Ядерный квадрупольно-резонансный термометр

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СфезСоаетскикСоциалистическихРеспублик щ 834411пв делам кэобретеккк н вткрыткйВ.Н.Матвеев, В.Ми А.Н.Купцов Б.Н.Олейн ь 11РЗаявител Изобретение .относится к областитемператчоных измерений, а именноустройствам для измерения температу ры,Известен ядерный квадрупольно-резонансный (ЯКР) термометр, основанный на импульсном методе выделениясигнала ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), содержащий термочувствительный элемент, мощный высокочастотный генератор, воздействующий мощ-.ными и очень короткими высокочастотными импульсами на термочувствительный элемент и приемник сигнала свободной индукции или спинового эха 11,Недостатком этого термометра является невысокая точность измерения температры, обусловленная тем, что энергия ющей цогр такж ти измерени тной за ть преолучения час ходимо выпол тем, что для висимости нео образование Ф ции, что прив тавляющей пог условленной о а индук е от сигналт к появлености измеботкой сиг ю и оби ала лощаетс нтом что модинамичермочувст- ужающей сре ставл мощных радиоимпульсов по термочувствительным элем :приводит к нарушению тер ского равновесия между т вительным элементом и ок дой и появлению случайно ата опубликования опнса ЕРНЫЙ КВАДРУПОЛЬНО-РЕЗОНАНСНЫЙ ТЕРМОМЕТРИз известных термометров наиболееблизким по технической сущности к Опредлагаемому является ядерный квадрупольно-резонансный термометр, осно-,ванный на стационарном методе выделения сигнала ЯКР, содержащий термочувствительный элемент последоваЭтельно соединенные детектор, усилиу- тель низкой частоты и первый фильтр,соединенный с первым входом фазовогодетектора, выход которого соединен сблоком управления частотой, функциональный генератор, выходы которого. Фсоответственно соединены с блокомуправления частотой, измерителем частоты и входом второго фильтра, выход3 834411 4которого соединен со вторым входом , амплитуд ая модуляция сигнала с гефазового детектора 21, нератора 2, Сигнал с выхода термоч Недостатками этого термометра являются низкая точность измерения, ввиду того, что в качестве генератора, возбуждающего ядерный квадрупольный резонанс, используется пороговый генератор, а также ввиду того, что термочувствительный элемент и линия связи являются элементами входного контура порогового генератора, неудобство в эксплуатации. увствительйого элемента поступает на первый вход блока 12 компенсации высокой частоты, а на второй вход поступает сигнал с выхода генератора 2, ,прошедший через Фазовращатель 11. Фазовращатель 11 необходим для выравнивания фаз высокочастотных сигналов, приходящих с выхода термочувствительного элемента и генератора 2, так как наличие линной линии связи между термочувствнтельным элементом и иэмери Цель изобретения - повышение точности измерения,Поставленная цель достигается тем,что в термометр введены фазовращатель,блок компенсации и высокочастотныйуправляемый кварцевый генератор, вы- .ходы которого подключены к термочувствительному элементу, фазовращателю20и измерителю частоты, а его вход квыходу блока управления частотой, причем .первый вход блока компенсации соединенс выходом термочувствительного элейен 25та, второй вход с выходом Фазовращателя, а выход блока компенсации соединен со входом детектора.Яа чертеже приведена структурнаясхема термометра.0Термометр содержит термочувствительный элемейт, высокочастотный управляемый кварцевый генератор 2, детектор 3, усилитель 4 низкой частоты,.блок 5 управления частотой, функцио 35нальный генератор 6, измеритель частоты 7, первый фильтр 8, фазовый детектор 9, второй фильтр 10, фазовращатель 11 и блок 12 компенсации высокойчастоты.40Термометр работает следующим образом.Блок 5 управления частотой изменяет частоту высокочастотного управляемого кварцевого генератора 2. Сиг 45нал с выхода генератора поступает натермочувствительный элемент 1, выполненный в виде контейнера из материалас высокой магнитной проницаемостью(например, молибденовый пермалой) для50защиты от посторонних магнитных попей,внутри которого помещается катушка индуктивности, заполненная веществом(например КС 103,Си 0 и т.д.), в котором возбуждаются радиочастотные колебания. При несовпадении частоты генератора 2 с резонансной частотой вещества, поглощение электромагнитнойэнергии не происходит и отсутствует тельным комплексом приводит к фазовому сдвигу сигнала, приходящего стермочувствительного элемента. Блок12 компенсации высокой частоты производит вычитание приходящих на него и находящихся в фазе высокочастотных сигилов. Блок компенсации высо:кой частты введен для того, чтобыскомйенсфровать неинформативйую частьсигналавысокочастотную составляющую и паразитную амплитудную модуляцию, возникающую при частотной модуляции высокочастотного сигнала, используемю для выделения слабого сигнала ЯКР из шумов, и усилить информативнуючасть (резонансную линию поглощения) для последующего ее детектирования. При отсутствии амплитудной модуляции напряжение на выходеблока 12 компенсации равно нулю, фазовый детектор 9 выдает сигналы раз-.баланса на блок 5 управления частотой,который продолжает поиск резонанснойлинии по лощения в соответствии с законом, ф рмируемым функциональным генератором 6.Функциональный генератор формирует одновременно линейно изменяющееся и синусоидльные напряжения (частота формируеого синусоидального нанря-, жениякГц, а линейно изменяющегося51 Гц - не кратная частоте синусоидального напряжения). Линейно изменяющеся напряжение используется для поиска резонансной линии поглощения, Пер ый полосовой низкочастотный Фильтр 8 предназначен для взятия второй прои водной сигнала линии поглощения и ополнительного устранения паразитн й амплитудной модуляции. Второй узко 6 олосый низкочастотный фильтр предназн чен для выделения третьей гармоники синусоидального сигнала, формируеого Функциональным генерато5 8344 ром 6, которая подается на вход фазового детектора.При прохождении частоты генератора 2 через резонансную линию поглощения происхоДит амплитудная модуляция высокочастотного напряжения термочувствительным элементом. Амплитудно-модулированный высокочастотный сигнал с термочувствительного элемента поступает на первый вход блока 12 компенсации высокой частоты, на второй вход которого с выхода фазовращателя 11 поступает высокочастотный сигнал постоянной амплитуды, на выходе блока 12 после вычитания оста ется низкочастотный сигнал., соответствующий резонансной линии поглощения, который дополнительно детекти" :руется детектором 3 с целью устранения нескомпенсированнойвысокочастотной составляющей, усиливается усилителем низкой частоты 4 и поступает на вход первого Фильтра 8.С выхода первого фильра сигнал, соответствующий второй производной сигнала по з глощения, поступает на фазовый детектор 9, на второй вход которого поступает третья гармоника синусоидального сигнала с выхода второго фильтра 10. С выхода фазового детектора сигнал разбаланса другой фазы и величины поступает на блок 5 управления частотой, который обеспечивает подачу на вход генератора 2 синусоидального сигнала с выхода функционального генератора 6, при этом прекращается подача линейно изменяющегося сигнала, Генератор 2 настраивается на частоту, соответствующую центру резонансной ли-. нии поглощения. Измеритель 7 частоты 4 О производит измерение частоты сигнала поглощения. Измеренное значение частоты сигнала поглощения пропорционально измеряемой температуре.Наличие новых элементов в термометре (фаэовращателя, блока компен 11 6 сации и высокочастотного управляемого кварцевого генератора) позволяет повысить точность измерения температуры,Формула и з о б р е т е н и яЯдерный квадрупольно -резонансныйтерйометр, содержащий термочувствительный элемент, последовательно соединенные детектор, усилитель низкойчастоты и первый фильтр, соединенныйс первым входом фазового детектора,выход которЬго соединен с блоком упра. -вления частотой, функциональный генератор, выходы которого соответственно соединены с блоком управления частотой, измерителем частоты и входомвторого Фильтра, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повыщения точности измерения,температуры в него введеныфазовращатель, блок компенсации и высокочастотный управляемый кварцевыйгенератор, выходы которого подключены к термочувствительному элементу,фазовращателю и измерителю частоты,а его вход к выходу блока управления;частотой, причем первый вход блока:компенсации соединен с выходом термочувствительного элемента, второй входс выходом фазоврашателя, а выход блока компенсации соединен со входомдетектора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизеВоробьев И.В., Саватеев А.В.Современное состояние, проблемы иперспективы высокоточной ЯКР-термометрии, Известия АН СССР, сер. Физическая, т.39, 912, 1975, с.2634.2. Патент США В 3373348,кл. 324-05, опублик. 1968 (прототип). У834411 Составитель В.КуиковРе акто Е.Л никова ТехредН.Майорош Ко екто Н.Бабин исно д. 4/54ктная,аказ 4047/61 Тираж 907 ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и откры 113035 Москва, ЖРаушская филиал ППП "Патент, г.Ужгород, у