Способ измерения скорости равномерного течения жидкости
Союз Советских
Социапистичеоких
Респубпик "> 439756
ОП ИСАНИ Е
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ
/l (61) Зависимое от авт. овидетельства— (22) Заявлено 09.03.72 (21) 1757412/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (32) Приоритет—
Опубликовано 15.08.74. Бюллетень № 30
Дата опубликования описания 12.04.75 (51) М.Кл. G 01р 5/00
G Оlп 27/78
Гасударственный комитат
Совета Министров СССР аа делам изобретений н открытий, (53) УДК 532.574(088.8) (72) Автор изобретения
П. М. Бородин (71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А. А. Жданова 11 (54) СООСО6 H3MEPEHHII CIIOPOCTH PABHOMEPHOI „„„„ 6С:Отсо (ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ 3т 4 ц, Ф " 1
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании приборов для измерения скорости равномерного течения жидкости в естественных и искусственных водоемах.
Известен способ измерения скорости равномерного течения окидкости в естественных водоемах, основанньш на использовании сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в магнитном поле Земли послс предварительной поляризации контролируемой жидкости во внешней области датчика ЯМР более сильны и неоднородным поляризующим магнитным полем, 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 использования датчика нулевого сигнала и дифференциального способа измерения.
По предлагаемому способу для упрощения его реализации и расширения возможностей применения в контролируемой жидкости создают неоднородное периодически симметричное полярнзующее магнитное поле, а скорость течения определяют по периоду следования сигналов кинематического спинового эха ядер жидкости.
Суть способа состоит в следующем.
При равномерном течении жидкости относительно датчика ЯМР (или движения датчика в жидкости) во внешней его области создают неоднородное периодически симметрн шое поляризующее магнитное поле, силовые линии которого проходят в плоскости, !
О перпендикулярной внешнему однородному магнитному по:по, затем неадпабатически быстро выключают поляризующее поле, наблюдают сигналы кине5матического спннового эха и по периоду их следования опреде)5 ляют скорость течения жидкости относительно датчика.
На фиг. l показана приблизительная конфигурация неоднородного периодически симметричного поляризующего магнитного поля
Hð, создаваемого катушками датчика ЯМР (внешнее магнитное поле НО ориентировано перпендикулярно чертежу); на фиг. 2 — сигналы спинового эха, наблюдаемые через время
2т, 4т и бт после выключения Ир . Если через катушки датчика ЯМР пропустить постоянный ток, то в окружающем пространстве с жидкостью будет создано поляризующее
ОЕ магнитное поле Н. В связи с идентичностью
439756 всех катушек датчика поле Нр будет иметь периодическую симметрию (фиг. 1) . В результате взаимодействия поляризующего поля Н с маг нит ными диполями ядер жидкосля р ти tl, последние окажутся ориентирова н ными вдоль .направления магнитных силовых линий э поля H ðв плоскости, перпендикулярной Нз (или Н„„, ), и будут иметь 1разнообразную ориентацию относительно друг друга. В результате этого после неадиабатического быстрого выключения поляризующего поля Нр все спины оказываются повернутыми на 90 относительно земного поля Н„„и прецессируют вокруг последнего с частотой оз = у Н„„. Начальные же фазы спиновых прецессий будут определяться той ориентацией магнитных моментов ядер, которые они имели в момент выключения Нр . Если при этом элементарные ооъемы образца Л V;, не перемещаются относителыно датчика (течение жидкости отсутствует), то в катушках последнего будет индуцироваться сигнал свободной прецессии ядер, затухание которого определяется лишь временем спин — спиновой релаксации Тз (при условии, что поле H„„, является достаточно одн>сродным).
При равномерном перемещении всех элементов объема образца Л V; (например, при ламинарном течвнии) мимо рамочного датчика с периодически симметричным полем Н, для прецессирующих ядерных магнитных диполей и создаются условия, необходимые
i для возникновения сигнала кинематического спинового эха.
Быстрое выключение поляризующего поля Нр 1 Н,,„подобно 90 -ному импульсу обеспечивает в момент времени to ориентацию всех диполей р; перпендикулярно полю Н„„ вокруг которого опи совершают прецессию.
Перемещение образца на участках О, S»„
Оз Ьзз, 03S34 расфазирует прецессии спинов и вызывает дополнительное затухание,наблюдаемого сигнала свободной прецессии ядер.
Прохождение элементами образца Л V; в момент времени т сечений 5», зз, 534... подобно воздействию 180 -ного импульса прекращает расфазирова ние прецессий и, и дает начало их сфазированию, Наконец, перемещение Л 1 ; на участках 5»0з, S 30з, 3404... приводит к полному сфазированию ядерных диполей и, в момент времени t = 2т |и поае лению сигнала кинем атич еского спинового эха.
Если время спин-спиновой релаксации
Тз)) т = l/2 V, то описанные выше процессы расфазирования и сфазирования прецесснй ядерных магнитных диполей ц; при дальнейшем равномерном перемещении элемен1о тарных объемов образца V; мимо катушек датчика будут повторяться. В результате этого будут наблюдаться многократные сигналы кинематического спинового эха в моменты времени 4т, бт, 8т, амплитуды которых должны убывать по экспоненц иальному закону с постоянной времени Тз, Период следования сигналов спинового эха 2 т или время, через которое появляется первый наиболее интенсивный сигнал спинового эха после выключения поляризующего поля H„, будет определяться скоростью течения жидкости V мимо датчика и расстоянием между осями катушек l:
25 (t,4= 2ò = (1)
Таким образом, зная параметр l, который является постоянным для данного датчика, в соответствии с выражением (1) можно определить скорость течения жидкости:
К
V (2)
tC4 где коэффициент .К = l = const, à t,, = 2т.
Возникающие в потоке хаотические турбулентности могут уменьшать амплитуды сигналов спинового эха, но на период их следования и на точность измерения непосред4 ственно не влияют.
Предмет изобретения
Способ измерения скорости равномерного
45 течения жидкости, заключающийся в регистрации сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) контролируемой жид кости н магнитном поле Земли после предварительного намагничивания неоднородным поляри«яо 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 контролируе55 мой жидкости создают неоднородное периодически симметричное поляризующее магнитное поле, а скорость течения определяют по периоду следования сигналов кинематического спинового эха ядер жидкости.
439756
Фцг 1
2Т
Фиа2
Составитель Т. Воронина
Техред А, Камышникова
Корректор Л. Котова
Редактор С. Хейфиц
МОТ, Загорский цех
Заказ № 7571 Изд. № 1922 Тираж 678 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
