이 일정하도록 다지지 않고 자연스럽게 쏟아 넣는다. 샘플을 제작하고 동시에 각 샘플의 함수율을 측정하기 위해 105℃의 온도하에서 5시간 동안 건조를 실시하였고, 기존의 저항식 간이 측정기와 오븐법으로 측정한 각 샘플의 함수율은 표 10과 같다.Remove the sample from the desiccator and place it in a test tube of 30 mm to make a sample. Samples were prepared and dried at a temperature of 105 ° C. for 5 hours to measure the moisture content of each sample at the same time. The moisture content of each sample measured by the conventional resistance measuring apparatus and oven method is shown in Table 10.

측정한 결과 값이 많이 다르게 나타났는데 이들 간이 측정기가 갖는 오차와 더불어 이삭에서 완전히 제거되지 않은 수분의 영향에 의한 오차로 여겨진다/The results of the measurements showed a very different value, which is considered to be due to the error of these simple measuring instruments and the influence of moisture not completely removed from the ear.

한편, 상기의 과정으로 제작된 샘플은 본 발명 NMR 장치를 이용하여 수분공명신호를 얻었으며, 각 2회씩 데이터를 얻어 기기의 자공성을 검증하였다. 먼저 전체시스템을 가동(ON)시킨 후 동조회로를 4.1㎒에 맞추기 위해 진공 가변 콘덴서(AVC)를 조정하여 동조시킨 후 수분공명신호를 획득하였다.On the other hand, the sample produced by the above process was obtained the moisture resonance signal using the NMR apparatus of the present invention, by verifying the porosity of the device by obtaining the data twice each. First, the entire system was turned on, and then the vacuum variable capacitor (AVC) was tuned and tuned to adjust the tuning circuit to 4.1 MHz, and then a moisture resonance signal was obtained.

나. 신호 획득I. Signal acquisition

수분 공명신호를 통해서 얻어진 신호는 제13도와 같으며 이는 20.4%의 함수율을 가진 샘플에서 얻어진 데이터로 도면으로 보는 바와 같이 얻어진 신호를 그대로 사용할 수 없고 신호처리 하여 엔벨로프(envelope)를 구해야 한다.The signal obtained through the moisture resonance signal is shown in FIG. 13, which is data obtained from a sample having a water content of 20.4%. As shown in the drawing, the obtained signal cannot be used as it is, and an envelope must be obtained by signal processing.

제14도는 상기 제13도의 데이터를 구한 엔벨로프 파형도 이고 제15, 16, 17도는 함수율이 다른 6개의 벼 샘플로부터 얻은 엔벨로프 파형도 이다.FIG. 14 is an envelope waveform diagram obtained from the data of FIG. 13, and FIGS. 15, 16 and 17 are envelope waveform diagrams obtained from six rice samples having different moisture contents.

제18도는 함수율과 최대갑과의 상관관계를 나타낸 도면으로 결정계수는 0.904로 나타났다. 제19도는 최대값 이후의 4개점의 산술합과 함수율과의 관계를 나타내고 있으며 결정계수는 0.942이다. 제20도는 최대값 이후의 4개점의 산술함과 함수율과의 관계를 나타내고 있으며 결정계수는 0.947이다.18 is a graph showing the correlation between the moisture content and the maximum pack. The coefficient of determination is 0.904. 19 shows the relationship between the arithmetic sum of the four points after the maximum value and the water content, and the coefficient of determination is 0.942. 20 shows the relationship between the arithmetic at four points after the maximum value and the water content, and the coefficient of determination is 0.947.

다. 결과 분석All. Result analysis

상기 제18, 19, 20도는 FID(free induction decay: 자기유도 감쇠신호)최대값이후의 강도의 산술합과 함수율과의 상관관계를 구한 것으로 각각의 결정계수(R )는 0.904, 0.942, 0.947이었으며 이와 같은 결정계수는 주변의 잡음과 측정오차를 고려할 때 상당히 좋은 상관관계를 나타내고 있음을 알 수 있다.The 18th, 19th, and 20th degrees are obtained by obtaining a correlation between the arithmetic sum of the intensity after the FID maximum value and the water content. ) Were 0.904, 0.942, and 0.947, and these coefficients showed a good correlation with the ambient noise and measurement error.

위와 같은 결과를 토대로 비교적 간단한 방법에 의해 연속적으로 농산물의 합수율을 측정할 수 있다.Based on the above results, it is possible to continuously measure the yield of agricultural products by a relatively simple method.

[실험예 2]Experimental Example 2

청과물의 당도 측정Measurement of sugar content of fruits and vegetables

가. 샘플 제작end. Sample production

과채류는 숙도가 증가함에 따라 다당류의 탄수화물인 전분(Starch)과 과당(Fructose) 및 포도당(Glucose)과 같은 단당류와 이당류인 자당(Sucrose)으로 변하면서 전체 당도가 증가하게 된다. 대부분의 과채류는 수분이 80-90%를 차지하고 단당류와 이당류의 양은 보통 10-20%를 차지하며, 그 외 약간의 섬유질로 구성되어 있다. 보통 말하는 설탕은 자당(Sucrose)를 의미한다.As the fruits and vegetables increase in ripening, the total sugars increase as monosaccharides such as starch, fructose and glucose, and sucrose, disaccharides, increase. Most fruits and vegetables are 80-90% water, mono- and disaccharides are usually 10-20%, and some other fiber. Commonly speaking sugar means sucrose.

자당은 단당류인 과당과 포도당의 결합으로 이루어지며 22개의 수소 원자를 가지고 있음이 일반적이며 청과물에 대한 예비 실험을 위해 설탕물 샘플을 14개 제작하였으며, 설탕물에 대한 실험을 하기 전에 전체 시스템(장치)을 최적인 공명상태로 설정하기 위해 사용된 글리세롤(Glycerol)샘플을 제작하였다. 실험용 샘플은 30㎜ 직경의 유리관에 동일한 질량의 증류수를 준비하고 설탕(실험에서는 순수한 자당(Sucrose)만을 사용)의 질량을 변화시켜 당도가 고르게 분포하도록 만들었다.Sucrose is composed of a combination of monosaccharides, fructose and glucose, and has 22 hydrogen atoms, and 14 sugar samples were prepared for preliminary experiments on fruits and vegetables. Glycerol sample was used to set the optimal resonance state. Experimental samples were made with evenly distributed distilled water in a 30 mm diameter glass tube and by varying the mass of sugar (only pure sucrose in the experiment).

실험에서 사용된 설탕물에 대한 당도는 순수한 증류수, 3.1%의 설탕물, 5.8%의 설탕물, 6.9%의 설탕물, 8.7%의 설탕물, 10.5%의 설탕물, 11.9%의 설탕물, 15.7%의 설탕물, 17.6%의 설탕물, 18.9%의 설탕물, 19.7%의 설탕물, 22.2%의 설탕물, 22.5%의 설탕물, 26.8%의 설탕물과 글리세롤(Glycerol)이다.The sugar content for the sugar water used in the experiment was pure distilled water, 3.1% sugar water, 5.8% sugar water, 6.9% sugar water, 8.7% sugar water, 10.5% sugar water, 11.9% sugar water, 15.7. % Sugar water, 17.6% sugar water, 18.9% sugar water, 19.7% sugar water, 22.2% sugar water, 22.5% sugar water, 26.8% sugar water and glycerol.

나. 글리세롤에 의한 예비 실험I. Preliminary Experiment with Glycerol

글리세롤에 대한 실험을 먼저 실행하였다. 전체 시스템을 가동(on)시킨 후 동조회로를 4.1㎒에 맞추기 위해 진공 가변 콘덴서(AVC)를 조정하여 동조를 시킨 후 신호를 획득하였다.Experiments on glycerol were performed first. After the entire system was turned on, the tuning was performed by adjusting the vacuum variable capacitor (AVC) to set the tuning circuit to 4.1 MHz, and then obtaining a signal.

동조에 대한 확인여부는 주파수 카운터(frequency counter)나 큐-미터(Q-meter:quality factor meter)또는 정재파 측정기(standing-wave-detector)와 같은 측정기로 측정할 수 있으나, 현재의 회로에 대해 최대의 신호가 나올 때를 동조한 것으로 간주하였다.Checking for tuning can be done with a measuring instrument such as a frequency counter, Q-meter (quality factor meter) or standing-wave-detector. It was regarded as sympathetic when the signal of.

실험 데이터를 획득하는 장비는 디지털 오실로스코프(58: PHILIPS사의 PM3394A형 모델)을 사용하였으며 기준시간(Time Base)을 10μs를 설정하여 8,192개의 데이터를 획득함으로써 1.6ms 기간의 FID 공명신호를 얻었다.The equipment for acquiring the experimental data was a digital oscilloscope (58: PH33IPA model of PHILIPS) and obtained 8,192 data with a time base of 10μs to obtain a FID resonance signal of 1.6ms.

1회 획득된 신호는 잡음(Noise)에 약한 신호이므로 1개의 신호를 이용할 수 없고 다수의 신호를 디지털 오실로스코프(58)상에서 평균하였으며, 평균방식은 아래식(7)과 같이 이전의 신호(Old data)에 신규 입력된 신호(New data)의 영향을 추가하는 방식을 택하였다.Since the signal obtained once is a weak signal to noise, one signal cannot be used and a plurality of signals are averaged on the digital oscilloscope 58. The average method is the old data as shown in Equation (7) below. ), The method of adding the influence of the new input signal (New data) was selected.

상기에서 평균 인자값은 128로 설정하여 신호를 디지털 오실로스코프(58)상에서 가공하였으며 평균되는 데이터의 수는 50개이상의 신호가 이용되며, 평균에 의해 대부분의 잡음은 제거할 수 있었다.In the above, the average factor value is set to 128, and the signal is processed on the digital oscilloscope 58. The number of averaged data is 50 or more signals, and most of the noise can be removed by the average.

제21도는 1.4ms 기간의 글리세롤에 대한 신호로 약 40μs 이후부터 나타남을 볼 수 있다. 40μs 이전의 신호는 두 부류로 나누어지는데 FID를 위한 입력신호(6.5μs)와, 신호의 입력이 차단된 이후 RF/감지코일(34)이 샘플로부터 유도되는 신호를 검출하기까지의 대기 상태의 신호이다. 이 대기 시간에 많은 정보가 포함되어 있으므로 이 시간을 짧게 하면 전체적인 시스템의 성능이 향상된다.21 shows a signal for glycerol in a 1.4 ms period, which appears after about 40 μs. Signals before 40 μs are divided into two classes: the input signal for FID (6.5 μs) and the standby state until the RF / detection coil 34 detects a signal derived from the sample after the input of the signal is cut off. to be. This wait time contains a lot of information, so shortening this time improves the overall system performance.

획득된 신호는 지수적으로 감소하며 진동하는 신호의 양상을 나타낸다. 이 감쇠하는 정도의 값이 주어진 자장의 균일도 하에서 얻어지는 T2이며 다음 식(8)과 같이 구해진다.The acquired signal decreases exponentially and exhibits a pattern of oscillating signal. The value of this damping degree is T 2 obtained under the uniformity of the given magnetic field, and is obtained as in the following equation (8).

여기서 A는 출력신호이고, A0은 출력신호의 최대값이며, T2는 물체의 고유한 값이며 자기장의 균일도에 따라 값이 약간 달라진다. 이 값을 분석하면 청과물의 당도나 수분을 측정할 수 있으나 청과물과 같이 수분과 당분 등이 섞어 있는 반고체상태인 경우는 2개 이상의 T2값이 관찰되며 영구자석(6)(8)의 자장(B0) 균일도가 높을수록 정확한 T2값을 측정할 수 있다.Where A is the output signal, A 0 is the maximum value of the output signal, T 2 is the inherent value of the object, and the value varies slightly depending on the uniformity of the magnetic field. Analyzing this value can measure the sugar content and water content of fruits and vegetables, but in the case of semi-solid state in which water and sugar are mixed like fruits and vegetables, two or more T 2 values are observed and the magnetic field of permanent magnets (6) (8) B 0 ) The higher the uniformity, the more accurate T 2 can be measured.

위에서 얻어진 신호는 시간에 따라 진동하는 신호이므로 신호를 그대로 사용하지 않고 제22도와 같은 엔벨로프를 구하였으며 도면에서 보는 바와 같이 글리세롤의 신호는 초기에 감쇠가 많은 형태의 양상을 나타내고, 800μs 이후부터는 감쇠가 완료되어 가는 양상을 나타내고 있으며, 이 현상은 800μs 이전에 대부분의 신호가 있음을 의미한다.Since the signal obtained above is a signal that vibrates with time, the envelope as shown in FIG. 22 is obtained without using the signal as it is. As shown in the figure, the signal of glycerol shows a form of attenuation at a high initial stage. This is a sign of completion, which means that most signals are present before 800µs.

글리세롤에 대한 실험을 통해서 의미있는 신호를 얻고 분석하기 위해서는 800μs 이전의 신호를 감지해야 한다는 것을 알 수 있었다. 그러나 이 값은 영구자석(6)(8)에서의 자장의 균일도를 높이거나, RF/감지코일(34)을 더욱 정교하게 제작하여 신호 입감도를 높이거나 임피던스를 정확히 일치시킴으로써 800μs 이상 연장할 수 있다.Experiments with glycerol showed that in order to obtain and analyze meaningful signals, signals before 800 μs must be detected. However, this value can be extended beyond 800 μs by either increasing the uniformity of the magnetic field in the permanent magnets (6) (8), or by making the RF / detection coil (34) more precise to increase the signal granularity or to exactly match the impedance. have.

다. 설탕물에 대한 실험 및 분석All. Experiment and analysis of sugar water

글리세롤에 의해 전체 시스템의 환경을 설정한 후 14개의 설탕물에 대해 실험을 하였으며 제23, 24, 25도는 글리셀로을 포함한 6개의 설탕물 샘플에 대한 엔벨로프를 그린 그래프이다.After setting the environment of the whole system with glycerol, experiments were conducted on 14 sugar waters, and 23, 24, and 25 degrees are graphs of envelopes of 6 sugar water samples including glycelo.

제23,24,25도에서 보는 바와 같이 800μs 이후에는 당도가 높은 샘플과 낮은 샘플이 동일한 값으로 감쇠되는 양상을 보이고 있으며 순수한 물의 감쇠는 늦은 반면에 당도가 높은 샘플은 감쇠가 빨리 되는 양상을 띄게 되어 순수한 물의 T2가 당도가 높은 샘플보다 더 크게 나타나지 않는다. 이것은 당도가 높은 샘플의 수소원자는 순수한 물에서보다 움직임이 활발하지 못하다는 것을 의미한다.As shown in 23, 24, and 25 degrees, after 800 μs, high and low sugar samples are attenuated to the same value. Pure water is slowed while high sugar samples are attenuated fast. Thus, T 2 of pure water does not appear larger than the high sugar sample. This means that the hydrogen atoms in the high sugar sample are less active than in pure water.

당도를 쉽게 예측하는 방법으로 여러 가지 간단한 방법이 시도되었다. 그 예로 설탕물에 관해서는 T2를 구하지 않고 엔벨로프 상의 두 개 점에 대한 기울기로 당도를 예측하였다.Several simple methods have been attempted to easily predict sugar content. For example, the sugar content was predicted by the slope of two points on the envelope without obtaining T 2 for sugar water.

제26도는 두 개 점에 대한 기울기와 당도와의 관계를 나타내고 있으며 간단한 방법으로 선형적인 모델을 이용하여 설탕물에 대해서는 당도를 쉽게 측정할 수 있다/Fig. 26 shows the relationship between the slope and the sugar content for two points, and sugar can be easily measured for sugar water by using a linear model in a simple manner.

라. 청파물에 대한 실험 분석 및 결과la. Experimental Analysis and Results for Green Water

실험 대상으로 사용한 청과물은 아래 표 11과 같다.Fruits and vegetables used as experiments are shown in Table 11 below.

제27도는 물, 사과, 키위의 엔벨로프를 비교한 것으로 각각의 물체마다 신호양상은 다르게 나타나며 액체인 물은 반고체인 사과나 키위에 비해 감쇠기간이 상대적으로 길게 나타남을 볼수 있다.Figure 27 compares the envelope of water, apple, and kiwi, and the signal shape is different for each object, and liquid water has a relatively long decay period compared to semi-solid apple or kiwi.

(A) 사과에 대한 실험 분석 및 결과(A) Experimental analysis and results for apples

사과샘플은 30개를 만들었으며 질량에 대해서 생기는 편차를 제거하기 위해 동일한 질량(25.5g ±0.2g)으로 제작하였으며, 당도는 디지털 굴절 당도계(모델명:TRM-100)로 2회에 걸쳐 측정되었고 당도값은 두 개 값의 평균을 취하였다. 사과샘플의 당도는 10.6%∼15.95%내에서 분포되면 당도분포는 다음과 같다. 10%∼11%:1개, 11%∼12%:1개, 12%∼13%:4개, 13%∼14%:5개, 14%∼15%:8개, 15%∼16%:11개이며 전체적인 과일의 당도는 14%∼16%에 많은 과일이 분포되어 있다.Thirty apple samples were made and made with the same mass (25.5g ± 0.2g) to remove any deviation from the mass. The sugar content was measured twice with a digital refractive sugar meter (TRM-100). Values were averaged of two values. When the sugar content of apple samples is distributed within 10.6% to 15.95%, the sugar distribution is as follows. 10% to 11%: 1, 11% to 12%: 1, 12% to 13%: 4, 13% to 14%: 5, 14% to 15%: 8, 15% to 16% : 11 pieces of fruit with a total sugar content of 14% to 16%.

사과는 설탕물과 달리 반고체 상태이므로 설탕물과 같은 액체샘플에서의 신호처리처럼 간단히 두 점에서의 기울기를 이용하지 않고 엔벨로프 데이터를 직접 이용하였다.Since apples are semi-solid, unlike sugar water, they used envelope data directly, rather than simply using two-way gradients, such as signal processing in liquid samples such as sugar water.

20개의 데이터를 이용하여 엔벨로프와 당도 사이에서 상관성이 있는 계수를 찾아 만든 통계처리 프로그램(SAS)에 의한 다중선형회귀분석(Multiple linear Regression)에 의해 예측 모델을 개발하였다. 18개의 계수를 사용하였을 때 예측모델의 결정계수 R =0.931이었다.The predictive model was developed by multiple linear regression using statistical processing program (SAS), which found correlation coefficient between envelope and sugar using 20 data. Decision coefficient R of the predictive model when 18 coefficients are used = 0.931.

그러나, 개발된 다중선형 회귀 모델을 이용하여 나머지 10개의 샘플에 대해서 당도를 검증한 결과는 제28도와 같으며, 표준 편차값이 2.4%정도로 10%-16%의 당도 범위를 갖는 사과의 경우에 이와 같은 방법을 이용하여 당도를 측정하여 등급을 결정한다면 2등급으로 분류하기도 어려우므로 이러한 통계처리 프로그램(SAS)를 이용하는 당도예측은 타당하지 않다는 결론을 얻었다.However, the results of verifying the sugar content for the remaining 10 samples using the developed multilinear regression model are as shown in Figure 28. In the case of apples with a standard deviation of 2.4% and a sugar range of 10% -16% It was concluded that the sugar prediction using the statistical processing program (SAS) was not valid because it was difficult to classify it into 2 grades if it was determined by measuring the sugar content using this method.

따라서, 30개의 사과의 공명신호를 신경망을 이용하여 학습한 후 예측하였다. 입력 계수는 설탕물에서 취한 방식으로 두 점의 기울기를 초기값과 이웃하는 값들과의 기울기로 4개를 취하였고 은닉층에 있는 노드(Hidden Node)의 수는 4개, 출력값은 1개의 당도갑승로 하여 학습을 시켰으며 입력 패턴의 수는 20개로 하였고 나머지 10개를 이용하여 검증하였다.Therefore, the resonance signals of 30 apples were predicted after learning using neural networks. The input coefficients were taken in sugar water, taking the slope of the two points as the initial value and the slope of the neighboring values, the number of hidden nodes in the hidden layer, and the output value in one sugar content path. The number of input patterns was 20 and the remaining 10 were verified.

제29도는 30개의 샘플 데이터에서 20개의 샘플을 취하여 신경회로망에 의해 학습한 결과를 바탕으로 하여 검증한 결과를 나타내었으며, 검증한 결과에 의해서 신경망을 이용하여 등급을 분류할 수 있는 가능성이 예견되었다.FIG. 29 shows the results obtained by taking 20 samples from 30 sample data based on the results learned by the neural network, and the possibility of classifying grades using the neural network was predicted based on the verified results. .

사과에 대한 실험결과는 다음과 같다.Experimental results for apples are as follows.

(가) 통계처리 프로그램(SAS)을 이용하여 상관성이 있는 계수를 찾아 예측하고 검증한 결과는 비교적 간단한 1차식으로 당도를 분류하는 것은 적합하지 않는 것으로 나타났다. 이것은 주위 공간에 존재하는 RF신호가 코일에 유도전류를 형성시켜 잡음을 발생하기 때문으로 사료된다. 따라서, RF/감지코일(34)와 동조회로를 외부 잡음으로부터 완벽하게 차단해야할 필요가 있다.(A) Finding, predicting, and verifying correlation coefficients using the statistical processing program (SAS) shows that it is not appropriate to classify sugars in a relatively simple linear equation. This is because the RF signal in the surrounding space generates an induced current in the coil to generate noise. Therefore, it is necessary to completely block the RF / sense coil 34 and the tuning circuit from external noise.

(나) 신경망을 이용하여 기울기 값과 실제 당도값을 이용하여 학습한 후 예측하였고 예측표준오차는 0.565%로 나타났다. 약 95%의 신뢰도를 가지고 측정 오차가 1.13%이였다.(B) The neural network was used to predict and predict the slope and the actual sugar value. The predicted standard error was 0.565%. The measurement error was 1.13% with a reliability of about 95%.

(다) 위의 결과를 이용하면 사과의 당도가 일반적으로 10%∼17%의 범위에 있을 때 3등급 정도로는 선별이 가능할 것으로 판단된다.(C) Using the above results, it is judged that apples can be sorted to grade 3 when the sugar content is generally in the range of 10% to 17%.

(B)배에 대한 실험 및 분석(B) Experiment and analysis on embryo

배샘플은 20개 만들었으며 각각의 질량은 질량에 의한 오차를 줄이기 위해서 40.4g ±0.2g로 만들었으며, 역시 당도는 디지털 굴절 당도계(모델명:TRM-100)로 2회에 걸쳐 측정한 후 평균값을 취하였고, 전체의 당도는 사과보다 낮은 9.8%∼13.1%(Brix%)로 나타났고 당도분포는 다음과 같다. 9.8%∼10.0%:3개, 10%∼11%:6개, 11%∼12%:6개, 12%∼13.1%:5개이며 사과보다는 고른 당도분포를 보이고 있다.Twenty fold samples were made and each mass was made into 40.4g ± 0.2g to reduce the error caused by mass.Also, the sugar content was measured twice with a digital refractive sugar meter (TRM-100) and the average value was measured. The total sugar content was lower than apples, ranging from 9.8% to 13.1% (Brix%), and the sugar content was as follows. 9.8% ~ 10.0%: 3, 10% ~ 11%: 6, 11% ~ 12%: 6, 12% ~ 13.1%: 5 and more evenly distributed sugar than apples.

신경망을 이용하여 샘플에 대한 학습을 실시하고 학습된 결과를 이용하여 검증하였다. 샘플의 수가 20개로 작아 12개의 샘플에 대해서 학습을 실시하였으며 8개의 샘플로 검증한 결과는 제30도와 같다. 신경망에서 사용된 계수는 통계처리프로그램(SAS)에서 추출된 계수 7개를 입력으로 사용하였으며 은닉층에 있는 노드의 수는 7개, 출력은 당도값 1개를 사용하였다.A neural network was used to train the sample and verified using the learned results. The number of samples was small to 20, and 12 samples were trained. The result of verifying with 8 samples is shown in FIG. The coefficients used in the neural network used seven coefficients extracted from the statistical processing program (SAS) as inputs, seven nodes in the hidden layer, and one sugar value for the output.

배에 대한 실험결과는 다음과 같다.Experimental results for the ship are as follows.

(가) 신경망에 의해 학습된 결과에 의해 검증된 결과의 표준오차는 0.392%이다. 즉 측정오차가 95%의 신뢰도를 가지고 0.78%이내에 있다.(A) The standard error of the result verified by the result learned by the neural network is 0.392%. That is, the measurement error is within 0.78% with 95% confidence.

(나) 사과 샘플에 비해 질량이 커서 좀더 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 이는 질량의 증가에 따라 공명신호 강도의 증가로 주변 잡음(Noise)에 대한 영향이 상대적으로 적어지기 때문에 판단된다. 얻어진 결과를 이용하여 당도에 따른 3등급의 판정이 가능하다고 판단된다.(B) The mass was larger than the apple sample, which resulted in better results. This is judged because the influence on the ambient noise is relatively small due to the increase of the resonance signal intensity as the mass increases. Using the obtained result, it is judged that grade 3 can be judged according to sugar content.

(C) 키위에 대한 실험 및 분석(C) Experiment and analysis of kiwi

키위샘플은 13개를 만들었으며 사과나 배와 같이 일부분을 잘라서 샘플로 만들지 않고 전체를 샘플로 사용하였다. 키위는 장방향이 단방향보다 긴 형태이고 단방향의 직경이 대략 50㎜이내의 크기를 가지고 있으므로, RF/감지코일(34)내에 전체를 넣어 실험할 수 있다. 제작된 RF/감지 코일의 직경은 60㎜이다. 당도는 디지털 굴절 당도계(모델명:TRM-100)을 사용하여 1회에 의해 측정하였으며 8.7%∼12.2%에 걸쳐 분포되어 있으며 당도분포는 다음과 같다. 8.7%∼9%:1개, 9%∼10%:3개, 10%∼11%:5개, 11%∼12.2%:4개이며 사과보다는 당도가 낮은 것으로 판정되었다.13 kiwi samples were made and the whole was used as a sample instead of cutting out a portion such as an apple or pear. Since the kiwi is longer than the unidirectional direction and has a diameter of about 50 mm in the unidirectional direction, the whole can be put into the RF / sensing coil 34 and tested. The diameter of the manufactured RF / detection coil is 60 mm. The sugar content was measured by one time using a digital refractive sugar meter (model name: TRM-100) and distributed over 8.7% to 12.2%. The sugar distribution was as follows. 8.7% to 9%: 1, 9% to 10%: 3, 10% to 11%: 5, 11% to 12.2%: 4 and lower in sugar than apples.

키위의 질량은 55g∼83g까지 고르게 분포되어 있다. 키위의 질량과 공명신호와의 유의성을 찾기 위해 전체 신호의 강도(공명신호의 최대값)와 질량과의 상관관계를 분석하였다, 분석한 결과는 제31도와 같으며, 그림에서 보는 것과 같이 결정계수(R )는 0.902로 나타났다.The kiwi mass is evenly distributed from 55 g to 83 g. In order to find the significance between the mass of the kiwi and the resonance signal, the correlation between the intensity (maximum value of the resonance signal) and the mass of the entire signal was analyzed. (R ) Was 0.902.

이 결과에 의하면 자유유도감퇴(FID) 신호의 강도를 이용하여 질량을 예측할 수 있음을 알수 있는데, 이는 전체 수소원자의 공명신호의 강도는 샘플 내에 있는 수소원자수에 비례하기 때문이다.The results indicate that the mass can be estimated using the intensity of the FID signal, since the intensity of the resonance signal of the total hydrogen atoms is proportional to the number of hydrogen atoms in the sample.

키위에 대한 신경망에 의한 학습모델을 이용하여 당도를 예측하는 방법을 시도하였다, 예측은 8개의 샘플을 이용하였으며 검증은 5개의 샘플을 사용하였다, 제32도는 검증한 결과에 대한 그래프이며 실험의 결과는 다음과 같다.We tried a method of predicting sugar content using a neural network learning model for kiwis, using eight samples for prediction, and using five samples for verification. Is as follows.

(가) 자유유도감퇴(FID)신호에서의 최대값과 질량과의 상관관계를 구하였다. 상관관계는 0.902로 나타났으며 공명신호의 간단한 분석에 의해 신호의 강도로 질량을 결정할 수 있음을 보여주었다.(A) The correlation between the maximum value and mass in the FID signal was obtained. The correlation was 0.902 and showed that the mass can be determined by the intensity of the signal by simple analysis of the resonance signal.

(나) 신경망으로 키위의 당도를 예측하였다. 예측표준오차는 0.415이며 예측결과에 의해 키위의 당도 또한 사과나 배의 경우처럼 3단계 정도로 등급을 나누는 것이 가능할 것이다.(B) The neural network predicted the sweetness of the kiwi. The predicted standard error is 0.415, and the predicted results will allow the kiwi sugar to be graded in three levels, as in the case of apples and pears.

(D)금귤에 대한 실험 및 분석(D) Experiment and analysis on kumquat

금귤(낑깡)의 샘플은 35개이다. 금귤은 키위와 마찬가지로 동조코일의 직경보다 작은 청과물로서 그 직경이 20㎜∼30㎜이내이므로 통째로 RF/감지 코일(34)에 넣어 실험할 수 있다. 금귤의 질량은 10.390g∼18.645g으로 고르게 분포되어 있으며 당도는 11.2%∼19.7%까지 분포되어 있으며 당도의 분포는 다음과 같다. 11.2%∼13%:2개, 13%∼14%:1개, 14%∼15%:11개, 15%∼16%:10개, 16%∼17%:7개, 17%∼18%:1개, 18%∼19.7%:3개이었다.There are 35 samples of kumquats. Like a kiwi, kumquat is a fruit or vegetable smaller than the diameter of the tuning coil, and its diameter is within 20 mm to 30 mm so that it can be put into the RF / sensing coil 34 as a whole. The mass of kumquat is evenly distributed from 10.390g to 18.645g, and the sugar content is distributed from 11.2% to 19.7%. 11.2%-13%: 2, 13%-14%: 1, 14%-15%: 11, 15%-16%: 10, 16%-17%: 7, 17%-18% : 1 piece, 18%-19.7%: 3 pieces.

신경망에 의한 예측실험을 하였다. 입력 노드의 수는 10개를 사용하였으며 개수는 통계처리프로그램(SAS)을 이용하여 얻은 상관성이 있는 데이터를 입력하였고 은닉층에 있는 노드의 수는 5개, 출력은 당도 1개로 하였다. 제33도는 25개의 샘플을 가지고 학습을 시키고 10개의 샘플을 이용하여 당도를 얘측하여 실제측정치와 비교하였다. 예측된 당도의 값과 실제 측정값과의 차의 척도인 표준오차는 1.461로 높게 나타났다.Prediction experiments were performed by neural networks. The number of input nodes was 10 and the number of correlated data obtained using the statistical processing program (SAS) was input. The number of nodes in the hidden layer was 5 and the output was 1 sugar. In FIG. 33, 25 samples were trained and 10 samples were used to compare sugar with actual measurements. The standard error, which is a measure of the difference between the predicted sugar value and the actual measured value, was 1.461.

실험의 결과는 다음과 같다.The results of the experiment are as follows.

(가) 신경망 모델에 의해서 10개의 계수를 사용하여 당고를 예측하였다. SEP는 1.461로 나타났으며 오차가 다소 크게 나타난 이유는 오렌지의 질량이 작아 공명신호가 약하여 잡음의 영향을 많이 받은 것으로 사려된다.(A) By the neural network model, sugar was predicted using 10 coefficients. The SEP was 1.461 and the reason for the error was rather large. It was considered that the noise was weak due to the weak resonance signal due to the small mass of orange.

(나) 주어진 결과를 이용하여 약 2등급 정도의 선별은 가능하다고 판단된다.(B) It is judged that a classification of about 2 grades is possible using the results given.

(다) 이러한 질량이 작은 과일은 자석상자의 공극(10)을 줄임으로써 자장의 세기를 증가시키고 자장의 균일도를 향상시킴으로써 보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있다고 판단된다.(C) It is judged that this small fruit can achieve better results by increasing the strength of the magnetic field and improving the uniformity of the magnetic field by reducing the pores 10 of the magnet box.

본 발명에서 코너스틸(24)은 삼각형으로 형성하였으나 경사면 (45°빗면)을 제34도와 같이 오목하게 요입된 만곡형으로 형성하면 자기장의 흐름이 순조로와 균일도가 상승된다.In the present invention, the corner steel 24 is formed in a triangular shape, but when the inclined surface (45 ° combed surface) is formed in a concave recessed concave shape as in FIG. 34, the flow of the magnetic field is smooth and the uniformity is increased.

본 발명에서 고출력의 고주파 펄스신호에 의해 다량의 열이 발생되나 고주파 펄스인가 시간이 10μs 로 극히 짧고 케이스(4)를 통하여 방열이 이루어지므로 함수율이나 당도측정에 영향을 주지 않으며 RF/감지코일(34)의 직경을 120㎜ 또는 60㎜로 하였으나 시료의 크기가 클 경우 RF/감지코일(34)의 직경을 크게 하고 영구자석(6)(8)의 세기를 증가시키면 된다.In the present invention, a large amount of heat is generated by the high-frequency high-frequency pulse signal, but the application time of the high-frequency pulse is very short, 10 μs, and heat dissipation is performed through the case (4). ), The diameter of 120mm or 60mm, but if the size of the sample is large, the diameter of the RF / sensing coil 34 may be increased and the strength of the permanent magnets 6 and 8 may be increased.

본 발명에서 비파괴 검사 대상을 농산물의 함수율이나 청과물의 당도측정을 그 예로 들었으나 같은 방법을 이용하여 참깨, 들깨, 아주까리, 피마자 등과 같은 식물의 기름(식용유 또는 비식용유)함량도 측정할 수 있다.In the present invention, the non-destructive test subjects, the water content of the agricultural product or the measurement of sugar content of the fruits and vegetables as an example, using the same method can also measure the oil (edible or non-edible oil) content of plants such as sesame, perilla, castor, castor and the like.

이상에서와 같이 본 발명은 실용적인 수소 핵자기 공명을 이용하여 농산물의 함수율과 당도 등을 비파괴적이면서 연속적으로 간편히 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of using non-destructive and continuously measuring the moisture content and sugar content of agricultural products using practical hydrogen nuclear magnetic resonance.

Claims (3)

수소 핵자기 공명(NMR) 장치의 공명센서 내에 시료를 투입시켜 얻은 공명신호를 처리하여 순수 수분 공명신호 또는 당도신호를 획득하여 농산물의 함수율이나 당도 함량을 비파괴적으로 연속 측정하는 수소 핵자기 공명을 이용한 농산물 비파괴 검사장치에 있어서; 투자율이 높은 재질로 된 상자형 케이스(4)의 내측 상·하부면에 평판형의 영구자석(6)(8)을 N·S 자극이 마주 보도록 고정하여 영구자석(6)(8) 사이에 공극(10)을 형성하고, 영구자석(6)(8)의 대향 표면에 투자율이 높은 폴페이스(16)(18)을 부착고정하고, 폴페이스(16)(18)의 대향 가장자리 부분에 투자율이 높은 쉬밍 플레이트(20)(22)를 부착 고정하고, 케이스(4)의 내부 모서리에 투자율이 높은 코너 스틸(24)를 부착 고정하여 정자계(B0)의 자장세기와 균일도를 향상시키고, 공극(10)내에는 제어기(컴퓨터)에 접속된 RF/감지코일(34)을 설치하여 자장의 강도와 균일도를 향상시킨 수소 핵자기 공명(NMR)을 이용한 농산물 비파괴 검사용 자석상자.Hydrogen nuclear magnetic resonance (NMR) is obtained by processing a resonance signal obtained by putting a sample into a resonance sensor of a NMR device to obtain a pure water resonance signal or a sugar signal to continuously measure the moisture content or sugar content of agricultural products. In the agricultural non-destructive testing device used; The plate-shaped permanent magnets 6 and 8 are fixed to the inner upper and lower surfaces of the box-shaped case 4 made of a material with high permeability so that the N and S magnetic poles face each other. Forming voids 10, attaching high-permeability pole faces 16 and 18 to opposing surfaces of permanent magnets 6 and 8, and permeability to opposite edge portions of pole faces 16 and 18 The high shearing plates 20 and 22 are attached and fixed, and the high permeability corner steel 24 is attached and fixed to the inner edge of the case 4 to improve the magnetic field strength and uniformity of the static magnetic field B 0 . Magnet box for agricultural non-destructive testing using hydrogen nuclear magnetic resonance (NMR) to improve the strength and uniformity of the magnetic field by installing an RF / sensing coil 34 connected to the controller (computer) in the space (10). 제1항에 있어서, 시료에 고주파 펄스를 인가한 다음 공명신호를 얻은 자석상자(2)의 일단에 송·수 전환기(42)를 접속하여 송·수신 상태로 전환할 수 있도록 하고 송·수 전환기(42)의 일단에 시료로부터 센서(2)가 검출한 공명신호를 증폭하는 전치증폭기(54)를 접속하고, 전치증폭기(54)의 출력에 수신 및 검파부(56)을 접속하여 전치증폭기(54)로부터 증폭된 신호를 증폭 및 검파하여 충분한 크기의 순수 수분공명신호를 얻도록 하고, 수신 및 검파부(56)의 출력에 오실로스코프(58)을 접속하여 순수 수분공명신호가 영상 표시되게 하고, 송·수 전환기(42)의 일단에 고주파 전력증폭기(52)와 고주파 스위칭부(50)와 펄스프로그래머(48)와 시스템을 제어하는 컴퓨터(46)를 차례로 접속하고, 컴퓨터(35)와 펄스프로그래머(48)와 고주파 스위칭부(50)를 수신 및 검파부(56)에 각각 접속하여 RF/감지코일(34)로 고주파 펄스가 인가되는 송신기간동안 수신이 중단되게 하여 자장의 강도와 균일도를 향상시킨 수소 핵자기 공명(NMR)을 이용한 농산물 비파괴 검사장치.The transmitter / receiver according to claim 1, wherein the transmitter / receiver 42 is connected to one end of the magnet box 2 obtained by applying a high frequency pulse to the sample and then switched to the transmitter / receive state. A preamplifier 54 for amplifying the resonance signal detected by the sensor 2 from the sample is connected to one end of the sample 42, and the receiver and detector 56 are connected to the output of the preamplifier 54 to connect the preamplifier ( Amplifying and detecting the signal amplified from 54) to obtain a pure moisture resonance signal of sufficient magnitude, and connecting the oscilloscope 58 to the output of the receiving and detecting unit 56 so that the pure moisture resonance signal is displayed on the image. The high frequency power amplifier 52, the high frequency switching unit 50, the pulse programmer 48, and the computer 46 for controlling the system are connected to one end of the transmitter / receiver 42 in turn, and the computer 35 and the pulse programmer are connected. 48 and the high frequency switching unit 50 to the receiving and detecting unit 56 Non-destructive testing device using hydrogen nuclear magnetic resonance (NMR) to improve the intensity and uniformity of the magnetic field by interrupting the reception during the transmitter to which the high frequency pulse is applied to the RF / sense coil (34) by connecting each. 제1항에 있어서, 코너스틸(24)의 경사면은 오목한 형상임을 특징으로 하는 자장의 강도와 균일도를 향상시킨 수소 핵자기 공명(NMR)을 이용한 농산물 비파괴 검사용 자석상자.The magnet box for agricultural product non-destructive inspection using hydrogen nuclear magnetic resonance (NMR) with improved magnetic field strength and uniformity, characterized in that the inclined surface of the corner steel 24 is concave.
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