Устройство измерения количественного состава пищевых продуктов

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕСПУБЛИК 4239 А(51)5 6 01 М 2 ГОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОР л Я 41адный заочный политехн А.А. Пота дтельств 01 М 24/08 летел ьств 01 М 24/08(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ КОг 1 ИЧГ СТВЕННОГО СОСТАВА ПИ 1 ЦЕВЬ 1;( ПГО ДУКТОВ(57) Сущность изобретения: устройство содержит согласующий усилитель 1, два ре гулируемых масштабных усилителя 1 и 5. два сумматора 6, 7. два логари 1 я 1 ических усилителя 8. 9. вычитэ 1 ель 1 О. инвергор 11, сгробируемый ключ 2, корр".лягор 3. блок задержки 16, блок 12 контроля значений коэффициентов масштабных усилителей. 1 ил10 20 25 30 35 40 45 50 Устройгтво предназначено для точногоизмерения отдельных протоносодержащихкомпонент пищевых продуктов в импульсных ЯМР.анализаторах, например содержания твердой жировой фазы в маслах ижирах, семенах масличных культур, определения содержания влаги в молочных продуктах. Может быть использовано в задачахгеофизики, при исследовании недр землиметодами переходных процессов, биологии. медицине и других областях науки.Известны способы и устройства, позволяющие проводить количественный анализгетерогенных систем, например пищевыхпродуктов, на основе измерения сигналаспада свободной индукции (СИ) с помощьюЯМР-анализаторов,Сложность практической реализацииустройства связана с необходимостьюпредварительного анализа неизвестногопродукта для выбора параметров параметрического избирательного фильтра (ПИФ), атакже сложность схемотехники.Наиболее близко к предлагаемому устроиство измерения твердой фазы жира.Устройство включает входной согласующий усилитель, выход которого подключенк первому входу стробирующего ключа, второй вход которого подключен к выходу блока регулируемой задержки, и масштабныйусилитель с регулируемым коэффициентомусилия, интегратор текущего сигнала, комаратор и индикатор состояния компаратора, отмечающий момент времени то,прикотором появляется вклад протонов очередной фазы,При простоте технического решениярассмотренное устройство обладает некоторь 1 ми недостатками, главным из которыхявляется то, что высокая точность измерения содержания протонных фракций возможна только при отношении сигнал-шумна входе усилителя40 дБ, а также приотсутствии дестабилизирующих температурных и аппаратурных факторов, таких какстабильность однородности магнитного поля д Нв, стабильности коэффициента передачи усилительного тракта. условийвозбуждения и т. и. Поэтому практическидостаточная точность не превышает 5 - 7%.Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранениявлияния дегтабилизирующих температурных и аппаратурных факторов при низкомотношении сигнал-шум,Согласно изобретению устройство дополнительно содержит коррелятор, например типа Хб-б, второй масштабныйи;илитель с регулируемым коэффициентом усиления, два аналоговых сумматора, два логарифмических усилителя, вычитатель, инвертор и блок контроля значений регулируемых коэффициентов усиления, выполненный по схеме, содержащей аналоговый коммутатор, выход которого подключен к аналого-цифровому и реобраэователю, цифровые выходы АЦП подключены к информационным входам микроконтроля, например типа МС 2702, при этом выход блока задержки подключен к синхронизирующему входу микроконтроллера, пусковому входу аналого-цифрового преобразователя и стробирующему входу аналогового коммутатора, два других входа которого подключены к выходам логарифмических усилителей, причем выходы масштабных усилителей подключены соответственно к первым входам сумматоров, выход коррелятора подключен к вторым входам этих сумматоров, их выходы соединены с входами логарифмических усилителей, а выходы последних подключены к прямому и инверсному входам вычитателя, выход вычитателя соединен с входом инвертора, а выход последн его я вл я ется вы ходом устройства.Устройство изображено на чертеже. Оно включает входной согласующий усилитель 1, стробируемый ключ 2, коррелятор 3, два регулирующих масштабных усилителя 4,5 типа Х 6-6-3, два сумматора на операционных усилителях 6, 7 и логарифмических усилителя 8, 9, вычитатель 10, инвертор 11, блок контроля значений коэффициентов масштабных усилителей 12, состоящий из аналогового коммутатора 13, аналого-цифрового преобразователя 14 и микроконтроллера типа МС 2702-15, блок задержки 16, причем выход входного согласующего усилителя 1 подключен к информационному входу стробирующего ключа, его выход соединен с обоими входами масштабных усилителей 4, 5 и входом коррелятора 3, выходы масштабных усилителей подключены к первым входам сумматоров 6, 7, а выход коррелятора подключен к вторым входам этих сумматоров. Выходы сумматоров подключены к входам логарифмических усилителей 8, 9, Выход первого логарифмического усилителя подключен к прямому, а выход второго - к инверсному входам вычитателя 10, выполненного на аналоговой интегральной схеме К 140-УД 8, Его выход подключен к входу инвертора 11, а выход инвертора является вы 55 ходом всего устройства. Выходы блоказадержки 16 соединены с управляющим входом стробируемого ключа 2, пусковым входом коррелятора 3, синхронизирующим входом микроконтроллер 15, пусковым вхо(5) дом АЦП 14 и стробирующими входом аналогового коммутатора.устройство работает следующим обраИзмеряемый сигнал с выхода усилительного тракта спектрометра подается на вход согласующего усилителя. По сигналу "Пуск", поступающему с блока управления спектрометра, блок задержки вырабатывает необходимые управляющие импульсы, с помощью которых производятся выборки сигнала на интервале спада процессии. Эти сигналы после масштабного преобразования усилителями 4, 5 поступают на суммирующие усилители, где они складываются со значениями корреляционных функций этих выборок, поступающих с выхода коррелятора, После логарифмирования суммарная смесь сигнала и его корреляционной функции, полученная в двух каналах, вычитаются, и результат инвертируется с некоторым смещением + 1", что необходимо согласно расчетным соотношениям. Контроль установки значений коэффициентов усилия масштабных усилителей, при которых обеспечивается строгая линейность спада (в лога рифмическом масштабе) и роизводится блоком анализа 12, состоящим из аналогового коммутатора, АЦП и микроконтроллера.Работа устройства базируется на следующих теоретических предпосылках,Переходная функция двухфазной спиновой системы Ь(1), без учета диффузионных процессов, после воздействия 7 х/2 импульса описывается уравнением;- а 1 с - аг т)(1) = С 1 е + Сге (1) где С 1, Сг - количественное содержание ядер в первой и второй фазах;а 1,аг - скорости релаксации ядер в этих фазах соответственно.Корреляционная функция В(т) того же сигнала на интервале ХК(Х) = 3; 1(1(+ Х)С 1 (2)Подставив (1) в (2) и проведя необходимые преобразования, получим:)(Х) - 2 а е +- а 1 хС 1 Сг е - (а) +аг) + е +- а 2 хС 1 Сге (а + аг) : а 1 +аг) 5 С"1 С 1 С 2 - (+ )е + 10 +( С С 2Сг)е аа +аг 2 аг Для удобства в дальнейшем запишем(3)в виде:15 й(1)= В 1 е+Вг е (4)где положено: С 1, С 1 С 22 а а + аг20С 1 С 2 Сг2 + Обозначив через К 1 и Кг неравные коэффициенты усиления, введем в рассмотрение два суммарных сигналаР 1(Х) = Я(Х ) + К Ь( Х) (б)) 2(Х) = В( Т) + Кгп(Х )(7)Подставим (1) и (4) в (6) и (7) и вычислим натуральные логарифмы моделей сигналов Г 1( Х ) И Гг( Х)- а 1 х1 и ) Е(е) ) =)п 1)В КС)е (Ве.- агх35 + К 1 Сг)е (8)Если установить коэффициенты усиления К 1 и К 2 равными:В 2 В 1.К 1=- - , Кг =- - ,45 С 2С)то из (8) и (9) получим;1774239 15 Составитель Т.ТоропкинаТехред М,Моргентал Корректор Н.Слободяник Редактор Заказ 3923 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комиета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11303 т, Моска, Ж-З 5, Раушская наб 4/5"11 атет", г. Ужгород. ул.Геарина 01 ПроизвпдстееН издл тель:киы кол 61 т Найдем сигнал, равный разности сигналов Г (0)п и Р 2(0)пС 1 г з(0)п = Р (0)п Р 2(0)п - 1 и С 1 - 1 и С 2 = 1 и -С 2 5Из последнего равенства следует:Сгз(о)тп(12)СИспользуя (1) и (12), получим систему уравнений для т - 0 10С- =аСгС + С = С (13) где положено:гз(о)П 1ц:е; С=Ь(0)Решая систему (13), получим;С = --- , С 2 = --Са, Са+1 а+1 (14)Контроль линейности функций у = 20 1 пГ(т) и у = 1 иРр( т )1 при подборе значений коэффициентов усиления К 1 и К 2 можно проводить по известному критерию прохождения прямой через три точки,( г р Ур)( уя);(т т, у, ) (15) 25У Уд Уц УРгт - тя тя - тргде индексы р, ц, г удовлетворяют условиям: р = О, 1, 2 п - 2; с 1 = 1, 2, , и - 1, г = 2, 3, ЗО(1 б)рУравнение (14) определяет содержаниекомпонент в суммарном сигнале ЯМР принулевой задержке, т. е, непосредственнопосле окончания 90-градусного импульса.Полученные расчетные формулы положены в основу разработанного измерителя количественного состава пищевьх продуктов.Формула изобретения Устройство измерения количественного состава пищевых продуктов, содержащее входной согласующий усилитель, выход которого соединен с первым входом стробирующего ключа, второй вход которого соединен с выходом блока задержки, и масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, о т л иа ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения влияния дестабилизирующих температурных и аппаратурных факторов при низком отношении сигнал/шум, в устройство дополнительно введены коррелятор, второй масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, два сумматора, два логарифмических усилителя, вычитатель, инвертор и блок контроля значений регулируемых коэффициентов усиления, включающий аналоговый коммутатор, выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), цифровые выходы которого соединены с информационными входами микроконтроллера, при этом выход блока задержки соединен с синхронизирующим входом микроконтроллера, пусковым входом АЦП, стробирующим входом аналогового коммутатора и первым входом коррелятора, второй вход которого и входы масштабньх усилителей соединены с выходом стробирующего ключа. выходы масштабных усилителей соединены с первыми входами. сумматоров, вторые входы которых соединены с выходом коррелятора, выходы сумматоров соединены с входами логарифмических усилителей, выходы которых соединены с входами аналогового коммутатора и прямым и инверсным входами вычитателя, выход вычитателя соединен с входом инвертора, а выход последнего является выходом устройства.