Анализатор состава нефтепродуктов на основе ядерно-магнитного резонанса

 Москва, МВЦ, 2008 год. Фото с выставки «Нефть и газ». Слева корпус с магнитной системой, справа с электроникой

Для своего времени (2006-2009 годы) это был прорывной проект.  Я руководил небольшой командой разработчиков, занимавшихся разработкой Hardware части и встраиваемого программного обеспечения. В ходе проекта разработан сложный комплекс оборудования анализа состава нефти и нефтепродуктов методом ядерно-магнитного резонанса для размещения во взрывоопасной зоне.  Вся аппаратура находилась в двух взрывозащищённых корпусах и работала под управлением промышленного компьютера.

 Четырёхслойная плата аналогового синтезатора до монтажа

Сердцем устройства является аналоговый процессор. Он представляет из себя измерительный приёмник с быстродействующим АЦП, цифровыми фильтрами, генератор пакетов синусоидальных сигналов с частотой, когерентной частоте гетеродинов. Также на плате располагался предварительный импульсный усилитель ВЧ импульсов. Алгоритм работы устройства требовал высокой стабильности длительности, момента запуска и чёткой синфазности  сигналов всех четырёх задающих синусоидальных генераторов. Это было достигнуто применением чипа четырёхканального цифрового синтезатора (DDS) для формирования синхронных синусоидальных сигналов. Это позволило увеличить достоверность и точность измерений благодаря усреднению результатов.

Основная часть оборудования спроектирована в виде легкозаменяемых модулей, расположенных внутри герметичного корпуса. Необходимость работы во взрывоопасной зоне накладывает ограничения на температуру корпуса прибора, а требование к повышению надёжности оборудования исключает использование устройств охлаждения на основе вентиляторов. Кроме того, в одном из корпусов размещается магнитная система, от стабильности уровня магнитного поля которой зависят характеристики прибора. Напряжённость поля постоянных магнитов находится в непосредственной зависимости от температуры среды.  Для удержания характеристик и и формирования однородности поля использовались отклоняющие катушки сложной формы. На фотографии слева изображён многоканальный генератор тока для этих катушек.

Необходимость применения усилителей ВЧ сигнала с мощностью до 50 ватт ставила проблему уменьшения тепловыделения очень остро. Решить задачу удалось раздельным управления энергопитанием отдельных узлов и реализацией импульсного режима в усилителях мощности. Всего в ходе проектирования устройства было разработано  более 10 плат различного уровня сложности.

Модульная конструкция оборудования в ПЭБ

В ходе проекта пришлось решить большое количество технически сложных задач. Центральный микроконтроллер управляет широким классом приборов с разнотипными интерфейсами. АЦП, память, USB контроллер, цифровой синтезатор, фазовый детектор, аттенюаторы, коммутаторы ВЧ сигналов. Плюс к этому, учитывая сложность ПО, необходимо было обеспечить возможность дистанционной перепрошивки микрокода. Основные проблемы схемотехники и трассировки – большое тепловыделение модулей усилителей ВЧ колебаний, необходимость развязки высокочувствительных аналоговых и цифровых цепей, а так же минимизация помех, вызванных применением импульсных источника питания.

Настройка двухканального импульсного усилителя ВЧ сигнала с выходной мощностью 2×50 Вт

Проект готовился для привлечения венчурного капитала инвестфонда из Германии. Для того, чтобы произвести благотворное влияние на потенциальных инвесторов, участие нашей компании в московской выставке «Нефть и Газ» 2008 отличалось необыкновенным размахом. Макет оборудования было размещено в кунге на основе Камаза .

Москва, МВЦ, 2008 год. Фото с выставки «Нефть и газ»

Однако, кризис 2008 года внёс свои коррективы. Западные инвесторы решили вложение значительных средств в проект в таких обстоятельства слишком рискованными. Кроме этого, появились проблемы, которых мы не ждали. Отечественный производитель (Ржевский завод) не смог обеспечить производство электромагнитов и взрывозащищённых корпусов для них надлежащего качества, а времени и денег на их заказ в Германии уже не оставалось. Проект заморозили и возродиться ему в былой форме было не суждено.