JPH0685766B2 - 流体流速測定装置 - Google Patents

流体流速測定装置

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JPH0685766B2
JPH0685766B2 JP58171046A JP17104683A JPH0685766B2 JP H0685766 B2 JPH0685766 B2 JP H0685766B2 JP 58171046 A JP58171046 A JP 58171046A JP 17104683 A JP17104683 A JP 17104683A JP H0685766 B2 JPH0685766 B2 JP H0685766B2
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イ−アン・ロバ−ト・ヤング
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring 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
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    • G01F1/716Measuring the time taken to traverse a fixed distance using electron paramagnetic resonance [EPR] or nuclear magnetic resonance [NMR]
    • GPHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、核磁気共鳴(NMR)技術を使って、被測定物
の所定領域内の液体の流速を測定する液体流速測定装置
に関する。
NMR技術は、何年もの間、物質の化学分析のため利用さ
れている。更に、最近になって、NMR技術は、所定量の
被測定物の所定横断面スライス又は容積の分布、即ち、
所定原子核、例えば、水素原子核、又はNMRスピン緩和
時定数の密度を表示する像を得るのに使用されている。
このようにして得られる分布は、コンピュータ化された
トモグラフィーシステムによって得られるX線減衰分布
と別の重要性を有するが、これに類似するものである。
ある用途では、このNMR技術は被測定物内の所定領域内
の液体流速を得るのに有効である。
本発明の目的は、NMR装置を使って被測定物の所定領域
内の液体流速を測定する液体流速測定装置を提供するに
ある。
本発明によれば、被測定物の所定領域内の所定原子核を
含む液体の所定方向への流速を測定する装置において、
上記領域を含む上記被測定物のスライス内で上記原子核
の核磁気共鳴を選択的に励起させる励起手段(1,7,9)
と、上記所定方向に所定の勾配を有する磁界(−GZ′)
を印加する印加手段(7)と、自由誘導減衰信号を測定
する測定手段(9)と、上記測定した自由誘導減衰信号
に含まれる上記液体による信号と上記スライス(43)の
静止部による信号との位相差から上記所定方向の領域を
通過する液体の流速を判定する判定手段(37,39,29)と
から成ることを特徴とする液体流速測定装置が提供され
る。
以下、添付図面に示した実施例によって本発明の装置に
ついて述べる。
本発明は、英国特許第1,578,910号及び第2,056,078号明
細書に記載の装置と実質的に同じ装置を利用して実施さ
れる。この装置は、磁界勾配とRFパルスのシーケンスを
生じさせ、その結果得られる信号を後述するように分析
するため正しくプログラム化される。
本発明を理解するのに必要な限り、このような装置の本
質的な特徴について述べる。
この装置は、第1コイルシステムを含み、三つの直交す
る方向、例えば、X,Y及びZ方向のうちの一つ以上の方
向に勾配が生じるように検査すべき被測定物に対して所
定方向(通常Z方向と称される)に磁界を印加する。
第1図について述べると、第1コイルシステムは、Z方
向に定常均一磁界を発生できるコイル1と、X方向に磁
界勾配を発生できるコイル3と、Y方向に磁界勾配を発
生できるコイル5と、Z方向に磁界勾配を発生できるコ
イル7とから成る。
更にこの装置は、第2コイルシステム9を含み、第1コ
イルシステムによって発生される定常均一磁界の方向に
直角な平面内の検査すべき被測定物内にRF磁界を発生で
き、かつ、Z方向以外のスピンベクトル成分によって核
磁気共鳴して励起した被測定物内の原子核から生じるRF
磁界を検出できる。
図中、RF磁界印加及び検出兼用のため一対のコイル9し
か示していないが、状況によってはRF磁界検出のため別
々のコイルを用いることが好ましい場合もある。
上記各種コイル1,3,5,7及び9はそれぞれドライブアン
プ11,13,15,17及び19により駆動され、各アンプは制御
回路21,23,25及び27にそれぞれ制御されている。これら
の回路はNMR技術及び他のコイル誘導磁界を使った装置
に経験を有する者には周知である。
上記回路21,23,25及び27は中央処理制御ユニット29に制
御され、ユニット29は本装置及びディスプレイ33に指令
を与えるため入力及び他の周辺機器31と連動する。
上記コイル9によって検出されるNMR信号は、アンプ35
を介して信号処理システム37に印加される。この信号処
理システム37は、信号を正して較正しかつ修整するよう
になっているが、本質的には処理制御ユニット29に信号
を伝える。ユニット29では、ディスプレイ33へ信号を送
って検査して出る被測定物内のNMR量の分布を表示する
像を発生するため信号を処理する。
上記信号処理システム37は、説明の都合上から別に示し
てあるが、ユニット29の一部とすることもできる。
本装置は磁界測定及びエラー信号回路39も含む。この回
路39は磁界プローブX1,X2,Y1及びY2からアンプ41を介し
て信号を受信し、これらプローブは第2図に示すように
スライス43に対する所定位置に、例えば、検査すべき被
測定物のZ方向に直角に配置され、印加磁界をモニタす
る。
上記被測定物の近傍には、所定量の水を含む容器45が後
述する理由により置かれており、この容器45は水がスラ
イス43の平面内に置かれるように位置決めされている。
次に第3図を参照する。本装置の作動中、第1コイルシ
ステムによって検査中の被測定物に対してZ方向に定常
均一磁界B0が印加され、この磁界は被測定物内の原子核
の磁気配列の平衡軸を、例えば、正のZ方向に沿って定
め検査中一定数に保持できる。次にZ方向に沿って磁界
勾配を有する付加磁界GZを、RS磁界パルス(B1(90゜)
と称する)と共に被測定物に印加する。RF磁界の周波数
は被測定物のスライス43内の水素原子核、例えば、プロ
トンが好ましく励起されるようにラーモア周波数に選択
される。スライスは一連の管が貫通する実質的に固体の
領域を含み、容器45内水内のプロトンも励起される。RF
パルスの積分値は励起されたプロトンのスピンをX−Y
平面に傾斜するのに充分な値であり、従って、90゜パル
スと称され、次にスピンはZ軸のまわりでX−Y平面に
て歳差運動する。
次に、勾配磁界GZを消し、逆方向に勾配を有する磁界−
GZ′を置き換える。これによって、RFパルスB1(90
゜)、B0及び勾配磁界GZの組み合わせ及びこれをスライ
スで生じていた勾配によって生じた位相ずれによって選
択的に励起されたスピンが再位相合わせされる。−GZ
の大きさは、例えば、上記英国特許第1,578,910号明細
書に述べられているように勾配がスイッチオフされると
きにスピンの位相が再び合うような値に調節される。し
かしながら、Z方向に流れ成分を有するスライス内の液
体からの励起スピンは、勾配磁界GZと−GZ′との間にス
ライス中の液体流速に応じた量だけスライス中で移動す
るか、スライスから離れる。従って、再位相化勾配磁界
−GZ′はスライス内の液流からのスピン及び実質的に静
的な物質、即ち、スライス43中及び容器45内のスピンの
Z方向軸のまわりのX−Y平面上の歳差運動の位相差を
生じさせるのに有効であり、この位相差方向は勾配磁界
−GZ′上の再位相化勾配方向に対する流れ方向に関連し
ている。
次に、X−Y平面で歳差運動するスピンにより第2コイ
ルシステムに誘導される信号、即ち、自由誘導減衰(F.
I.D)信号を記録する。この信号は、スライス及び容器
内の静止物質からの寄与分とスライス内を流れる液体か
らの位相のずれた寄与分を含む複合信号となる。その位
相差φの大きさは、静止した水素プロトンのスピンのラ
ジアン数と液流により移動した水素プロトンのスピンの
ラジアン数との差であり、これらのラジアン数の差は、
液流により生じた液体中の水素プロトンの受けている磁
界強度の変化、即ち、静止している水素プロトンの受け
た磁界強度と移動した水素プロトンの受けた磁界強度の
差により生じる。この磁界強度差は勾配磁界GZを印加し
た時と−GZ′を印加した時との間(時間t)にz方向に
水素プロトンが移動した距離(即ち、流速ν×時間t)
と再勾配磁界−GZ′の大きさ|−GZ′|との積で表わさ
れる。従って、位相差の大きさφはφ=2πγ・|−
GZ′|ν・t・tpで表わされる。ここで、γは水素プロ
トンのラモア定数、|−GZ′|は再位相化勾配磁界−
GZ′の大きさ、νはスライス中の液体の流速、tは再位
相勾配磁界GZを印加してから勾配磁界−GZ′を印加する
までの時間、tpは再位相化勾配磁界−GZ′の実効時間長
さである。
固定物質からの信号の一部は、容器45内に含まれる水か
ら生じるので、この固定水分からの信号を基準信号とし
て使用し、この基準信号から位相シフトφを測定する。
水を容積、従って、容器内のプロトンのスピン密度及び
水内のプロトンのスピン格子緩和時間は既知の値である
ので、勾配磁界の印加時間tの値を変えて連続して測定
すれば、他の変数、例えば、プロトン密度及び緩和時定
数T1及びT2を確定するのに充分なデータを得ることがで
きる。
この流量を測定するには、特に高速流量に対してが好ま
しいが、時間tの値を長くすれば比較的遅い流れの流速
の測定にも対応できる。
以上においては、水素原子核を含む液体の流速の測定の
場合に関して説明したが、それ以外にRFパルス周波数を
正しく選択すれば、磁気スピンを有する他の原子核、例
えば、31Pを含む液体の流速にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明に係る装置を示す概略図で、
第3図は本発明で使用される磁界シーケンスを示す図で
ある。 1,3,5,7,9……コイル 11,13,15,17,19……ドライブアンプ 21,23,25,27……制御回路 29……中央処理制御ユニット 31……周辺機器 33……ディスプレイ 35……アンプ 37……信号処理システム 39……磁界測定及びエラー信号回路 43……スライス 45……原子核を含む材料を入れた容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01F 1/716

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物の所定領域内の所定原子核を含む
    液体の所定方向への流速を測定する装置において、上記
    領域を含む上記被測定物のスライス内で上記原子核の核
    磁気共鳴を選択的に励起させる励起手段(1,7,9)と、
    上記所定方向に所定の勾配を有する磁界(−GZ′)を印
    加する印加手段(7)と、自由誘導減衰信号を測定する
    測定手段(9)と、上記測定した自由誘導減衰信号に含
    まれる上記液体による信号と上記スライス(43)の静止
    部による信号との位相差から上記所定方向の領域を通過
    する液体の流速を判定する判定手段(37,39,29)とから
    成ることを特徴とする液体流速測定装置。
  2. 【請求項2】上記励起手段(1,7,9)がRFパルス(B1(9
    0゜))と共に上記所定方向に所定の勾配を有する第1
    磁界(GZ)を印加する印加手段(7,9)を含み、その後
    磁界を印加する印加手段(7)が上記スライス(43)の
    静止部に共鳴を生じさせて再位相合わせさせるのに充分
    大きな磁界(−GZ′)を印加する特許請求の範囲第1項
    記載の液体流速測定装置。
  3. 【請求項3】既知の核磁気共鳴特性を有する上記原子核
    を含む材料を入れた容器(45)が上記スライス(43)に
    隣接されている特許請求の範囲第1項記載の液体流速測
    定装置。
JP58171046A 1982-09-17 1983-09-16 流体流速測定装置 Expired - Lifetime JPH0685766B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8226539 1982-09-17
GB8226539 1982-09-17

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JPS5975037A JPS5975037A (ja) 1984-04-27
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JP58171046A Expired - Lifetime JPH0685766B2 (ja) 1982-09-17 1983-09-16 流体流速測定装置

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EP (1) EP0106472B1 (ja)
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EP0106472B1 (en) 1988-12-07
DE3378656D1 (en) 1989-01-12
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