Ядерный квадрупольно-резонансный термометр

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик щ834411 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 22.08.79 (21) 2810423/ 18-10 (51)М. Кл. б 01 К 11/26 с присоединением заявки М—

Государственный кемнтет (23) Приоритет—

Опубликовано 30.05. 81 ° Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 15.02.83 пв делам кэобретеккк и вткрыткй (53) УДК 536.53.(088.8) т, Б.Н.Олейник, В.Н.Матвеев, В.М.Сумерин,,;В.А.ЪфЪмййфсий;: и А.Н.Купцов 1:, -----.;

J г!

1 (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) ЯДЕРНЫЙ КВАДРУПОЛЬНО-РЕЗОНАНСНЫЙ ТЕРМОМЕТР

Изобретение .относится к области температчпных измерений, а именнр устройствам для измерения температу-ры.

Известен ядерный квадрупольно-резонансный (ЯКР) термометр, основанный на импульсном методе выделения сигнала ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), содержащий термочувствительный элемент, мощный высокочастотный генератор, воздействующий мощными и очень короткими высокочастотными импульсами на термочувствительный элемент и приемник сигнала свободной индукции или спинового эха (1).

Недостатком этого термометра является невысокая точность измерения температуры, обусловленная тем, что энергия мощных радиоимпульсов поглощается термочувствительным элементом, что

:приводит к нарушению термодинамического равновесия между термочувстФ вительным элементом и окружающей средой и появлению случайной составляющей погрешности измерения, а также тем, что для получения частотной за" висимости необходимо выполнить преобразование Фурье от сигнала индукции, что приводит к появлению составляющей погрешности измерения, обусловленной обработкой сигнала.

* м

Из известных термометров наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ядерный квадрупольно-резонансный термометр, осно-. ванный на стационарном методе выделения сигнала ЯКР, содержащий термочувствительный элемент, последовательно соединенные детектор, усили I тель низкой частоты и первый фильтр, соединенный с первым входом фазового детектора, выход которого соединен с блоком управления частотой, функциональный генератор, выходы которого. соответственно соединены с блоком управления частотой, измерителем частоты и входом второго фильтра, выход

3 834411 4 которого соединен со вторым входом . амплитуд ая модуляция сигнала с re° t фазового детектора (2). 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 по1 ступает сигнал с выхода генератора 2,,прошедший через фазовращатель 11. Фазовращатель ll необходим для вырав( нивания фаз высокочастотных сигналов, приходящих с выхода термочувствительного элемента и генератора 2, так как наличие линной линии связи между тер( мочувствнтельным элементом и иэмериЦель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в термометр введены фазовращатель, блок компенсации и высокочастотный управляемый кварцевый генератор, вы- . ходы которого подключены к термочувствительному элементу, фазовращателю

20 и измерителю частоты, а его вход к выходу блока управления частотой, причем . первый вход блока компенсации соединен с выходом термочувствительного элейен25 та, второй вход с выходом фазовращателя, а выход блока компенсации соединен со входом детектора.

На чертеже приведена структурная схема термометра.

Термометр содержит термочувствительный элемейт- 1, высокочастотный управляемый кварцевый генератор 2, детектор 3, усилитель 4 низкой частоты, .блок 5 управления частотой, функцио35 нальный генератор 6, измеритель частоты 7, первый фильтр 8, фазовый детектор 9, второй фильтр 10, фазовращатель 11 и блок 12 компенсации высокой частоты.

Термометр работает следующим образом.

Блок 5 управления частотой изменяет частоту высокочастотного управляемого кварцевого генератора 2. Сиг45 нал с выхода генератора поступает на термочувствительный элемент 1, выполненный в виде контейнера из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, молибденовый пермалой) для

50 защиты от посторонних магнитных попей, внутри которого помещается катушка индуктивности, заполненная веществом (например КС10,Си„0 и т.д.), в котором возбуждаются радиочастотные колебания . При несовпадении частоты генератора 2 с резонансной частотой вещества, поглощение электромагнитной энергии не происходит и отсутствует тельным комплексом приводит к фазовому сдвигу сигнала, приходящего с термочувствительного элемента. Блок

12 компенсации высокой частоты производит вычитание приходящих на него и находящихся в фазе высокочастотных сиги лов. Блок компенсации высо:кой част Tbl введен для того, чтобы скомйенсфровать неинформативйую часть сигнала высокочастотную составляющую и паразитную амплитудную модуляцию, возникающую при частотной модуляции высокочастотного сигнала, используем ю для выделения слабого сигнала ЯКР из шумов, и усилить информативную часть (резонансную линию поглощения) для последующего ее детектирования. При отсутствии амплитудной модуляции напряжение на выходе ( блока 12 компенсации равно нулю, фазовый детектор 9 выдает сигналы раз-. баланса на блок 5 управления частотой, который продолжает поиск резонансной линии по лощения в соответствии с законом, ф рмируемым функциональным генератором 6. (Функциональный генератор формирует одновременно линейно изменяющееся и синусоидальные напряжения (частота формируейого синусоидального нанря-, жения кГц, а линейно изменяющегося 51 Гц — не кратная частоте синусоидального напряжения). Линейно изменяющ еся 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 и амплитудной модуляции. Второй узкополосый низкочастотный фильтр предназн чен для выделения третьей гармоники синусоидального сигнала, Формируе ого 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. Ампли тудно-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- 1 ется низкочастотный сигнал., соответствующий резонансной линии поглощения, который дополнительно детекти"

:руется детектором 3 с целью устранения нескомпенсированной высокочастотной составляющей, усиливается усилителем низкой частоты 4 и поступает на вход первого фильтра 8.С выхода первого фильтра сигнал, соответствующий второй производной сигнала поглощения, 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 4а производит измерение частоты сигнала поглощения. Измеренное значение частоты сигнала поглощения пропорционально измеряемой температуре.

Наличие новых элементов в термо- . 4g метре (фаэовращателя, блока компен11 6 сации и высокочастотного управляемого кварцевого генератора) позволяет повысить точность измерения температуры °

Формула изобретения

Ядерный квадрупольно -резонансный термометр, содержащий термочувствительный элемент, последовательно соединенные детектор, усилитель низкой частоты и первый фильтр, соединенный с первым входом фазового детектора, выход которЬго соединен с блоком упра.— вления частотой, функциональный гене-.. ратор, выходы которого соответственно соединены с блоком управления частотой, измерителем частоты и входом второго фильтра, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения .температуры„ в него введены фазовращатель, блок компенсации и высокочастотный управляемый кварцевый генератор, 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 вход с выходом фазоврашателя, а выход блока компенсации соединен со входом детектора, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Воробьев И.В., Саватеев А.В.

Современное состояние, проблемы и перспективы высокоточной ЯКР-термометрии. Известия AH СССР, сер. физическая, т.39, 12, 1975, с.2634.

2. Патент США В 3373348, кл. 324-05, опублик. 1968 (прототип). э

834411 (Составитель В.Ку иков (Ре акто E.Ë никова ТехредН.Майорош Ко екто Н.Бабинец

Заказ 4047/6) Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и откры ий!

13035 Москва Ж-35 Раушская„ наб. л. 4/5 филиал ППП "Патент, г.Ужгород, у4. Проектная, 4