Зонд для ямр магнитометра Советский патент 1981 года по МПК G01R33/08 

(54) ЗОНД ДЛЯ ЯМР МАГНИТОМЕТРА

1

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано д аппаратуре для измерения магнитных полей на основе метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известен зонд для ЯМР-магнитометра по авт. св. Н 789954, который может быть использован для измерения магнитных полей D1. Он содержит датчик с высокочастотной катушкой и контейнером со спинсодержащим веществом, пороговый генератор и соединительную линию между ними, выполненную в виде жесткого коаксиала. Внутри коаксиала по всей его длине расположены шайбы с отверстиями для прохода гелия, а на обоих концах коаксиала установлены разъемы, к одному из которых подключен пороговый генератор, а к другому - датчик, снабженный катушкой модуляции. В верхней части коаксиала выполнен патрубок с герметично установленными вводами, соединенными с катушкой модуляции проводами, размещенными внутри коаксиала.

Разъем, соединяющий коаксиал с пороговым генератором, выполнен герметичным. Высокочастотная катушка закреплена в отверстии каркаса датчика, а контейнер со спинсодержащим веществом установлен внутри высокочастотной катушки с возможностью его замены.

10

Недостатком известного зонда для ЯМР-магнитометра являются сильные наводки датчика на сверхпроводящий соленоид и электромеханические наводки на датчик при использовании силь

IS ных модулирующих полей. Наводки на датчик появляются вследствие взаимодействия катушек модуляции с измеря- . емым полем и проявляются в микрофонном эффекте, маскирующем сигнал,

20 что значительно снижает точность измерений и надежность обнаружения сигнала ЯМР. Наводки на сверхпроводящий соленоид нарушают нормальную

работу его источника тока и при измерении полей, параметры которых близки к критическим параметрам соленоида, приводят к аварийным ситуациям - переходу сверхпроводящего соленоида в нормальное состояние.

С целью повьшения точности в зонд для ЯМР-магнитометра введены четыре одинаковые, последовательно соединенные катушки модуляции, расположенные попарно симметрично относительно контейнера со спинсодержащим веществом, при этом внутренние катушки включены согласно, а внешние - встречно по отношению к внутренним кат тпкам

На чертеже изображен зонд для ЯМР-магнитометра в разрезе.

Зонд состоит из трех отдельных функциональных узлов: датчика 1, соединительной линии, выполненной в виде жесткого высокочастотного коаксиала 2 и порогового генератора 3. Датчик 1 содержит каркас 4 с отверстиями, в котором размещена низкочастотная (НЧ ) модуляционная система 5, .состоящая из четырех последовательно соединенных круглых катушек 6, 7, 8, 9. Две внутренние катушки - 6, 7 включены так, что создают однонаправленное поле модуляции, а две внеш- ,

ние - 8 и 9 - магнитное поле проти- / воположного направ.Тения. Между внутренними катушками 6 и 7 размещена высокочастотная (ВЧ) катушка 10 с контейнером 11 со спинсодержащим веществом. Катушки 6, 7, 8, 9 расположены симметрично относительно контейнера 11. Датчик окружен экраном 12, представляющим собой отрезок трубы коаксиала 2.

На обоих концах коаксиала 2 установлены разъемы 13 и 14. Высокочастотный разъем 13 соединяет пороговый генератор 3 с коаксиалом 2. Разъем 14 соединяет датчик I с коаксиалом 2. С датчика1 на разъем 14 выходят провода с ВЧ-катушки 10 и НЧ модуляционной системы 5. С коаксиала 2 на разъем 14 выходят центральный проводник 15 коаксиала 2, который своим втбрым концом подключен к/ разъему 13, и провода питания 16 НЧ модуляционной системы 5, которые размещены внутри коаксиала 2.

Для крепления центрального проводника 15 и проводов-питания 16 НЧ модуляционной системы 5 внутри трубы коаксиала служат фторопластовые шайбы 17 с отверстиями.

В верхней части коаксиала расположен патрубок 18, служащий для подключения зонда к системе газосбора, при работе зонда при низких(гелиевых

температурах. На патрубках 18 размещег НЧ разъем 19, служащий для подключения проводов питания I6 НЧ модуляционной системы 5 к источнику тока модуляции.

При работе зонда в жидком гелии наружная труба коаксиала 2 уплотняется во фланце 20 криостата 21 посредством простого сальникового уплотнения 22, допускающего перемещение

5 зонда вдоль оси без нарушения гермет-ичности. В криостате 21 расположен сверхпроводящий соленоид 23.

Модуляционная система 5 датчика работает следующим образом.

0 При помещении датчика 1 зонда ЯМР-магнитометра в измеряемое магнитное поле, на каждую ка ушку 6, 7,

8 и 9 модуляционной системы 5, в магнитном поле действует определенная

сила. Так как катушки 6, 7, 8, 9 одинаковы и включены последовательно, то силы эти равны по величине, но направлены противоположно, следовательно, суммарная сила, действующая на модуляционную систему 5, а следовательно, и на датчик 1, сводится к минимуму. Взаимоиндукцию каждой из катушек 6, 7, 8, 9с соленоидом 23 можно считать одинаковой и суммарная взаимоиндукция модуляционной системы 5 с соленоидом 23 равна нулю, поскольку катушки 8, 9 включены

встречно.

Вьтолнение модуляционной системы 5, состоящей из четырех катушек 6-9, и своеобразное их включение повышает точность измерений за счет снижения микрофонного эффекта в датчике 1, что в свою очередь устраняет синхронные наводки на сигнал ЯМР.

Это особенно важно при автоматических измерениях, так как микрофонная помеха может меняться, например при перемещении зонда, и скомпенсировать ее полностью не удается. Кроме того, повьш1ается надежность устройства за счет уменьшения вероятности перехода сверхпроводящего 5 соленоида 23 в состояние при работе в полях, близких к критическому, поскольку устраняются даводки датчика I на соленоид 23.