Датчики для измерения физических величин на основе ЯМР в текущей жидкости тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

г* V

? Ц ^

На прниач рукогше!

ДАВЫДОВ Валим Владимирович

ДАТЧИКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН НА ОСНОВЕ ЯМР в ГНКуЩЬ'И Жил КС* Ч И

Специальность 01. 04. 03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико - математических наук

Санкт - Петербург I'>97 г.

Работа выполнена в Санкт - Петербургском государственном техническом университете.

Научный руководитель: доктор физико - математических наук ,

профессор СПбГТУ В. И. Дудкин

Официальные оппоненты : доктор технических наук,

профессор СПбГТИ (ТУ) А.И. Жерновой

кандидат физико - математических наук ,

с.н.с. ФТИ им. А.Ф. Иоффе И.В. Плешаков

Ведущая организация : Центральный научно - исследовательский институт " ГРАНИТ " (г. С - Петербург)

Защита состоится НОЯБРЯ 1997 г. в часов на

заседании диссертационного совета К 063,38.11 в Санкт -Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251 , С • Петербург , Политехническая ул. 29, II уч. корпус, ауд. 257 .

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах , заверенные печатью просим направлять по вышеуказанному адресу учёному секретарю диссертационного совета'. С диссертацией можно ознакомится в фундаментальной библиотеке СПбГТУ.

Автореферат разослан " 1А. " Я^Я^РЯ 1997 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

доктор физико - математических наук

С. В. Загрядский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы . Явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), открытое в !946 году нашло множество применений в науке , технике и медицине. Среди них измерения магнитных полей, ЯМР -спектроскопия, химический, анализ и .т, ,д. . В работах Ж, Сурианл 'и А. И. Жернового был впервые предложен ЯМР - спектрометр 'с движущимся образцом , который позволил развить новые технические применения метода ЯМР : измерения расходов жидкостей и измерения слабых и неоднородных магнитных полей и их вариаций . Современные ; технологические п процессы в • • ряде отраслей промышленности и сфере услуг требуют точных измерений расхода И количества вещества . Значительная их часть приходится на долю измерения расхода жидкости в трубопроводах . Для этого необходимы приборы , позволяющие измерять мгновенный (время измерений 1-3 с.) расход с точностью не ниже 2% , , обладать небольшим" энергопотреблением и массогабаритными характеристиками.

Расходомеры должны быть просты в эксплуатации , иметь малое гидравлическое сопротивление и обладать высокой

помехоустойчивостью.: ......... ............... ....... .......

Измерения основанные на механическом взаимодействии с потоком имеют низкую точность и технические сложности , вызванные большим гидравлическим сопротивлением . Это обуславливает переход к расходомерам , в которых исключается непосредственный контакт с измеряемой средой - тепловым , акустическим , оптическим , ядерно-магнитным , электромагнитным . К одним из наиболее перспективных методов контроля расхода жидкости относятся методы , основанные на явление ЯМР , которые позволяют с высокой точностью н в широком диапазоне осуществлять контроль расхода -протоносодержащих жидкостей,., в том числе и .агрессивных . Широкий диапазон позволяет проводить измерения как малых, так и больших расходов жидкости без разгерметизации трубопровода .' Особенно это существенно в случае исследования процессов; кровообращения , микротечения в пористых материалах , где любое вмешательство' в трубопровод приводит к необратимым последствиям .

Таким образом , разработка ЯМР - методов бесконтактного

измерения расходов представляет научный и практический интерес, так как отвечает современной тенденции внедрения бесконтактных технологий контроля.

В то же время , несмотря на довольно большой опыт , накопленный в теории и практике ЯМР-расходомеров с текущей жидкостью, мнопГе потенциальные возможности этих устройств изучены

'совершенно недостаточно , например при внедрении подобных систем в малогабаритные измерительные комплексы , где необходим одновременный контроль расхода -сидкой среды во многих, патрубках . Относительная громоздкость (из-за наличия системы магнитов ) и вес конструкций , а также ухудшение чувствительности к изменению 'расхода схемы ЯМР- расходомера при миниатюризации конструкции системы магнитов ( точность измерений, снижается ) 1 делает достаточно пробпематичным внедрение систем на ядерном магнитном резонансе в миниатюрные измерительные схемы что обуславливает необходимость исследований в этом направлении. К этому числу относится настоящая , диссертационная работа , посвященная исследованию эффекта ядерного магнитного резонанса в модифицированной схеме ЯМР расходомера с проточным датчиком , конструктивное выполнение которого в части измерительного участка трубопровода принципиально отличается от существующих аналогов тем , что содержит два , либо более трубопровода , расход жидкости в" которых одновременно может контролироваться одним анализирующим устройством . Настоящее исследование направлено на дальнейшее усовершенствование метода ЯМР с целью повышения чувствительности магнитных вариометров и точности измерителей расходов протоносодержащих жидкостей.

Целью работы являлось создание и исследование квантовых датчиков для измерения физических величин на основе явления ЯМР в текущей жидкости , а также аналитическое- и экспериментальное исследование воздействия переменного магнитного поля на эффект инверсии намагниченности ядерных моментов в проточном образце..

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложена и реализована схема ЯМР расходомера, дифференциального типа для измерения расхода жидкости в двух различных патрубках , соединенных в один трубопровод в зоне размещения единого анализирующего устройства.

2. Предложенная методика расчета и реализованная схема ЯМР расходомера дифференциального типа' позволила теоретически и экспериментально исследовать сигнал магнитного резонанса в ' условиях модуляции внешнего постоянного магнитного поля в зоне расположения датчиков нутации и разработать рекомендации по их применению в ЯМР - расходомерах .

3. Исследовано поведение сигнала 'ЯМР в случае многотрубного варианта ( 3 - ёх , 4 - ё* и более измерительных патрубков ) , установлена закономерность поведения зависимости чувствительности

схемы расходомера к изменению скоростей протекания от числа патрубков.

Практическая ценность работы заключается в том , что : Разработанная схема ЯМР расходомера дифференциального типа обеспечивает возможность бесконтактного измерения и исследования потоков жидкостей одним анализирующим блоком , что позволяет существенно упростить конструкцию..эа счет уменьшения габаритов , веса и потребляемой мощности. Разработанные электронные узлы для данной схемы .ЯМР расходомера , позволяют в несколько раз увеличить отношение сигнал / шум пс сравнению" с известными устройствами , & также очень ослабить влияние погрешностей дискриминации на результаты измерений расхода жидкости. Использование модуляции внешнего постоянного магнитного поля в зойе действия датчика нутации позволило на порядок увеличить чувствительность схемы к изменению расхода , тем самым снизить уровень погрешностей измерения расхода жидкости . Результаты работы могут найти применение в процессе разработки расходомеров для топливной, медицинской, химической и других отраслей промышленности.

Основные положения выносимые на защиту:

1. В условиях модуляции неоднородного магнитного поля' в зоне размещения датчика нутации ЯМР расходомера с текущим образцом линия нутации приобретает форму гребенчатой структуры с повышенной крутизной изменения амплитуды сигнала в анализаторе от расстройки частоты генератора нутации в окрестности резонансного значения , либо от изменения расхода текущего образца .

2. В конструкции ЯМР расходомера с проточным образцом с двумя , либо несколькими соединительными патрубками между блоками анализатора и- поляризатора с независимыми датчиками нутации , величина и знак сигнала ЯМР в анализаторе определяется суперпозицией вкладов компонент чамагниченности на выходе датчиков нутации , зависящих от длительности и момента взаимодействия ядерной намагниченности образца с резонансным полем генераторов нутации

3. Вне зависимости от условий модуляции постоянного магнитного поля в зоне размещения датчика нутации ЯМР расходомера с текущим образцом , а также" типа его конструкции максимум приращения сигнала ЯМР в анализаторе по отношению к изменению

расхода текущего образца достигается при .« длительности 1м;шмодсйс1ви» радионоля нутации с образцом , соответствующего условию 180 инверсии намагниченности методом быстрого адиабатического прохождения через резонанс. ' 4. Увеличение числа измерительных патрубков в ЯМР рнсходомерах дифференциального типа с проточным образцом при постоянном общем расходе сопровождается уменьшением динамического диапазона измерения скоростей жидкости в этих патрубках одним анализирующим устройством .

Апробация результатов работы . Основные результаты

диссертационной работы докладывались на :

1. Научно-технической конференции ч Методы и приборы спектроскопии " (г. Калининград , 1993 г.) '

2. Российской научно - технической конференции " Иновационные . наукоемкие технологии для России " (г. С-Петербург, 1995 г.) '

3. 1 - Всероссийском молодежном научном форуме ". Интеллектуальный потенциал России в XXI-век"

'( г.С-Петербург, 1995г.)

4. Международном научном конгрессе студентов , аспирантов и .молодых ученых " Молодежь и наука - третье тысячелетие "

( г. Москва , '1996 г.)

5. XIV российской научно - технической конференции " Неразрушающий контроль и диагностика " (г. Москва , <1996 г.)

6. 5-ой московской международной конференции "Нефть и газ-96" (i. Москва,'1996 г.),

7. Internationa! Scientifical Forum " The Youth Ecology Forum 'of th'e Baitic Región Countries - Ecobaltica - XXI century " ( St. Petersburg ,

• . 19% )

8. Всероссийской научно - технической конференции студентов , мешодых, ученых и специалистов "• Биотехнические , медицинские и

, жолшическис системы» и комплексы " (г. Рязань, 1996 г. )

9. Научно - технической конференции " Фундаментальные исследования в технических университетах " (г; С - Петербург , 1997 г.)

Публикации : По теме диссертации опубликовано 14 научных .работ , список которых приведен в конце автореферата.

'. ("грумура н обьём диссертации: Диссертация состоит из введения , , чс1 ырех глав , заключения ; списка цитируемой шиературы и. приложений. Она содержит 146 страниц машинописного текста, 55 рисунков, 43 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 119 наименований. >

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы , сформулированы основные задачи работы , показана её научная новизна и практическая значимость полученных результатов , даны сведения о структуре и содержании работы и приведены положения , выносимые на защиту.

Глава !. Обзор литературы и постановка задачи . Первая глава носит обзорный характер\ ' \

В разделе !.! рассмотрен метод магнитного резонанса и. его применение. Определена сущность и основная аналитическая задача ядерного 'Магнитного резонанса , которая решаегся на ' основе феноменологических уравнений Блоха в стационарном и нестационарном режиме резонансных радиочастотных полей . Особое место в приложениях магнитного резонанса занимает эффект оптической ориентации атомов , нашедший широкое применение при создании многих приборов квантовой электроники. В разделе также рассмотрена область ЯМР спектроскопии на проточном протоносодержащем образце и отмечены основные направления её

развития и применения, ■ ........-..........- ■ ■

В разделе 1.2 рассмотрены квантовые измерительные устройства , принцип действия которых основан на применении метода ядерного магнитного резонанса ( ЯМР) в текущем образце для измерения расхода жидкости . Эти устройства делят на пять основных типов : амплитудные , меточные , нутационные , частотные и импульсные . Для каждого типа опис :н принцип действия и указана область его применения . Проведено сравнение возможностей применения ЯМР - расходомеров по сравнению с расходомерами , принцип действия которых основан на других физических явлениях . Отмечены основные достоинства и недостатки использования метода ЯМР в текущей жидкости , определены конкретные научно -технические задачи, позволяющие устранить эти недостатки ( создание ЯМР - расходомеров дифференциального типа с использованием модуляции постоянного магнитного поля в зоне действия датчика нутации).

В разделе 1.3 приводится теоретическое рассмотрение намагниченности атомного ансамбля на основе уравнений матрицы плотности в условиях модуляции постоянного магнитного поля , Показано что для системы атомов с угловым моментом II2 уравнения движения матрицы плотности в основном состоянии во вращающейся с частотой w системе координат имеют вид ,

аналогичный уравнениям Блоха для исследования ядерного магнитного резонанса в текущей жидкости , причём точное аналитическое решение этих уравнении получить невозможно , так как коэффициенты входящие ■ в уравнения имеют временную зависимость . На основе, критического анализа существующих приближённых решений этих уравнений для различных случаев , был сделан вывод о необходимости построения приближённого решения уравнений Блоха для Мг компоненты , соответствующего данной задаче. .

Первая глава оканчивается постановкой задачи диссертационной работы .

Глава 2. Аналитическое исследование параметрического резонанса в текущей, жидкости . Данная глава посвящена детальному аналитическому исследованию : структуры линии нутации в условиях модуляции постоянного магнитного поля в тне действия датчика нутации , характеру поведения Мг компоненты вектора намагниченности ядер от расхода жидкости в одном из ■ измерительных патрубков для различного их числа (1 ,2,3,4,5-измерительных патрубков ) как в условиях модуляции магнитного поля , гак и в её отсутствие.

В разделе 2.1 для детального аналитического исследования линии нутации строится приближённая модель , которая позволяет использовать известные решения уравнения Блоха для вычисления компоненты вектора намагниченности Мг , разбив каждый полупериод Тга/2 внешнего модулирющего поля на две области: область 1 - в промежутке от 0 до q зона действия внешнего модулирующего поля и область 2 - в промежутке от ц до Тш / 2 зона , где по внешнего модулирующего поля . Число указанных областей при неизменных параметрах внешнего модулирующего поля будет зависеть от времени нахождения жидкости в датчике нутации , полому последовательным сшиванием решений для компонент вектора намагниченности на границах этих областей можно получить, на выходе датчика нутацни искомое значение Мг компоненты .

.В разделе 2.2.1 представлены результаты расчётов величины Мг , полученные по формулам рассмотренной в разделе 2.1 модели , позволяющие прогнозировать характер поведения продольной компоненты величины намагниченности ядер М ' фиксируемой анализатором ( в случае одного измерительного патрубка ) взаннсимостн от расхода жидкости , интенсивности и частоты радиочастотного поля в датчике нутации , а также от амплитуды и частоты внешнего модулирующего поля.

Наличие внешнего модулирующего поля р зоне действия датчика . . нутации , помимо известного явления модификации линии ну гации н виде гребенчатой структуры приводит :

1.К уширению линии нутации и сдвигу её центра симметрии.

2. К функциональной зависимости числа линий сателлитов и их ширины от расхода жидкости , частоты и амплитуды модуляции магнитного поля.

Характер полученных зависимостей ( гребенчатая структура , смещение центра линии нутацци ) имеет сходные черты, с аналогичными зависимостями формы ' и интенсивности линии , ' * детектируемой в технике атомпо - молекулярных пучков , взаимодействующих - с СВЧ - полем- объёмного резонатора с . пространственным разделением областей такого взаимодействия . В спектроскопе на проточном образце ( являющегося аналогом молекулярного пучка ) пространственное разделение зон взаимодействия с резонансным полем заменено на периодическое прохождение условий резонанса , вызванное модуляцией магнитного поля в зоне датчикк нутации . При этом аналогично тому , как молекулярный пучок переносится через область неоднородного магнитного поля , где' отсутствует взаимодействие с переменным радиочастотный полем , в проточном образце ЯМР расходомера с текущей жидкостью градиент магнитного поля сказывается лишь на участке времени прохождения резонансных условий при модуляции магнитного поля . Поскольку резонансные частоты в датчике нутации из - за магнитного градиента различны по длине датчика, то эффект инверсии намагниченности на выходе из него будет наблюдаться только от тех участков ка.ушки датчика нутации , в которых при данной частоте радиочастотного генератора, частота прецесии строго равна частоте генератора.

3. Изменение интенсивности радиочастотного поля У Нг не приводит к значительному изменению числа линий сателлитов , но изменяет форму каждого сателлита и расстояние между соседними линиями сателлитами. .......

В разделе 2.2.2 осуществляется сопоставление выбранной модели расчёта с методом быстрого адиабатического прохождения через резонанс . В условиях модуляции внешнего магнитного поля в зоне действия датчика нутации , воздействие резонасного поля катушки датчика нутации на ансамбль ядерных Моментов реализуется в моменты совпадения их частоты прецесии с резонансным значением . С другой стороны так как модуляция внешнего поля в датчике нутации осуществляется гармоническим сигналом с амплитудой превышающей ширину резонансной линии , то каждый полупериод такой модуляции можно ■ апроксимировать линейной функцией времени при определённых соотношениях между параметрами поля

,■ модуляции ( частота и амплитуда ) , скбростью релаксации ядерных моментов а. также величиной расхода проточной жидкости . Полученное в результате замены гармонической модуляции поля Но . линейной функцией времени неравенство позволяет проверять условие быстрого адиабатического прохождения через резонанс для рассматриваемого случая . Для подтверждения возможности этой замены были вычислены значения крутизны склона линии • нутации S (отношение приращения амплитуды сигнала в анализаторе к приращению частоты радиополя в нутаторе) для различных значений q , Hi , Нго , иУ m , Тш , T211, когда внешнее модулирующее поле имеет вид: Hm sin ( iú ra -t) и когда оно апроксимировано линей функцией имеющей вид : Hm k t.

При этом обнаружилось , что наличие внешнего модулирующего поля в зоне действия датчика нутации увеличивает крутизну склона линии нутации S примерно на порядок по сравнению с режимом , когда внешнее модулирующее поле отсутствует , а также имеет место оптимум по крутизне S в зависимости от перечисленных ранее ' параметров .

В разделе 2.2.3 анализируются возможности дифференциального датчика нутации . Использование такого датчика особенно актуально в измерителях рас.хода жидкости ' с одйим анализирующим устройством для двух измерительных патрубков.. В таких патрубках можно независимо создавать инверсию магнитного момента протонов рабочей . жидкости , регистрируя результирующий* эффект этой инверсии в одном анализирующем устройстве . Если в каждом из пафубков использовать модуляцию постоянного магнитного поля. то в анализаторе будет наблюдаться гребенчатая структура линии нутации , являющаяся результатом суперпозиций аналогичных структур , образующихся в результате инверсии намагниченности в каждом из измерительных патрубков . Перепад расходов в этих патрубках немедленно приведёт к изменению формы результирующей линии нутации. Это изменение можно использовать для независимого контроля расхода жидкости в патрубках.

По результатам исследования дифференциального датчика нутации можно утверждать , что также как и в случае одного датчика нутации наблюдается оптимум по крутизне Sr (где Si определяется как отношение приращения намагниченности в анализирующем уа'ройстве к изменению расхода) от выше указанных параметров , кроме эгого значение Si в несколько раз больше в случае дифференциального датчика по сравнению с случаем одного датчика нутации при одних и тех же оптимальных параметрах.

В разделе 2.2.4 рассмотрен случай .трёх и более датчиков нутации ( 3 и более измерительных патрубка ) . Проведённые для Э1их случаев теоретические исследования с использованием тех же

рассуждений , что и в случае двух датчиков нутации позволили установить, что:

1. В случае 3 - ёх , 4 - ёх , 5-ти датчиков также наблюдается оптимум по крутизне от выше указанных параметров:

2. Увеличение .числа датчиков нутации ( числа измерительных патрубков ) приводит к уменьшению величины 81 по сравнению с случаем 2- ух датчиков нутации при одних и тех же оптимальных параметрах.

3. Увеличение числа , измерительных патрубков с приводит к уменьшению динамического диапазона измерений перепада скоростей в измерительных патрубках при постоянном общем расходе.

В данном разделе рассмотрены возможные способы повышении, величины при увеличении числа измерительных патрубков . Установлено , что- компенсировать уменьшение 81 можно увеличивая объём' сосуда - поляризатора или величину магнитного поля н зазоре магнита - поляризатора , одновременное увеличение объёма сосуда -поляризатора и величины поля в зазоре магнита - поляризатора нежелательно

Глава 3. Экспериментальная установка . Данная глава посвящена описанию схемы ЯМР расходомера дифференциального типа, которая, может работать как • нутационном так и в меточном режиме измерения расхода жидкости. ........ .......... . .

В разделе 3.1 представлена структурная схема ЯМР расходомера дифференциального типа , в которой указаны основные элементы : поляризатор , анализатор , датчик нутации и катушки модуляции с описанием технических характеристик .

В разделе 3.2 описывается автодинный детектор ЯМР , рассмотрены его достоинства и недостатки . Кратко представлена методика разработки и оптимизации автодинного детектора , приведены новые технические решения . В заключении раздела представлена принципиальная схема автодинного дегектора ЯМР , указаны- её основные- технические характеристики и выделены основные элементы в её работе.

В разделе 3.3 описана работа схемы электронного ключа , которая предназначена для формирования измерительною импульса Симметричное построение работы схемы ( измерительный импульс -меандр ) позвЬляют устранить погрешности связанные с инерционностью элементов электроники , ослабить . влияние погрешностей связанных с уровнями срабатывания дискриминатора и уменьшить влияние релаксационных погрешностей .

В разделе 3.4 опясань: погрешности , оказывающие наибольшее влияние ка результат ¡¡пмерения в данной схеме ЯМР . Указаны причины появления погрешностей и возможные способы их

устранения или ослабления . Произведённая экспериментальная оценка степени влияния погрешностей на результат измерения расхода жидкости показала , что существует оптимальный режим измерений , при котором погрешность измерения' расхода жидкости будет порядка 0.5 %.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований . В этой главе описываются результаты экспериментальных исследований для различного числа датчиков нугации , которые подтверждают результаты аналитических исследований представленные в главе 2.

В разделе 4.1 рассмотрено влияние градиентов магнитного поля на эффект нутации в .ЯМР расходомере . Влияния градиента магнитного поля проявляются в неоднородном уширении линии магнитного резонанса, практически не сказываясь в величине сигнала в анализаторе. В проводимом эксперименте оценивалось это влияние на процесс инверсии вектора намаг чиченйости , происходящий в датчике нутаций под действием резонансного радиочастотного поля . Влияние неоднородностей полей . Л Нх в зоне действия датчика. нутации сказывается в уменьшении эффективного поперечного времени релаксации Тгн - это связано с расфазировкой прецессирующих магнитных моментов ядер' (Та! -21 { У А . Чем ближе к источник}' неоднородного магнитного поля размещён датчик нутации тем больше расфазировка магнитных моментов . В предельном случае , когда скорость расфазировки под действием неоднородного магнитного поля превышает скорость взаимодействия атомов с резонансным полем , инверсия не' происходит , что подтвердилось экспериментом . Анализ показывает , что между поляризаторам и анализатором существует зона размещения датчика нутации , в которой влияние градиента магнитного поля на эффект инверсии намагниченности - минимальный.

В разделе 4.2 описаны результаты экспериметальных исследований формы линии нутации при использовании модуляции постоянного магнитного поля в зоне действия датчика нутации в случае одного измерительного патрубка , представлены' экспериментальные записи линии нутации при сканировании частоты радиополя в датчике нутации в текущей жидкости . Записи этих линий получены на самописце с использованием методики синхронного детектирования при частоте генератора модуляции • 1.2 кГц , скорости диаграммы самописца 5400 мм / ч , постоянной времени синхронного детектора -0.5 с , частоте сигнала ЯМР в анализаторе 3256 кГц со стабильностью 10 и отношении сигнал/ шум -17. *

Экспериментальные данные подтвердили выводы сделанные па основе расчётных данных о характере изменения формы в разделе 2.2.1 и о крутизне склона в разделе 2.2.2 линии нутации .

Одним из главных параметров , который учитывают при разработке и эксплуатации схем ЯМР расходомеров , является чувствительность схемы к изменению расхода , которая определяется отношением сигнал I шум в анализирующем устройстве и крутизной склона линии нутации . Проведённая оценка изменения чувствительности к изменению расхода в экспериментальной схеме ЯМР расходомера подтвердила вывод сделанный на оснований расчётных данных об её увеличении на порядок при модуляции постоянного магнитного • поля в зоне действия датчика нутации по сравнению с режимом, когда модуляция отсутствует.

В разделе 4.3 описаны результаты экспериментальных исследований в случае двух датчиков нутации ( два измерительных патрубка) при использовании модуляции постоянного магнитного поля в зоне их действия .

Полученные на самописце экспериментальные записи линии нутации при различных режимах сканирования частот радиополя в датчиках нутации для различных параметров переменных магнитных полей ( Hm.Hr) . величии расходов жидкости в" измерительных патрубках , , общих расходов жидкости цобщ , показали

совпадение формы линии и характера её поведения с результатами аналитического исследования .

Проведённая оценка изменения чувствительности к изменению расхода в одном, из измерительных патрубков подтвердила вывод сделанный на оснований расчётных данных о гом , что чувствительность схемы дифференциального датчика нутации :« изменению расхода в несколько р чз выше по сравнению со схемой с одним датчиком нутации при использовании модуляции внешнего •постоянного.магнитного поля в зоне действия датчиков нутации.

В заключении кратко сформулированы основные результаты . полученные в работе.

I

Основные результаты работы .

1. Разработана теоретическая модель , которая позволяет исследовав сигнал ядерного магнитного резонанса а условиях модуляции внешнего постоянного магнитного поля в зоне размещения датчиков нутации .

2. Экспериментальные и теоретические исследования зависимое г и величины намагниченности ядер М от величины растройки частоты резонанса С\у для различных величин" расхода жидкости , амплитуд и

частот поля модуляции и' интенсивностей радиочастотного поля в датчике нутации , позволяют установить наличие оптимума по кругизне склона линии нутации , при котором её дискриминирующая способность примерно на, порядок больше , в сравнении с без модуляционным режимом .

3. Экспериментально и теоретически исследован характер поведения формы линии нутации при изменении расхода жидкости, амплитуд и. частот модуляции постоянного магнитного поля и интенсивностей радиочастотного поля , которая ии.еет форму гребенчатой структуры при детектировании сигнала ЯМР в анализаторе.

4. Разработана и реализована схема ЯМР расходомера дифференциального типа в составе чувствительного датчика сигнала ЯМР проточной жидкости и электронной схемы детектирования и \ обработки наблюдаемого сигнала.

5. Экспериментально и теоретически установлено, что при модуляции постоянного магнитного поля в зоне действия датчиков нутации чувствительность схемы ЯМР расходомера с двумя измерительными патрубками к изменению расхода в одном из них в несколько раз больше , чем в случае - с одним измерительным патрубком при

■ изменении расхода в нём .

6. Исследованы варианты построения датчика нутации , содержащее '3,4 и 5 измерительных' патрубков . Показано , что увеличение

Числа патрубков приводит к уменьшению чувствительности схемы к изменению расхода жидкости в одном из них , по сравнению с дифференциальным датчиком нутации.

7. Исследовано влияние градиентов магнитных полей анализатора и поляризатора на эффективные времена релаксации ь датчике нутации. Установлено , Что основное влияние оказывает поле поляризатора и определён оптимум по месту расположения датчика нутации.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах :

1. Семёнов В.В. , Никифоров Н.Ф. , Ермак С. В. , Давыдов В.В. Расчёт стационарного сигнала магнитного резонанса в оптически ориентированных атомах , индуцированного последовательностью радиоимпульсов . // Радиотехника и электроника , 1990 , т. 35 , № 10 , с. 2179-2183.

2. Давыдов В.В. Меточный ЯМР расходомер дифференциального типа. // Тезисы докладов научно-технической конференции " Методы и приборы спектроскопии " . г. Калининград , 1992 г. , часть 2. с. 19 .

3. Дудкин В.И., Давыдов В.В. Разработка и создание меточного ЯМР расходомера жидких • сред дифференциального типа . II Тезисы докладов российской , научно- технической конференции

_ /Ц-

" Иновационные наукоёмкие технологии для России ", г. С-Пстербург, 25-27 апреля 1995 г., часть 9 , с. 37 .

4. Давыдов В.В. Создание и исследование возможностей меточного ЯМР расходомера дифференциального типа для жидких сред . // Тезисы докладов 1- Всероссийского молодёжного научного форума " Интеллектуальный , потенциал России в XXI- век " . г. С-Петербург ,

22-24 ноября 1995 г., симпозиум 2 , секция 4 , с. 16-17.

5. Давыдов В.В. Использование ЯМР спектрометра дифференциального типа для исследования и контроля протоносодержащих сред . II Тезисы докладов Международного научного конгресса студентов, аспирантов и, молодых, ученых ".. Молодежь и наука - третье тысячелетие ". г. Москва , 28 января - 2 февраля Î 9^6 г., симпозиум I , секция В 35. -. - ,

6. Давыдов В.В. Меточный ЯМР расходомер дифференциалыюго типа для контроля и диагностики жидких сред . Il XIV Российская научно-техническая конференция " Неразрушающий контроль и диагностика ". г. Москва, 23-26 июня 1996 г. , с. 19-21 .

7. Давыдов В.В. Возможность использования меточного ЯМР спектрометра дифференциального типа для измерения парамегров жидких сред в трубопроводе . II 5-ая московская международная конференция " Нефть и газ - 96 " . г. Москва , 18-19 июня 1996 г. , раздел 3 , Д 12 . .........'......................................

8. Давыдов В.В. Универсальный экологический прибор на основе меточного ЯМР расходомера дифференциального типа. // The Thesis Boôk International Scientifical Forum " The Youth Ecology Forum of the Baltic Région Countries - Ecobaltica - XXI centùry " . St. Petersburg ,

23-26 october 1996 , Part 2 , section № 3 , 3.2 .

'9. Волков A.В., Давыдов В.В. Система экологического мониторинга на основе ЯМР датчиков. // The Thesis Book International Scientifical Forum " The Youth Ecology Forum, of the Bahic Région Countries -Ecobaltica - XXI century ". St. Petersburg , 23-26 october 1996 , Part 2 , section № 3, 3.6 ..... .. ........ ...... .

10. Давыдов В.В. Возможность использования меточного ЯМР расходомера в экологических системах и комплексах . II Тезисы докладов Всероссийской 'научно-технической конференции студентов , молодых ученых и специалистов " Биотехнические, медицинские и экологические системы й комплексы ", г. Рязань , 17-20 декабря 1996г., часть 9 , с. 11-12.

11.Nutation sensor parameters optimisation in flow liquid by NMR -spectrometer of diflerential type / Davidov V. Y., Periodica Polytechnic;» , Electrical Engineering sériés , 1996 , № 2 , p. 86 - 89..

12. Давыдов В. В. , Дудкин В. И. , Семёнов В.В. Расчет влияния модуляции постоянного магнитного поля на намагниченность ядер

в зоне действия датчика нутации. - Деп. в ВИНИТИ 1997 г. , № 1930-В97 от 10.06.97..

13. Давыдов В. В., Дудкин В. И., Семёнов В. В. Метод повышения точности меточных ЯМР - расходомеров. - Деп. в ВИНИТИ 1997 г., № 1929-В97 от 10.06.97.

14. Давыдов В. В. , Дудкин В. И. Меточный ЯМР - расходомер дифференциального типа . // Тезисы докладов научно - технической конференции •" Фундаментальные исследования в технических университетах " , г. С - Петербург, !(< -17 июня 1997 г., с. 251 .