DE60030580T2 - Magnetische-resonanz-durchflussmesser und -durchflussmessverfahren - Google Patents

Magnetische-resonanz-durchflussmesser und -durchflussmessverfahren Download PDF

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der mittleren Geschwindigkeit eines Fluids gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines Stoffs gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 14.
  • Die Idee, den Durchfluss mittels Magnetresonanz zu untersuchen, geht auf die Arbeit der frühen Pioniere zurück, wie beispielsweise in Mansfield, P., Morris, P. G., "NMR Imaging in Biomedicine", Advances in Magnetic Resonance, Supplement 2, 1982, Academic Press, Inc. Orlando 32887, S. 235 Abschnitt 7.3.5 beschrieben. Bekannte Vorrichtungen zur Durchflussmessung oder Strömungsabbildung basieren auf zwei altbekannten Verfahren, nämlich demjenigen der "Flugzeit" gesättigter oder ungesättigter Spins oder demjenigen der "Phasenkodierung" durch Anlegen eines Gradientenfelds entlang der Fliessrichtung (Cho, Z. et al., "Foundations of Medical Imaging", John Wiley & Sons, Inc., New York 1993, S. 374–386). Beispielhaft für das "Flugzeit"-Verfahren ist das US-Patent Nr. 4 782 295 von Lew und für das "Phasenkodierungs"-Verfahren das US-Patent Nr. 5 532 593 von Maneval. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung durch chemische Verschiebung wird in "Principles of Magnetic Resonance", dritte Ausgabe, Kapitel 4, von Slichter, C. P., Springer-Verlag N. Y., 1989 besprochen.
  • Bei den vorbekannten Flugzeitverfahren sind jedoch wiederholte Larmor-Hochfrequenzimpulse in kurzen Zeitabständen bezogen auf T1, die Spin-Gitter- Relaxationskonstante, erforderlich, welche je nach der Temperatur und der molekularen Zusammensetzung variiert. Bei den vorbekannten Phasenkodierungsverfahren sind Gradienten in einer Spinecho – oder einer stimulierten Echosequenz entlang einem quasistationären Flussvektor notwendig.
  • US-5 757 187 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Magnetresonanzbildgebung, bei welchen elektrische Felder anstelle von magnetischen Gradientenfeldern verwendet werden. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Birdcage eines konventionellen Kernspintomographen mit einer räumlich kreisenden elektrischen Spannung gespeist wird. Demgemäss muss die Birdcage drei elektrisch voneinander isolierte Anschlussgruppen aufweisen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Somit besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein vereinfachtes Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fluids anzugeben.
  • Ein solches Verfahren ist im Anspruch 1 angegeben. Eine entsprechende Vorrichtung ist im Anspruch 14 angegeben. Die weiteren Ansprüche beinhalten bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens oder der Vorrichtung.
  • Demgemäss liefert ein bevorzugter Aspekt vorliegender Erfindung ein universell anwendbares vereinfachtes Verfahren zur nichtinvasiven Messung des Mittelwerts bzw. zur Abbildung des Geschwindigkeitsprofils der verschiedenen Strömungsbereiche basierend auf der Verweilzeit fliessender Spins innerhalb eines definierten Raums, der ein gleichförmiges H1-Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfeld enthält.
  • Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung liefert ein Verfahren zur Messung bzw. Abbildung des von sich bewegenden Spins in einem definierten Raum in dauernder Anwesenheit des H1-Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfelds empfangenen Signals durch periodische Phasenmodulation des starken Hauptmagnetfelds H0 durch ein periodisches Gradientenfeld, wodurch die Spins ein um die Larmor-Frequenz zentriertes Linien- oder Bandspektrum aussenden, dessen Seitenband-Amplituden bekannte Funktionen der Amplitude des von den Spins ausgesandten Mittenband-Larmorfrequenzsignals sind, wobei diese Amplitude des ausgesandten Mittenband-Larmorfrequenzsignals eine bekannte Funktion der Verweilzeit der Spins innerhalb eines definierten Raums innerhalb des H1-Larmor-Anregungsfelds ist.
  • Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung liefert ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung der sehr schwachen Seitenbänder des von den phasenmodulierten Spins ausgesandten Signals in der Gegenwart des sehr starken zentralen Larmorfelds H1 durch Demodulieren und nachfolgendes Kreuzkorrelieren des empfangenen Signals mit ganzzahligen Vielfachen der Phasenmodulationsfrequenz des periodischen Gradientenfelds.
  • Nach einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung werden die gepulsten Larmor-Hochfrequenzfelder und gepulsten Gradientenfelder vermieden, wodurch Wirbelströme, Transienten und Trunkationsartefakte (Gibbs-Artefakte) verringert oder beseitigt werden.
  • Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung liefert ein Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit der Spins durch die Messung der Verweilzeit der Spins innerhalb der bekannten Geometrie eines definierten Teils des Larmor-Anregungsfelds H1, wobei diese bekannte Geometrie definiert ist durch eine Empfangsspule, die vorzugsweise senkrecht zur Spule für das Larmor-Anregungsfeld H1 gewickelt ist, um das Rauschen und das Signal im Wesentlichen vom Larmor-Anregungsfeld H1 zu entkoppeln.
  • Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Messung der Durchflussgeschwindigkeit innerhalb der bekannten Geometrie eines definierten Teils des Larmor-Anregungsfelds H1 zu ermöglichen, wobei sie aus Messungen abgeleitet wird, die von der mit der bekannten einstellbaren Stärke dieses Larmorfrequenz-Anregungsfelds H1 gemessenen Verweilzeit der Spins in einem definierten Teil des Larmorfrequenz-Anregungsfelds H1 abhängig sind und im Wesentlichen unabhängig von der unbekannten T1-Spin-Gitter, der unbekannten T2-Spin-Spin, der unbekannten Diffusion D oder von anderen unbekannten Parametern, welche die Spinmagnetisierung, die Spindiffusion oder die Spinkohärenz beeinflussen. Erfindungsgemäss beeinträchtigen diese unbekannten Parameter den Störabstand der erfindungsgemässen Messungen, jedoch nicht wesentlich den definierten Endpunkt. dieser Messungen.
  • Ein weiterer bevorzugter Aspekt dieser Erfindung ist die Durchführung einer gleichzeitigen chemischen und physikalischen Analyse des fliessenden Stoffs.
  • Ein weiterer bevorzugter Aspekt dieser Erfindung ist ein Durchflussmesser zur Durchführung eines oder mehrerer der vorstehenden Verfahren.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt einen Querschnitt einer gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebauten Ausführungsform des Kernspinresonanz-Durchflussmessers, welcher Querschnitt in einer Ebene verläuft, die die Mittelachse des Durchflusskanals beinhaltet.
  • 2 zeigt schematisch eine leitende oder supraleitende Hauptmagnetspule für das H0-Feld und eine senkrecht dazu stehende Birdcage-Larmor-Hochfrequenz-H1-Spule, welche gemäss einer weiteren Ausführungsform vorliegender Erfindung verwendet werden kann.
  • 3 zeigt einen Schnitt des Durchflussmessers von 1, der schematisch die Anordnung der Gradientenspulen zur Erzeugung eines Modulationsfelds hφ im Detektorteil illustriert.
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer Larmor-Hochfrequenz-Anregungs-(Nutations-)spule für den Detektorteil des in 1 dargestellten Durchflussmessers.
  • 5 ist eine schematische Darstellung einer Hochfrequenz-Empfangsspule für den Detektorteil des Durchflussmessers der 1.
  • 6 zeigt ein Blockschema einer Signalverarbeitungsschaltung zur Verwendung mit dem Durchflussmesser von 1.
  • 7a bis 7i sind Diagramme und Formeln zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltung von 6.
  • 8 zeigt ein Blockschema des Gesamtsystems einer Ausführungsform vorliegender Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das starke, relativ homogene statische Magnetfeld H0, welches bei allen Magnetresonanzvorrichtungen erforderlich ist, senkrecht zur Strömungsmittelachse angeordnet ist. 1 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform des gemäss den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebauten Kernspinresonanz-Durchflussmessers, welcher Querschnitt in einer Ebene verläuft, die die Mittelachse des Durchflusskanals beinhaltet. Der vom einen Ende 2 zum anderen Ende 3 des Rohrs 4 verlaufende Durchflusskanal 1 verläuft durch ein konstantes Magnetfeld, welches allgemein senkrecht zur Richtung des Fluidflusses steht, wobei das konstante Magnetfeld von einer Magnetanordnung 5 erzeugt wird, die ein Paar Polplatten 6 und 7, ein Paar Permanent-Plattenmagnete 8 und 9 und miteinander verbundene Durchflusskanalteile 10 und 11 beinhaltet. Die Magnetanordnung 5 und der Kanal 4 sind mittels zweier Flansche 12 und 13 mit Befestigungsbolzen und Distanzstücken 14, 15 und 16 aus einem nicht ferromagnetischen Material zu einer einzigen integralen Baugruppe zusammengefasst. Der Kanal 4, der den Durchflusskanal 1 bildet, besteht aus drei Abschnitten: den zwei Endabschnitten 17 und 18 aus einem nicht ferromagnetischen Material wie Edelstahl, Bronze, Kunststoff oder Glas und dem NMR-(Kernspinresonanz-)Detektorteil 19 aus einem elektrisch nichtleitenden diamagnetischen Material mit Parität null wie beispielsweise einem Kunststoff aus Fluorkohlenwasserstoff, Glas oder Keramik. Der NMR-Detektorteil 19 beinhaltet eine auf dessen Aussenseite gewickelte Sendespule 20 und eine auf die Aussenseite des NMR-Detektorteils 19 gewickelte oder in der Nähe des Eintritts in die Sendespule 20 innerhalb desselben angeordnete Empfangsspule 21. Der NMR-Detektorteil 19 ist auslaufsicher mit den zwei Endabschnitten 17 und 18 verbunden, beispielsweise durch eine Anordnung mit Ringdichtungen 22 und 23 oder eine Klebeverbindung. Die Polplatten 6 und 7 sind Platten mit polierten Flächen aus einem hochwertigen ferromagnetischen Material wie Siliziumstahl, welche zur Erzeugung eines gleichmässigen Magnetfelds zwischen den zwei Polflächen des Magnets auf einer grösseren Länge in der Richtung des Fluidflusses dienen. Die Durchflusskanalteile mit den Teilen 10 und 11 bestehen ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material.
  • 2 zeigt eine andere, jedoch äquivalente Anordnung, bei welcher das H0-Feld in der Strömungsmittelachse ausgerichtet ist. Diese Figur zeigt eine typische leitende oder supraleitende Hauptmagnetspule für das H0-Feld und eine senkrecht dazu stehende Birdcage-Larmor-Hochfrequenz-H1-Spule gemäss dem Stand der Technik.
  • Bei beiden Ausführungen gemäss 1 oder 2 wird die Länge jeweils so gewählt, dass die Durchlaufzeit des schnellsten Teils des Messbereichs von Spingeschwindigkeiten mit der Spin-Gitter-Relaxationszeit T1 vergleichbar ist, um eine adäquate Magnetisierung zu erzielen, die bei der Erfassung einen statistisch hinnehmbaren Störabstand gestattet. Längere Magnetabschnitte verbessern den Störabstand der Messungen, erhöhen die Kosten der Konstruktion und die Grösse der Vorrichtung, beeinflussen die theoretischen Endpunkte jedoch nicht massgeblich, wie die folgenden Ausführungen zeigen. Die Vorrichtung gemäss 1 gleicht der im US-Patent Nr. 4 782 295 von Lew beschriebenen Vorrichtung und die Vorrichtung gemäss 2 gleicht der im US-Patent Nr. 5 408 180 von Mistretta beschriebenen Vorrichtung.
  • 3 zeigt ein Verfahren, jedoch nicht das einzige Verfahren, um bei der Ausführungsform von 1 eine phasenmodulierende periodische Gradientenkomponente hφ von H0 zu erzeugen. Der phasenmodulierende periodische Gradient ist ein Gradientenfeld extrem niedriger Frequenz (ELF) oder sehr niedriger Frequenz (VLF). 3 illustriert ein Verfahren zur Erzeugung des Modulationsfelds 24 mit der Amplitude hφ im für die Ausführungsform von 1 bevorzugten Detektorteil, bei welchem das periodische Feld mit der Frequenz Ω durch periodische Ströme in den Gradientenspulen 25 erzeugt wird. Zur Befestigung des Detektorteils kann ein Distanzstück 23 aus einem nichtleitenden paramagnetischen Material mit Parität null verwendet werden. Andere herkömmliche Anordnungen von Gradientenspulen gemäss dem Stand der Technik können mit 1 oder 2 kombiniert werden, um das H0-Hauptmagnetfeld mit einer periodischen, räumlich geordneten Komponente zu versehen (s. Shenberg, Itzhak, Macovski, Albert, "Applications of time-varying gradients in existing magnetic resonance imaging systems", Med. Phys. Nr. 13(2), S. 164–169, März 1982, N. Y., USA).
  • 4 zeigt die für den Detektorteil der Ausführungsform von 1 bevorzugte Larmor-Hochfrequenz-Anregungs-(Nutations-)spule 20. 4 zeigt, wie ein H1-Larmorfrequenz-Anregungsfeld bei der Ausführungsform gemäss 1 kontinuierlich senkrecht zum H0-Hauptmagnetfeld angelegt werden kann. Herkömmliche H1-Hochfrequenz-Anregungsspulen unterschiedlicher Bauart sowohl für den Aufbau von 1 als auch den Aufbau von 2 sind bereits bekannt. Die Stärke des H1-Felds kann durch die Amplitude des Hochfrequenzstroms in der Hochfrequenzspule auf bekannte Art mittels Stromverstärkern gesteuert werden, und diese Stromstärke kann erfindungsgemäss variiert werden, um die von den Spins ausgesandte Signalverteilung in der Empfangsspule zu verändern.
  • 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Empfangsspule für den Aufbau gemäss 1. In 5 ist die für den Detektorteil der Ausführungsform von 1 bevorzugte Hochfrequenz-Empfangsspule 21 der Länge L2 dargestellt. Diese Empfangsspule und andere geeignete Empfangsspulen für den Aufbau gemäss 1 und den Aufbau gemäss 2 sind bereits bekannt. Die Empfangsspule gemäss 5 ist vorzugsweise in der Nähe des Eintritts des Spinflusses in das H1-Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfeld angeordnet und vorzugsweise senkrecht zur Wicklung der H1-Anregungsfeldspule gewickelt, um Leistungsverstärker-Störgeräusch und -Signal auf bekannte Art im Wesentlichen zu entkoppeln. Die Empfangsspule ist vorzugsweise so kurz, dass die Durchlaufzeit der niedrigsten zu messenden Durchflussgeschwindigkeiten bezogen auf T2*-Spin-Spin- und D-Diffusionszeitauswirkungen, welche die Signalamplitude exponentiell verringern, kurz ist. Dies beeinflusst den Störabstand der Messung, jedoch nicht massgeblich den theoretischen Endpunkt der erfindungsgemässen Messung.
  • 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Seitenband-Demodulationsdetektors 27 zur Unterdrückung des starken Mittenbandsignals des H1-Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfelds und zur Ermittlung der Amplitude der relevanten Seitenbänder durch Kreuzkorrelation mit ganzzahligen Vielfachen der Referenz-Phasenmodulationsfrequenz ( US 5 757 187 von Wollin). In 6 ist die Antenne 100 der Empfangsspule 21 des Magnetresonanz-Durchflussmessers an eine Impedanzanpassungsschaltung 102 angekoppelt, die über eine Schutzschaltung 106 einen Rauschanpassungs-Vorverstärker 104 speist. Der Ausgang des Rauschanpassungs-Vorverstärkers wird einem Hochfrequenzverstärker 108 zugeführt und dessen Ausgang einem Ringdemodulator 110, 112. Der Ausgang des Ringdemodulators 110, 112 wird über einen Addierer 114 einem Wechselstromintegrator 116 und einem Niederfrequenzverstärker 118 zugeführt. Die Demodulatoren 110 und 112 werden von je einem Quadraturausgang des Magnetresonanz-Hochfrequenz-Masteroszillators 28 gespeist, der in 8 dargestellt ist. Die demodulierten Ausgänge werden dann im Addierer 114 addiert, um einen kreuzkorrelierten Eingang für den Integrator 116 (der den Gleichstrom-Ausdruck J0( ) abschätzt) sowie einen Verstärker 118 bereitzustellen, der seinerseits weitere Einheiten mit Ringdemodulatoren 120 speist, deren addierte kreuzkorrelierte Ausgänge ebenfalls von Addierern 122 addiert und von Integratoren 124 integriert werden, um so die relative Stärke jedes Seitenbandelements des Spektrums zu bestimmen, d.h. Jn( ).
  • Die 7a bis 7i zeigen eine Signalanalyse von 6, welche Demodulatoons- und Kreuzkorrelationsverfahren aufzeigt sowie die verallgemeinerte Ausgangsgleichung, mit der die Durchflussgeschwindigkeit der Spins gemessen oder analysiert werden kann. An sich liefern die 7a bis 7i eine schrittweise mathematische Analyse der Signalverarbeitung in der Schaltung gemäss 6 (Poularikas, Alexander D., "The Transforms and Applications Handbook" CRC-IEEE Press, Boca Raton, Florida, 1996, S. 29, 185, 214, 221).
  • 8 zeigt ein Blockschema des Gesamtsystems der Erfindung. Gemäss 8 wird der Ausgang der Empfangsspule der Durchflussmessereinheit 26 dem Synchrondemodulator und Kreuzkorrelationsdetektor 27 zugeführt zur Synchrondemodulation mit dem Larmor-ω0-Hochfrequenz-Oszillator 28 und Kreuzkorrelationsdetektion mit ganzzahligen Vielfachen der vom Frequenzteiler 29 gelieferten Phasenmodulationsfrequenz Ω. Der Ausgang des Demodulators/Detektors 27 wird der Steuerung 30 zugeführt, der die Verstärkung des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers 32 steuert, dessen Frequenz vom Larmor-Hochfrequenz-ω0-Oszillator 28 gesteuert wird und dessen Ausgang den Strom in der H1-Larmor-Hochfrequenzspule der Durchflussmessereinheit 26 einstellt, um den Ausgang des Demodulators/Detektors 27 auf einen gewünschten, von der Steuerung 30 bestimmten Pegel zu setzen. Dieser Steuerkreis ist für ein schnelles Ansprechen ausgelegt, und die Stromabgabe des ω0-Hochfrequenzsverstärkers 32 misst sodann die Durchflussgeschwindigkeit wie hier beschrieben. Der Frequenzteiler 29 wird vom Hochfrequenzoszillator 28 gespeist und steuert die Frequenz Ω des Verstärkers 31, der die Phasenmodulationsspulen 25 in der Durchflussmessereinheit 26 speist. Die Verstärkung des Verstärkers 31 wird vom Ausgang der Steuerung 30 in stark gedämpfter und langsam ansprechender Weise gesteuert, wie dies in der Theorie der Regelsysteme vorbekannt ist, um den höchsten Störabstand zu erzielen, wie in dieser Erfindung beschrieben. Auch die Frequenz des ω0-Larmorfrequenz-Oszillators 28 wird vom Ausgang der Steuerung 30 in sehr stark gedämpfter und sehr langsam ansprechender Weise gesteuert, um den höchsten Störabstand zu erzielen, indem jegliche Veränderungen der Lastimpedanz der H1-Hochfrequenzspule infolge physikalischer Veränderungen oder chemischer Verschiebung kompensiert wird, wie dies im Stand der Technik bekannt ist ("Principles of Magnetic Resonance", dritte Ausgabe, Kapitel 4, von Slichter, C. P., Springer-Verlag N. Y. 1989, Kap. 2.8 S. 35–39). Der Ausgangsstrom des Larmor-Hochfrequenz-Leistungsverstärkers 32 ist eine erwünschte Messgrösse und ist wie oben beschrieben eine Funktion der mittleren Durchflussgeschwindigkeit, und er wird einem Anzeigeinstrument oder einer anderen geeigneten Anzeige- oder Aufzeichnungsvorrichtung 33 zugeführt. Die Frequenz des ω0-Larmorfrequenz-Oszillators 29 ist ein Mass für die chemische und physikalische Zusammensetzung des fliessenden Stoffs ("Principles of Magnetic Resonance", dritte Ausgabe, Kapitel 4, von Slichter, C. P., Springer-Verlag N. Y. 1989).
  • Die vorbekannten Flugzeitverfahren sind komplexer, da wiederholte Larmor-Hochfrequenzimpulse in kurzen Zeitabständen bezogen auf T1, die Spin-Gitter-Relaxationskonstante, erforderlich sind, welche je nach der Temperatur und der molekularen Zusammensetzung variiert. Bei den vorbekannten Phasenkodierungsverfahren sind Gradienten in einer Spinecho- oder einer stimulierten Echosequenz entlang einem quasistationären Flussvektor notwendig. Bei der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise keine Impulsverfahren verwendet, sie ist relativ unabhängig von der Spinrelaxation und -diffusion und reagiert schnell auf Veränderungen der mittleren Durchflussgeschwindigkeit im Messmodus bei hohen Reynoldszahlen bzw. auf Veränderungen des Geschwindigkeitsprofils im Abbildungsmodus bei niedrigen Reynoldszahlen.
  • ARBEITSWEISE
  • Im Mess-Arbeitsmodus wird die Amplitude des Stroms in der H1-Larmorfrequenz-Hochfrequenz-Anregungsspule eingestellt, um die Amplitude der gemessenen Seitenbänder in der Erfassungsschaltung zu regeln. Das angelegte H1-Feld ist kontinuierlich und vorzugsweise nicht gepulst. Als Endpunkt für die Messung des Mittelwerts des Geschwindigkeitsprofils wird vorzugsweise das maximale Signal, das minimale Signal oder ein bestimmter Signalwert in einem ausgewählten Seitenband gewählt; und die Höhe des erforderlichen Stroms in der H1-Hochfrequenzspule, um den gewählten Signalpegel zu erzielen, ist ein gemessener Parameter und eine bekannte oder gemessene Funktion der Verweilzeit der Spins in der definierten Geometrie der Empfangsspule, wie nachstehend aufgezeigt.
  • Alternativ wird im Abbildungsmodus (keine Ausführungsform der Erfindung) die Amplitude des H1-Larmorfrequenz-Anregungsfelds vorzugsweise konstant gehalten, die Amplitude der phasenmodulierenden Komponente des starken H0-Hauptfelds durch "Gradientenspulen" räumlich verteilt (Shenberg, Itzhak, Macovski, Albert, "Applications of time-varying gradients in existing magnetic resonance imaging Systems", Med. Phys. Nr. 13(2), S. 164–169, März 1982, N. Y., USA) und die empfangenen Seitenbänder werden in einer Matrix-Approximation der Gleichungen am Ende von 7(i) verwendet. Die Inversion der Matrix oder die Auflösung nach der Cramerschen Regel liefert eine räumliche Abbildung der Signalverteilung, wie im US-Patent Nr. 5 757 187 von Wollin eingehender beschrieben.
  • Wie in 8 dargestellt, vergleicht die Steuerung 30 die erfasste Amplitude des auslegungsbedingt gewählten Seitenbands mit einer auslegungsbedingt gewählten Regelbedingung, d.h. mit dem Maximalwert (Gl. 17), dem Minimalwert (Gl. 18, 19) oder einem im Hinblick auf optimale Systemleistung ausgewählten Wert dazwischen, und erzeugt so ein Fehlersignal geeigneter Richtung, um die Verstärkung des Larmor-Hochfrequenz-Leistungsverstärkers 32 so einzustellen, dass diese Auslegungsbedingung erfüllt ist. Der Ausgangsstrom des Larmor-Hochfrequenz-Leistungsverstärkers 32 ist proportional zur Feldstärke des H1-Larmor-Hochfrequenz-Anregungs-(Nutations-)felds in der Spule 20 und ist daher ein Mass für die mittlere Durchflussgeschwindigkeit (Gl. 17, 18).
  • Eine langsamere Kalibrierungssschleife misst das mittlere quadratische Fehlersignal des von der Steuerung 30 ausgegebenen Fehlersignals und regelt die Amplitude des Phasemodulationsstroms (gemäss Gl. 25).
  • Auf ähnliche Weise regelt eine noch langsamere Kalibrierungsschleife die Frequenz des Larmor-Hochfrequenz-Masteroszillators 28, um Veränderungen der Spulenbelastung auf bekannte Art zu kompensieren ("Principles of Magnetic Resonance", dritte Ausgabe, Kapitel 4, von Slichter, C. P., Springer-Verlag, N. Y. 1989), und gestattet damit die Beurteilung von Veränderungen der chemischen und physikalischen Zusammensetzung des fliessenden Stoffs.
  • THEORIE DER ARBEITSWEISE
  • Es ist bekannt, dass ein festes oder fluides Medium aus diamagnetischem Material, dessen Spin nicht null oder dessen Parität nicht null ist, in einem konstanten Magnetfeld magnetisiert wird gemäss der Gleichung: m = K1H0(1 – e–t1/T1) (1)(s. US 4 901 018 von Lew)
    worin m die Magnetisierung des Mediums, K1 die magnetische Suszeptibilität, H0 die Stärke des grossen statischen annähernd homogenen Hauptmagnetfelds, t1 die mittlere Verweilzeit der Spins im Feld H0 und T1 die Spin-Gitter-Relaxationszeit ist, welche ein Mass für die Energieübertragung von den Spins auf das umgebende Medium ist. Vor dem Eintritt in den durch das H1-Anregungsfeld definierten Messabschnitt ist das Medium statistisch signifikant magnetisiert. Die Länge der Vorrichtung von deren Eingang bis zum Messabschnitt mit dem H1-Anregungsfeld ist derart gewählt, dass eine genügende Magnetisierung der sich am schnellsten bewegenden Spins erfolgt, um im Gesamtrauschen der Vorrichtung eine hinreichende Signalstärke für eine zuverlässige Bestimmung der gewünschten Messung in jeder Betriebsart zu bewirken. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem zur Messung oder Abbildung bei höheren Durchflussgeschwindigkeiten zusätzliche identische Magnetisierungsabschnitte hinzugefügt werden.
  • Das Hauptmagnetfeld H0 bewirkt, dass die Spins in der Nähe einer Larmor-Frequenz ω0 präzedieren, wobei ω0 = γH0 (2)worin γ das gyromagnetische Verhältnis ist, eine Konstante für jede Art von Spin. Durch eine periodische Veränderung von H0 durch phasenmodulierende Spulen wie in 3 wird ω0 periodisch verändert und ωφ erzeugt, wobei: ωφ = γ(H0 + hφcosΩt) (3)worin hφ und Ω die Amplitude und die zeitliche Frequenz der periodischen Komponente von H0 sind und ωφ die augenblickliche Winkelgeschwindigkeit der Präzession der Spins um die Achse von H0. Für die Geschwindigkeitsabbildung oder diejenige von Perfusionsverteilungen kann aus dieser Amplitude hφ durch zeitlich veränderliche Anregung bestehender Sätze von Gradientenspulen eine räumliche Funktion werden (Shenberg, Itzhak, Macovski, Albert, "Applications of time-varying gradients in existing magnetic resonance imaging systems", Med. Phys. Nr. 13(2), S. 164–169, März 1982, N. Y., USA und US-Patente 5 412 322 und 5 757 187 von Wollin).
  • Das H1-Anregungsfeld wird senkrecht zum H0-Feld angelegt, wie in 4 beispielhaft dargestellt, und weist die Frequenz ω0 auf. Es bewirkt eine Anregung oder Nutation der Spins mit einer Kreisfrequenz ω1, wobei:
  • Figure 00160001
  • Diese Nutation erzeugt eine Magnetisierungskomponente senkrecht zum Feld H0, die über die Spannung erfasst werden kann, die sie in der Empfangsspule induziert, deren Flächenvektor senkrecht zum Feld H0 steht, und zwar gemäss dem zweiten Maxwell'schen Gesetz (s. US-Patent Nr. 5 412 322 und 5 757 187 von Wollin), beispielsweise in der in 5 beispielhaft dargestellten Spule.
  • Die in der Empfangsspule induzierte Spannung weist ein Band- oder Linienspektrum auf. Dieses Spektrum besteht aus Seitenbändern, die in ganzzahligen Vielfachen der Phasenmodulationsfrequenz gleichmässig um die zentrale Larmor-Frequenz Ω verteilt sind und deren Amplitudenverteilung durch die verschiedenen Lösungen des Sommerfeldschen Integrals gegeben ist; d.h. Besselsche, Neumannsche oder Hankelsche Funktionen; und deren Breite durch die Inhomogenität des statischen H0-Felds sowie durch allfällige angelegte oder intrinsische statische Gradienten gegeben ist, wie sie in 7 untersucht werden.
  • Die Unterdrückung der zentralen Frequenz ω0 des Signals durch Demodulation in der Gegenwart des H1-Larmor-Hochfrequenzfelds gestattet die Messung der Amplitude der Seitenbänder durch Kreuzkorrelation mit ganzzahligen Vielfachen der Referenz-Phasenmodulationsfrequenz Ω, wie in den 6 und 7 dargestellt. Dies gestattet die Bestimmung der Amplitude der Seitenbänder, ohne notwendigerweise Impulsverfahren zu verwenden, solange die Spins während des Durchlaufs durch das von der Empfangsspule gegebene geometrische Volumen eine signifikante Kohärenz behalten.
  • Während oder nach der Anregung durch das H1-Larmor-Hochfrequenzfeld verlieren Spins ihre Phasenkohärenz durch unterschiedliche Mechanismen, von welchen einige adiabatisch sind und daher keine Entropieveränderung beinhalten. Diejenigen, die nicht adiabatisch sind, beinhalten entweder eine passive Diffusion (welche der Wärmegleichung unterliegt) oder eine turbulente Verschiebung oder beliebige Veränderungen des lokalen Magnetfelds. Der erfassbare Nettomagnetismus mt steht in einer exponentiellen Beziehung zur Durchlaufzeit t2 durch das Feld H1:
    Figure 00170001
    worin θ die Komplementbreite der vom Feld H1 bewirkten Nutation, T2 die Spin-Spin-Relaxationskonstante, D die passive Diffusionskonstante des Mediums und K3 ein Koeffizient ist, der γ und die lokale Gradientenfeldstärke beinhaltet. Der exponentielle Ausdruck bedeutet, dass die Signalstärke mit der Verweilzeit t2 der Spins im H1-Larmor-Hochfrequenzfeld exponentiell abnimmt, so dass in Anwendungen mit niedrigen Durchflussgeschwindigkeiten kurze Empfangsspulen verwendet werden müssen. Mehrere solche kurzen Spulen können nacheinander angeordnet und in Serie geschaltet sein, damit der niedrigste Bereich von zu messenden Durchflussgeschwindigkeiten ausgewählt werden kann.
  • Die beispielhafte Empfangsspule gemäss 5 ist vorzugsweise senkrecht zur H1-Larmor-Hochfrequenz-Anregungsspule gewickelt, um die Einkopplung von Störgeräuschen und die Kopplung des Anregungssignals zwischen der Hochfrequenz-Anregungs-Leistungsverstärkerschaltung und der Empfangsschaltung zu minimieren.
  • Beim Durchlauf durch das H1-Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfeld nutieren die Spins in bekannter Weise durch einen Komplementärbreitenwinkel θ (Slichter, C. P., "Principles of Magnetic Resonance", Springer-Verlag New York, dritte Ausgabe 1989, Kapitel 2). Somit verändert sich die erfassbare transversale Magnetisierung, während die Spins die Empfangsspule im H1-Anregungsfeld durchqueren, da ausgehend von Gl. (4):
    Figure 00180001
    θ = γH1t2 (7)und ausgehend von Gl. (1) und Gl. (5)
    Figure 00190001
    worin T2* die effektive T2 ist, die in bekannter Weise die Spin-Spin-Relaxation, die Diffusion, die lokale Feldeinhomogenität usw. beinhaltet.
  • Wenn
    Figure 00190002
    worin v die Geschwindigkeit des jeweiligen Elements im Geschwindigkeitsprofil des jeweiligen Strömungsbereichs ist, dann ist die gesamte transversale Magnetisierung MT der Empfangsspule für jedes Element von ν
    Figure 00190003
    worin K eine Konstante ist,
    H0 die Feldstärke des Hauptmagnetfelds ist, eine Auslegungskonstante,
    H1 die Feldstärke des Anregungsfelds ist, die in der Vorrichtung steuerbar ist,
    L1 die effektive Länge des Felds H0 ist, für den jeweiligen maximalen Durchflussbereich gewählt,
    L2 die effektive Länge der Empfangsspule ist, für den jeweiligen minimalen Durchflussbereich gewählt,
    l die vom jeweiligen Element des Mediums im empfindlichen Volumen der Empfangsspule zurückgelegte Strecke ist, Gl. 9,
    T1 die Spin-Gitter-Relaxationszeit des Mediums ist, welche typischerweise zwischen 0,1 und 5 Sekunden liegt,
    T2* der effektive Dämpfungskoeffizient des freien Induktionsabfalls ist, der typischerweise zwischen 50 und 500 ms liegt, und
    v die Geschwindigkeit des jeweiligen Elements des Geschwindigkeitsprofils ist.
  • Wenn die Magnetisierungsabschnitte L1 ausreichend lang sind, d.h. L1 >> νT1 (12)und die Empfangsspule L2 ausreichend kurz ist, d.h. L2 << ν T2* (13)dann gilt
    Figure 00200001
    für jedes Element mit der Geschwindigkeit v in jedem Geschwindigkeitsprofil.
  • Für ein Geschwindigkeitsprofil mit einem Mittelwert v in der Empfangsspule beträgt die maximale Nettomagnetisierung MT (max):
  • Figure 00200002
  • Figure 00210001
  • Die minimale Nettomagnetisierung ist gleich Null oder minimal, wenn
  • Figure 00210002
  • Für Protonen ist γ = 2π(4,26 × 107)(μ0)(sA/m)–1 oder ν = (4,26 × 107)(4π × 10–7)L2H1 ν = 53,7L2H1 (20)mit H1 in A/m. Für eine vier cm weite Empfangsspule ist beispielsweise ν = 2,14H1 m/s (21)
  • Die Einstellung der Feldstärke von H1 zur Erzielung eines bestimmten Seitenbandsignals liefert somit die mittlere Durchflussgeschwindigkeit.
  • Wie in Wollin, US-Patent 5 757 187 eingehender dargelegt, erzeugen symmetrische gerade räumliche Spinsignalverteilungen nur geradzahlige Seitenbänder und asymmetrische ungerade Verteilungen nur ungeradzahlige Seitenbänder; aus 7(i) und J(–n)(z) = –1nJ(n)(z) (22)
  • (Jahnke, E., Emde, F., "Tables of Functions", 4. Ausgabe, Dover Publications, New York 1945, S. 128). Wenn das Geschwindigkeitsprofil symmetrisch ist, sind daher nur geradzahlige Seitenbänder vorhanden und die Erfassung des zweiten Seitenbands ist bevorzugt, mit einem Maximalwert von
  • Figure 00220001
  • Der Minimalwert der Phasenmodulationsfrequenz Ω muss grösser sein als die Bandbreite Δω0 der Larmor-Frequenz (Shenberg, Itzhak, Macovski, Albert, "Applications of time-varying gradients in existing magnetic resonance imaging systems", Med. Phys. Nr. 13(2), S. 164–169, März 1982, N. Y., USA, Gl. 3) welche von der Homogenität des Hauptmagnetfelds H0 und von allfälligen angelegten oder intrinsischen statischen Gradienten bestimmt wird. Δω0 bestimmt auch die minimale Johnson-Nyquist-Rauschleistung Pn, welche in jedem Seitenband identisch ist, 7(c), da Pn = KbτΔω0 (26)worin Kb die Boltzmann-Konstante ist und τ die absolute Temperatur.
  • Für die Messung einer mittleren Durchflussgeschwindigkeit in einem Strömungsprofil muss dieses nicht frei von Turbulenzen sein. Lineare Komponenten des Fluidimpulses senkrecht zur Mittelachse der Strömung beeinflussen die Magnetisierung durch das gleichförmige Magnetfeld H0, die Spin-Nutation durch das gleichförmige H1-Hochfrequenz-Anregungs-Larmorfeld oder den Signalempfang durch die kurze Empfangsspule nicht merklich, da solche linearen Komponenten im Vergleich zum mittleren Fluidimpuls klein sind. Relativ langsame drehende Impulskomponenten erlauben eine adiabatische Spin-Ausrichtung auf das Hauptmagnetfeld H0 ("Principles of Magnetic Resonance", dritte Ausgabe, Kapitel 4, von Slichter, C. P., Springer-Verlag, N. Y. 1989, S. 23) und dürften bei kurzen Durchlaufzeiten durch die Empfangsspule keine massgebliche Phasenverschiebung der Spins bewirken. Es ist jedoch bekannt, dass starke translatorische und drehende Impulskomponenten, welche "Wirbelströme" verursachen, zu Signalverlusten führen (Cho, Z. et al., "Foundations of Medical Imaging", John Wiley & Sons, Inc., New York 1993, S. 374–386), und diese werden durch geeignete Verfahren bei der Messrohrkonstruktion und nötigenfalls durch Strömungsverbesserer auf bekannte Weise verhindert (Spitzer, David W., "Industrial Flow Measurement", Instrument Society of America, 1990, S. 97).
  • Bei langsameren laminaren Strömungsverhältnissen bei niedrigen Reynoldszahlen kann das Geschwindigkeitsprofil abgebildet ( US 5 757 187 von Wollin) oder wie oben beschrieben der Mittelwert bestimmt werden. Sehr langsam fliessende Spins in der Nähe der Rohrwandung unterliegen jedoch Signalverlusten infolge von T1- und T2*-Effekten, die die gemessene mittlere Durchflussgeschwindigkeit erhöhen können.
  • Bei einem nicht gleichförmigen Geschwindigkeitsprofil bei niedrigeren Reynoldszahlen sind die Auswirkungen von Schwankungen von H1 auf die Signalverteilung oder den Signalmittelwert viel komplexer und werden in US 5 532 593 von Maneval und in US 5 757 187 von Wollin sowohl für die Abbildung als auch für die Messung eingehender ausgeführt.
  • Wie oben dargelegt, wird die mittlere Durchflussgeschwindigkeit gemessen, indem der Strom in der H1-Anregungsspule derart gesteuert wird, dass am Ausgang der Empfangsschaltung eine ausgewählte Seitenband-Amplitude erzeugt wird. Nicht gleichförmige Geschwindigkeitsprofile können abgebildet werden, indem die die Seitenband-Amplituden enthaltende Matrixgleichung kontinuierlich invertiert wird, annähernd das Integral in 7(i) (US 5 757 187 von Wollin). Die Abstimmung des Hochfrequenz-ω0-Generators für eine maximale Leistungsübereinstimmung zwischen der H1-Anregungsspule und dem fliessenden Medium gestattet eine Bestimmung der chemischen und physikalischen Zusammensetzung des fliessenden Stoffs (Slichter, a.a.O.).
  • Während vorstehend Kernmagnetresonanzverfahren beschrieben worden sind, ist zu bemerken, dass die Grundlagen und Ausführungsformen vorliegender Erfindung sowohl auf kernmagnetische als auch auf elektronenmagnetische Resonanz anwendbar sind.
  • Während sich die vorstehende Beschreibung auf die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fluids in einem Rohr mittels eines Durchflussmessers bezieht, können das Verfahren und die Vorrichtung gemäss den bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung auch verwendet werden, um die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Rohrs in einem Fluid zu bestimmen (d.h. als Geschwindigkeitsmesser). Da der oben beschriebene und in den 1–3 dargestellte Durchflussmesser die Relativgeschwindigkeit zwischen einem Rohr und einem Fluid misst, kann der Durchflussmesser daher an einem Boot oder einem anderen sich in einem Fluid bewegenden Körper angebracht werden, um die Geschwindigkeit des Boots bzw. des sich bewegenden Körpers in Bezug auf ein stationäres oder sich bewegendes Fluid zu bestimmen.
  • Ausserdem sind die Grundlagen und Ausführungsformen vorliegender Erfindung nicht nur auf flüssige oder gasförmige Fluidströme in Rohren anwendbar, sondern auch auf Fluidströme anderer Stoffe, beispielsweise Mischungen, Schlamm, Stoffgemische, geblasene Partikel und zähflüssige plastische Stoffe, sowie auf die Beförderung fester Stoffe durch eine Durchflussmessvorrichtung.
  • Es sind nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden. Dem Fachmann ist es klar, dass diese Ausführungsformen als Beispiele für die Erfindung dienen. Zahlreiche andere Ausführungen der Erfindung sind offensichtlich und gehören zum Umfang der Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche gegeben ist.

Claims (20)

  1. Verfahren zur nichtinvasiven Bestimmung eines Mittelwerts einer Relativgeschwindigkeit zwischen einem Stoff und einem Behälter, beinhaltend: das Anlegen eines starken zeitinvarianten Magnetfelds H0 an den Behälter; das Anlegen eines Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfelds H1 an einen Erfassungsabschnitt des genannten Behälters senkrecht zum H0-Feld zur Anregung von Spins im Stoff; das Anwenden einer phasenmodulierenden periodischen Komponente hφ, welche zeitlich periodisch ist und eine viel niedrigere Frequenz Ω als die Larmor-Frequenz aufweist, auf das starke zeitinvariante Magnetfeld H0 über den genannten Erfassungsabschnitt des Behälters; das Empfangen von Signalen der genannten Spins im Stoff im Erfassungsabschnitt des Behälters, wobei die um das Magnetfeld präzedierenden Spins infolge der Anwesenheit des phasenmodulierenden periodischen Felds phasenmoduliert sind und damit ein Linien- oder Bandspektrums entstehen lassen, das aus gleichmässig um die zentrale Larmor-Frequenz verteilten Seitenbändern besteht; und das Bestimmen der mittleren Geschwindigkeit anhand der genannten Signale, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die mittlere Geschwindigkeit aus der zur Erzeugung eines festgelegten Seitenbandsignals notwendigen Stärke des Larmorfrequenz-Anregungsfelds bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der genannte Behälter ein zylindrisches Rohr beinhaltet und der genannte Erfassungsabschnitt einen Abschnitt des Rohrs beinhaltet, an den die Feldkomponente hφ und das Feld H1 angelegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfeld H1 an ein signalempfindliches Volumen einer auf die Nähe einer Larmor-Frequenz ω0 abgestimmten Empfangsspule angelegt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, weiter beinhaltend: das Demodulieren der von der Empfangsspule empfangenen Signale der phasenmodulierten magnetischen Resonanzspins durch Faltung mit der Frequenz des Anregungsfelds H1 der Larmor-Frequenz ω0; und die Erfassung der demodulierten Signale durch Kreuzkorrelation mit ganzzahligen Mehrfachen der Modulationsfrequenz Ω der phasenmodulierenden periodischen Feldkomponente hφ zur kontinuierlichen Messung der mittleren Relativgeschwindigkeit.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Stärke des Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfelds H1 so eingestellt wird, dass ein Maximal-, Minimal- oder ein anderer definierter Pegel der von der Empfangsspule oder den -spulen erfassten Signale erzeugt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, weiter beinhaltend: das Verschieben der Larmor-Frequenz ω0 des H1-Anregungsfelds, um eine Impedanzanpassung an den sich im Behälter bewegenden Stoff zu erzielen; und die Messung von Veränderungen der chemischen oder physikalischen Zusammensetzung des bewegten Stoffs durch eine Verschiebung von deren Larmor-Frequenz.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, weiter beinhaltend die Einstellung einer Amplitude der phasenmodulierenden periodischen Feldkomponente hφ des Magnetfelds H0 derart, dass ein grösstmögliches erfassbares Ausgangssignal erhalten wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Stoff eine Flüssigkeit oder ein Gas beinhaltet, welche(s) sich entlang der Rohrachse bewegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Stoff Schlamm, Stoffgemische, geblasene Partikel, zähflüssige plastische oder feste Stoffe beinhaltet, welche sich entlang der Rohrachse bewegen.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Behälter sich in Bezug auf den Stoff bewegt, so dass die Geschwindigkeit des Behälters gemessen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Behälter ortsfest ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfeld H1 ein kontinuierliches, ungepulstes Feld ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 3, worin die Empfangsspule senkrecht zu einer Spule für das Larmor-Anregungsfeld H1 gewickelt ist, um Störgeräusch sowie Signal vom Larmor-Anregungsfeld H1 zu entkoppeln.
  14. Apparat zur Bestimmung eines Mittelwerts einer Relativgeschwindigkeit zwischen einem Stoff und einem Behälter (4), wobei der Apparat einen Behälter beinhaltet; Mittel (5) zum Anlegen eines starken zeitinvarianten Magnetfelds H0 an den Behälter; Mittel (25) zum Anwenden einer phasenmodulierenden periodischen Komponente hφ, welche zeitlich periodisch ist, auf das starke zeitinvariante Magnetfeld H0 über einen Erfassungsabschnitt des Behälters; Mittel (20, 28) zum Anlegen eines Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfelds H1 an den genannten Erfassungsabschnitt des genannten Behälters senkrecht zum H0-Feld zur Anregung von Spins im Stoff; Mittel (21) zum Empfang von Radiofrequenzsignalen der genannten Spins im Stoff im Erfassungsabschnitt des Behälters; einen Seitenband-Demodulationsdetektor zur Erfassung der Amplitude von Seitenbändern, welche durch Spins erzeugt werden, die um das Magnetfeld präzedieren und infolge der Anwesenheit des phasenmodulierenden periodischen Felds phasenmoduliert sind und damit zur Entstehung eines Linien- oder Bandspektrums führen, das aus gleichmässig um die zentrale Larmor-Frequenz verteilten Seitenbändern besteht; dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat eine Geschwindigkeitsbestimmungsschaltung zur Bestimmung der mittleren Geschwindigkeit anhand der zur Erzeugung eines festgelegten Seitenbandsignals notwendigen Stärke des Larmor-Frequenz-Anregungsfelds beinhaltet.
  15. Geschwindigkeitsmessapparat nach Anspruch 14, worin der Behälter (4) zylindrisch ist; wobei der Apparat als Mittel zum Empfang von Radiofrequenzsignalen weiter eine an einen Erfassungsabschnitt des Behälters angrenzende Empfangsspule (21) beinhaltet; und worin die Geschwindigkeitsbestimmungsschaltung mit der Empfangsspule elektrisch gekoppelt ist.
  16. Apparat nach Anspruch 15, worin das Mittel (5) zum Anlegen eines starken zeitinvarianten Magnetfelds H0 an das Rohr angrenzende Permanent- oder Widerstandsmagnete (8, 9) oder einen um den Behälter gewickelten Elektromagneten beinhaltet.
  17. Apparat nach Anspruch 16, worin das Mittel zum Anlegen einer phasenmodulierenden periodischen Komponente hφ eine an den genannten Erfassungsabschnitt des genannten Behälters angrenzend gewickelte Spule (25) beinhaltet.
  18. Apparat nach Anspruch 17, worin das Mittel zum Anlegen eines Larmor-Hochfrequenz-Anregungsfelds H1 eine an den Erfassungsabschnitt des genannten Behälters angrenzende zylindrische oder Bird Cage-Hochfrequenz-Sendespule (20) beinhaltet.
  19. Apparat nach Anspruch 18, worin das Mittel (21) zum Empfang von Radiofrequenzsignalen eine senkrecht zur Sendespule für das Larmor-Radiofrequenz-Anregungsfeld H1 gewickelte Empfangsspule (21) ist.
  20. Apparat nach Anspruch 15, worin die Geschwindigkeitsbestimmungsschaltung beinhaltet: einen Larmor-Frequenz-Oszillator (28) zur Erzeugung eines Larmor-Frequenz-Signals, welches einem Frequenzteiler und einem Verstärker zugeführt wird; wobei der Frequenzteiler eine Referenz-Phasenmodulationsfrequenz liefert für einen Seitenband-Detektor zur Erfassung einer Amplitude von Seitenbändern eines vom Mittel zum Empfang von Hochfrequenzsignalen empfangenen Signals, wobei die Erfassung durch Kreuzkorrelation mit ganzzahligen Mehrfachen der Referenz-Phasenmodulationsfrequenz erfolgt; worin der Verstärker in der Lage ist, ein Geschwindigkeits-Ausgangssignal zu liefern, die Verstärkung des Verstärkers durch den Seitenband-Detektor gesteuert wird und der Ausgang des Verstärkers mit dem Mittel zum Anlegen eines Larmor-Hochfrequenzsignals verbunden ist.
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