Способ измерения скорости равномерного течения жидкости Советский патент 1974 года по МПК G01P5/08 G01F1/58 G01N24/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике « может быть использовано при создании приборов для измерения скорости равномерного течения жидкости в естественных и искусственных водоемах.

Известен способ измереиия скорости равномерного течения жидкости в естественных водоемах,основанный а использовании сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в магнитном поле Земли после предварительной поляризации контролируемой жидкости во внешней области датчика ЯМР более сильный неоднородным поляризующим магнитным нолем, ориентированным в плоскости, перпендикулярной к вектору внешнего однородного поля.

Недостатком известного способа являются зависимость измеряемой величины от спин - спиновой релаксации, т. е. от парамагнитных примесей в измеряемой жидкости, ее температуры и неоднородности внешнего магнитного поля в контролируемом объеме, и необходимость иснользоваиия датчика нулевого сигнала и дифференциального способа измерения.

По предлагаемому способу для упрощения его реализации и расширения возможностей применения в контролируемой жидкости создают иеодиородноё периодически симметричное поляризующее магнитное поле, а скорость течения определяют по периоду следования

сигналов кинематического спинового эха ядер жидкости.

Суть способа состоит в следующем.

При равиомердом течении жидкости относительно датчика ЯМР (или движения датчика в жидкости) во внещней его области создают неоднородное периодически симметричное поляризующее магнитное поле, силовые линии которого проходят в плоскости, перпендикулярной внешнему однородному

0 магнитноМу полю, затем иеадиабатически быстро выключают поляризующее иоле, наблюдают сигналы кинематического спинового эха и по периоду их следования опреде5ляют скорость течения жидкости относительно датчика.

Иа фиг. 1 ноказана приблизительная конфигурация неоднородного периодически симметричного поляризующего магнитного поля

0

Яр , создаваемого катушками датчика ЯМР (внешнее магнитное поле Яо ориентировано нерпендикулярно чертежу); на фиг. 2 - сигналы спинового эха, наблюдаемые через время

5 2т, 4т и 6т после выключения Яр . Если через катушки датчика ЯМР пропустить постоянный ток, то в окружающем нространстве с жидкостью будет создано поляризующее

магнитное поле Я. В связи с идентичностью

всех катушек датчика поле Яр будет им-еть периодическую симметрию (фиг. 1). Б результате взаимодействия поляризующего по-

ля HP с мапнитными диполяМИ ядер жидкости .I, последние окажутся ориентироваиными вдоль лаправления магнитных силовых линий

поля Яр в плоскости, перпендикулярной Яо

(или Язем ), и будут «меть разнообразную ориентацию относительно друг друга. В результате этого после неадиабатического быст-

рого выключения поляризующего поля Яр все спины оказываются повернутыми на 90° отно-

сительно земного поля Ядем и предессируют вокруг последнего с частотой от у Язем Начальные же фазы спиновых прецессий будут определяться той ориентацией магнитных моментов ядер, которые они имели в момент

-

выключения Яр . Если при этом элементарные объемы образца Д У,- , не перемещаются относительно датчика (течение жидкости отсутствует) , то в катушках последнего будет индуцироваться сигнал свободной прецессии ядер, затухание которого определяется лишь временем спин - спиновой релаксации TZ

(при условии, что поле Язем является достаточно однородным).

При равномерном перемещении всех элементов объема образца А V; (например, при ламинарном течении) мимо рамоч|Ного датчика с периодически симметричным полем Яр для прецессирующих ядерных магнитных диполей .ц создаются условия, необходимые для возникновения сигнала кинематического спинового эха.

Быстрое выключение поляризующего ноля подобно 90°-ному импульсу обеспечивает в момент времени о ориентацию

всех диполей .а,- перпендикулярно полю Ядем , вокруг которого они совершают прецессию. Перемещение образца на участках Oi 812, Оз5з4 расфазирует прецессии спинов и вызывает дополнительное затухание наблюдаемого сигнала свободной прецессии ядер. Прохождение элементами образца Д У, в момент времени т сечений Siz, 823, 5з4... подобно воздействию 180°-ного импульса прекращает расфазирование прецессий |. п дает начало их сфазированию. Наконец, перемещение Д Ii на участках 5)2 Оз, Оз, 5з4 4... приводит к полному сфазированию ядерных

диполей |д/ в момент времени / 2т и появлению сигнала кинематического спинового эха.

Если время спин-спиновой релаксации //2У, то описанные выше процессы расфазирования и сфазирования прецессий

ядерных магнитных диполей Ц; при дальнейшем равномерном перемещении элементарных объемов образца К; мимо катушек датчика будут повторяться. В результате этого будут наблюдаться многократные сигналы кинематического спинового эха в моменты времени 4т, 6т, 8т, амплитуды которых должны убывать по экспоненциальному закону с постоянной времени TZ.

Период следования сигналов спинового эха 2т или время, через которое появляется первый наиболее интенсивный сигнал спино0 вого эха после выключения поляризующего

поля Яр , будет определяться скоростью течения жидкости V мимо датчика и расстоянием мел(ду осями катуше-к /:

(1)

V

Таким образом, зная параметр I, который является постоянным для данного датчика, в Q соответствии с выражением (1) можно определить скорость течения жидкости:

1Г(2)

5 где коэффициент К I - const, а 2 т.

Возникающие в потоке хаотические турбулентности могут уменьшать амплитуды сигпалов спинового эха, но на период их следования и на точность измерения непосред0 ственно не влияют.

Предмет изобретения

. Способ измерения скорости равномерного 5 течения жидкости, заключающийся в регистрации сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) контролируемой жидкости в магнитном поле Земли после предварительного намагничивания неоднородным -полярн0 зующим магнитным полем жидкости, движущейся во внешней области датчика сигналов ЯМР, отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации способа и расширения возможностей его применения, в контролируемой жидкости создают неоднородное периодически симметричпое поляризующее магнитное ноле, а скорость течения определяют по периоду следования сигналов кинематического спинового эха ядер жидкости. 61 I