Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для определения расхода жидкостей с малым временем спин-решеточной релаксации. The invention relates to the field of instrumentation and is intended to determine the flow rate of liquids with a short spin-lattice relaxation time.
Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения влияния радиочастотных помех. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements by eliminating the influence of radio frequency interference.
На фиг. 1 представлена схема меточного ядерно-магнитного расходомера; на фиг. 2 - временная диаграмма. In FIG. 1 is a schematic diagram of a tagged nuclear magnetic flow meter; in FIG. 2 is a timing chart.
Расходомер состоит из трубопровода 1, магнитной системы поляризатора 2, отметчика 3 с катушкой 4, датчика 5 ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) с катушкой 6 датчика, расположенной в магнитной системе анализатора 7, блока 8 управления, делителя 9 частоты, одновибратора 10, схемы пропускания 11. Причем входы блока 8 управления соединены с датчиком 5 ЯМР и выходом делителя 9 частоты, выход блока 8 управления соединен с входом делителя 9 частоты и входом одновибратора 10, выход которого соединен с первым входом схемы пропускания 11 и входом датчика 5 ЯМР. Второй вход схемы пропускания 11 соединен с выходом делителя 9 частоты, а к ее выходу подключен вход отметчика 3. The flowmeter consists of a pipeline 1, a magnetic system of a polarizer 2, a marker 3 with a coil 4, a sensor 5 of nuclear magnetic resonance (NMR) with a coil 6 of a sensor located in the magnetic system of the analyzer 7, control unit 8, frequency divider 9, single vibrator 10, circuit transmission 11. Moreover, the inputs of the control unit 8 are connected to the NMR sensor 5 and the output of the frequency divider 9, the output of the control unit 8 is connected to the input of the frequency divider 9 and the input of the one-shot 10, the output of which is connected to the first input of the transmission circuit 11 and the input of the NMR sensor 5. The second input of the pass-through circuit 11 is connected to the output of the frequency divider 9, and the input of the marker 3 is connected to its output.
Расходомер работает следующим образом. Жидкость, протекая по трубопроводу 1, приобретает ядерную намагниченность в постоянном магнитном поле поляризатора 2. Отметчик 3 действием радиочастотного тока в катушке 4 создает в потоке метку инверсной ядерной намагниченности. Длительность метки по времени задается действующим на выходе делителя 9 меандром с частотой Fm (см. фиг. 2а). Через некоторое время транспортирования жидкости фронты меток проходят через катушку 6 датчика 5 ЯМР, в котором формируются импульсные сигналы ЯМР, различные для участков жидкости с прямой и инверсной намагниченностью. В датчике 5 ЯМР эти импульсные сигналы усиливаются, детектируются, интегрируются и преобразуются в последовательность прямоугольных импульсов (см. фиг. 2б), которые поступают на вход блока управления в виде меандра, сдвинутого по фазе относительно последовательности, поступающей с выхода делителя 9. Блок управления автоматически поддерживает фазовый сдвиг равным π /2 путем изменения частоты, поступающей на вход делителя 9, прямо пропорционально расходу жидкости. Указанная частота fс запускает одновибратор 10, который формирует импульсы длительностью τo с частотой следования fс (см. фиг. 2в). Импульсы поступают на вход датчика 5 ЯМР, и на время τo открывают приемник радиочастоты датчика. Одновременно указанные импульсы поступают на вход схемы пропускания 11, на другой вход которой поступают метки с длительностью τМА и частотой FM (см. фиг. 2а).The flow meter operates as follows. The fluid flowing through the pipe 1 acquires nuclear magnetization in the constant magnetic field of the polarizer 2. The meter 3 by the action of the radio frequency current in the coil 4 creates a label of inverse nuclear magnetization in the stream. The duration of the timestamp is set by the meander effective at the output of the divider 9 with a frequency of F m (see Fig. 2a). After some time of transporting the liquid, the label fronts pass through the coil 6 of the NMR sensor 5, in which pulsed NMR signals are generated, which are different for sections of liquid with direct and inverse magnetization. In the NMR sensor 5, these pulsed signals are amplified, detected, integrated and converted into a sequence of rectangular pulses (see Fig. 2b), which are input to the control unit in the form of a meander phase-shifted relative to the sequence from the output of the divider 9. Control unit automatically maintains the phase shift equal to π / 2 by changing the frequency supplied to the input of the divider 9, in direct proportion to the fluid flow. The indicated frequency f s triggers a single-shot 10, which generates pulses of duration τ o with a repetition rate f s (see Fig. 2B). The pulses arrive at the input of the 5 NMR sensor, and for a time τ o open the radio frequency receiver of the sensor. At the same time, these pulses arrive at the input of the transmission circuit 11, to the other input of which labels with a duration of τ MA and a frequency of F M arrive (see Fig. 2a).
На выходе схемы пропускания формируются сигналы, которые управляют работой отметчика 3. В результате не происходит генерация радиочастоты в катушке 6 в моменты, совпадающие с импульсом τo (см. фиг. 2г), и влияние отметчика на работающий в это время датчик 5 ЯМР полностью исключается. При этом средняя намагниченность метки, а следовательно, и амплитуда меток уменьшается на величину
A = = (1-τofc) 100%
где А - процентно уменьшенная амплитуда метки;
τo - длительность создания условий получения сигнала ЯМР, равная длительности включения отметчика.At the output of the transmission circuit, signals are generated that control the operation of the detector 3. As a result, radio frequency is not generated in coil 6 at the moments coinciding with the pulse τ o (see Fig. 2d), and the influence of the marker on the NMR sensor 5 working at that time is completely excluded. In this case, the average magnetization of the mark, and, consequently, the amplitude of the marks decreases by
A = = (1-τ o f c ) 100%
where A is the percentage reduced label amplitude;
τ o - the duration of the creation of the conditions for receiving the NMR signal, equal to the duration of the inclusion of the marker.
Сигнал ЯМР, получаемый в катушке 6 датчика 5 ЯМР, представляет собой экспоненциально затухающей или колоколообразной формы радиочастотный импульс, который усиливается в датчике 5 ЯМР вместе с шумами и наводками. При этом максимальное отношение сигнал/шум имеет место в моменты достижения амплитудного значения ЯМР сигнала, а поэтому длительность импульса τo, открывающего датчик ЯМР, выбирается из условий усиления сигнала ЯМР при наивыгоднейшем отношении сигнал/шум. При этом участки сигнала с худшим отношением отсекаются.The NMR signal received in the coil 6 of the NMR sensor 5 is an exponentially decaying or bell-shaped radio frequency pulse, which is amplified in the NMR sensor 5 along with noise and interference. In this case, the maximum signal-to-noise ratio takes place at the moments when the amplitude value of the NMR signal is reached, and therefore, the pulse duration τ o opening the NMR sensor is selected from the conditions for amplifying the NMR signal at the best signal-to-noise ratio. In this case, sections of the signal with the worst ratio are cut off.
В описанной конструкции расходомера максимальное значение на верхнем пределе расхода не превышает 200 Гц. В этом случае реальное снижение амплитуды метки составляет 3%. Такое снижение легко компенсируется увеличением амплитуды генератора радиочастоты в отметчике. In the described flowmeter design, the maximum value at the upper flow limit does not exceed 200 Hz. In this case, the real decrease in the amplitude of the mark is 3%. Such a decrease is easily compensated by an increase in the amplitude of the radio frequency generator in the meter.
