Устройство для измерения слабых магнитных полей, создаваемых электрическим током



Устройство для измерения слабых магнитных полей, создаваемых электрическим током

 


Владельцы патента RU 2569177:

Ишков Александр Петрович (KZ)

Изобретение относится к приборам для измерения слабых неоднородных магнитных полей. Устройство действует следующим образом. Питаемый от генератора переменного тока высокой частоты круговой виток с током создает переменное магнитное поле, индуцирующее ЭДС в измерительной катушке. Указанная ЭДС усиливается усилителем переменного тока и регистрируется с помощью вторичного измерительного прибора. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности средств измерений, используемых при измерении слабых магнитных полей. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть применено для измерения напряженности слабых магнитных полей, создаваемых электрическими токами.

Аналогом предлагаемого изобретения является измерение с применением измерительной катушки для исследования магнитного поля соленоида (см. Под ред. Ивероновой В.И., М.: изд-во “Наука”, 1968, стр.118-122).

Прототипом изобретения является способ измерения по заявке №2009136787/28 (052027) “Измерительная кольцевая катушка”, по которой принято экспертизой решение о выдаче патента на изобретение, см. письмо Апостоловой М.В. от 02.10.10, отдел 60.

Сущность измерений по аналогу и прототипу состоит в использовании физического явления электромагнитной индукции, которое математически определяется вторым уравнением Максвелла , которое физически гласит, что переменное во времени магнитное поле с индукцией создает в совмещенном пространстве (xyzt) вихревое электрическое поле .

Для магнитного поля, создаваемого электрическим током, это уравнение вырождается в дифференциальное уравнение e = n d Ф a t ,

которое преобразуется в расчетную формулу

e=4,44nfSB,

где е - действующее значение электродвижущей силы на выводах измерительной катушки,

n - число витков измерительной катушки,

f - частота синусоидального значения магнитного потока Ф с магнитной индукцией В,

S - площадь измерительной катушки

(см. Фремке А.В. и Душин Е.М. “Электрические измерения”, Л., “Энергия”, 1980, стр.65, 267-268; Токарев Б.Ф. “Электрические машины”. М., “Атомиздат”, 1990, стр.162).

В известных способах и устройствах для измерения магнитных полей используют измерительную катушку в качестве датчика исследуемого магнитного поля, которую подключают ко вторичному прибору, который предназначен для измерения эдс.

Известно, что при измерениях в неоднородных магнитных полях для повышения достоверности измерений необходимо использовать измерительные катушки минимальных размеров и соответственно ограниченного количества витков для характеристики поля в данной точке исследуемого пространства, т.е. центре измерительной катушки. Поэтому известные способы и устройства измерения становятся непригодными для измерения слабых магнитных полей, потому что и чувствительность вторичных приборов тоже ограничена своими техническими параметрами.

Таким образом, известные способы и устройства не позволяют измерять и соответственно исследовать слабые неоднородные магнитные поля.

Отмеченный недостаток устраняется предлагаемым изобретением. Оно состоит в повышении частоты синусоидально изменяющегося магнитного потока. Технически это возможно повысить на 2-3 порядка и соответственно повысится уровень сигнала с измерительной катушки. В принципе, частоту можно поднять еще выше, но не всегда можно согласовать высокочастотный генератор с исследуемой нагрузкой.

Вторым фактором повышения чувствительности измерений является усиление электродвижущей силы измерительной катушки с помощью электронного усилителя на 2-3 порядка.

В итоге предлагаемое изобретение позволяет повысить чувствительность измерений слабых магнитных полей на 4-6 порядков. Это, в свою очередь, позволит надежно исследовать слабые неоднородные магнитные поля.

В качестве примера предлагается схема для исследования структуры магнитного поля кругового витка с током, фиг.1. Круговой виток является конструктивным элементом колец Гельмгольца, которые являются стандартным прибором для магнитных измерений.

Поле на оси кругового витка с током является неоднородным и выражается формулой (см. Савельев И.В. “Курс общей физики”, т.2, М., “Наука”, 1970, стр.134)

,

где µ0=4·10-7 Гн - магнитная постоянная,

R - радиус витка с током i,

z - координата на оси витка.

Если положить i=1a, R=0,1 м, z=0, то поле в центре витка будет B ( z = 0 ) = 4 n 10 7 2 1 0,1 = 2 n 10 8  Т л = 2 n 10 4   Г с .

Если измерительная катушка имеет параметры n=10 вит, S=10-4 м2 и f=50 Гц, то амплитуда ЭДС на измерительной катушке будет

e=4,44·10·50·10-4·2n10-8=1,39·10-8 вольт.

Это - максимальное значение измеряемой величины, а по мере удаления от центра исследуемого витка с током оно будет многократно уменьшаться.

Автор, используя известный способ измерения, применил ток, равный 100 А при частоте 50 Гц и измерительной катушке с 100 витками.

Гальванометр, включенный через диодный мост, давал плывущие показания, потому что провод витка нагревался до каления и ток в витке менялся.

На фиг.1 цифрами обозначены:

1 - высокочастотный генератор,

2 - круговой виток с током,

3 - измерительная катушка,

4 - электронный усилитель переменного тока,

5 - вторичный измерительный прибор.

Действует схема предлагаемого изобретения следующим образом. Высокочастотный генератор 1, питая круговой виток током высокой частоты, возбуждает вокруг витка переменное магнитное поле высокой частоты, которое индуцирует в измерительной катушке 3 ЭДС высокой частоты, которая усиливается электронным усилителем 4 и подается на вторичный измерительный прибор 5. Сопоставляя измеренные величины ЭДС с координатами измерительной катушки, строят график зависимости поля на оси витка с током.

При увеличении частоты питающего тока на три порядка и усилении ЭДС измерительной катушки еще на три порядка при сохранении прежних параметров измерительной катушки измеряемая вторичным прибором ЭДС увеличится на шесть порядков и составит 1,39·10-2 вольт.

Это вполне измеряемая величина напряжения с помощью типовых приборов.

Автор готовит лабораторную установку для экспериментальных исследований предлагаемого изобретения.

Устройство для измерения слабых магнитных полей, создаваемых электрическим током, состоящее из измерительной катушки и вторичного измерительного прибора, отличающееся тем, что в качестве источника питания электрическим током используется генератор тока высокой частоты, а измерительная катушка соединяется со вторичным измерительным прибором через электронный усилитель токов высокой частоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области магнитно-резонансной техники. Магнитно-резонансная система содержит матрицу усилителей радиочастоты (РЧ), в которой каждый усилитель радиочастоты (РЧ) генерирует сигнал B1 возбуждения для каждого из множества каналов (Тх) передачи; по меньшей мере один блок РЧ катушек в сборе, имеющий многочисленные элементы-катушки, которые передают сгенерированный сигнал возбуждения в область обследования и принимают из нее сигналы магнитного резонанса; множество соединительных панелей, каждая из которых соединяет усилитель РЧ с по меньшей мере одним блоком РЧ катушек в сборе через порты приемопередатчика, причем каждый порт приемопередатчика соединяет по меньшей мере один проводник с индивидуальным каналом передачи; маршрутизатор, который выборочно направляет сгенерированный сигнал возбуждения через соответствующий канал (Тх) передачи в по меньшей мере один порт приемопередатчика любой из множества соединительных панелей.

Использование: для проведения измерений методом ядерного магнитного резонанса в многоядерной системе. Сущность изобретения заключается в том, что раскрывается многоядерное RF антенное устройство для использования в многоядерной системе MRI или MR сканере, для передачи RF сигналов возбуждения (поле B1) для возбуждения ядерных магнитных резонансов (NMR) и/или для приема сигналов релаксации NMR для многоядерного восстановления MR изображения (магнитного резонанса), при этом RF антенное устройство настраивается на ларморовские частоты, по меньшей мере, двух разных видов ядер, имеющих, по меньшей мере, два разных гиромагнитных отношения, таких как 1H, 14N, 31P, 13C, 23Na, 39K, 17O и гиперполяризованных газов, таких как 129Xe, или других изотопов, имеющих ядерный спин.

Устройство для измерения структуры аксиально-симметричного переменного магнитного поля состоит из системы измерительных катушек, которые расположены концентрически.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой сборочный узел радиочастотных катушек для использования в магнитно-резонансной системе. Узел содержит радиочастотную катушку и схемы расстройки, запирания, смещения, мультиплексирования.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема радиочастотных сигналов в радиосвязи, мобильной связи, радиолокации и радиоастрономии. Технический результат - повышение чувствительности приема радиочастотных сигналов.

Изобретение относится к радиочастотной (РЧ) катушке, используемой в качестве РЧ антенны для магниторезонансной (МР) системы формирования изображения как для передачи РЧ сигналов возбуждения, так и для приема сигналов релаксации МР.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для силового действия магнитного поля на атомы (молекулы) вещества, усиления магнитного поля и нагрева вещества индукционным способом.

Изобретение относится вообще к магнитно-резонансной томографии и спектроскопии. Система для магнитно-резонансной томографии головы, содержащая асимметричный основной магнит, который содержит первый и второй наборы катушек из высокотемпературного сверхпроводника, скомпонованные таким образом, что они расположены коаксиально относительно общей продольной оси, при этом первый набор катушек содержит по меньшей мере две катушки, имеющие внутренний радиус и размещенные в первой зоне по длине вдоль общей продольной оси так, чтобы охватывать голову и шею человека, а второй набор катушек содержит по меньшей мере одну катушку, имеющую внутренний радиус и размещенную во второй зоне по длине вдоль общей продольной оси так, чтобы охватывать часть туловища человека, когда голова и шея расположены в указанной первой зоне по длине вдоль общей продольной оси, при этом внутренний радиус катушек второго набора больше, чем внутренний радиус катушек первого набора, причем катушки первого и второго наборов асимметричны вдоль указанной общей продольной оси и сконфигурированы с возможностью создания однородного основного магнитного поля, имеющего однородность 1-10·10-6 в чувствительном объеме, определяемом диаметром, в пределах первой зоны, для получения магнитного резонансного изображения исследуемой области головы, размещенной в пределах первой зоны. Технический результат - повышение пространственной и временной разрешающей способности. 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

Использование: для магнитно-резонансной визуализации, спектроскопии, а также для других методов ядерного магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что катушечные элементы (18) генерируют поле возбуждения B1 в области (14) исследования, причем упомянутое поле возбуждения B1 искажается посредством размещения пациента (например, посредством эффектов длин волн). С целью улучшения однородности поля B1, между катушечными элементами и субъектом размещаются элементы (22, 24) пассивного шиммирования. В одном варианте осуществления элементы пассивного шиммирования включают в себя один или более диэлектрических стержней (55), размещенных ниже субъекта, которые не генерируют существенного сигнала протонного МР и которые имеют проницаемость, по меньшей мере, 100 и предпочтительно больше чем 500. В другом варианте осуществления на трубки (24), смежные с каждым катушечным элементом, подается диэлектрическая жидкость, причем толщина упомянутой диэлектрической жидкости между катушечным элементом и субъектом регулирует фазу поля B1, сгенерированного посредством катушечного элемента. Для достижения результата улучшенной однородности РЧ-поля активное шиммирование B1 может быть скомбинировано с элементами (22, 24) пассивного шиммирования. Технический результат: обеспечение возможности улучшения однородности возбуждения поля возбуждения B1, а также обеспечение возможности улучшения рабочего процесса МР-визуализации при высоких напряженностях полей и улучшения отношения «сигнал-шум». 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

Использование: для магнитно-резонансной визуализации. Сущность изобретения заключается в том, что предложена система RF объемного резонатора, содержащая многопортовый RF объемный резонатор (40, 50, 60), подобный, например, объемной катушке типа TEM или резонатору типа TEM, или катушке типа «птичьей клетки», из которых все, в частности, в форме локальной катушки, подобной катушке для головы или катушке для всего тела, и множество каналов (T/RCh1, …, T/RCh8) передачи и/или приема для управления работой многопортового RF объемного резонатора для передачи RF сигналов возбуждения и/или для приема MR сигналов релаксации в/из объекта обследования или его части. Посредством выбора по отдельности каждого порта (P1, …, P8) и соответствующей амплитуды, и/или частоты, и/или фазы, и/или форм импульсов RF сигналов передачи в соответствии с физическими свойствами объекта обследования внутри объекта обследования можно возбуждать резонансную RF моду с высокой однородностью посредством RF резонатора. Технический результат: обеспечение возможности формирования требуемого распределения суммарного магнитного поля внутри пространства для исследования. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

Использование: для безопасного размещения педиатрического пациента внутри сканера магнитно-резонансной томографии (МРТ). Сущность изобретения заключается в том, что Локальный узел (А) радиочастотной катушки включает в себя жесткий корпус катушки, функционально соединенный с настраиваемой частью катушки вдоль шарнирной оси. Транспортировочное устройство (F) сконфигурировано для приема педиатрического пациента (С) и для того, чтобы быть размещенным в контакте с локальным узлом (А) радиочастотной катушки. Когда транспортировочное устройство (F) взаимодействует с настраиваемой частью катушки, блокировочный узел удерживает настраиваемую часть катушки в выбранном положении. По меньшей мере один подшипник сконфигурирован для поворота и смещения настраиваемой части катушки относительно транспортировочного устройства (F) и гравитационного смещения блокировочного узла и транспортировочного устройства (F) в блокировочный контакт. Когда транспортировочное устройство (F) удалено, настраиваемая часть катушки посредством гравитации смещена в открытое положение. Технический результат: обеспечение возможности быстрого и безопасного доступа к педиатрическому пациенту в области получения изображения МРТ-сканера, а также обеспечение возможности аккуратно и точно располагать педиатрического пациента, подсоединенного к трубкам и другим медицинским устройствам, внутри локальной радиочастотной катушки установки МРТ, используя выборочное позиционирование радиочастотной катушки относительно пациентов различного роста для облегчения получения качественных изображений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх