ЯДЕРНО-МАГНИТНЫЙ МИНИРЕЛАКСОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЖИДКИХ И ВЯЗКИХ СРЕД

Давыдов В.В., Величко Е.Н., Карсеев А.Ю. Ядерно-магнитный минирелаксометр для контроля со- стояния жидких и вязких сред // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 1. С. 115–121

Предложена новая методика регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса от малого объема исследуемой среды (0,5 мл) в слабом магнитном поле В0 (0,06–0,08 Тл) и измерения констант релаксации Т1 и Т2 жидких и вязких сред. Для решения задач, связанных с регистрацией сигнала ядерного магнитного резонанса, разработана новая конструкция магнитной системы ядерно-магнитного минирелаксометра, в которой значение неоднородности магнитного поля в зазоре между полюсами в месте размещения катушки регистрации составляет 0,410–3 см–1 при индукции поля В0 = 0,079 Тл. Для новой конструкции магнитной системы релаксометра разработана схема автодинного детектора (генератора слабых колебаний) с использованием слабошумящих дифференциальных усилителей, а также схема управления и обработки сигнала ядерного магнитного резонанса для проведения измерений констант релаксации в автоматическом режиме, выполненная на базе микроконтроллера STM32. Применение новых технических решений позволило повысить быстродействие и увеличить динамический диапазон измерения констант релаксации Т1 и Т2 в разработанном релаксометре с сохранением точностных характеристик по сравнению с ранее предлагаемыми авторами малогабаритными измерителями. Разработанные схемы автоподстройки частоты регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса, амплитуды генерации магнитного поля Н1 в катушке регистрации, а также частоты и амплитуды поля модуляции позволили проводить измерения Т1 и Т2 при отношении сигнал/шум около 1,2 с погрешностью не выше 0,5% в диапазоне температур окружающей среды (воздуха) от 3 до 40 °С. Разработанная конструкция электронных схем позволила уменьшить вес минирелаксометра до 4 кг (включая автономный блок питания), что повысило удобство его транспортировки и использования. 

1. Davydov V.V., Karseev A.Yu. Malogabaritnyi yaderno-magnitnyi spektrometr dlya ekspress-analiza zhidkikh sred [Compact nuclear-magnetic spectrometer for express-control of liquid medium]. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2013, no. 4 (86). 121

2. Davydov V.V., Karseev A.Yu. The liquid medium conditions express-control by portable nuclear-magnetic spectrometer. Proc. 10th International Forum «ECOBALTICA'2013». St. Petersburg, 2013, p. 73.

3. Davydov V.V., Ermak S.V. A quantum spectrum analyzer based on radiooptical resonance. Instruments and Experimental Techniques, 2001, vol. 44, no. 2, pp. 215–218.

4. Davydov V.V., Karseev A.Yu. The environmental monitoring of access Baltic Sea coast areas. Proc. XV International Environmental Forum Baltic Sea Day «BSD'14». St. Petersburg, 2014, pp. 54–56.

5. Davydov V.V. The research of the relaxation times T1 and T2 in flow liquid. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 1997, vol. 30, no. 17, pp. 3993–3994.

6. Chen В., Ivanov I., Klein M.L., Parrinello M. Hydrogen bonding in water. Physical Review Letters, 2003, vol. 91, no. 21, pp. 2155–2158.

7. Lösche A. Kerninduktion. Berlin, Deutscher Verl. der Wissenschaften, 1957.

8. Marusina M.Y., Neronov Yu.I. Metod opredeleniya vremeni relaksatsii protonov motornogo masla i vozmozhnosti ego prakticheskogo ispol'zovaniya [Method for the definition of motor oil proton time relaxation and possibilities of its practical use]. Nauchnoe Priborostroenie, 2010, vol 20, no. 2, pp. 37–41.

9. Davydov V.V., Dudkin V.I., Karseev A.Yu. Povyshenie tochnosti izmereniya konstant relaksatsii tekushchei zhidkosti v yaderno-magnitnom spektrometre [Improvement of measuring accuracy for relaxation constants of flowing liquid in nuclear-magnetic spectrometer]. Izv. vuzov. Priborostroenie, 2013, vol. 56, no. 10, pp. 64–68.

10. Davydov V.V., Dudkin V.I., Karseev A.U. Nuclear magnetic flowmeter-spectrometer with fiber-optical communication line in cooling systems of atomic energy plants. Optical Memory and Neural Networks (Information Optics), 2013, vol. 22, no. 2, pp. 112–117. doi: 10.3103/S1060992X13020021

11. Davydov V.V. Malogabaritnyi polyarizator dlya yaderno-magnitnykh raskhodomerov i magnitometrov [Small-sized polarizer for nuclear magnetic flow meters and magnetometers]. Izv. vuzov. Priborostroenie, 2001, vol. 44, no. 8, pp. 49–52.

12. Davydov V.V. Control of the longitudinal relaxation time T1 of a flowing liquid in NMR flowmeters. Russian Physics Journal, 1999, vol. 42, no. 9, pp. 822–825.

13. Pryakhin A.E., Shushkevich S.S., Orobei I.O. Nutation flowmeter for a proton-bearing liquid. Instruments and experimental techniques New York, 1983, vol. 26, no. 6, pp. 1456–1458.

14. Davydov V.V., Semenov V.V. A modulation operating mode for nutation NMR flowmeters and magnetometers. Instruments and Experimental Techniques, 1999, vol. 42, no. 3, pp. 427–429.

15. Davydov V.V., Karseev A.Yu. Generator slabykh kolebanii dlya registratsii signala yadernogo magnitnogo rezonansa [Generator of weak vibrations to detect the signal of nuclear magnetic resonance]. Peterburgskii Zhurnal Elektroniki, 2014, no. 1 (78), pp. 89–91.

16. Kabardina S.I., Sheffer N.I. Izmereniya Fizicheskikh Velichin [Measurement of Physical Quantities]. Moscow, Binom Publ., 2009, 152 p.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License