ЛАБОРАТОРНЫЙ ЯМР-АНАЛИЗАТОР МАСЛИЧНОСТИ И ВЛАЖНОСТИ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР И ПРОДУКТОВ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ ТИПА АМВ-1006

Описание

Лабораторный ЯМР-анализатор типа АМВ-1006 (рис. 44) предназначен для одновременного определения масличности и влажности семян масличных культур и продуктов их переработки в лабораторных условиях.

Рис 44 Лабораторный ЯМР-анализатор масличности и влажности семян масличных культур и продуктов их переработки типа АМВ-1006

Применяется на предприятиях масложировой промышленности, в научно-исследовательских институтах, на селекционных станциях.

Работа анализатора определяется принципом действия прибора, использующего импульсный метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Исследуемый образец, помещенный внутрь катушки датчика ЯМР, подвергается одновременному воздействию поляризующего постоянного магнитного поля и радиочастотных импульсов. При определенном соотношении частоты заполнения этих радиоимпульсов и величины постоянного магнитного поля, а также амплитуды радиоимпульсов и их длительностей возникает эффект ЯМР, в результате которого в витках катушки датчика наводится сигнал ЯМР, пропорциональный количеству воды и масла в исследуемом образце.

Сигнал ЯМР поступает далее в усилитель, где усиливается и детектируется амплитудным детектором. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует далее сигнал ЯМР в цифровой код. С выхода АЦП цифровой код, пропорциональный амплитуде сигнала ЯМР, поступает для дальнейшей обработки в блок управления. Для документирования результатов измерения к блоку управления подключается печатающее устройство-Щ 68000К и устройство вывода информации.

Конструктивно анализатор выполнен в виде единой стойки, представляющей собой стол, который с правой стороны выполнен в виде тумбы.

Блок управления и устройство контроля напряжения питания с кнопками включения сети размещаются в приборных корпусах, расположенных над столешницей. Для опускания пробирки с анализируемой пробой внутрь катушки датчика ЯМР в столешнице предусмотрено специальное отверстие. Под столешницей расположены источники питания анализатора. В верхней части тумбы стойки анализатора находится электромагнит с датчиком ЯМР. В нижней части тумбы расположены остальные узлы анализатора: программное устройство, формирователь радиоимпульсов, блок приема сигналов ЯМР, блок протонной стабилизации. Питание к блокам подается через врубные разъемы, расположенные на задних стенках блоков. Высокочастотные сигналы в блоки подаются по коаксиальным кабелям с ВЧ-разъемами, имеющими байонетные замки.

Электрическое соединение блоков стойки анализатора между собой осуществляется согласно схеме соединений, указанной в руководстве по эксплуатации анализатора. Стойка анализатора со всех сторон закрывается съемными стенками, в которых предусмотрены вентиляционные решетки.

Блоки устройства программного формирователя радиоимпульсов, приема сигналов ЯМР, протонного стабилизатора, питания электромагнита, блоки питания БП-1, БП-2 выполнены на базе конструктивов УТК. Эти блоки крепятся в стойке специальными фиксаторами. Изъятие блоков осуществляется с помощью съемных ручек. Охлаждение блоков питания и датчика ЯМР принудительное и осуществляется с помощью вентилятора.

Основными частями анализатора являются: система магнитная, датчик ЯМР, устройство программное, формирователь радиоимпульсов, блок приема сигналов ЯМР, блок протонного стабилизатора, блок управления, блок питания БП-1, блок питания БП-2, блок питания электромагнита, устройство контроля напряжения питания.

Система магнитная предназначена для создания однородного поляризующего магнитного поля в объеме исследуемого образца. В анализаторе в качестве систе-

мы магнитной применен малогабаритный электромагнит с ярмом прямоугольной формы броневого типа .

Для получения необходимой однородности магнитного поля в рабочем объеме электромагнита применены пассивные шины, представляющие собой стальные кольца, приклеиваемые к полюсным наконечникам. На полюсах электромагнита расположены две пары катушек. Намагничивающие катушки подключаются к блоку питания электромагнита, каждая из них имеет 850 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,9 мм. Регулирующие катушки подключаются к блоку протонного стабилизатора резонансных условий, каждая из них имеет 300 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм.

Датчик ЯМР предназначен для размещения в нем пробирки с анализируемой пробой или стандартного образца, создания импульсного радиочастотного поля и приема сигнала ЯМР.

Датчик сигналов ЯМР представляет собой параллельный колебательный контур, состоящий из катушки, контурных конденсаторов и подстроечного конденсатора. Параллельно контуру включен шунтирующий резистор для исключения изменения добротности контура датчика при анализе образцов с различной влажностью. Связь контура датчика с формирователем радиоимпульсов осуществляется с помощью кондесатора, параллельно которому подключен подстроечный конденсатор. Выход датчика через кабель связи соединен со входом блока приема сигналов ЯМР.

Датчик системы протонной стабилизации предназначен для получения сигнала ЯМР протонного стабилизатора. Указанный датчик представляет собой мостовой детектор сигналов ЯМР на основе однокатушечного спинового детектора. Он состоит из катушки и двух конденсаторов. Модулирующий сигнал частотой 400 Гц подается на первую катушку датчика.

Датчик ЯМР подвержен воздействию паразитных наводок, переменных электромагнитных полей, поэтому требуется его тщательная экранировка. С этой целью катушка датчика помещена в экран из алюминиевого сплава, что улучшает также однородность высокочастотного поля. Корпус датчика также изготовлен из алюминиевого сплава и имеет симметричную относительно катушки конструкцию. Каркас катушки контура датчика ЯМР выполнен из фторопласта.

Датчик протонной стабилизации размещается в прямоугольном корпусе в непосредственной близости от катушки датчика ЯМР. Катушка датчика ЯМР протонной стабилизации намотана на стержень, изготовленный из резины. Соединение датчика коаксиальным кабелем по высокой частоте с формирователем радиоимпульсов и блоком приема сигналов ЯМР со стороны датчика выполнено неразъемным в целях повышения стабильности сигналов и уменьшения шумов.

Усилитель фотодатчика, конструктивно совмещенный с датчиком ЯМР, собран на компараторе, на выходе которого появляется низкий или высокий уровень в зависимости от того, освещен или нет фотодиод, что в свою очередь зависит от наличия или отсутствия пробирки в контуре датчика ЯМР.

Устройство программное предназначено для формирования видеоимпульсов, управляющих работой блоков и узлов анализа

тора. В состав устройства входят делитель частоты и формирователь.

На шасси размещены две печатные платы делителя частоты и формирователя. На передней панели устройства расположены байонетные разъемы для подключения коаксиальных кабелей и кнопка для отключения импульса. Разъем СИНХРОНИЗАЦИЯ применяется для внешней синхронизации осциллографа при наблюдении сигнала ЯМР. На задней панели установлен разъем питания и низкочастотных сигналов.

Формирователь радиоимпульсов предназначен для формирования радиоимпульсов серии КПМГ и усиление их по мощности. Конструктивно формирователь выполнен на трех печатных платах. В целях снижения создаваемых формирователем помех печатные платы собственно формирователя и усилителя мощности экранированы. На передней панели формирователя расположены коаксиальные ВЧ разъемы, на задней панели - разъем питания.

Блок приема сигналов ЯМР предназначен для усиления амплитудного детектирования сигналов ЯМР. Конструктивно блок выполнен в корпусе УТК. Усилитель сигналов размещен на пяти печатных платах, каждая из которых для уменьшения взаимного влияния между каскадами, расположена в отдельных отсеках.

Питание блока осуществляется от стабилизированных источников напряжения 5 ±15 и 27 В. Для развязки каскадов усилителя по ВЧ и повышения стабильности его работы, питание каждого каскада осуществляется через развязывающие цепочки и маломощные параметрические стабилизаторы.

Блок протонного стабилизатора совместно со своим датчиком сигнала ЯМР предназначен для поддержания неизменных резонансных условий для анализируемого образца при отклонении напряженности магнитного поля и частоты задающего генератора от резонансных значений. Питание блока осуществляется от стабилизированных источников напряжением 5 и ±15 В. В цепях питания применены развязывающие LC-фильтры. Конструктивно блок выполнен в корпусе УТК на четырех печатных платах, причем платы УВЧ, УНЧ и делитель частоты размещены в экранированном отсеке.

Блок управления предназначен для управления работой анализатора и обработки сигнала ЯМР. В состав блока входят: контроллер, пульт управления.

Контроллер представляет собой вычислитель на основе микропроцессорного комплекса БИС серии Кр 580. Схемная реализация и работа контроллера в целом определяется типом примененного микропроцессора. При изучении контроллера следует дополнительно использовать ОСТ 11 348.917-82 "Микросхемы серии Кр 580. Руководство по применению". Схемно и конструктивно контроллер разделен на функциональные устройства.

В состав контроллера входят: центральный процессор, устройство постоянное запоминающее, интерфейс параллельный, контроллер прерывный, преобразователь аналого-цифровой. Все устройства выполнены в виде отдельных печатных плат, имеющих разъемы для подключения к внутреннему каналу контроллера. Связь между устройствами контроллера осуществляется по внутреннему каналу, который образуют соединенные между собой одноименные контакты разъемов, установленных на корпусе

контроллера. Корпус контроллера конструктивно представляет собой кассету, на которой установлены разъемы и в которые по направляющим устанавливаются все платы. Каждая из плат может быть установлена на любое место в кассете.

Блок питания БП-1 предназначен для питания блоков аналоговой части анализатора (устройства программного формирователя радиоимпульсов, блока приема сигналов ЯМР, блока протонного стабилизатора); состоит из четырех стабилизированных источников питания. Конструктивно блок выполнен на четырех печатных платах. Причем на одной из печатных плат размещено два идентичных источника 15 В и -15 В. На лицевой панели источника расположены контрольные гнезда, светоизлучающие индикаторы и регулятор выходного напряжения 50 В. На задней панели размещены предохранитель и разъем.

Блок питания БП-2 предназначен для питания блока управления анализатора, состоит из четырех стабилизированных источников питания. Конструктивно блок питания выполнен на базе конструктива УТК на четырех платах. На передней панели блока расположены контрольные гнезда и светоизлучающие индикаторы. На задней панели блока размещены предохранитель и разъем.

Блок питания электромагнита предназначен для питания катушек электромагнита постоянным током высокой стабильности. Блок питания представляет собой последовательное соединение стабилизатора напряжения и стабилизатора тока.

Устройство контроля напряжения питания предназначено для использования совместно с блоком питания БП-2. Устройство подает напряжение сети 220 В на блок питания БП-2, защищает блок управления и блок питания БП-2 при возникновении аварии, обеспечивает одновременное отключение всех напряжений от блока управления при выключении или аварии. В устройство входят следующие основные узлы: устройство пусковое, устройство защиты, элементы управления и индикации.

Технические характеристики

Рабочая частота генераторов СВЧ 9,4 ±0,4 ГГц. Чувствительность не более 1-Ю15 спин/Тл. Относительная разрешающая способность не более 2-10 . Нестабильность резонансных условий не более 5-Ю'5 1/ч. Мощность генератора СВЧ не менее 50 мВт. Ослабление мощности генератора СВЧ не менее 40 дБ. Диапазон изменения индукции поляризующего поля 0,025...0,7 Тл. Частота модуляции магнитного поля 100 кГц. Дискретность регистрации спектрограмм 4096 точек. Питание-от сети переменного тока:

напряжение 220 В, частота 50 Гц. Потребляемая мощность (без регистрирующего устройства) 700 В-А.

Габаритные размеры электромагнитного и микропроцессорного блока 420х450х270 мм. Масса не более 80 кг.

Средняя наработка на отказ не менее 2000 ч. Безотказная наработка не менее 200 ч. Среднее время восстановления не более 6 ч. Средний срок службы не менее 4 лет.

В комплект поставки входят: блок спектрометрический, блок микропроцессорный, регистрирующее устройство, стол КЗН5, кабель соеди

нительный, кабель питания, комплект ЗИП, эксплуатационная документация.