PL172784B1 - Uklad do analizy ilosciowej mieszaniny skladników o róznych wlasnosciach dielektrycznych PL - Google Patents

Abstract

1 UKLAD DO ANALIZY ILOSCIOWEJ MIESZANINY SKLADNIKÓW O RÓZNYCH WLASNOSCIACH DIELEKTRYCZNYCH, METODA POMIARU PRZEWOD- NOSCI ELEKTRYCZNEJ BADANEGO OBIEKTU, ZAWIERAJACY CZUJNIK POMIAROWY W POSTACI OBWODU REZONANSOWEGO SPRZEZONEGO Z UKLADEM GENEROWANIA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO ORAZ Z UKLADEM ODBIORCZYM, ZNAMIENNY TYM, ZE OBWÓD REZONANSOWY (4) STANOWI CEWKA JEDNOZWOJOWA POLACZONA BEZPOSREDNIO Z KONDENSATOREM, UMIESZCZONYM BEZPOSREDNIO W SZCZELINIE SCIANY CEWKI, UKLAD GENEROWANIA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO STANOWI GENERATOR IMPULSÓW (1) KRÓTKICH O STALEJ AMPLITUDZIE I CZE- STOTLIWOSCI POWTARZANIA ZAS UKLADY SPRZEZENIA WEJSCIOWEGO I SPRZEZE- NIA WYJSCIOWEGO OBWODU REZONANSOWEGO STANOWIA PETLE INDUKCYJNE (2,3) LACZACE OBWÓD REZONANSOWY Z GENERATOREM IMPULSÓW (1) I Z UKLADEM ODBIORCZYM, KORZYSTNIE ZAWIERAJACYM PRZETWORNIK A/C, POLACZONY Z UKLADEM STERUJACYM (8), KTÓRY TO UKLAD STERUJACY (8) POLACZONY JEST RÓWNIEZ Z GENERATOREM IMPULSÓW (1) PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do analizy ilościowej mieszaniny składników o różnych własnościach dielektrycznych, zwłaszcza do pomiaru składu tkankowego organizmów zwierzęcych in vivo lub w postaci spreparowanej.

Układ według wynalazku może być wykorzystany dla celów hodowlanych i w przemyśle mięsnym do pomiaru zawartości tłuszczu w tkance organizmów zwierząt. Innym zastosowaniem wynalazku może być wykorzystanie go do pomiaru zawartości składników w mieszaninach cieczy, również przy ich przepływie ciągłym. Przykładem takim może być analiza zawartości wody w ropie naftowej lub emulsjach wodno-tłuszczowych. Możliwe jest również zastosowanie kliniczne w medycynie do analizy dawek lekarstw w płynach ustrojowych.

Znany jest z opisu patentowego US 3735 247 sposób pomiaru zawartości tłuszczu w tkance zwierzęcej, bezdotykowo i nieniszcząco, metodą pomiaru przewodności elektrycznej badanego żywego obiektu lub próbki. Przewodność elektryczna tkanki beztłuszczowej jest inna niż tkanki tłuszczowej, co zostało wykorzystane w omawianej metodzie. Badany obiekt lub próbka, umieszczone w komorze, poddawane są działaniu zmiennego pola elektromagnetycznego o znanym natężeniu. Zmiany przewodności elektrycznej próbki są określane pośrednio poprzez zmiany impedancji komory z układem cewek solenoidalnych a mierzone są napięciem i natężeniem zasilającego go prądu. W omawianym zespole pomiarowym układ cewek solenoidalnych zasilany jest poprzez wzmacniacz z generatora sinusoidalnego o stabilizowanej amplitudzie.

172 784

Cewka sprzężenia zwrotnego, usytuowana w pobliżu próbki, wysyła sygnał zwrotny do wzmacniacza, który na skutek tego podtrzymuje stałe natężenie zmiennego pola magnetycznego. Mierząc napięcie na układzie cewek solenoidalnych i porównując je do sygnału odniesienia ze wzmacniacza, układ detekcyjny wysyła sygnał proporcjonalny do oddziaływania próbki na układ cewek solenoidalnych, odniesiony do sygnału w warunkach pustej komory.

Pole magnetyczne wytworzone w komorze pomiarowej oddziałuje na próbkę indukując w niej prądy proporcjonalne do prądu zasilającego i miejscowej przewodności elektrycznej próbki. Prądy te powodują utratę energii w postaci wydzielania ciepła. Ta strata wywołuje zwrotną zmianę impedancji cewek, mierzoną przez układ pomiarowy. Proces pomiaru jest ciągły.

W opisie wynalazku SU 1 372 226 ujawniono sposób analizy ilościowej mieszaniny składników o różnych właściwościach dielektrycznych, polegający na tym, że dokonuje się pomiaru amplitudy wzbudzonych drgań gasnących i porównując otrzymane wyniki z wartościami charakteryzującymi ośrodek wzorcowy, na przykład powietrze atmosferyczne wypełniające czujnik będący elementem obwodu rezonansowego, przed umieszczeniem badanej próbki. Skład próbki określa się na podstawie spadku amplitudy wzbudzonych drgań, spowodowanego wprowadzeniem do czujnika próbki o skończonej przewodności elektrycznej, przy czym czujnik może stanowić zarówno element indukcyjny jak i element pojemnościowy obwodu rezonansowego.

Natomiast w opisie wynalazku SU 1 469 421 ujawniono układ do analizy ilościowej mieszaniny składników o różnych właściwościach dielektrycznych, charakteryzujący się tym, że czujnik pomiarowy stanowi obwód rezonansowy, zawierający kondensator połączony z cewką oraz połączony z generatorem impulsów, przy czym obwód rezonansowy jest połączony za pośrednictwem demodulatora (który w tym przypadku stanowi dioda i kondensator) ze wskaźnikiem, który przekazuje informację o amplitudzie wzbudzonych drgań.

Układ do analizy ilościowej według wynalazku również zawiera czujnik pomiarowy w postaci obwodu rezonansowego sprzężonego z układem generowania pola elektromegnetycznego oraz z układem odbiorczym.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że obwód rezonansowy stanowi cewka jednozwojowa połączona bezpośrednio z kondensatorem, umieszczonym bezpośrednio w szczelinie ściany cewki. Układ generowania pola elektromagnetycznego stanowi generator impulsów krótkich o stałej amplitudzie i stałej częstotliwości powtarzania. Układ sprzężenia wejściowego i układ sprzężenia wyjściowego obwodu rezonansowego stanowiąpętle indukcyjne łączące obwód rezonansowy z generatorem impulsów i z układem odbiorczym, korzystnie zawierającym przetwornik A/C połączony z układem sterującym, który to układ sterujący połączony jest również z generatorem impulsów. Obwód rezonansowy poprzez układ sprzężenia wyjściowego może być połączony bezpośrednio z układem odbiorczym, który stanowi układ pomiaru napięcia zmiennego w postaci przetwornika A/C.

Korzystne jest gdy obwód rezonansowy, poprzez układ sprzężenia wyjściowego połączony jest z układem odbiorczym, który stanowi układ pomiaru napięcia zmiennego, w postaci przetwornika A/C, za pośrednictwem demodulatora.

Korzystne jest również gdy obwód rezonansowy, poprzez układ sprzężenia wyjściowego połączony jest z układem odbiorczym, który stanowi układ pomiaru napięcia stałego, korzystnie w postaci przetwornika A/C, za pośrednictwem demodulatora a ponadto wzmacniacza z filtrem.

Układ sprzężenia wejściowego i układ sprzężenia wyjściowego może stanowić ten sam element układu połączony z układem przełączająco-rozdzielającym.

Zaletą rozwiązania według wynalazkujest poprawa jednorodności pola elektromagnetycznego w całej objętości czujnika pomiarowego. W przypadku impulsowego pobudzania drgań zaletą rozwiązaniajest zmniejszenie natężenia pola w obwodzie rezonansowym, a co za tym idzie poboru mocy. Zmniejszenie poboru mocy umożliwia budowę urządzenia w wersji przenośnej.

Układ według wynalazku objaśniony jest w przykładach wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu.

Układ do analizy ilościowej zawiera generator impulsów 1, wytwarzający krótkie impulsy napięcia o stałej amplitudzie i częstotliwości powtarzania. Generator impulsów 1 poprzez układ sprzężenia wejściowego 2 w postaci pętli indukcyjnej doprowadza energię impulsów do obwodu

172 784 rezonansowego 4. Obwód rezonansowy 4 stanowi cylindryczna cewkajednozwojowa połączona bezpośrednio z kondensatorem, który ma długość identyczną z długością cewki i jest umieszczony bezpośrednio w szczelinie ściany cylindra. Obwód rezonansowy 4 stanowi czujnik pomiarowy i w jego cewce umieszczany jest analizowany obiekt.

Układ sprzężenia wyjściowego 3 ma postać pętli indukcyjnej, za pośrednictwem której układ odbiorczy śledzi przebieg zmian pola elektromagnetycznego w obwodzie rezonansowym 4.

Układ odbiorczy zawiera demodulator 5, służący do demodulacji obwiedni sygnału odpowiadającego przebiegowi zmian pola elektromagnetycznego w obwodzie rezonansowym 4, który to demodulator stanowi układ mnożący z dwoma wejściami połączonymi z pętlą indukcyjną układu sprzężenia wyjściowego 3. Wyjście demodulatora 5 połączone jest z wejściem wzmacniacza z filtrem 6, wzmacniającego i uśredniającego sygnał z demodulatora 5.

Układ odbiorczy stanowi układ pomiaru napięcia. Może on mieć postać przetwornika A/C 7, służącego do określania wartości uśrednionego napięcia na wyjściu filtra wzmacniacza 6 albo do bezpośredniego przetwarzania sygnału z układu sprzężenia wyjściowego 3 albo do przetwarzania analogowego sygnału z demodulatora 5 na sygnał cyfrowy.

Układ sterujący 8, połączony z generatorem impulsów 1 i przetwornikiem A/C 7 służy do sterowania generatorem impulsów 1 i przetwornikiem A/C 7.

Układ sprzężenia wejściowego 2 i układ sprzężenia wyjściowego 3 może stanowić ten sam element układu połączony z układem przełączająco-rozdzielającym.

Układ sprzężenia obwodu rezonansowego 4 z układami wytwarzającymi impulsy oraz z układem odbiorczym może mieć również inną postać, przykładowo wspólnej pętli nadawczoodbiorczej.

Analizę ilościową mieszaniny składników przeprowadza się w ten sposób, że dokonuje się pomiaru dobroci obwodu rezonansowego przed umieszczeniem próbki oraz dobroci tłumionej przez umieszczoną w obwodzie rezonansowym próbkę o skończonej przewodności elektrycznej, przy czym skład mieszaniny określa się poprzez pomiar spadku dobroci obwodu rezonansowego z badanym obiektem w stosunku do dobroci pustego obwodu rezonansowego, który to spadek zależy od całkowitej przewodności elektrycznej danego obiektu. Znajomość masy tego obiektu oraz różnicy w przewodności elektrycznej pomiędzy jego składnikami pozwala określić ilość każdego z wymienionych składników.

Kalibracja urządzenia odbywa się poprzez pomiar dobroci z załączonym obciążeniem wzorcowym, sprzężonym indukcyjnie z cewką obwodu rezonansowego.

Generator 1 wytwarza krótkie impulsy o stałej amplitudzie A i okresie powtarzania T. Impulsy te poprzez układ sprzężenia wejściowego 2 pobudzają do oscylacji obwód rezonansowy 4.

Przebieg zmian pola elektromagnetycznego w obwodzie rezonansowym 4 określa zależność A' (t) = A'o e'⁽t^T sin(m<j t) gdzie A'(t) to funkcja określająca przebieg zmian pola elektrycznego bądź magnetycznego, ω₀ to częstotliwo©, rezonanokwa obwodurezonansowego 4, A'_o ty wartość początkowa zaś τ oo stała czosowo zaniku posOćieku oocylacyj oogo związana z dobroci ą Q obw odu resonan sowogo ^s oastępująz^a zalożno^dcią

Q = τ ω₀.

W przypadku umieszczenia wewnątrz obwodu rezonansowego 4 obiektu o skończonej przewodnoSai elęktrycznoj In^sstoi^t^jz rwodtk doćrociQ O^z^o oOsoo^c^u 4, c o p^juwóa się ζ^ιό0ο:_Ο4 ^^^ł^eż 4ęooowęj o Zelniku pnaeWegu osad^c^ego ^οή^η^ ioo^łu elcOtromoozetycęnez^o ną obwodz© oewonansowym 4. W ukted4icaprzę0eni4 wajśżiowcpo o inOokowone jtyt napt4ciz 0ćozoęsjonaln4 do smim sttumiema polo mdgnetycznzgo w oZwkdz.ie śezu)naztnwom 4. Kapcę, pie to r^«o^^ być poslzia na wzSśeśe ddmodztntnra c oa kórym zasłzpueo odśwoozzaiz 4bwO^cięi can to ająożo oyy gnała oscyl wcyj mij⁰. Na wyjomu d5mw dułatora ś otrdyπjC4ę się pwwtarz.ajzco się z częstothwościn 1OT imntdsy oś O^taWac zkreśloęom przez ounkoję

ΑΌΙ^ΑΟ

172 784

Impulsy te zostają następnie wzmocnione i scałkowane przez filtr dolnoprzepustowy wzmacniacza 6. Na wyjściu filtra otrzymuje się napięcie stałe o wartości proporcjonalnej do iloczynu A'₍₎T. Ponieważ A'o ma wartość stałą, określoną przez amplitudę impulsów pobudzających A oraz współczynniki sprzężenia dla układów sprzężeń 2 i 3, zatem napięcie na wyjściu filtra wzmacniacza 6 jest proporcjonalne do τ. Pomiar napięcia stałego daje zatem informację o dobroci obwodu rezonansowego 4, a więc o przewodności elektrycznej znajdującego się w nim obiektu. Na podstawie znajomości różnicy w przewodności elektrycznej pomiędzy składnikami analizowanej mieszaniny możliwe jest określenie zawartości poszczególnych składników w badanym obiekcie o znanej masie.

Procesem pomiaru steruje układ sterujący 8, którego zadaniem jest między innymi automatyczne zerowanie toru pomiarowego przy braku impulsów pobudzających.

Przy bezpośrednim połączeniu obwodu rezonansowego 4 z przetwornikiem A/C 7 następuje bezpośredni pomiar zaniku przebiegu lub jego obwiedni. W takim przypadku numeryczna analiza przebiegów przez układ przetwornika A/C 7 daje informację o dobroci obwodu rezonansowego 4.

172 784

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do analizy ilościowej mieszaniny składników o różnych własnościach dielektrycznych, metodą pomiaru przewodności elektrycznej badanego obiektu, zawierający czujnik pomiarowy w postaci obwodu rezonansowego sprzężonego z układem generowania pola elektromagnetycznego oraz z układem odbiorczym, znamienny tym, że obwód rezonansowy (4) stanowi cewkajednozwojowa połączona bezpośrednio z kondensatorem, umieszczonym bezpośrednio w szczelinie ściany cewki, układ generowania pola elektromagnetycznego stanowi generator impulsów (1) krótkich o stałej amplitudzie i częstotliwości powtarzania zaś układy sprzężenia wejściowego i sprzężenia wyjściowego obwodu rezonansowego stanowią pętle indukcyjne (2, 3) łączące obwód rezonansowy z generatorem impulsów (1) i z układem odbiorczym, korzystnie zawierającym przetwornik A/C, połączony z układem sterującym (8), który to układ sterujący (8) połączony jest również z generatorem impulsów (1).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że obwód rezonansowy (4) poprzez układ sprzężenia wyjściowego (3) połączony jest bezpośrednio z układem odbiorczym, który stanowi układ pomiaru napięcia zmiennego w postaci przetwornika A/C.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że obwód rezonansowy (4) poprzez układ sprzężenia wyjściowego (3) połączony jest z układem odbiorczym, który stanowi układ pomiaru napięcia zmiennego, w postaci przetwornika A/C (7), za pośrednictwem demodulatora (5).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że obwód rezonansowy (4) poprzez układ sprzężenia wyjściowego (3) połączony jest z układem odbiorczym, który stanowi układ pomiaru napięcia stałego, korzystnie w postaci przetwornika A/C (7), za pośrednictwem demodulatora (5), a ponadto wzmacniacza z filtrem (6).
5. 5. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że układ sprzężenia wejściowego (2) i układ sprzężenia wyjściowego (3) stanowi ten sam element układu połączony z układem przełączająco-rozdzieląjącym.