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航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置及測量方法

文檔序號:5937904閱讀:246來源:國知局
專利名稱:航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及核磁共振裝置,尤其涉及一種對航空噴氣發(fā)動機燃料氫含量進(jìn)行自動測量的連續(xù)波式核磁共振波譜儀及測量方法。
背景技術(shù)
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中有兩個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即美國在1992年10月公布的國家標(biāo)準(zhǔn)(D3701-92)以及我國石油化工總公司于1998年6月公布的石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SH/T0658-1998)《航空噴氣發(fā)動機燃料氫含量測定法》?,F(xiàn)有技術(shù)中,利用核磁共振波譜儀對航空燃料氫含量進(jìn)行測量通常采用手動調(diào)節(jié),本領(lǐng)域最具代表性的是英國生產(chǎn)的Newport 4000型核磁共振波譜儀,這種儀器進(jìn)行一次測量的時間間隔為128秒,由于使用這種測量裝置需手動調(diào)節(jié)雙峰重合的時間,所以,實際操作中,每次測量的時間間隔實際在200秒以上,可以看出,現(xiàn)有技術(shù)的測量精度和測量效率較低,采樣速度慢,且不能通過計算機屏幕或其他顯示裝置對測量結(jié)果進(jìn)行直觀顯示,在很多方面影響了測量的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,提供一種航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置及測量方法,通過對波形進(jìn)行自動采樣和分析,然后利用PC機將波形結(jié)果顯示出來。
本發(fā)明提出一種航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置及測量方法,該裝置包括磁體及測試采樣線圈、掃描電路、采樣電路,其特征在于本發(fā)明還包括信號控制電路和控制顯示單元,其中所述采樣電路,分別與采樣線圈和控制電路相連,與所述控制電路相連,用于讀取核磁共振信號,并將該信號經(jīng)過放大、解調(diào)及A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號,送至控制電路;所述掃描電路,分別與掃描線圈和控制電路相連,一方面為位于永磁體上的一對掃描線圈提供頻率為1350Hz的線性變化電流,另一方面向控制電路發(fā)送同步掃描信號,提供采樣頻率;所述控制電路,分別與采樣電路相連和顯示模塊相連,用于接收來自采樣電路的數(shù)字信號,并利用單片機對該數(shù)字信號進(jìn)行計算和處理,及對控制結(jié)果進(jìn)行計算和顯示;所述控制顯示單元,用于顯示控制電路輸出結(jié)果的顯示。
該方法包括以下步驟對RF振蕩電路的振蕩頻率v0進(jìn)行微調(diào)設(shè)置一個D/A變換器為RF振蕩電路所加的電壓V0;自動調(diào)諧;判斷是否有波形雙峰出現(xiàn);如是,則判斷雙峰間距是否為10ms;如雙峰間距是10ms,則記錄當(dāng)前D/A變換器的電壓值V0;采集波形及其峰值,并保存;計算每組64個波形的共16組波峰峰值的平均值S;傳送NMR信號到上位機;如否,則每隔10ms采集一數(shù)據(jù),并求出平均值N;將所述平均值N及波形數(shù)據(jù)傳送給顯示單元;消除干擾而引起的測量誤差運行VB程序;在界面中填入必要的參數(shù);發(fā)送測試命令;計算誤差值;根據(jù)誤差值的范圍顯示相應(yīng)的提示信息。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明相比較能夠極大程度地提高航空燃料氫含量的測試精度,即不僅能夠自動刪除由于干擾較大而使測定精度低于0.3%的無效測定值,而且能夠減小信號的漂移,采樣速度比現(xiàn)有技術(shù)提高了100倍,另一方面,本發(fā)明利用軟件實現(xiàn)了采樣波形的雙峰自動重合,無需再作調(diào)節(jié),因此可以實現(xiàn)自動快速的測量過程。
下面將結(jié)合實施例,并參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明,以便對本發(fā)明進(jìn)行更深入的說明。


圖1為本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置框圖;圖2為本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置的采樣電路及信號處理系統(tǒng)電路圖;圖3為本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置的控制顯示單元的電路圖;圖4為本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置的振蕩頻率的微調(diào)流程圖;圖5為本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置的NMR信號峰值平均值的計算流程圖。
具體實施例方式
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明利用連續(xù)波式核磁共振(CW NMR)裝置對航空燃油中的氫含量進(jìn)行檢測。該裝置主要包括以下三部分磁體及測試采樣線圈部份,該部份包括永磁體12,其磁場強度約為635G;掃描電路反饋給位于永磁體上的一對掃描線圈1350Hz、且線性變化的電流,以產(chǎn)生磁場強度B0,使永磁體的磁場強度在610G到650G之間變化;設(shè)置在永磁體中心的測試采樣線圈11,作為采樣電路中LC振蕩器的電感,使得LC振蕩器在該測試采樣線圈11中產(chǎn)生連續(xù)的、頻率v0為2.7MHz的射頻電磁場;采樣電路及信號處理系統(tǒng)部份,該部份包括采樣電路14、掃描電路15及控制電路16,其中,采樣電路14讀取測試采樣線圈11產(chǎn)生的核磁共振信號,將該信號經(jīng)過放大、解調(diào)及A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號,送至控制電路16;掃描電路15向控制電路發(fā)送同步掃描信號,提供采樣頻率;控制電路16采用微處理器及微型計算機(如單片機),用于對采樣信號進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換,并且識別干擾信號及刪除較大的干擾信號;其中,控制電路的處理結(jié)果經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后,重新送回所述掃描電路,以減小信號振蕩。其中,控制電路采用8251型單片機。
控制顯示單元,除能夠?qū)刂齐娐返奶幚斫Y(jié)果進(jìn)行顯示,還可將外部環(huán)境產(chǎn)生的干擾信號波形在微型計算機的監(jiān)視器上顯示,以便讓測試人員了解周圍環(huán)境的干擾狀態(tài),該單元利用PC機實現(xiàn)。
其中,CW NMR的工作原理為當(dāng)射頻震蕩信號頻率為v0時,50Hz的掃描磁場使磁場強度B在B0上、下變化,并周期性地等于B0。當(dāng)B=B0時,產(chǎn)生NMR現(xiàn)象,氫原子核就會從射頻振蕩線圈中吸收能量。采樣電路會檢測到這種能量的吸收,產(chǎn)生如圖2所示的射頻吸收波形。
因為只有在射頻振蕩信號頻率與B0滿足公式v0=gμnB0/h上述為Larmaor公式,式中g(shù)原子核的g因子μn核磁子,μn=5.057866×10-27J/Th普朗克常數(shù)B0產(chǎn)生核磁共振的磁場強度才會產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象。故類似的儀器多采用手工調(diào)節(jié)使雙峰重合的方法將v0調(diào)準(zhǔn)。本發(fā)明將微處理器,對采集到的核磁共振信號數(shù)字化后進(jìn)行處理,選出特定的信號,通過壓控振蕩器來控制核磁射頻的振蕩率,自動完成雙峰重合。
下面,通過一具體實施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案如圖2所示,為本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置的采樣電路及信號處理系統(tǒng)電路圖。其中RF振蕩電路的振蕩頻率v0在測試過程中是一個重要參數(shù)。只有保證v0值正確,才能取出正常的NMR信號。在該電路中,v0通過改變加在變?nèi)荻O管兩端的電壓V來調(diào)節(jié)。本電路的工作原理是通電后,通過D/A變換器為RF振蕩電路加上一個工廠預(yù)置電壓值或者加上上一次運行時所記錄的調(diào)諧電壓V;把被測樣品放入采樣線圈中,采樣電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路不斷向單片機輸出NMR數(shù)字信號;在收到測量指令后,系統(tǒng)立刻測量任意兩個NMR峰之間的時間間隔T。在本系統(tǒng)中,T值為10ms,否則通過改變D/A輸出電壓V的大小,從而對T值進(jìn)行調(diào)整,此過程即調(diào)諧;測量T值,如果T=10ms,調(diào)諧完畢,如果T約等于10ms,重復(fù)上述過程,直到T=10ms為止,記錄下此時的電壓V值,即可開始測量。
如圖3所示為本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置的控制顯示單元的電路圖。
該單元通過PC機來實現(xiàn)。PC機軟件利用VB編程,由于VB編程可以很方便地設(shè)計出良好的人機界面,代碼簡單,而且所實現(xiàn)的軟件功能強大。
振蕩頻率v0通過如圖4所示的本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置的振蕩頻率的微調(diào)流程來實現(xiàn),其中,多組(64個NMR信號峰值)的平均值Si=Σ164Sj64---(1-1)]]>N=Σ164nk64---(1-2)]]>該流程中,i為本實施例中被測量波形的組數(shù),j為被測量的波形的波峰數(shù)量,即64,該流程的具體實施步驟為首先,設(shè)置一個D/A變換器為RF振蕩電路所加的電壓V0,步驟401;本發(fā)明的測試裝置進(jìn)行自檢,步驟402;自檢完成后向上位機主動發(fā)送OK指令,步驟403;此時進(jìn)行兩個判斷一是判斷是否當(dāng)前收到調(diào)諧指令,步驟404;如果收到,則自動調(diào)諧,否則,重新執(zhí)行裝置自檢;二是判斷當(dāng)前是否收到測量樣品,步驟405;如是,則判斷當(dāng)前是否有波形雙峰出現(xiàn),步驟406;如有雙峰出現(xiàn),繼續(xù)后續(xù)操作,否則,每隔10ms采集一數(shù)據(jù)并求其平均值N(參見式(1-2)),步驟407;將該平均值N及波形數(shù)據(jù)傳送給控制電路,步驟408,并且返回自檢步驟;如有雙峰出現(xiàn),則判斷此雙峰間距是否為10ms,步驟409;如是,則記錄此時的D/A變換器的電壓V0的值,步驟410;設(shè)被測量波形的組數(shù)i=1且被測量的波形的波峰數(shù)量j=1,步驟411;采集并保存當(dāng)前波形及峰值,步驟412;使j=j(luò)+1,步驟413;判斷j是否大于64,步驟414,如否,則采集前64個波形及其波峰值,如是,則計算出上述64個波峰峰值的平均值Si,步驟415;將該Si值傳送到上位機,步驟416;判斷I是否大于16,步驟419;如否,則將i+1,即增加一組波形,再求出其所包含的64個波形的波峰值,步驟420;如是,則完成了16組64個波形的波峰值的平均值Si,參見式(1-1)。
如圖5所示,為本發(fā)明的自動測量航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振裝置的NMR信號峰值平均值的計算流程,利用PC機將接收到的數(shù)字信號進(jìn)行進(jìn)一步處理,將若干組64個信號峰值平均值Si再求出平均值,得到ST(接收到測試命令后的波峰值的平均值)或SR(接收到標(biāo)樣測試命令后的波峰值的平均值),并設(shè)法去除可能是由于外界干擾而引起的偏差較大的數(shù)據(jù),以便得出一定精度的測量值,該流程的具體實施步驟如下首先,運行VB程序,步驟501;在界面中填入必要的參數(shù),步驟502;此時可能執(zhí)行三個動作動作一發(fā)送調(diào)諧指令TX,步驟503;動作二發(fā)送測試命令ST,步驟504;動作三發(fā)送標(biāo)樣測試指令,步驟513;步驟604之后,需判斷當(dāng)前收到的是否為測量所需的數(shù)據(jù),步驟505;如否,則報告“數(shù)據(jù)出錯”,步驟506;如是,則計算誤差值Δi(參見式(1-3)),步驟507;判斷該誤差值是否小于或者等于0.1,步驟508;如是,則將數(shù)據(jù)變換為被測的含氫量數(shù)值,步驟509;否則,在界面上顯示“誤差過大,請重測”,步驟512;判斷步驟509得到的數(shù)據(jù)X是否大于5%,如是,則顯示當(dāng)前測得的含氫量及波形,步驟511;如否,則顯示當(dāng)前測得的數(shù)據(jù)為噪聲值,步驟520;步驟513中裝置發(fā)送了標(biāo)樣測試指令后,即進(jìn)入等待狀態(tài),步驟514;判斷當(dāng)前收到的是否為測量所需的數(shù)據(jù),步驟515;如是,則計算誤差值ΔR(參見式(1-4)),否則,在界面上報告“數(shù)據(jù)出錯”,步驟506;判斷計算得出的誤差值ΔR是否小于或者等于0.1,如是,則保存SR值,步驟518;顯示波形,步驟519;如否,則在界面上顯示“誤差過大,請重測”或類似提示,步驟512。
該流程中的兩個誤差值Δi和ΔR的計算公式如下Δi=|STi-STST|---(1-3)]]>ΔR=|Si-SRSR|---(1-4)]]>
現(xiàn)代PC機的內(nèi)存大,運行速度快,因此可對數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活復(fù)雜的處理,PC機很容易就可與網(wǎng)路及外設(shè)如打印機等連接,為用戶聯(lián)網(wǎng)及打印測量數(shù)據(jù)提供了便利條件。
以上所述,僅是本發(fā)明的實施方式舉例說明,不應(yīng)被視為是對本發(fā)明范圍的限制,而且本發(fā)明所主張的權(quán)利要求范圍也并不局限于此,凡熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士,依據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)內(nèi)容,可輕易思及的等效變化,均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置,該裝置包括磁體及測試采樣線圈、掃描電路、采樣電路,信號控制電路和顯示模塊,其特征在于所述采樣電路,分別與采樣線圈和控制電路相連,用于讀取核磁共振信號,將該信號經(jīng)過放大、解調(diào)及A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號,送至控制電路;所述掃描電路,分別與掃描線圈和控制電路相連,一方面為位于永磁體上的一對掃描線圈提供頻率為1350Hz的線性變化電流,另一方面向控制電路發(fā)送同步掃描信號,提供采樣頻率;所述控制電路,分別與采樣電路相連和顯示模塊相連,用于接收來自采樣電路的數(shù)字信號,并利用單片機對該數(shù)字信號進(jìn)行計算和處理,及對控制結(jié)果進(jìn)行計算和顯示;所述顯示模塊,用于控制電路輸出結(jié)果的顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置,其特征在于所述控制電路采用8251型單片機。
3.如權(quán)利要求1所述的航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置,其特征在于所述控制電路的處理經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后,重新送回所述掃描電路。
4.如權(quán)利要求1所述的航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置,其特征在于所述控制顯示單元將外部環(huán)境產(chǎn)生的干擾信號波形通過微型計算機的監(jiān)視器顯示出來。
5.如權(quán)利要求1所述的航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置,其特征在于所述控制電路用于識別干擾信號
6.如權(quán)利要求1所述的航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置,其特征在于刪除較大的干擾信號。
7.一種航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量方法,通過控制電路對波形進(jìn)行自動采樣和分析,該方法包括以下步驟對RF振蕩電路的振蕩頻率ν0進(jìn)行微調(diào)設(shè)置一個D/A變換器為RF振蕩電路所加的電壓V0;自動調(diào)諧;判斷是否有波形雙峰出現(xiàn);如是,則判斷雙峰間距是否為10ms;如雙峰間距是10ms,則記錄當(dāng)前D/A變換器的電壓值V0;采集波形及其峰值,并保存;計算每組64個波形的共16組波峰峰值的平均值S;傳送NMR信號到上位機;如否,則每隔10ms采集一數(shù)據(jù),并求出平均值N;將所述平均值N及波形數(shù)據(jù)傳送給顯示單元;消除干擾而引起的測量誤差運行VB程序;在界面中填入必要的參數(shù);發(fā)送測試命令;計算誤差值;根據(jù)誤差值的范圍顯示相應(yīng)的提示信息。
8.如權(quán)利要求7所述的航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量方法,其特征在于所述在界面中填入必要的參數(shù)的步驟,可實現(xiàn)發(fā)送調(diào)諧指令、發(fā)送測試命令以及發(fā)送標(biāo)樣測試指令功能。
9.如權(quán)利要求7所述的航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量方法,其特征在于所述根據(jù)誤差值的范圍顯示相應(yīng)的提示信息的步驟,包括在界面上顯示“誤差過大,請重測”、報告“數(shù)據(jù)出錯”及顯示當(dāng)前測得的數(shù)據(jù)為噪聲值。
全文摘要
一種航空燃料氫含量的連續(xù)波式核磁共振測量裝置及測量方法,該裝置包括磁體及測試采樣線圈、掃描電路、采樣電路,其特征在于該裝置還包括信號控制電路和顯示模塊,其中所述控制電路,分別與采樣電路相連和顯示模塊相連,用于接收來自采樣電路的數(shù)字信號,并利用單片機對該數(shù)字信號進(jìn)行計算和處理,及對控制結(jié)果進(jìn)行計算和顯示;所述顯示模塊,用于顯示控制電路輸出結(jié)果的顯示;該測量方法,通過控制電路對波形進(jìn)行自動采樣和分析。本發(fā)明相比較能夠極大程度地提高航空燃料氫含量的測試精度,并且測試過程是自動、快速的,不僅能夠自動刪除由于干擾較大而使測定精度低于0.3%的無效測定值,而且能夠減小信號的漂移,采樣速度比現(xiàn)有技術(shù)提高了100倍。
文檔編號G01N24/00GK1664569SQ200410018710
公開日2005年9月7日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者梁家昌 申請人:中國民用航空學(xué)院
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