Датчик сигнала магнитного резонанса

 

928210

ОПИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.07.80 (21) 2958242/18Кп 3

01 N 24/08 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

ДК 539. 143. .43 (088.8) Опубликовано 15,05.82. Бюллетень ¹

Дата опубликования описания 15.05. (72) Автор изобретения

A.Ê,Ñàâèí

Г .-.: ° с

Институт физики им. Л.В.Киренского Сибирского отде я

АН СССР

C (71) Заявитель (54) ДАТЧИК СИГНАЛА МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может .быть использовано в спектрометрах магнитного резонанса, а также в различных радиотехнических .и измерительных устройствах на основе магнитного резонанса.

Известен датчик сигнала магнитного .резонанса, состоящий из передающей катушки, приемной катушки, расположенной внутри передающей катушки, системы механической регулировки развязки между катушками (1).

Однако это устройство имеет следующие недостатки. Сильная емкост- 15 ная связь между приемной и передающей катушками не дает возможности получить высокие степени развязки на выходе устройства. В этом устройстве отсутствует регулировка ширЬкополосной компоненты наводки в приемной катушке, поэтому развязка обеспечивается в узкой полосе частот.

Механическая регулировка развязки сложна в изготовлении и малонадеж- 25 на.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является датчик сигнала магнитного резонанса, содержащий передающий резонанс- 30 ный контур, внутри которого расположена приемная катушка, регулируемые емкости возбуждения, регулируе- мые емкости настройки, соединенные параллельно передающему резонансному контуру, В этой конструкции датчик содержит передающую систему в виде полоскового резонатора, возбуждаемого регулируемыми емкостями, приемную катушку. К разомкнутому концу токонесущей полоски резонатора подключена емкость укорочения (2) ., Однако в этом устройстве с поннжением частоты чувствительность датчика уменьшается, т.е. диапазон рабочих частот ограничен. Это.вызвано уменьшением добротности полоскового резонатора при увеличении емкости укорочения. Снижение рабочей частоты без увеличения емкости укорочения приводит к значительному увеличению размеров резонатора и датчика в целом.

Введенная в датчике электронная регулировка широкополосной компоненты наводки. недостаточно эффективна, так как не устраняет резонансную.. компоненту наводки в приемной.катушке (вызванную индуктивной связью

928210

10 l5

30

50 величина отношения

Б5 приемной и передающей системы). Эта компонента возникает, например, при смене одного образца другим, отличающимся магнитоэлектрическими характеристиками.

В данном датчике приемная катушка удалена от разомкнутого конца токонесущей полоски для уменьшения электрической наводки. Это приводит к увеличению габаритов датчика.

Цель изобретения — расширение час)тотного диапазона, увеличение эффек тивности регулировок, уменьшение га-. баритов датчика, Поставленная цель достигается тем, что в известный датчик магнитного резонанса, содержащий передающий резонансный контур, внутри которого расположена приемная катушка, регулируемые емкости возбуждения, регулируемые емкости настройки, соединенные параллельно передающему резонансному контуру, дополнительно введены петли индуктивной связи, а передающий резонансный контур выполнен в виде свернутой в рулон проводящей ленты, внутренний конец которой заземлен, а наружный конец соединен с регулируемыми емкостями настройки и регулируемыми емкостямч возбуждения через петли индуктивной связи, причем петли индуктивной связи имеют противоположное направление намотки друг относительно друга и расположены с разных сторон от приемной катушки симметрично оси пе-, редающего резонансного контура.

На фиг .1 приведен датчик, общий ,вид4 на фиг.2 — схема, поясняющая принцип дейстння электронных регуЭ лиронок. датчик состоит из передающего резонансного контура 1, представляющего собой скрученную в рулон проводящую ленту, витки которой диэлектрически разделены, внутренний конец которой соединен с экраном 2 с помощью проводника 3. Наружный конец ленты соединен через петли индуктивной связи 4 и 5 с регулируеФ мыми емкостями возбуждения б и регулируемыми емкостями настройки 7, включенными параллельно передающему резонансному контуру 1. Петли индуктивной связи 5 и 4 имеют взаимно противоположное направление намотки. Приемная катушка 8 расположена в центре симметрии передающего резонансного контура 1. Оси передающего резонансного контура 1 и приемной катушки 8 ортогональны. Ампулы 9 с образцом размещена внутри приемной катушки 8. Смена образца осуществляется через отверстие н передающем резонансном контуре 1 и экране 2.

Устройство работает следующим образом.

На вход датчика подается радиочастотный сигнал, который через регулируемые емкости возбуждает параллельный контур, состоящий из передающего резонансного контура 1 и регулируемых емкостей настройки 7 °

Из-за неидеальной ортогональности осей передающего резонансного контура 1 и приемной катушки 8, а также вследствие емкостной наводки со входа на выход датчика просачивается незначительный сигнал.

Это остаточное напряжение компенсируется изменением регулируемой емкости возбуждения 6 и регулируемых емкостей настройки. Магнитное поле прикладывается перпендикулярно широкой стенке датчика (показано на фиг.1) . При выполнении условий магнитного резонанса на выходе датчика появляется сигнал спиновой индукции, вызванный прецессией спинон образца.

Смена одного образца другим, от25 личающимся электрическими характеристиками, прин одит к нарушению ьаланса на выходе датчика, Компенсация широкополосной компоненты сигнала раэбаланса в приемной катушке осуществляется с помощью регулируемых емкостей возбуждения б. Применение регулируемых емкостей настройки 7 дает в о зможно ст ь к омпе нс ирон ат ь ре— зонансную компоненту разбаланса.

Для расширения диапазона регулиронок как широкополосной, так и ре.зонансной компоненты применяются петли индуктивной связи:4 и 5 между передающим резонансным контуром 1 и приемной катушкой 8. Ток в каждой петле связи,, 7 состоит иэ широкополосного 1, i и резонансного 1 i ig TQKB (cM ° фиг ° 2) Из эа протйвоположного направления намотки петель индуктивной снязи ток индуцирует в приемной катушке

ЭДС противоположной фазы, чем ток 9z

При С -С и С =C1, и одинаковых геометрических параметрах петель суммарная ЭДС компенсации равна нулю.

Фаза каждой составляющей i< и .i< изменяется на противоположную, когда

С С и

Сг C YY проходит через единицу. Изменение емкостей С, С и С, С осуществляется дифференциально для сохранения неизменными как условий возбужде— ния передающего резонансного контуБ 1уа, так и его резонансной частоты, Расположение приемной катушки на оси передающего резонансного контура на равном удалении от ее краев обеспечивает наименьшую емкостную пан д-ку на выходе и наибольшую одиар од928210 ность магнитной составляющей радиочастотного поля в образце.

Расположение петель индуктивной связи с разных сторон от приемной катушки необходимо для устранения взаимной связи магнитных потоков петель и обеспечивает независимость регулировок.

Приемущества датчика перед известными конструкциями реализуются за счет применения в качестве пере- 10 дающего контура свернутой в рулон проводящей ленты. Добротность передающего резонансного контура предлагаемого типа, имеющего много витков; выше добротности укороченного полоскового резонатора, имеющего длину токонесущей полоски, равную длине ленты. Магнитная составляющая возбуждения ВЧ поля сконцентрирована в объеме приемной катушки. Это позволяет повысить чувствительность датчика в диапазоне частот 1-20 мГц на 8-10 дБ по сравнению с известным.

Кроме того, приемная катушка расположена у заземленного конца ленты, имеющего нулевой потенциал, и хорошо экранирована витками ленты от другого конца, имеющего большой Электрический потенциал. Эта экранировка достигается беэ увеличения размеров передающей системы и позволяет, уменьшить размеры датчика практичес- ки до размеров приемной катушки.

В предлагаемом устройстве устранен фарадеевский экран, что дополнитель-. .но упрощает конструкцию.

Использование новых элементов (скрученной в рулон проводящей ленты- в качестве передающего резонансного контура датчика, регулируемых емкостей настройки контура, пе- 40 тель индуктивной связи с приемной катушкой) позволяет расширить диапазон рабочих частот датчика, уменьшить его габариты, повысить эффективность регулировок, что расширяет функциональные возможности датчика.

Формула изобретения

Датчик сигнала магнитного резонанса, содержащий передающий резонансный контур, внутри которого расположена приемная катушка, регулируемые емкости возбуждения, регулируемые емкости настройки, соединенные параллельно передающему резонансному контуру, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и расширения функциональных возможностей путем расширения частотного диапазона и увеличения эффективности регулировки, в него дополнительно введены петли индуктивной связи, а передающий резонансный контур выполнен в виде свернутой в рулон проводящей ленты, внутренний конец которой эаземлен, а наружный конец соединен с,регулируемыми емкостями настройки и регулируемыми емкостями возбуждения через петли индуктивной связи, прйчем петли индуктивной связи имеют противоположное направление намотки друг относительно друга и расположены с разных сторон от приемной катушки симметрично оси передающего резонансного контура °

Источникэ информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Arnold 7.T Magnetic Resonance of Protons in Ethyge АКcoho(.— Phys Rev., 1956, v. 102,р. 136.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 721735, кл. G. 01 N 27/78,1980 (прототип).

Составитель В.Покатилов

Редактор H.Áoáêoâ Техред М. Рейвес Корректор Н, Стец

Заказ 3226/54 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул . Проектная, 4