Квадрупольный ядерный термометр

О П И С А Н И Е (п 979896ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВЫДЕТЕЛЬСТВУ(5 )М, Кл. С О 1 К 7/32 Ьеударотааииый комитет СССР ао делам изобретений и открытий(5 Й) КВАДРУПОЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ТЕРМОМЕТР 1Изобретение относится к области температурных измерений.Известен квадрупольный ядерный термометр, содержащий резонансный контур с термочувствительным элементом, детектор, синхронные детекторы первой и второй производной, генератор, умножитель частоты сумматор, запоминающие устройства, пороговые устройства1 3.В этом термометре привязка к резонансной частоте ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) осуществляется с помощью сигнала первой производной от резонансной линии ЯКР, получаемой методом частотной модуляции несущей при прохождении через линию ЯКР. Точность привязки к резонансной частоте ЯКР, а следовательно, и точность измерения температуры в значительной степени ухудшается иэ-за наличия паразитного сигнала, сопровождающего частотную модуляцию, Компенсация паразитного .сигнала 2производится автоматической подстройкой резонансных контуров в полосерабочих частот,Однако полностью подавить паразитный сигнал таким способом не удается.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является квадрупольный ядерный термометр, содержащий резонансный контур с термо 10 чувствительным элементом и двумя варикапами, подключенный к входу детектора, выход которого соединен свходами синхронных детекторов первой и второй производной, счетчик синдикатором, погическое устройство,включающее в себя пороговое устройство, цепь обратной связи, сумматор,запоминающие устройства и ключ, При20этом уменьшение паразитной амплитудной модуляции производится путем запоминания и вычитания уровня паразитного сигнала иэ суммарного сигнала,содержащего сигналы ядерного резо 3 97нанса и сигнал параэитной модуляции2 1.Наиболее существенным недостат"ком данного термометра является не"точность определения и компенсациипараэитного сигнала при его существенной неравномерности в частотнойобласти, так как в принципе работыустройства предполагается, что паразитная модуляция изменяется линейнопри перестройке в диапазоне частот,что не всегда справедливо. Кромеэтого погрешность измерения температуры увеличивается при измерениинестационарных температур из-за сравнительно большой инерционности устройства измерения паразитной модуляции, которая изменяется во времени.Целью изобретения является повышение точности измерения, а такжеповышение быстродействия термометра.Поставленная цель достигаетсятем что в квадрупольный ядерный тер)мбметр, содержащий резонансный контур с термочувствительным элементоми двумя варикапами, подключенный к.входу детектора, выход которого соединен с частотомером и входами синхронных детекторов первой и второйпроизводных с пороговым устройством,выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, мостовуюсхему с термопреобразователем сопротивления, сумматор, к входам которого подключены два конденсатора, авыход через первый ключ и четырехполюсник обратной связи соединен свыходом мостовой схемы и первым варикапом, введены три ключа и синтезатор модуляционных сигналов, первый выход которого соединен с вторымварикапом.и управляющим входом синхронного детектора первой производной, выход которого через второй итретий ключи соединен с входами сумматора, причем второй выход синтезатора модуляционных сигналов соеди. нен с управляющими входами второгоключа и синхронного детектора второйпроизводной, третий выход - с управляющим входом третьего ключа,а четвертый выход соединен с вторым варикапом через четвертый ключ, управляющий вход которого соединен. с выходом порогового устройства,Нэ фиг, 1 изображена блок-схематермометра; на фиг, 2 - временныедиаграммы выходных напряжений синтезатора модуляционных сигналов; на 9896 4фиг. 3 - линия ЯКР, выходные напряжения синхронного детектора первойпроизводной на входах сумматора длядвух частот модуляции (160 Гц и2560 Гц), выходной результирующийсигнал сумматора и выходной сигнална выходе синхронного детектора второй производной,Термометр содержит резонансныйконтур 1 с термочувствительным элементом, два варикапа 2 и 3, детекторвыполненный в виде автодинногогенератора, частотомер 5, синхронныедетекторы первой производной 6и второй производной 7, ключи 8-11,конденсаторы 12 и 13, сумматорпороговое устройство 15, четырехполюсник обратной связи 16, синте"затор модуляционных сигналов 17,мостовую схему 18 и термопреобразователь сопротивления 19.Синтезатор модуляционных сигналовформирует следующие сигналы; по первому выходу - сигнал в виде импульсных посылок с частотой заполнения160 Гц и 2560 Гц,по второму и третьему выходам - сигналы, соответствующие огибающим сигналам низшей ивысшей частот соответственно, а почетвертому выходу - сигнал в видемедленно меняющегося напряжения.На фиг. 2 кривые 20-23 изображаютдиаграммы выходных напряжений на 1,11, 111, 1 Х выходах синтезатора модуляционных сигналов.35Нэ фиг. 3 кривая 24 изображаетлинию ядерного квадрупольного резонанса, кривые 25 и 26 - выходные напряжения синхронного детектора пер 40вой производной на входах сумматора для двух частот модуляции (160 Гци 2560 Гц), кривая 27 - выходной результирующий сигнал сумматора, кривая 28 - выходной сигнал на выходесинхронного детектора второй проиэ 45водной.Квадрупольный ядерный термометрработает следующим образом.При включении термометра сигналс выхода мостовой схемы 18 поступаетна варикап 2 и устанавливает частоту автодинного детектора 4 вблизицентральной линии 24 ЯКР с точностьюф 15 КГц, что соответствует температурному эквиваленту + 3 К (за счетпогрешности, обусловленной мостовымизмерителем). Одновременно частотанастройки детектора медленно изменяется в пределах25 кГц сигналом9896 в лезный сигнал и паразитную модуляцию,5 97 с четвертого выхода синтезатора 17 со скоростью порядка 1 кГц/с. При отсутствии сигнала ЯКР ключ 10, разомкнут, а ключ 11 замкнут. Как только частота несущей автодина детектора 4 попадает в полосу резонанс" ной линии ЯКР, на выходе синхронного детектора 7 появляется напряжение, вызывающее срабатывание порогового устройства 15, по сигналу которого ключ 10 замыкается, а ключ 11 размыкается, При этом с выхода сумматора 14 через четырехполюсник 16 на варикап 3 поступает сигнал, обеспечивающий привязку центральной частоты детектора к центру резонансной . линии ЯКР. Центральная частота ЯКР, пропорциональная измеряемой температуре, фиксируется частотомером 5.Принцип подавленияпаразитной амплитудной модуляции в выходном сигнале сумматора основан на периодическом уширении резонансной линии за счет подачи в определенные промежутки времени С 2 напряжения модуляции частотой Г = 2560 Гц (кривая 20), что приводит к нарушению условий квазистационарности для ядерной системы, резкому уширению линии и уменьшению наклона синхронной характеристики 26 для центра линии ЯКР не менее чем в 100 раэ по сравнению с синхронной характеристикой 25 для частоты Р = 160 Гц при неизменной паразиткой амплитудной модуляцииНесущая частота автодина детектора 4 модулируется двумя частотами 1 и Г, которые разделены во времени и периодически повторяются, при этом на выходе детектора первой производной 6 получается сигнал, который раз" деляется периодически ключами 8 и 9, Ключ 8 открывается на время й сиг 1 налом с второго выхода синтезатора 17, когда несущая промодулирована частотой 1. При этом выходное напряжение синхронного детектора. 6 фильтруется и запоминается на конденсаторе 12 неинвентирующего входа сумматора 14. Ключ 9 открывается сигналомс третьего выхода синтезатора 17 на время 12, когда несущая промодулирована частотой Г . При этом выходное напряжение синхронного детектора б фильтруется и запоминается на конденсаторе 13 инвертирующего входа сумматора 14. В сумматоре 14 синхронная характеристика 26 для частоты модуляции Г,содержащая по" 3 Я 15 20 23 М 35 40 4 вычитается из синхронной характеристики 25 для Г содержащей полезныйсигнал и ту же самую паразитную модуляцию, что при модуляции частотойЕ 2. В результате на выходе сумматораполучается сигнал 27, в котором отсутствует сигнал параэитной амплитудной модуляции. Переходы через нули 29 и 30 (кривая 27) не играют роли в этом термометре, поскольку разрешение на привязку к линии ЯКР производится с помощью сигнала второй производной 28 в более узком частот-ном диапазоне.Выбор низшей частоты модуляции Г величиной 160 Гц обусловлен тем, что при такой частоте не наблюдается заметного уширения -линии ЯКР и сравни-. тельно низкий уровень шума вида 1/Е,. Высшая частота модуляций выбрана ве" личиной Г = 2560 Гц, поскольку при максимальном уширении резонансной линии период таких колебаний значительно больше времени установления частоты в автодине детектора 4, что обеспечивает неизменный уровень па-. разитной модуляции (как и при Р); Соотношение величин следования 1/й частот 1 и Г выбрано равным четырем (фиг. 2) с целью уравнения шумов вида 1/1 при выборках сигнала ЯКР, поскольку для частоты Г уровень шумов вида 1/Е в несколько раэ больше, чем для Г соответственно и время интегрирования при выборках для больших шумов выбрано больше). Фаза напряжения 20 через каждый период чередования 1 и Г (равный т. + С) изменяется на противоположную. Это сделано с целью симметрирования переходных процессов (при подходе к центру линии ЯКР со стороны положительных и отрицательных растроек), которые дают вклад в выходное напряжение сумматора. Иначе линия 27 будет иметь несколько смещенный переход через нуль относительно центра линии ЯКР. Введение в термометр новых. элементов - синтезатора модуляционных сигналов, ключей и новых связей междуэлементами термометра позволяет существенно повысить точность измерения стационарных и нестационарныхтемператур, а также сократить время, затрачиваемое на одно измерениетемпературы,Квадрупольный ядерный термометр, содержащий резонансный контур с термочувствительным элементам и двумя варикапами, подключенный к входу детектора, выход которого соединен с частотомером и входами синхронных детекторов первой и второй производных с пороговым устройством, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, мостовую схему . с термопреобразователем сопротивления, сумматор, к входам которого подключены два конденсатора, а выход через первый ключ и четырехполюсник обратной связи соединен с выходом мостовой схемы и первым варикапом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены три ключа и синтезатор модуляционных сигналов, первый выход которого соединен с вторым 798968варикапом и упраляющим входом синхронного детектора первой производной, выход которого через второй итретий ключи соединен с входами сум% матора, причем второй выход синтезатора модуляционных сигналов соединенс управляющими входами второго ключа и синхронного детектора второйпроизводной, третий выход - с управ 1 в ляющим входом третьего ключа, а четвертый выход соединен с вторым варикапом через четвертый ключ, управляющий вход которого соединен с выходомпорогового устройства,М Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лабри Эктфант и Ванье. ЯКР-термометр. - "Приборыдля научных иссле 29 дований ". 1971, й 1, с, 26,2. Патент Японии У 48-70534,кл. С 01 К 7/32, опублик. 1979прототип) .