Импульсный протонно-резонансный влагометр

Союз Советских Социалистицеских Республиксударстееиный комет СССР пе делам изобретеиий и аткрытий(71 ите РОТОННО-РЕЗОНАНСНЫЙ ВЛАГО УЛЬСН о-резонан- устройстой схемой, спиновцх стройство - через егистратон со счеткоторого рограммащим вхоИзобретение относится к области измерительной техники, в частности, к устройствам измерения влажности различных водородсодержащих материалов методом спинового эха ядерного магнитного резонанса (ЯМР).Известны протонно-резонансные влагомеры, в основу которых положен стационарный метод выделения сигнала поглощения ЯМР или ее производной 1, 2.Известны также устройства для измерения влажности твердых материалов, построенные на базе радиоспектрометров (или ре о лаксометров) спинового эха ЯМР, содержащие программатор, генератор радиочастотных импульсов, колебательный контур с исследуемым образцом, находящийся в рабочем зазоре постоянного магнита, приемник сигналов спиновых эхо и регистратор 3.С помощью таких устройств влажность водородсодержащих материалов определяют на начальной амплитуде огибающей сигналов спиновых эхо, экстраполированных к моменту началапроцессии протонов воды, что позволяет исключить влияние времен релаксации на результаты измерений. Однако, начальную амплитучу огиоающей сигналов спиновых эхо, припедлежащую протонам воды водородсодержашего материала, определяют по графику релаксациоиной зависи мости, которая представляет собой сумму двух экспонент от протонов твердого вещества и от протонов воды, или же вычисляют ее с помощью ряда мамематических операций (логарифмирования, экстраполирования и потенцирования), что значительно усложняет и удлиняет процесс измерения влажности.Цель предлагаемого изобретения - уменьшение трудоемкости и ускорение процесса измерения влажности водородсодержащих материалов. Для этого импульсныи протонн сный влагомер снабжен пороговым вом, блоком управления и логичес причем вь 1 ход приемника сигналов эхо соединен через пороговое со входом блока управления и, логическую схему, - со входом р ра, выход программатора соедине ным входом блока управления, у один выход подключен ко входу и тора, а три других - к управляю дам логической схемы.Кроме того, логическая схема содержитблок Ъромежуточного"запоминания и соеди- .,ненные последовательно ключевую схему,блок запоминания и множительно-делительное устройство,-причем, выход множительноделительного устройства, подключенный ковходу регистратора, и один выход блоказапоминания соединены с входами блока= " "промежуточного запоминания, выходы которого" подключены к соответствующим входам блока запоминания, при этом один входключевой схемы соединен с выходом приемника сигналов спиновых эхо, в другой вход -с одним из выходов блока управленйя,у ко=тброгоКВа других выхода - неинвертирующий и инвертирующий, подключены соответ"ственно к управляющим входам блока запоминания и блока промежуточного запоминания,На фиг. , приведена блоксхемапредла- -гаемого импульсного протонно-резонансного влагомера; на фиг. 2 - эпюры напряжений, иллюстрирующие его работу, 20И мпульсный протонно-резонансный влагомер содержит программатор 1, генератор2 радиочастотных импульсов, колебательныйконтур 3 с исследуемым образцом, находя-щийся в рабочем зазоре постоянного маг 25нита 4, приемник 5 сигналов спиновых эхо,пороговое устройство 6 с заданным уровнем порогового напряжения Чо, блок 7 управления, логическую схему 8, которая состоит из ключевой схемы 9, блока 10 запо минания, множительно-делительного уст- зОройства 11, блока 12 промежуточного запоминания, и регистратор 13.Предлагаемый влагомер работает следующим образом. Выработанная программатором 1 последовательность л/2 - г - л - 2 г - л - 2 г-импульсов (б), где г -расстоянйе-"между л/2 и первым л-импульсом, поступает на счетный вход блока 7 управления. С выхода генератора 2 мощные радиочастотные им о пульсы поступают на колебательный контур 3, который вместе с исследуемым образцом находится в рабочем зазоре постоянного магнита 4. Сигналы спиновых эхо; возникающие на колебательном контуре 3, поступают на вход приемника 5, в котором они усили ваются и детектируются. Появившаяся навыходе приемника 5 последовательность сигналов спиновых эхо (а), поступает на вход логической схемы 8 и на вход порогового " устройства 6, в коз ором происходит сравне- вние амплитуд сигналов спиновых эхо с заданным уровнем порогового напряжения Чо.Как только уровень напряжения Чстановит - ся равным или меньшим величины амплитуды А (а), на выходе порогового устройства 6 появляется импульс (в), который посту-пает на второй вход блока 7 управления, и, тем самым, фиксирует количество и импульсов последовательности л/2 - т - л -- 2 г - п - 2: - , поступивших с выхода программатора 1.Поступившие на счетный вход блока 7 управления л(п+1)-й (и+2)-й и (п+3)-й импульсы последовательности л/2 - г - л - в 2 т в л - 2 г враспределяются в последнем таким образом, что на его выходе, подключенном к одному из управляющих входов логической схемы 8, а именно - к управляющему входу ключевой схемы 9, формируются два импульса ворот (2), а на другом, подключенном к управляющему входу программатора 1, появляется только (и+ 3) -й импульс (д), Импульсы ворот открывают вход ключевой схемы 9 и пропускают на" соответствующие входы блока 10 запоминания два сигнала спиновых эхо А;+1 и А;, а(п+3)-й импульс отключаетпрограмматор 1. В это время открываются два других выхода блока управления, причем на одном выходе - неинвертирующем, появляется последовательность из и-тактовых импульсов (е), которые поступают на управляющий вход блока 10 запоминания, а на другом - инвертируюшем, появляется последовательйость из (и - 1) -го тактовых импульсов (ж) для управления блоком2 промежуточного за помина ния.Таким образом, уровни напряжений, пропорциональные амплитудам А;, и А сигналов спиновых эхо, будут удерживаться на элементах блока 10 запоминания до тех пор, пока на его управляющий вход не начнут поступать тактовые импульсы (е) с неинвертирующего выхода блока 7 управления. Аналогичным по функциональному назначению является блок 12 промежуточногозапоминания,управляемый тактовыми импульсами (ж) с инвертчрующего выходаблокауправления. С приходом первого тактового импульсана управляющий вход блока 10 запоминания на его выходах одновременно появляются два импульса с амплитудами А+ и А 1+1 (з, и). Импульс с амплитудой А,(и) поступает на вход блока 12 промежуточного запоминания и одновременно на один входмножительно-делительного устройства 11, а импульс с амплитудой А;+ (з) - непосредственно на другой вход множительноделительного устройства 11, на выходе которого появляется импульс с аМплитудой А;, равный по величине отношению А;,/А+ (к). Этот импульс одновременно поступает на вход регистратора 13 и на один из входов блока 12 промежуточного запоминания. В момент поступления первого тактового импульса (ж) с инвертирующего выхода блока 7 управления на выходах блока 12 промежуточного запоминания появляются два импульса с амплитудами А , и А 1 л, м), которые затем поступают на соответствующие входы блока 10 запоминания. При поступлении второго тактового импульса (е) на управляющий вход блока 9 запоминания ,.(з, и) уже с амплитудами А+ и А, а навыходах блока 12 промежуточного запомиА,нания - А и А,(л, м). Цикл вычисления последующих амплитуд А; , Ас-.з ит. д. будет продолжаться до тех пор, покаколичество тактовых импульсов (е) на неинвертирующем выходе блока 7 управленияне станет равно количеству и импульсов последовательности и/2 вв и -2 г - л - 2,которое ранее было зафиксировано в блоке 7управления.По окончании цикла регистратор 13 фиксирует уровень напряжения, равный величине начальной амплитуды А которая однозначно характеризуег влажность исследуемого вещества.Таким образом, искомую начальную амплитуду Ао, определяемую с помощью предлагаемого влагомера 1 можно представить ввиде отношенияв У 14А/А,+,где А, и А;+ - а мплитуды,сигналов спиновых эхо, возникающих соответственно после.и - количество тактовых импульсов (е) нанеинвертирующем выходе блока 7 управления.В качестве регистратора 13 может бытьиспользован, например, пиковый вольтметр,шкала которого проградуирована в процентах влажности водородсодержащего вещества.,Измерение влажности водородсодержащих материалов с помощью предлагаемоговлагомера позволяет значительно уменьшитьтрудоемкость и сэкономить время измерений,так как весь процесс определения начальной амплитуды огибающей сигналов спиновых эхо происходит за время, меньшее периода повторения последовательности импульсов.В диапазоне малых влажностей у многих водородсодержащим материалов времена спин-спиновой релаксации составляющихот протонов твердого вещества и от протонов воды отличаются незначительно, Крометого, количество протонов твердого вещества при изменении влажности непостоянно,что затрудняет процесс градуировки влагомеров.В предлагаемом импульсном протонно. резонансном влагомере, благодаря применению порогового устройства 6, уровень порогового напряжения Чо при соответствующем количестве импульсов последовательности л/2 - г - л - 2 г - л - 2 - .можно за 6дать таким, что погрешности от влияния протонов твердого вещества на результаты измерения влажности будут минимальными.Формула изобретения1, Импульсный протонно-резонансныйвлагомер, содержащий программатор, генератор радиочастотных импульсов, колебательный контур с исследуемым образцом,размещенный в зазоре постоянного магнита,приемник сигналов спиновых эхо и регистра тор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости и ускореНия процессаизмерения влажности, он снабжен порого 15 вым устройством, блоком управления и логической схемой, причем выход приемникасигналов спиновых эхо соединен через пороговое устройство со входом блока управления и, - через логическую схему, - со2 Овходом регистратора, выход программаторасоединен со счетным входом блока управления, у которого один выход подключен ковходу программатора, а три других - куправляющим входам логической схемы,2. Устройство по п. 1, отличающееся тем,и что логическая схема содержит блок промежуточного запоминания и соединенные последовательно ключевую схему, блок запоминания и множительно-делительное устройство, причем выход множительно-делительного устройства, подключенный ко входу регистратора, и один выход блока запоминания соединены со входами блока промежутОчного запоминания, выходы которогоподключены к соответствующим входам блока запоминания, при этом один вход ключез 5 вой схемы соединен с выходом приемникасигналов спиновых эхо, а другой вход - содним из выходов блока управления, у которого два других выхода - неинвертирующий и инвертирующий, подключены соответственно к управляющим входам блока запо 40 мннания и блока промежуточного запоминания,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе5 1. Авторское свидетельство СССР169871, кл. 0.01 М 27/78, 1965,2. Патент ФРГ2212047,кл. 429/51,1974.3. Черницын А. И. Измерение влажности твердых тел импульсным методом ЯМР,в кн. Радиоспектроскопия твердого тела,М., Атомиздат, 1967, с. 87 - 90.едактор Б, Павло аказ 2430/39 Составитель В. Мещв Техред О. ЛуговаяТираж 1089ИПИ ГосударственНого комитпо делам изобретений и откМосква, Ж - 35, РаушскаяППП к Патент, г. Ужгород, ул еряковКорректор А. ВласенкоПодписноеета СССРрытийнаб., д. 4/5Проектная, 4