Устройство для определения профиля поверхности немагнитных объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение производительности измерений за счет исключения сканирования по третьей координате путем автоматического удержания чувствительной точки на исследуемой поверхности. Принцип действия устройства основан на методе чувствительной точки. Емкость 10, заполненная жидкостью 9, содержащей ядра, обладающие магнитным моментом (напр., водой), в которую погружен исследуемый объект 16, помещается в зону измерений и подвергается воздействию магнитного поля, представляющего собой суперпозицию в зоне измерений постоянного однородного поля, создаваемого магнитной системой 1, неоднородного поля низкой частоты, создаваемого тремя парами градиентных катушек 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, и поля радиочастотной катушки 8 с частотой ядерного магнитного резонанса (ЯМР) ядер жидкости. В результате синхронного детектирования сигнала ЯМР на частоте, соответствующей значению магнитной индукции в чувствительной точке, постоянная составляющая выходного сигнала содержит лишь вклад от ядер, расположенных в области чувствительной точки. Следовательно, по любой из координат, например X, поле зависит от времени при всех X, кроме X = Хо, соответствующей чувствительной точке. Вклад в сигнал ЯМР дадут те ядра, которые находятся в слое толщиной ΔХ вблизи плоскости X=Хо. Положение чувствительной плоскости определяется соотношением токов в соответствующей паре градиентных катушек 2 ...7. Сигнал свободной ядерной индукции с радиочастотной катушки через блок 12 согласования и защиты поступает в приемный блок 13. Положение третьей чувствительной плоскости зависит от сигнала управления, поступающего с выхода приемного блока 13 на блок 14 управления переменным градиентом, таким образом осуществляется обратная связь, с помощью которой чувствительная точка удерживается на исследуемой поверхности, что позволяет избежать сканирования по третьей координате и сократить тем самым время измерения. 2 ил.

СОЮЭ СОЕЕТСНИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1

15)) 4 С О1 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО иэОБРетекиям и ОтнРытиям пРи Гннт сссР

H A BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4271826/24-28 (22) 30 ° 06,87 (46) 30.06.89. Бюл. )1 24 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики и Ленинградский государственный университет (72) В.А.Иванов, В.В.Фролов, С.В,Биневская и А.А.Ленков (53) 531 ° 7(088 ° 8) (56) J.Appl. Phys, 1976, ч. 47, р. 3709, 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ НЕМАГНИТНБИ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повьпление производительности измерений за счет исключения сканирования по третьей координате путем автоматического удержания чувствительной точки на исследуемой по1490480 верхности. Принцип дейстзил устройства.основан на методе чувствительной точки. Емкость 10, заполненнал жидкостью 9, содержацей ядра, обладающие магнитным моментом (напр,, водой), в которую погружен исслеpyemiA объект 16, помецаетсл s эону измерений и подвергаетсл воздействию магнитноro поля, предстазллюцего собой суперпозицию в зоне измерений постоянного однородного поля, создаваемого магнитной системой 1, неоднородного поля низкой частоты, создаваемого тремя парами градиентных катушек 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, и поля радиочастотной катушки 8 с частотой ядерного магнитного резонанса (SIMP) ядер жидкости. В результате синхронного детектирования сигнала ЯМР на частоте, соответствующей значению магнитной индукции з чувствительной . точке, постоянная составллюцая выходного сигнала содержит лишь вклад от ядер, расположенных в области 25 чувствительной точки. Следовательно, Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения профиля внешней и внутренней поверхности немагнитных объектов.

Целью изобретения является повышение производительности за счет исключения сканирования по третьей координате путем автоматического удержания чувствительной 1очки на исследуемой поверхности.

На фиr. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2временные диаграммы изменения градиентов магнитного поля.

Устройство содержит магнитную систему 1, являюцуюся источником постоянного однородного магнитного поля, три пары градиентных катушек 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, оси которых взаимно перпендикулярны, являющиеся источником неоднородного магнитного полл низкой частоты, радиочастотную катушку 8, помеценную в зону суперпоэиции полей магнитной системы и градиентных катушек 2,...7, жидкость 9, содержащую ядра, обладающие магнитным моментом, емкость 10, заполненную жидкостью 9 и установлен35

55 по любой иэ координат, например Х, поле зависит от времени при всех Х, кроме Х=Х о соответствуюцей чувствительной точке. Вклад в сигнал ЛИР дадут те ядра, которые находятся в слое толщиной бХ вблизи плоскости

X=X . Положение чувствительной плоскости определяется соотношением тоКоВ в соответствующей паре градиентных катушек 2...7. Сигнал свободной ядерной индукции с радиочастотной катушки через блок 12 согласованил и защиты поступает в приемный блок

13. Положение третьей чувствительной плоскости зависит от сигнала управления, поступающего с выхода приемного блока 13 на блок 14 управления переменным градиентом, таким образом осуцествляется обратная связь, с помоцью которой чувствительная точка удерживаЕтся На исследуемой поверхности, что позволяет избежать сканирования по третьей координате и сократить тем саьым время измерения. 2 ил. с ную внутри радиочастотной катушки 8, генератор 11 радиочастотных нмпульсоз, выход которого соединен с радиочастотной катушкой 8, соединенные последовательно с радиочастотной ка тушкой 8 блок 12 согласования и зациты, приемный блок 13 и блок 14 управления переменным градиентом, первый выход которого соединен с входами градиентных катушек 2,... 7, и регистрируюций блок )5, вход которого соединен с вторым выходом блока 14 управления.

Принцип действия устройства основан на методе чувствительной точки, суть которого заключается в том, что весь исследуемый объем эа исключением одного малого его элемента — чувствительной точки — подвергается действию переменного магнитного поля низкой (звуковой) частоты. В этих условиях производится синхронное детектирование сигнала ядерного магнитного резонанса (SIMP) на частоте (до, соотзетствуюцей значению поля В, з чувствительной точке. Постоянная состазляюцая выходного сигнала содержит лишь вклад от ядер, расположенных в области чувствительной точ1490480 ки, поскольку спектр ЯМР от остальной части исследуемого объема оказывается модулированным по частоте.

Этот метод реалиэуетсл на практике при помощи трех переменных во времени градиентов магнитного полл, направления которых взаимно ортогональны, а величина осциллирует с различными частотами. Если градиент, например, по координате Х, G „(t) имеет вид

G„(t) = G„sin+,, (1) где Д, — частота осцнлллции, то магнитное поле в нсследуеглогл .объеме меняетсл по закону

В (Х, t) В +(Х-Х )С„з1п12,t, (2)

Иэ соотношенил (2) видно, что поле В„(Х,t) зависит от времени при всех Х, кроме Х=Х,. Вклад в наблюдаемый сигнал ЯМР дадут те ядра, которые находятся в слое толциной 5Х вблиз плоскости1 проходлцей через

Х, перпендикулярно оси Х. На практике осциллируюций градиент создают парой соосных катушек, питаемых переменным током, магнитные полл которых направлены навстречу друг другу.

Положение чувствительной плоскости определяется при этом соотношением токов в этих катушках.

Устройство для определенил профи— ля поверхности немагнитных объектов работает следуюции образом {си. фиг. 1).

Измеряемый объект 16 поиецается в емкость 10, которая лвлчется зоной измерения, заполненную жндкостьго 9, содержащей ядра, обладаюцие магнитным моментом, предпочтительно протоносодержащей, напрглглер, водой. Магнитная система создает s зоне измерения постоянное однородное магнитное поле, вызываюцее поллрнзациго ядер жидкости 9. Одновременно с этим эона измерения подвергается воздействию переменного неоднородного иагнитного поля, характеризующегося градиентами в трех эзаиино перпендикулярных направлениях, причем частоты изменения каждого градиента должны быть различными. Переменное неоднородное магнитное поле создается тремя парами градиентных катушек 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7. Токи, вызывающие укаэанные градиенты, создаготсл блоком 14 управления перемешлгги гради1 ентом, который создает переменные токи в каждой паре градиентных катушек 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, раэличагощиеся по амплитуде и находящиеся в противофазе. Соотношенгле аиплитуд токов в каждой паре катушек определлет положения чувствительной плоскости, пере сечение чувствительных плоскостей, создаваемых каждой парой чувствительных катушек, определяет положение чувствительной точки. С поглощьго первой пары катушек 2 и 3 выделяется чувствительная плоскость, перпендикулярная одной иэ, осей, например, Z; аналогично с помощью вто1б рой пары катушек 4 и 5 выделяется плоскость, перпендикулярная оси У; пересечение двух этих плоскостей дает чувствительную лишгго, параллельную оси Х. И, наконец, с помоцью третьей пары катушек 6 и 7 выделяется чувствительнал точка. Блок !4 управления формирует упразллюцие сигналы для градиентной системы такии образом, что градиенты Сг, G) С при отсут25 стзии объекта 16 нзиеренич имеют вид, показанный на фиг. 2. При измерении профиля поверхности объекта 16 в каждый момент времени значения напрлгхешш управления градиентами G, 30 С, С z соотзет ст вуют коордннатаи Х, У, 2 точек поверхности объекта. Генератор 11 радиочастотных импульсов вырабатывает импульсы, поступающие на радиочастотную катушку 8 и возбуждающие в жидкости 9 сигнал свободной ядерной индукции, который через блок 12 согласования и защиты поступает в приемный блок 13, а с его выхода — в блок 14 управления.

40 Положение чувствительной плоскости зависит от сигнала на выходе приемного блока 13. Если чувствительная точка находится в жидкости, то под действнеи управллюцего сигнала с вы4> хода приемного блока 13 точка движетсл з направлении поверхности измеряемого объекта 16. Если точка попадает внутрь измеряемого объекта 16, то сигнал на выходе приемного блока

13 исчезает, н направление изменения градиента С автоматически меняется на противоположное. Таким образом, чувствительная точка постоянно удержизаетсл на поверхности измеряемого

55 объекта 16. Сигнал с второго выхода блока 14 управления, пропорциональные значеничи координат положения чузстэительной точки, поступают в регистрируюцнй блок 15, з которои

1490480

Устройство для определения профиля поверхности немагнитных объектов, содержащее источник постоянного однородного магнитного поля в виде магнитной системы, источник неоднородного магнитного поля низкой частоты в виде трех пар градиентных ка0х

Фив. 2

Составитель О. Смирнов

Редактор О.Спесивых Техред Л.Сердюкова .

Корректор Т.Малец

Заказ 3740/45 Тир е83 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 формируется .иэображение профиля по верхности объекта 16 измерения.

Таким образом, реализуемая н устройстве операция удержания чувствительной точки на поверхности измеряемого объекта, выполняемая автоматически, позволяет исключить сканирование по третьей координате и тем самым избежать сканирования чув-! ствительной точки всего исследуемого объекта, а следовательно, повысить производительность измерений. Следует также отметить, что устройство позволяет производить измерения в труднодоступных нли недоступных местах объекта, например, определять профиль внутренней поверхности иэделия.

Формула изобретения тушек, оси которых взаимно перпендикулярны, радиочастотную катушку, помещенную в зону суперпознции полей

5 магнитной системы и трех пар градиентных катушек, генератор равночастотных импульсов, выход которого соединен с радиочастотной катушкой, блок согласования и защиты, входом подключенный к радиочастотной катушке, приемный блок, вход которого соединен с выходом блока согласования и защиты, блок управления переменным градиентом, первый выход которого соединен с входами градиентных катушек, и регистрирующий блок, вход которого соединен с вторым выходом блока управления переменным градиентом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено емкостью для помещения в нее исследуемого объекта, заполненной жидкостью, содержащей ядра, обладающие магнитным

25 моментом, и установленной внутри радиочастотной катушки, а выход приемного блока соединен с входом блока управления переменным градиентом.