(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИГНАЛОВ
КИНЕМАТИЧЕСКОГО СПИНОВОГО ЭХА ВО ВНЕШНЕМ НЕОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ 12 кости, которая протекает внутри катушки датчика ЯМР. Это обстоятельство ограничи вает возможность применения способа для практических целей. Так, например, измеря емая по сдвигу фазы . Д Ф сигналов спинового эха скорость течения жидкости внутри катушки датчика ЯМР всегда будет отличаться от скорости течения жидкости в свободнол потоке и это отличие трудно; учесть и полнортью,., исключить (оно зависит от вязкости жидкости, cкqpocти течени состояния поверхности трубы и ее засоря- емости а др.). Кроме того, как видно из (1) существует линейная зависимость сдви га фазы лФ от градиента (j у и квадрати ная от Т . .1 Формула (1), связывающая параметры сигнала (USи t ) со скоростью течения жидкости V , справедлива лишь для ли нейного градиента л вдоль направления течения (вдоль оси катушки). Следовательно, для точности измерения V необходимо стабилизировать указанные параметры. Это, по-видимому, исключает применение способа при установке датчика ЯМР на подвижной платформе. Целью изобретения является расширение возможностей использования способа. Для этого последовательно поляризуют неоднородным электромагнитным полем, идентичным по своей геометрии полю приемной катушки, движущейся во внешней области катушек датчика объем жидкости, затем в разных местах по ходу его движения воздействуют 180-градусным радиочастотным .импульсом через время Г , определяемое по формуле t L(ev) где L - расстояние между поляризующей и приемной катушками, V - скорость движения жидкости отно сительно датчика ЯМР, через время 2 Т после начала свободной прецессии ядер кон тролируемой жидкости регистрируют сигнал кинематического спинового эха (КСЭ), Изобретение пояснено чертежами. На фиг, 1 приведена схема магнитных палей катушек датчика ЯМР, где Hj поляризующее поле, создаваемое катушкой L{, Н - магнитное поле вдоль ости; приемной катушки L , создаваемое всеми магнитными диполями ядер Л контролиру емой жидкости (пунктирными кривыми по казаны силовые, линии мшнитного поля катушки Ь , Н - составляющая поля, соз даваемого катушкой Lj при пропускании через нее 180-градусного радиочастотного импульса: тока, В н &, - расстояния меж жу осями катушек, v - скорость движени жидкости относительно датчика ЯМР вдоль 51 .х;и ох. (координатная система l связана с датчиком , начало координат нал.одится в лобовой части датчика, а ось ОХ. проходит через середины вертикальных сторон всех катушек), HQ - внешнее мпгнитное поле, ориентированное по оси о ,- . На фиг. 2 приведена зависимость ампли туды сигнала ЯМР от времени Ъ , отсчитываемого с момента начала свободной прецессии ядер контролируемой жидкости, где А сигнал свободной прецессии ядер, ин,ауцируемый в катушке L (укорочен за счет движения яшдкости), Б - сигнал КСЭ, индуцируемый в катушке в случае oftнородного внешнего магнитного поля, G сигнал свободной прецессии ядер, индуцируе-. в катушке L (укорочен за счет движения жидкости и действия градиента магнит ного поля, D - сигнал КСЭ, индуцируемый в катушке L в случае неоднородного магнитного1поля, 180 - И - 180-градусный радиочастотный импульс, ,- время чер«)3 которое появляются сигналы КСЭ, интервал времени между началом свободной прецессии ядер и моментом подачи 180- градусного импульса. Способ получения сигналов КСЭ во внещ нем неоднородном магнитном .поле заключач Ётся в следующем. Известно, что для получения сигналов КСЭ используют датчики ЯМР, катушки ко.торых (две или более) при пропускании через них электрического тока создают во Енешней области неоднородное периодически симметричное магнитное поле. Если, например, Б датчике ЯМР используются две идентичные по своим геометрическим и электрическим параметрам катущ« ки L и Lj , конфигурация магнитных полей которых изображена на фиг. 1, тогда; сигналы КСЭ получают следующим образом. При пропускании через поляризующую катушКу L. постоянного тока создается opиeнтaIJ я векторов ядерной намагниченности М элементов объема Л Vj образца вдоль силовых линий магнитного поля HjT. .. vfijiл. i4f Ljiji.. tt4,ti.ftfi, л л1:дл. ДЛГ1 л iJ. MifЖ Л Если затем неадиабат-ически быстро выклю чить поляризующее поле Н j,, то вектора М-начнут свободно прецессировать вокруг направления нешнего однородного магнитного поля HQ с частотой Начапьные же фазы прецессийое отдельный векторов М.| будут определяться ориентацией последних, заданной полем Н( поле М1 можно выключать медленно, а поворот векторов в плоскость х у можно сделать при помощи 90-градусного импульса тока, поданного в катушку L сразу после выключения тока поляризации), В этот качальный момент осциллируюшие компоненты прецессирующих векторов касатель-i
СИЛОШ.1М. линиям катушны
к магнитным
ц ( . MJ }, будут изменяться синфаэки L ,
J, п создаваемый ими в катушке L перено, и создаваемый ими в катушке L, менный магнитный псхгок будет максимальный. ; Перемещение элементов объема образца ; . , приводящее к изменению угла между касательной к силовой линии катушки L в точке нахождеш1я дУ- и плоскостью ; вЫчЭывает изменение фазы схшилляции
М; во временил (cX,Ct) -тЙ о1.Я ).
IX at 1
Эти изменения даже в случае равномерного .
движения образца относительно датчика ЯМР будут происходить с эазной скоростью у объемов жидкости uV. , движущихся на разном удалении от оси о х , и вызывать разные расстройки частот осцилляции компонентов М ,
Возникающая в результате, этого дисперсия расстроек duu будет увеличиваться при движении жидкости на участке пути | , а затем на участке э - уменьшаться ( в случае равномерного движения образца С,.« «.). Она дсютигнет своей минимальной величины (dtt) Си О ), когда каждый AV: переместится по траектории, параллельной средней плоскости датчика ОХ , на расстояние 2 . При этом в катушке L j, суммарный магнитный поток от синАазно - циллирующих компонентов М j ; достигнет
максимальной величины и в ней будет индуцироваться сигнал кинематического спинового эха.
При дальнейшем движении Vj| вдоль датчика снова появится $(U и сигнал КСЭ исчёЭнет (возникновению сигнала КСЭ в данном случае будет способствовать и перенос неоднородно намагниченного по модулю Mil образца, хотя влияние этого фактора носит менее резонансный характер).
Время возникновения сигнала КСЭпосле начала свободной прецессии в однородном , внешнем магнитном поле Н при VsConSt. определяется : по формуле
-1
L-V
КСЭ
х х
между ося-
ГД1- расстояние
:Ми латушеК; L.j и L -, .
Если же свободная прецессия ементар- Hbix ядерных намагниченностей М ; будет происходить в неоднородном внешнем магнитном поле Н Cxvz-) dHUv4), то условия возникновения сигнала КСЭ нарушаются, а именно, сфазирование спиновых прецессий за счет движения жидкости относительно датчика ЯМР не произойдет и сигнал КСЭ не возникнет.
Однако, если неоднородность магнитного поля О Н на всем пути L движения жидкости является линейной то ее расфазирующ е воздействие на М может быть обращено при помоши 180-градусного раднр,частотного импульса, подаваемого через время Т после начала свободной прецессии ядер. Тогда, как известно, через время ЕТ поперечная компонента М прецессирующего вектора ядерной намагниченности М, исчезнувшая за счет действия дН , восстановителя.
В рассматриваемом случае воздействие на движущийся образец 180-градусным радиочастотным импульсом следуетосущес влять при помощи катушки L,, геометрия магнитного поля которой такая же, как у катущек L и L j ,
Е.СЛИ катушка L расположена ровно посередине между катушками L и L, тогда в случав равномерного движения (lSt 2 для восстановления поперечной компо,ненты М в момент возникновения сигналов КСЭ 180-градусный радиочастотный импульс тока в катушку L, необходимо
подать в момент времени.
л-i
. t (
Формула (2) выражает условие| получе- ния сигналов КСЭ в неоднородном магнитном поле с {ейной неоднородностью оН (или с постоянным градиентом (& Сху )« асоп51)при V consfc. Оно справеддиво также и для некоторых нелинейных неоднород- ностей9Нв области эффективного действия катушек датчика, т.е. тогда, когда в этой области
GtXvz,)Ticonst .,
Необходимо лишь, чтобы эти нелннейньге Н обусловливали одинаковые расстройки дЮ- при движении uV как на участке пути i , так и на Eg, в каждой струе потока, При этом 6, и Ё могут быть и неодннаковыми, . Т: может отличаться от Х Простейшими из этих неоднородностей являются, например, такие, у которых О.а dH .con&t,Ha траектории движения каждоro V
разных траекторий неВ этом поле с простейшей неодинаковылинейной неоднородностью ТГ. « t и, следовательно, i - 2.
Неоднородности магнитного лоля 5Н указанных выше типов могут создаваться искусственно (например при помощи двух проводников с током) или использоваться естественные JH в месте расположения катушек датчика ЯМР. В последнем случае они могут быть сделаны, например, линейными при помоши компенсаторов неоднородности
поля.
Для получения серии сигналов КСЭ (подобно .серии-сигналов спинового эха в методе Карра-Парселла) используют несколько пар катушек, расположенных в одни ряд.
которые служат как. для попяризации..контролируемой жидкости, так и для получения сигналов КСЭ. Если это необходимо делать в неоднородном внешнем магнитном попе то катушки восстанавливающихся 180-градусных радиочастотшлх импульсоь должны располагаться между двуьш катушками в Каждой паре.
Возможность полученяя снгкалов КСЭ гфи установе р атчяна ЯМР. местах с большими естественными тоднородностямн маг нитного поля, в которых icKrean свободны прецессаи ядер быстро затухает, существе но расширяет возможности испо«ьэоаакня Ыетода ЯМР в движущихся относитепыю Датчика средах. Так, Ш1фимер, можно иэмерять скорость течения и расхад жидаоств 0блнэи железобетонных коаструшхий гидросооружений или недалеко от сталыадх труб, измерять скорость движения судиа относи т«льно воды или исследовать интексивность турбулентного движения в водоеме при ус тановкб датчика вблизи борта движущегося судна и т.п.
Формула изобретения
Способ получения сигналов кинематичес кого спиновотО эха во внешнем неоднородном магнитном попе, заключающийся в предварительной попяризации жидкости электромагнитным полем, поляризующей катушки датчика ЯМР, воздействии иа нее 180-грв- дусным восотанааливающим радиочастотным имдульсом и регистрации сигнала спииовогр эха ориемнс катушкой датчика ЯМР, о т п н ч а ю ш и с я тем, тго, с целью расширения возможно Ни испопьзоваиия способа, последовательно поляризуют неодыорЗдным апектромагнитвым полем, идеи тяч:11ым по своей геометрии пошо приемжЛ катушки, двнжу1це4ся бо внешней области кктушек датчика объем жидкости, затем в резаных местах по ходу его движения действуют 18Онградусиым радиочаютотным импупьсом через время t , определяемое IK) фсфмуле
t- t-CEv),
где i- - расстояние между поляризующей и1 П{)к;емной катушками;
V - скорость движения жидкости относш-ельио датчика ЯМР, я через время 2 Т nixyie начала свободной прецессии ядер (злируемой жидкости регистрируют сигнап кинематического спинового эха.
.1
В
5H4ff
Фиг. 2
