Способ измерения интенсивности турбулентного движения в жидкости

11 499528 опиИЗОБРЕТЕния Союз Советских Социалистических Реслублик) Приорит осударственныи комитет овета Министров СССо делам иэобретенийи открытий 8.69:539.124.4(088,8). Боро 71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красно государственный университет им, А. А, Ждановаамени ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИОГО ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ 54) СПОСО ТУРБУЛ ЕН 2 Это способ неодно поляр сигнал опред жения лагаемому и создают метричное истрируют амплитуде тного двитем, что по предруемой жидкосиодически сивнитное поле, реэха и по ихвность турбуле достигается у в контрол родное пер изующее магы спинового еляют интенсжидкости. 1 показана конфигурриодически симметриагнитного поля Н,МР (Н, перпендикг, 2 - сигналы спинчерез время 2 т, 4 т фи ация неодноного поляриного оздаваемог щег ярно чертеого эха, на 6 т после выИзобретение относится к технике исследования материалов с использованием ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и предназначено, в частности, для измерения интенсивности турбулентного движения в жидкости, проте кающей мимо датчика ядерного магнитного резонанса (ЯМР), или в неподвижной жидкости, в которой движется датчик ЯМР.Известен способ измерения интенсивности турбулентного движения жидкости, по кото рому регистрируют сигналы ядерного магнитного резонанса контролируемой жидкости, равномерно перемещающейся относительно датчика ЯМР во внешней области его катушек, после предварительной поляризации 15 жидкости неоднородным магнитным полем,Недостатком этого способа является сложность его осуществления и ограниченность использования. Сложность осуществления обусловлена необходимостью создания искусствен ного 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 движущей ся платформе возникают затруднения в связи с необходимостью коррекции или устранения флуктуаций движения платформы.Целью изобретения является упрощение реализации способа и расширение возможно стей его применения. датчиком Я улжу); на фи овблюдаемые иключения Н.Спиновое эхо наблюдается с помощью рамочного датчика ЯМР, погружаемого в контролируемый поток. Для примера рассмотрен рамочный датчик ЯМР для измерения скорости течения в естественных водоемах, который состоит из нескольких пар плоских прямоугольных катушек. Для повышения помехоустойчивости 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 через катушки такого датчика в окружающем пространстве с жидкостью будет создаваться40 45 50 55 поляризующее магнитное поле Н. В связи с идентичностью всех катушек датчика поле Нбудет иметь периодическую симметрию. В результате взаимодействия поляризующего поля Нр 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 воздействием Нр оказываются ориентированными в+ + плоскости, перпендикулярной Н, (или Нз), но имеют разнообразную ориентацию один относительно другого.В результате этого после неадиабатического выключения поляризующего поля Нвсе 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 ОЗа, Оа 5 з, Оз 5 гь", расфазирует прецессии спинов и вызывает дополнительное затухание наблюдаемого сигнала свободной прецессии ядер. Прохождение элементами образца в момент времени т сечений Яа, Лаз, зь" подобное 5 10 15 20 25 30 35 воздействию 180 импульса, прекращает расфазирование прецессий р; и дает начало их сфазированию. Перемещение на участках ЯаОа 5 мОз, ЯмО,приводит к полному сфазированию прецессий ядерных диполей р, в момент времени 1=2 т и появлению сигнала спинового эха, Если время спин-спиновой релаксации Тт= - , гдето - расстояние меж 2 11ду катушками, Р - скорость исследуемой среды, то описанные процессы расфазирования и сфазирования прецессий ядерных магнитных моментов р; при дальнейшем равномерном перемещении элементарных объемов мимо катушек датчика будут повторяться. В результате этого будут наблюдаться многократные сигналы спинового эха в моменты времени 2 т, 4 т, бт, амплитуды которых убывают по экспоненциальному закону (см. фиг. 2) с постоянной времени Т, и периодом следования 2 т= - ,УЕсли 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 2 т;, 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, отличающ и й с я 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 гр ЯЗ 0 81 Составитель Г. Петро дактор И. Шубина Техред Е. Митрофанова Корректор Е, Рожко Подписноов СССР аказ 510/3ЦН пография, пр. Сапунова, 2 Изд1011ПИ Государственного комипо делам изобрете113035, Москва, Ж, Р Тираж 1029та Совета Министрй и открытийушская наб., д, 4/5