Датчик сигнала магнитного резонанса Советский патент 1980 года по МПК G01N27/78 

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 две катуш ки индуктивности, оси которых ортогональны. В одну из KaTyijeK помещают исследуемое вещество и подклю чают ее к приемнику. Другая катушка служит для создания в исследуемом веществе радиочастотного магнитного поля. С цельюуменьшения прямой связи между катушками они удалены одна UT другой и между ними помещен электростатический экран. Однако известное Joтpoйcтвo обладает следующими недостатками. Радиочастотное магнитное поле можно считать однородным только в малых рабочих объемах, что не позволяет исследовать большие образцы. Магнитный поток, создаваемый передающей катушкой, используется неоптимаяьно (область максимальной напряженности находится внутри этой катушки, а образец помещен вне ее). Поэтому для создания значительного магнитного поля на образце к передающей катушке приходится подводить большую РЧ-мощность, что приводит к разогреву и нестабильности развязки между приемной и передающей кату1иками. 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 из-за несимметрии полей этих токов и их фазовых сдвигов, что ограничивает развязку пределами 80-100 дб. Известен датчик сигнала магнитного резонанса для спин-генератора 2, содержащий передающую систему в виде двухсекционной катушки, приемную -катушк у, фарадеевский экран и систему регулировки развязки. Однако и в этом устройстве объем приемной катушки незначителен. Увеличение объема приводит к увеличению наводки на приемную xaTvniKy со стороны катушки воз6у 1сдения, 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 катушками .

Целью изобретения является увеличение рабочего объема датчика и увеличение развязки между передаюи(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 симметричным.

На фиг,1 и 2 показан предлагаемый датчик магнитного резонанса, общий вид; на фиг.З - схема,поясняющая принцип компенсации остаточной наводки в приемной катушке.

Датчик содержит корпус 1 полоскового резонатора, являющийся экраном датчика, токонесущую полоску 2, закрепленную на диэлектрической пластин 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 noMOEiui 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 след-ующим образом.

Датчик помещают в постоянное магнитное поле HQ так, что силовые линии поля HQ перпендикулярны плоскости токонесущей полоски 2. .На вхсад датчика подается радиочастотная мощность, которая через емкости 10,11 возбуждает в полосковом резонаторе колебание типа ТЕМ. При указанной ориентации приемной катушки 5 на выход датчика эта мощность не .поступает. При условии ЯМР в образц 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 вхорной мощности,, вызванной емкостнойсвязью 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 токонесущей полоски незначительна. Далнейшее уменьшение емкостной наводки .достигается размещением фарадеевского эк-рана 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 наряду с продольными токами j и (фиг.2) в полоске поперег ные составляющие тока возбуждения i и Ii наводящие в приемной катушке ЭДС пропорциональную сумме 1., и 2 Эта ЭДС компенсирует остаточный сигнал наводки. Величина токов i., и Т2 определяется величинами емкостей С и Cj соответственно. В случае равенства С и С тоКи Т и -i,, равны, но противоположно направлены, следовательно, их сумма рэчна нулю и ЭДС компенсации равна нулю.

Если , ЭДС ;компенсации, в 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 широко полосе частот. Увеличение размеров приемной катушки не привадит к ухудшению однородности ВЧ-поля внутри ее, так как известно, что высокочастотное поле полоскового резонатора однородно во всем объеме между токонсущей полоской и заземленной пластиной. Выполнение полоскового резонатора симметричным улучшает однородность ВЧ-поля и обеспечивает экранирование датчика.

Использование 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 радиосигнсшов с помощью спиновых систем. Высокая степень развязки и большой рабочий объем датчика позволяют исследовать вещества со слабыми сигналами. Формула изобретения

1, Датчик сигнала магнитного реэонанса, 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, возбуждаемого регулируемыми емкостями, подключенными к токонесущей полоске с разных сторон от ее оси симметрии,

0

2, Датчик поп,1, отличающий с я тем, что полосковый резонатор выполнен симметричным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

$

1, Сг1митов Ю,Ю, Ядерный магнитнорезонансный спектрометр высокой разрешающей силы,- Приборы и техника эксперимента 1961, 5, с. 100-108,

0

2.АЪга 1сз1|п5опЫ.,Це-1пепС.1.о{ Sci nstr 1962, V 39, р,513-514 (прототип)..