Application of Cross-correlation Analysis Method for Measurement of the Fluid Flow Rate Based on X-ray Radiation

Abstract

In this work, we have demonstrated a principal scheme of application of cross-correlation analysis method for the determination of the velocity of a moving object in a fluid. In particular, the peak values of the correlation function differ from the background by two times. It allows us to accurately detect the useful signal. Generalization of the proposed approach to the case of determination of the fluid flow rate does not require modification of the basic principles of installations or cross-correlation method. The scheme of the developed experimental setup is the following: X-ray source produces the radiation with a complex spectrum, which is directed to the pipe filled with a multicomponent mixture. One part of the X-rays passes through the windows made of material with the low absorption coefficient and the mixture. Another part of radiation passes through the pipe’s walls and is not practically absorbed by the walls, thereby forming a narrow beam. The beam, having passed through a multicomponent mixture, becomes a carrier of information about its characteristics, as well as the dependence on the composition and parameters of multiphase liquids. The X-ray radiation propagates and is scattered due to the photoelectric effect and Compton scattering. A crystalline monochromator analyzer consists of two single-crystal plastic cores (111) and (100). A part of the X-ray beam satisfying the Bragg conditions diffracts on the crystal monochromator analyzer, the other part passes it without deviations. Differential crystalline monochromator-analyzer radiation is directed to the counter ionizing radiation. A two-channel scintillation counter ionizing radiation registers monochromatic radiation at low and high energy corresponding to the Bragg condition for the crystal monochromator-analyzer.

У роботі продемонстровано принципову схему застосування методу крос-кореляційного аналізу для визначення швидкості руху рухомого об'єкта в рідині. Зокрема, пікові значення кореляційної функції відрізняються від фонових в два рази. Це дозволяє точно визначити корисний сигнал. Узагальнення запропонованого підходу до випадку визначення витрати рідини не вимагає модифікації основних принципів інсталяції або методу крос-кореляції. Схема розробленої експериментальної установки полягає в наступному: джерело рентгенівського випромінювання зі складним спектром спрямовується на трубу, заповнену багатокомпонентною сумішшю. Одна частина рентгенівського випромінювання проходить через вікна, виготовлені з матеріалу з низьким коефіцієнтом поглинання і сумішшю. Інша частина випромінювання проходить через стінки труби і практично не поглинається стінами, утворюючи тим самим вузький пучок. Промінь, пройшовши через багатокомпонентну суміш, стає носієм інформації про його характеристики, а також залежності від складу і параметрів багатофазних рідин. Рентгенівське випромінювання поширюється і розсіюється за рахунок фотоефекту і комптонівського розсіювання. Аналізатор кристалічного монохроматора складається з двох монокристалічних пластикових стрижнів (111) і (100). Частина рентгенівського пучка, що задовольняє бреггівським умовам, дифрагує на аналізаторі кристалічного монохроматора, інша його частина проходить без відхилень. Диференціальне випромінювання кристалічного монохроматора-аналізатора спрямоване на протидію іонізуючого випромінювання. Двоканальний сцинтиляційний лічильник іонізуючого випромінювання реєструє монохроматичне випромінювання при низькій і високої енергіях, що відповідає умові Брегга для кристалічного монохроматора-аналізатора.