Способ измерения интенсивности турбулентного движения в жидкости

 

(и) 499528

ОПИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.03.72 (21) 1758265/26-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.01.76. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 26.03.76 (51) М. Кл G 01N 27/78

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам иэобретений и открытий (53) УДК 538.69:539.124. .14 (088.8) (72) Автор изобретения

П. М. Бородин (71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А. А. Жданова (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ

ТУРБУЛЕНТНОГО ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к технике исследования материалов с использованием ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и предназначено, в частности, для измерения интенсивности турбулентного движения в жидкости, протекающей мимо датчика ядерного магнитного резонанса (ЯМР), или в неподвижной жидкости, в которой движется датчик ЯМР.

Известен способ измерения интенсивности турбулентного движения жидкости, по которому регистрируют сигналы ядерного магнитного резонанса контролируемой жидкости, равномерно перемещающейся относительно датчика ЯМР во внешней области его катушек, после предварительной поляризации жидкости неоднородным магнитным полем.

Недостатком этого способа является сложность его осуществления и ограниченность использования. Сложность осуществления обусловлена необходимостью создания искусственного линейного во всем объеме катушки градиенто-магнитного поля. Применение ограничивается лишь теми случаями, когда датчик

ЯМР установлен в стационарном положении, так как при установке датчика на движущейся платформе возникают затруднения в связи с необходимостью коррекции или устранения флуктуаций движения платформы.

Целью изобретения является упрощение реализации способа и расширение возможностей его применения.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу в контролируемой жидкости создают неоднородное периодически симметричное поляризующее магнитное поле, регистрируют

5 сигналы спинового эха и по их амплитуде определяют интенсивность турбулентного движения жидкости.

На фиг. 1 показана конфигурация неодно10 родного периодически симметричного поляризующего магнитного поля Н„, создаваемого датчиком ЯМР (Н, перпендикулярно чертежу); на фиг. 2 — сигналы спинового эха, наблюдаемые через время 2т, 4т и 6т после выключения Н„.

Спиновое эхо наблюдается с помощью рамочного датчика ЯМР, погружаемого в кон20 тролируемый поток. Для примера рассмотрен рамочный датчик ЯМР для измерения скорости течения в естественных водоемах, который состоит из нескольких пар плоских прямоугольных катушек. Для повышения помехо25 устойчивости все катушки имеют одинаковые геометрические и электрические параметры и включены так, что магнитные потоки у соседних катушек датчика направлены в противоположные стороны. При пропускании тока че30 рез катушки такого датчика в окружающем пространстве с жидкостью будет создаваться

499528

55 поляризующее магнитное поле Н„. В связи с идентичностью всех катушек датчика поле

Н„будет иметь периодическую симметрию. В результате взаимодействия поляризующего поля Н с магнитными диполями р, ядер жидкости, последние оказываются ориентированными вдоль направления магнитных силовых линий поля Нр. Поскольку катушки датчика ориентируются своими большими сторонами вдоль внешнего поля Н, (например, вдоль магнитного поля Земли Нз, а меньшими— вдоль потока, то все диполи р под воздей— > ствием Н оказываются ориентированными в

+ Ф плоскости, перпендикулярной Н, (или Нз), но имеют разнообразную ориентацию один относительно другого.

В результате этого после неадиабатического выключения поляризующего поля Н„все спины оказываются повернутыми на 90 относительно Нз и прецессируют вокруг последнего.

Начальные фазы спиновых процессий определяются той ориентацией магнитных моментов ядер, которую они имели в момент включения Н„. Если при этом элементарные объемы образца не перемещаются относительно датчика (течение жидкости отсутствует), то в катушках последнего индуцируется сигнал свободной процессии ядер.

В случае течения жидкости мимо датчика процессии спинов в различных точках пространства, в которых действовало Н„, получают дополнительные расстройки, о т л и ч а ющ и е с я по величине и изменяющиеся во времени с разной скоростью, в связи с чем наблюдаемый сигнал свободной процессии ядер получает дополнительное затухание, зависящее от скорости течения.

Таким образом, при равномерном перемещении всех элементов объема мимо рамочного датчика с периодическо-симметричным полем для прецессирующих ядерных магнитных диполей р; создаются условия, необходимые для возникновения сигнала спинового эха.

Перемещение образца на участках 04843, 03533, 03S34 расфазирует прецессии спинов и вызывает дополнительное затухание наблюдаемого сигнала свободной прецессии ядер.

Прохождение элементами образца в момент времени т сечений 513, 833, 34,"., подобное

35 воздействию 180 импульса, прекращает рас— 1 фазирование прецессий 14; и дает начало их сфазированию. Перемещение на участках

Si3O3, S3303, S3404, ... приводит к полному сфазированию прецессий ядерных диполей 14, в момент времени 1=2 и появлению сигнала спинового эха. Если время спин-спиновой pel лаксации Т3))т= —, где 1 — расстояние меж2V ду катушками, V — скорость исследуемой среды, то описанные процессы расфазирования и сфазирования прецессий ядерных магнитных моментов p„при дальнейшем равномерном перемещении элементарных объемов мимо катушек датчика. будут повторяться. В результате этого будут наблюдаться многократные сигналы спинового эха в моменты времени

2т, 4т, бт, амплитуды которых убывают по экспоненциальному закону (см. фиг. 2) с постоянной времени Т> и периодом следования

2т= —.

Если перемещение элементов объема не является равномерным, то процессы расфазирования и сфазирования спиновых прецессий в разных фиксированных точках пространства, в котором действовало поляризующее поле

Н„, будут происходить с разной скоростью в разные промежутки времени т,, 2т;, Зт;, .... Это приводит к уменьшению амплитуд сигналов спинового эха, а при большой разнице в т; сигналы спинового эха не наблюдаются.

Таким образом, при изменении амплитуды сигналов спинового эха или по их исчезновению можно определять интенсивность турбулентного движения жидкости в потоке.

Формула изобретения

Способ измерения интенсивности турбулентного движения жидкости, по которому регистрируют сигналы ядерного магнитного резонанса (ЯМР) контролируемой жидкости, равномерно перемещающейся относительно датчика ЯМР во внешней области его катушек, после предварительной поляризации жидкости неоднородным магнитным полем, отл и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения реализации способа и расширения возможностей его применения, в контролируемой жидкости создают неоднородное периодически симметричное поляризующее магнитное поле, регистрируют сигналы спинового эха и по их амплитуде определяют интенсивность турбулентного движения жидкости.

499528 г 12 0р > 3 szq 0

1 фиг., 2

Составитель Г. Петрова

Техред Е. Митрофанова

Корректор E. Рожкова

Редактор И. Шубина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 510/3 Изд. № 1011 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5