Сверхпроводниковый магнитоградиентометр для биомагнитных измерений Советский патент 1991 года по МПК G01R33/35 

Изобретение относится к технике измерения магнитных полей, создаваемых организмом человека и другими биологическими объектами, и предназначено для измерения магнитных полей головного мозга человека.

Целью изобретения является повышение точности измерений помехозащищенности магнитоградиентометра.

На чертеже приведена- блок-схема предлагаемого магнитоградиентометра.

Магнитоградиентометр содержит приемный градиентометрический контур второй производной с крайними 1 и 2 и центральными 3 витками, расположенный в хвостовой части 4 немагнитного дыоара 5 и индуктивно связанный с сверхпроводящим кг.анговым интерферометром 6, например двухконтактным, посредством катушки 7 связи, блок 8 съема сигнала с квантового интерферометра, резистор 9 обратной связи, катушку 10 обратной связи квантового интерферометра, блок 11 регистрации, блок 12 управления, управляемый резистивный делитель 13 напряжения, фильтр 14 нижних частот, усилитель 15, компенсационную катушку 16, выполненную, например, в виде одиночного витка и расположенную снаружи дьюара на его хвостовой части, соосно с крайним витком 2 градиентометрического контура.

На чертеже показан приемный градиентометрический контур, содержащий два центральных и по одному крайнему витку, один из которых (виток 1), расположенный вблизи дна хвостовой части дьюара, является приемным вит,.ом для магнитных полей головного мозга. Градиентометрический контур может содержать в N раз большее количество центральных и крайних витков. Их количество зависит от параметров используемого квантового интерферометра.

В магнитоградиентометре могут быть использованы как одноконтактные, так и двухконтактные сверхпроводящие квантовые интерферометры. Конструкция блока съема сигнала зависит от типа используемого квантового интерферометра. В случае применения двухконтактного квантового интерферометра блок 8 съема сигнала с квантового интерферометра должен включать в себя предварительный усилитель 17 с согласующим элементом, например трансформатором 18, подключенным через токсограничивающий резистор 19 к квантовому интерферометру, синхронный детектор 20, интегратор 21, выход которого язляется выходом блока съема сигнала, ключ 22, модуляционный генератор 23, подключенный к катушке 10 обратной связи и

опорному входу синхронного детектора 20, и источник 24 тока для задания тока через квантовый интерферометр.

Блок 11 регистрации содержит мэлошумящий усилитель с управляемым коэффициентом усиления, вход которого должен быть подключен к резистору 9 обратной связи, набор постоянных резисторов, подключаемых по сигналам с блока управления

0 к входам усилителя параллельно резистору 9 для изменения коэффициента передачи цепи обратной связи магнитоградиентометра и соответственно изменения его чувствительности И ВХОДНОЙ ПОЛОСЫ И КЗ ОЙ-ЛИЬО

5 регистрирующий прибор, например спектроа- нализатор с печатающим устройством.

Блок 12 управления обеспечивает РЫДЧ- чу команд на установку соответствующих коэффициентов передами цепи обратной

0 связи магнитоградиенгометра, блока регистрации и управляемого резистивного делителя 13 напряжений, а также сброс интегратора 21 блока 8 для установки нулевого сигнала на выходе магнитоградиентометра

5 и (в простейшем случае) может быть выполнен в виде набора коммутирующих элементов (переключателей), подключенных к источнику напряжения для формирования на своих выходах сигналов определенного

0 уровня.

Магнитоградиентометр работает следующим образом.

Приемный градиентометрический контур располагают вблизи биомагиитного объ5 екта. Изменяющееся магнитное поле биомагнитного объекта воспринимается крайним витком 2 градиентометрического контура и преобразуется квантовым интерферометром 6 в напряжение, которое по0 ступает с блока 8 съема сигнала на блок 11 регистрации. Требуемый коэффициент преобразования всего магнитоградиентометра и его чувствительность устанавливаются по сигналам с блока 12 управления

5 путем изменения коэффициента усиления усилителя блока регистрации, а также путем изменения величины сопротивления резистора 9 обратной связи за счет включения параллельно резистор/ 9 дополнительных

0 резисторов, входящих в состав блока 11 регистрации.

Блок 8 съема сигнала с квантового интерферометра 6 работает следующим образом.

5Сигналы, воспринимаемые градиентометрическим контуром с помощью катушки 7 связи, создают магнитный поток через кеан- товый интерферометр 6, который модулируется сигналом например, прямоугольной формы с ЧАСТОТОЙ порядка 500 кГц с двойной ампли- удои Ф0 /2 гдрФ0 2,05 10 1э ьб-кван магнитного потека, подава -н и на крупку 10 обрят ной с РМ молуг я ;мОнчо .о енератора 23 огдч ьэ,чистят чрская компонента пмо т 4u,r -i (чи шгсо- феоометр ра.л а точчо иг и (л - 1)2/ 0 где h - целор число i-апря: г--,ие на выходе квантового ин.ерферомефа гредсгавляет собой сигнал трямоугол1 нтп формы с чагго той 1 ггц Пр.) си нх(. ьннс л да г амии Э ого сигнала синхрона и дэтекг ром 20 г опорной частотой 500 к ц угч едч чое вы /одное напряжение нули Егли пток изгоняется на пебг ьш и челич1,,ну гГу то а гыходе чва нового интерфгпометрз но JL CkirHd/i с 50 кГц w .у/цЗ и фаза Оторого „ависят ст е.ч ич L и знаке г1-у Эт т ° че v-т гог i тv щ.1и трансформатор У и /си; i (чг 17 посгупает на Влод синхронно од ек С р 20, Р котором преобразуемся т t i-уля Р Стоянное напряжение п )порьио- нзльнсе о , с максимал HSIM нччеии соответстэующим пзмвньнию па величину (ni 1)4/(1ъ Сигнпл с вьио/п , 1н ронюго детектора интегрируется - нт тором 21 и подается через р зигтор г оРпа- чой гвя.М1 на ашчк 10 обрти«&и ГЕ i- 1И, кошрая поддерживает посюянныи г оток через квантовый кнтерфе По/ том падение напряжения на :к ной сгляз- 9 проп фциончльно измечинию поток с(

Для уменьшение чизкочаг готнэго шуг/г используется цеггь состочщ IM вателино сооди енных упрэв тяемого рези- стивного детит- пя 13 напряжения, фи/iLipa 14 нижних 43CiOT -, усиаитр; Р 15 с компен сационной /атуикоГ- 6 Фипьтр 14 - ижнил выделяет из выходного сигналя маг- нитоградиентометрс низкочастотный сиг- чал в полосе чостот 0,01 2 Гц конкретно тре6усм я полоса частот и требуемая частотная характеристик илырп выбирает ся, исходя из трэЬ,гмого диапазона подэву.енчя ни-кои стотн1 х поме ) кото рый через усилитель 15 ia ом- пснс ционн ю катуьл v 1G о-, поливенную нг хвостовой асти д: юар Ь гоосн ( с край ч чм вит ом ° грддиентпмртри (o конту- ра удлечным от биомагнитчгго JGI ектч

-i1, а .

r1 r I- , ьа

L

0эие 1ДН5; кг мпе L

биоЭ-Э Г,Р т i N гг, Mir

щ.г .м чг MjrHi ь. i i

зргл.-сти о и не к ма -I . i по о злмчиче Р in , -- p|,u

oos.nf смо iy з л t1 i

lypc т ifUHHvi L iy ьы-- , H.MHi -1,1-рм а

тачмм. изм: -. .ц. CH грз/, h эг

t-.;T oix; ПОГ . PC I f. l/r /в i1- 4 i J ГЭ,мент)ме-ос и 3 - ro яет L ,r i;

12 горяц j огг-,Сить i,c ui i v к моменту ci 1 Я, п, , ,, jen ;i i с.ам-rf

ВЫИ .(4 J )МСГр 0 HT1 HI Гр 4k у

ti cfto1. i раРот Гл r 1г ки гм ипопьяигью ног гц, э е еми ч-i rna дне OMP i

о

I 3

I

f

J Л 2 H (ч j i ,

rf (I

т л г , T1-1 t Л3 t ii H 3 г пи- rn,r

/,1141- i ,L i I Л ( , fin yr IT ipn/l -чi ц 1 i ) )

t, ,iH u, i.i i, ( pa ы-к v i р -п. r i r

/( h НИИ r 4t I It I 1 Ч И M 4 .1 Oil Д ТЯрЬ i v H.11 т,,11 i - .,, v -ir Q

t OAiuu ква.1 :огц пи| f t r) -T. f i ,д Л С U Ь M I О J t О К f r И Т 0 ,

KTPr OBCi f, IIH rnfPJ 04)i ГО (Ч . ,1

TPKTUP i , -OT(. i 1C 1 , , ИН f сПОн .1

оезчстпр ip 1тнп| г -- ; г .чочен к t iTytu- ке jjpaTHO i F- 3 к, in терфррТ С1

P 6ТОК Ptr irT Hi nv-lgЈi o ОГ wOOrl HGH

г 5ром оби in г rj т прс1 ,Р

ПИЯ ТЧГ/П Л ДИ - ( ПС С IPJl Ht

н ы с у п р з ч; о, , i r i v Р - ч 11 a ре испррции и ь пмп см н i; г глн- тэвэго п - теоф ро рт). г с т in ч п з j и и ; ; тем что сцеЧ( n inoc .i i °ме- ргний, в него Н1рдег ь ог . онная х ) тушка усит ге/.ь ф 1мэ р нижних осто и упр гляемый pe3HCT.ibiiL ДРИТОЛ напряжения ехол к jTcpor г одклк и н к вь- ход/ б тока регистрации у пот ваяющий зход Огэдик ег с, вт, bv aj/i ;jr Om a унравгения а )пл т; г ж них астот исг / ючз f а /-ипител , выход которого со и ен L KI e lC upon ной катуи кой р гполг-fri H-IPV HI r

СТОрОЧе ДЬЮТрЗ v ГГЭП

грядие мпь-°грич г-(о т , теннь м от объект измерен «

Изобретение относится к измерениям магнитных полей, создаваемых организмом человека и другими биологическими обьек- тами, и предназначено для измерения маг нитных полей головного мозга человека. Цепь изобретения - повышение точности из- мереьии -достигается введением компенсационной катушки 16,усилителя 15 фильтра 14 нижних частот, управляемого резистивного делителг 13 напряжений. Устройство также содержит приемный градиентометрический контур второй производной с крайними 1, 2 и центральными 3 витками, расположенный е хвостовой части 4 немагнитного дьюара 5.квантовый интерферометр 6, катуш у 7 связи, блок 8 объема сигнала с квантового интерферометра, резистор 9, катушку 10 обратной связи квантового интерферомс гра, блок 11 регистрации, блок 12 управления 1 ил сл с о hO СО VJ о