SU868505A1 - Импульсный дерно-резонансный анализатор - Google Patents

Description

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ЯДЕРНО-РЕЗОНАНСНЫЙ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относитс  к измерител ной технике, а именно к устройствам количественного анализа состава веществ , в частности измерени  и анали за влажности, масличностии т.п. раз личных твердых водородсодержащик материалов методом спинового эха  дерного магнитного резонанса (ЯМР. Известны ЯМР -анализаторы состава веществ, основанные на стационарном и импульсном способе наблюдени  сигналов ЯМР Г П Недостатком таких устройств  вл етс  отсутствие автоматической обработки информации о концентрации резо нирующих  дер, например протонов, в каждой фазе двухкомпонентной системы что ограничивает их применение дл  многих практических задач. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  им пульсный  дерно-резонансный анализатор , реализованный в устройстве дл  определени  концентрации протонов медленноспадающей составл ющей двухфазной системы, содержащий датчик эхо-сигналов с ампулой дл  образца , наход щийс  в рабочем зазоре посто нного магнита, приемно-передающий канал, соединенный с датчиком эхо-сигналов и блоком программного управлени , блок запоминани , арифметическое устройство и регистратор, соединенные друг с другом последовательно 2 . Однако с помощью этого устройства определение концентрации протонов второй быстроспадакнцей компоненты водородсодержащего материала возможно только при сн тии экспериментальной кривой общей релаксации и последующем графоаналитическом расчете. Кроме того, при анализе водородсодержащего материала необходимо предварительное взвешивание пробы, поскольку результатом измереш1Я  вл етс  абсолютна  величина концентрации протонов медленноспадающей компоненты, а не ее процентное содержание. Указанные об сто тельства привод т в результате к значительному усложнению и удлинению процесса анализа в двухфазных систем. Цель изобретени  - уменьшение трудоемкости и ускорение процесса количественного анализа состава веществ . Поставленна  цель достигаетс  тем что в импульсный  дерно-резонансный анализатор, содержащий датчик эхо-си налов с ампулой дл  образца, нахож щийс  в рабочем зазоре посто нного магнита, приемно-передающий канал, соединенный с датчиком эхо-сигналов и блоком программного управлени , бл запоминани , арифметическое устройство и регистратор, соединенные друг с другом последовательно, дополнительно введены распределитель эхосигналов , переключатель каналов, автоматический экстрапол тор, компаратор и блок вычитателей, причем выход приемно-передающегр канала соединен с первым входом распределител  эхосигналов , первые два выхода которого подключены через блок вычитателей к первым двух входам переключател  каналов , а вторые два выхода - ко вторым двум входам переключател  каналов , при этом первый выход последнего подключен к первому входу компаратора , а второй выход - к первому входу автоматического экстрапол тора выход .которого подключен к первому входу блока запоминани , у которого первый и второй выходы подключены к третьему и четвертому входам блока вычитателей, кроме того, выход автоматического экстрапол тора подключен также ко второму входу к-омпаратора, . подключенного ко входу блока програм много управлени , второй выход кото«рого подключен к управл ющему входу распределител  эхо-сигналов, третий выход - к управл ющим входам переключател  каналов и арифметического устройства, четвёртый выход - ко вто рому входу блока запоминани , а п ты - к первому и третьему управл ющим входам, а шестой - ко второму входу автоматического зкстрапол тора. Автоматический экстрапол тор соде жит соединенные последовательно перзый элемент пам ти, усилитель с управл емым коэффициентом усилени  и второй элемент пам ти, причем выход .последнего  вл етс  выходом автоматического экстрапол тора и подключен к первому входу первого элемента пам ти, второй вход которого  влйетс  первым входом автоматического экстрапол тора, при этом управл ющие входы первого элемента пам ти  вл ютс  вторым входом автоматического экстрапол тора , второго элемента пам ти четвертым входом автоматического экстрапол тора , а управл ющий вход усилител  с управл емым коэффициентом усилени   вл етс  третьим входом автоматического экстрапол тора. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого импульсного  дерно-резонансного анализатора; на фиг. 2 эпюры напр жений на выходах блоков . Импульсный  дерно-резонансизй анализатор i содержит датчик 1 эхо-сигналов , наход щийс  вместе с исследуемым образцом в рабочем зазоре посто нного магнита 2, приемно-передающий канал 3, распределитель эхо-си1- налов,, переключатель 5 каналов автоматический экстрапол тор6, первый элемент 7 пам ти, усилитель 8 с управл емым коэффициентом усилени , второй элемент 9 пам ти, компаратор 10, блок 11 программного управлени , блок 12 вычитателей, блок 13 запоминани  арифметическое устройство 14 и регистратор 15, а рабочие напр жени  в точках 16-29 (фиг. 1) изображены на соответствующих эпюрах 16-29 (фиг. 2). Устройство работает следующим образом . При возбуждении короткими и мощными .радиоимпульсами многоимпульсной последовательности, например Карра- Парселла-Мейбумма-Гилла, колебательного контура датчика 1 в катушке индуктивности последнего в моменты времени nZCAC (где Г интервал времени между и первым 180°-ным импульсами; п - пор дковый номер эхосигнала ), по вл етс  последовательность эхо-сигналов, поступающих на вход приемно-передающего канала 3. Усиленные и продетектировалные эхо-сигналы поступают -на распределитель 4, который управл етс  импульсами ворот блока 11 программного управлени  таким образом , что первьш и второй эхо-сигналы А и А на эпюре 16 (фиг.2) поступают соответственно на первый и второй канал распределител  4, а (М-1)-вый и N-ный (А., А}) сигналы - на третий и четвертый канал- распределител . Моменты выделени  амплитуд зхо-сигнаI лов Ащ и A(j, принадлежащих только медленноспадающей составл ющей спинспиновой релаксации, предварительно устанавливаютс  на блоке 11 программного управлени  (N-общее число эхосигналов ) . Распределитель 4 предназначен также дл  запоминани  указанных амплитуд эхо-сигналов. Таким образом , на его выходах в точках 17-20 удерживаютс  уровни напр жений U , и,, и, ,(эпюры 17-20, фиг. 2).

В момент окончани  последнего импульса ворот в блоке 11 программного управлени  вырабатываетс  старимпульс , который запускает собственный генератор пилообразного напр жени  (эпюра 21). При этом положение контактов переключател  5 каналов такое , что выходы распределител  4 через этот переключатель подключены соответственно к опорному входу компаратора 10 (Um) и ко входу первого .элемента 7 пам ти автоматического эк1трапол тора 6 () . До момента по влени  старт-импульса на сигнальном

входе компаратора 10 прилагаетс  на пр жение 0, поскольку коэффициент усилени  усилител  8 равен единице. При по влении пилообразного напр жени  на управл ющем входе усилител  8 (эпюра 21), напр жение на сигнальном входе компаратора 10 растет до тех пор, пока не становитс  равным (. В момент равенства U 1 и в блоке 11 программного управлени  вырабатываетс  стоп-импульс, который запускает генератор тактовых импульсов в блоке 11 и останавливает работу генератора пилообразного напр жени , фиксиру  тем самым требуемый, коэффициент усилител  8 (эпюры 21-22

Автоматический экстрапол тор 6, управл емый импульсами блока 11 программного управлени , вырабатывает ступецчато-нарастающее напр жение, представл ющее собой функцию вида ехр(т1Гр/Т), где Т - период следовани  т,-тактовых, импульсов; Т - посто нна  времени нарастани ,определ ема  коэффициентом К усилител  8. При этом элементы 7 и 9 пам ти представл ют собой известное устройство состо щее из повторител  напр жени , параллельно входу которого включена емкость, а.последовательно - ключ, управл емый тактовыми импульсами блока 11. Каждый из указанных элементов пам ти поочередно работает в режиме записи или запоминани , причем если

первый элемент пам ти находитс  j режиме записи, то в это врем  второй в режиме запоминани . С приходом каждого тактового импульса режимы работы одного и другого элементов рам ти мен ютс  на противоположные. Таким образом, при фиксированном коэффициенте усилени  К усилител  8 каждый из элементов пам ти поочередно получает приршцение напр жени , в К раз большее того напр жени , которое зафиксировано на его емкости в предыдущем периоде. При числе тактовых импульсов , равном N-1, полученный на

выходе блока 13 запоминани  (эпюра

26)уровень напр жени  UQ равен ве- личина начальной амплитуды А, т.е. концентрации резонирующих  дер составл ющей с большим временем спин-спиновой релаксации. В частности, при измерении влажности величина 1| пропорциональна массе свободной воды в увлаж ненном твердом материале. В моменты по влени  (N-3), (N-2) и (N-1)-такто- вых импульсов блок 11 программного управлени  вырабатывает строб-импульсы, которые управл ют работой блока 13 запоминани  так, что на его выходах в точках 24 и 25, подключенных к блоку

12 вычитателей (фиг.1 и 2), по вл ютс  уровни напр жений соответственно и и,, а на выходе подключенном к арифметическому устройству и р (эпюра 26). При этом на выходах блока 1 вычитателей по вл ютс  уровни напр жени  U - Ц U и U. которые приложены к соответствующим входам переключател  5 каналов. По окончании подачи тактовых импульсов блок 11 программного управлени  вырабатывает второй старт-импульс (эпюра 21 , а также строб-импульс (эпюра

27)дл  переключени  кайалов переключател  5 и управлени  арифметическим устройством 14. Таким образом,

уровень напр жени  U. прилагаетс  ко входу компаратора 10, а уровень U22. входу автоматического экстрапол тора 6. Второй старт-импульс сбрасывает напр жение на генераторе

пилообразного напр жени  блока 11 до нул , что соответствует значению коэффициента- К-1 усилител  8, после , чего оп ть, включаетс  указанный генератор дл  увеличени  коэффициента

Claims (2)

1. К до момента равенства напр жений . 22 Д° срабатывани  компаратора 10. В этот момент с выхода блока программного управлени  11 (эпюра 22), подключенного к автоматическому экстрапол тору 6, по вл етс  строб-импульс, измен ющий режим рабо ты элементов 7 и 9 пам ти таким обра зом, что на выходе автоматического экстрапол тора 6 по вл етс  уровень напр жени  .(эпюра 27) , который за тем удерживаетс  на выходе блока 13 запоминани  (эпюра 28 ). На эпюре 23 показано рабочее напр жение в точке 23 блок-схемы (фиг.1). Следовательно, на входы арифметического устройства 14 подаютс  два уровн  напр жений U и зависимости от поставленной задачи уровень на выходе арифметического устройства 14 пропорциональный, например, отношению , при ко Aof + Aoi тором, в частности дл  многих задач влагометрии, уже не требуетс  предва рительное взвешивание исследуемой пробы, поскольку регистратор 15 може быть отградуирован в процентах влажности водородсодержащего материала или вообще в процентах концентрации резонирующих  дер исследуемого вещества . Использование предлагаемого импул ного  дерно-резонансного анализатора по сравнению с известным обеспечивае расширение области использова1ш  как р Ч11СТО научном плане при изучении двухфазных систем типа твердое теложидкость- так и дл  решени  целого р да практических задач, отсутствие методической погрешности от дозировани  исследуемого вещества, а также погрешности от вли ни  протонов твер дого водородсодержащего материала,. повышение надежности и точности полу ченных результатов анализа вследстви наличи  автоматического определени  искомых параметров. Формула изобретени  1. Импульсный  дерно-резонансный анализатор, содержащий датчик эхосигналов с ампулой дл  образца, наход щийс  в рабочем зазоре посто нного магнита, приемно-передающий канал , соединенный с датчиком эхо-сигна:лов и блоко; программного управлени , блок запоминани , арифметическое устройство и регистратор, соединенные друг с другом последовательно отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  трудоемкости и ус корени  процесса анализа состава веществ , в него дополнительно введены распределитель эхо-сигналов, переключатель каналов, автоматический экс трапол тор, KOMncipuiup и блок вычитателей , причем выход приемно-передающего канала соединен с первым входом распределител  эхо-сигналов, первые два выхода которого подключены через блок вычитателей к первым двум входам переключател  каналов, а вторые два выхода - ко вторым двум входам переключател  каналов, при этом первый выход последнего подключен к первому входу компаратора, а второй выход - к первому входу автоматического экстрапол тора, выход которого подключен к первому входу блока запоминани , у которого первый и второй выходы подключены к третьему и четвертому входам блока вычитателей, кроме того, выход автоматического экстрапол тора подключен также ко второму входу компаратора, подключенного ко входу блока программного управлени , второй выход которого подключен к управл ющему входу распределител  эхо-сигналов, третий выход к управл ющим входам переключател  каналов и арифметического устройства, четвертый выход - ко второму входу блока запоминани , а п тый - к первому и третьему управл ющим входам, а шестой - ко второму входу автоматического экстрапол тора. 2. Анализатор по п. 1, отличающийс  тем, что автоматический экстрапол тор содержит соединенные последовательно первый элемент пам ти, усилитель с управл емым коэффициентом усилени  и второй элемент пам ти, причем выход последнего  вл етс  выходом автоматического экстрапол тора и подключен к первому входу первого элемента пам ти, второй вход которого  вл етс  первым входом ав-уоматического экстрапол тора , при этом управл ющие входы первого элемента пам ти  вл ютс  вторым входом автоматического экстрапол тора , второго элемента пам ти - четвертым входом автоматического экстрапол тора , а управл ющий вход усилител  с управл емым коэффициентом усилени   вл етс  третьим входом автоматического экстрапол тора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Скрипко А. Л. Электронные устройства автоматического контрол . Фрунзе, ИЛИМ, 1977, с. 2-13.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 661323, кл. G 01 N 27/78, 1979 (прототип).