Датчик сигнала магнитного резонанса

 

Союз Советсннк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОА4У СВМДЕТЕЛЬСХЗ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 020б78(21) 2623991/18-2 с присоединением заявки № (23) ПриоритетОпубликовано 150380. Бюллетень ¹

G 01 N 27/78

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

) УДК 539. 143 (088. 8) Дата опубликования описания 18038 (72) Автсры изобретения

A.Ê.Càâèí, A.È.Кармишин и В. Г. Зайцев (7/) Заявитель ИнститУт физики имени Л.В.КиРенского СибиРского отделениЯ

AH СССР (54 ) ДАТЧИК СИГНАЛА МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано в радиоспектрометрах, а также в различных радиотехнических Устройствах для обработки радиосигналов .

Известен датчик сигнала магнитного резонанса ЯМР-спектрометра (1), который представляет собой дв е к атушки индуктивнасти, оси которых артогональны. В одну из катушек помещают исследуемое вещество и подключают ее к приемнику. Другая катушка служит для создания в исследуемом веществе радиочастотного магнитного поля. С целью уменьшения прямой связи между катушками они удалены одна от другой и между ними помещен электростатический экран.

Однако известное =тройство обладает следук1щими недостатками. Радиочастотное магнитное поле можно считать однородным только в малых рабочих объемах, что не позволяет исследовать большие образцы. Магнитный поток, создаваемый передающей катушкой, используется неоптимальна (область максимальной напряженности находится внутри этой катушки, а образец помещен вне ее). Поэтому для создания значительного магнитного поля на образце к передающей катуипсе приходится подводить большую РЧ-мощность, что приводит к разогреву и нестабильнс)сти развязки между приемная и передающей катушками, Увеличение размеров приемной катушки с целью исследования крупных образцов также приводит к увеличению прямой связи между приемной и передающей катушками, т.е. к ухудшению развязки. Вследствие вихревых токов, возбуждаемых в металлических деталях датчика ВЧ-мощностью в приемной катушке наводится ЭДС индукции, которую трудно скомпенсировать иэ-за несимметрии полей этих токов и их фазовых сдви-. îâ,,что ограничивает развязку пределами

80 †1 дб.

Известен датчик сигнала магнитного резонанса для спин-генератора (2), содержащий передающую систему в виде двухсекционной катушки, приемную-катушку, фарадеевский экран и систему регулировки развязки.

Однако и в этом устройстве объем приемной катушки незначителен. Увеличение объема приводит к увеличению наводки на приемную катушку со сторо721735 ны катушки возбуждения, вследствие чего развязка между приемной и передающей катушками ухудшается. Однородность высокочастотного поля передающей катушки внутри приемной катушки ухудшается с увеличением размеров приемной катушки. Величина развязки между приемной и передающей катушками ограничена остаточной емкостной связью между этими катушками. Фарадеевский экран уменьшает, но не полностью устраняет емкостную наводку, а система регулировки развязки служит для устранения связи между катушк ами .

Целью изобретения является увеличение Рабочего объема датчика и увеличение развязки между передают(ей и приемной системами, Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве передающая система выполнена в виде полоскового резонатора, возбуждаемого регулируемыми емкостями, подключенными к токонесущей полоске с разных сторон от ее оси симметрии, а также тем, что полосковый резонатор выполнен симм етр ич ным . На фиг, 1 и 2 показан предлагаемый датчик магнитного резонанса, общий вид1 на фиг.3 — схема, поясняющая принцип компенсации остаточной наводки в приемной катушке, Датчик содержит корпус 1 полоскового резонатора, являющийся экраном датчика, токонесущую полоску 2, закрепленную на диэлектрической пластине

3 и электрически соединенную с корпусом 1, Другой конец токонесущей полоски соединен с корпусом через укорачивающую емкость 4, величина которой определяет резонансную частоту полоскового резонатора. Приемная катушка 5 намотана на каркас 6 и закреплена между диэлектрическими пластинами 7 и 8 вблизи заземленного конца полоски 2 таким образом, что ее ось параллельна оси симметрии токонесущей полоски. Фарадеевский экран 9 расположен между приемной катушкой 5 и токонесущей полоской

2 и электрически соединен с боковыми стенками корпуса 1. Полосковый резонатор возбуждается со стороны укорочения при помощи регулируемых емкостей 10 и 11, в качестве которых могут быть использованы, например, варикапы. Образец. помещают внутри приемной катушки 5, смену образца производят через отверстие 12.

Устройство работает следующим образом.

Датчик помещают в постоянное магнитное поле Но так, что силовые линии поля Н перпендикулярны плоскости токонесущей полоски 2. На вход датчика подается радиочастотная мощность, которая через емкости

10,11 возбуждает в полосковом резоЕсли С ф С1, ЭДС компенсации, в

45 пРиемной катушке отлична от нуля, причем знак ее и величина зависят от соотношения емкостей возбуждения.

Суммарная емкость возбуждения остается постоянной с целью сохранения неизменных условий возбуждения резонатора. Поскольку ЭДС компенсации пропорциональна току возбуждения, имеющему широкополосный характер, .она оказывается широкополосной, что пОзвОляет пОлучить Развязку В шиРОкОй полосе частот, Увеличение размеров приемной катушки не приводит к ухудшению однородности ВЧ-поля внутри ее, так как известно, что высокочастотное поле полоскового резонатора

60 однородно во всем объеме между токонесущей полоской и заземленной пластиной. Выполнение полоскового резонатора симметричным улучшает однородность ВЧ-поля и обеспечивает экрани65 рование датчика.

40 наторе колебание типа ТЕМ. При указанной ориентации приемной катушки

5 на выход датчика эта мощность не поступает. При условии ЯМР в образце возникает процессия спинов, которая создает. ЭДС индукции в приемной катушке, и на выходе появляется сигнал, В реальных конструкциях наряду с сигналом ЯМР на выходе датчика просачивается часть входной мощности,. вызванной емкостной связью между передающей и приемной системами, что затрудняет регистрацию сигнала ЯМР. Поэтому к датчикам предъявляются очень высокие требования к величине развязки. В предлагаемом изобретении приемная катушка размещена вблизи заземленного конца резонатора, где электрическое поле близко к нулю, следовательно, емкостная наводка в приемной катушке со стороны тоKoHFcóùåé полоски незначительна. Дальнейшее уменьшение емкостной наводки .достигается размещением фарадеевского экрана 9 между токонесущей полоской 2 и катушкой 5. Для достижения высокой степени развязки резонатор возбуждается регулируемыми емкостями 10,11, подключенными к токонесущей полоске с разных сторон от ее оси симметрии. Такое возбуждение резонатора позволяет получить наряду с продольными токами 31 и (фиг.2) в полоске поперечные составляющие тока возбуждения 1„ и наводящие в приемной катушке ЭДС пропорциональную сумме 1 и

Эта ЭДС компенсирует остаточный сигнал наводки. Величина токов 1„ и

11 определяется величинами емкостей

С и С1 соответственно. В случае т равенства С4 и С токи .л1 и 1 равны, но противоположно направлены, следовательно, их сумма ра-на нулю и ЭДС компенсации равна нулю.

721735 фиг. J фиг. 2

Использов ание новых элементов полоскового резонатора с заземленной токонесущей полоской в качестве передающей системы и системы возбуждения с регулируемыми емкостями позволяет получить высокие степени развязки между передающей и приемной системами в больших рабочих объемах и в широкой полосе частот, что значительно расширяет возможности датчика сигнала магнитного резонанса.

Предлагаемое устройство может работать в качестве датчика сигнала магнитного резонанса в радиоспектрометрах, в спин-генераторах, в измерителях магнитных полей, в устройствах обработки радиосигналов с помощью спиновых систем, Высокая степень развязки и большой рабочий объем датчика позволяют исследовать вещества со слабыми сигналами.

Формула изобретения

1. Датчик сигнала магнитного ре» эонанса, содержащий передающую систему, фарадеевский экран и приемную катушку, отличающийся тем, что, с целью увеличения рабочего объема датчика и расширения частотного диапазона, передающая система выполнена в виде полоскового резонатора, воабуждаемого регулируемыми емкостями, подключенными к токонесущей полоске с разных сторон от ее оси симметрии.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что полосковый резонатор выполнен симметричным.

Источнйки информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Самитов Ю.Ю. Ядерный магнитнорезонансный спектрометр высокой разрешающей силы; Приборы и техника эксперимента, 1961, 9 5, с.100-108, 20

2.4Ъ ahamson> K.,Heine C7. af Scan 3 пзбг

1962, V 39, р.513-514 (прототип).

ЦНИИПИ Заказ 122/35

Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4