Датчик сигнала магнитного резонанса Советский патент 1982 года по МПК G01N24/08 

(54) ДАТЧИК СИГНАЛА МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к радиоспектроскопии и кРожет -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 .

Однако это устройство имеет следующие недостатки. Сильная емкостная связь между приемной и передающе-й катушками не дает возможности получить высокие степени развязки на выходе устройства, В этом устройстве отсутствует регулировка ширЬкополос;ной компоненты наводки в приемной катушке, поэтому развязка обеспечивается в узкой полосе частот. Механическая регулировка развязки сложна в изготовлении и малонадежна.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является датчик сигнаша магнитного резонанса, содержащий передающий резонансный контур, внутри которого расположена приемная катушка, регулируемые емкости возбуждения, регулируемые емкости настройки, соединенные параллельно передающему резонансному контуру,

В этой конструкции датчик содержит передающую систему в виде полоскового резонатора, возбуждаемого

10 регулируемыми емкостями, приемную катушку. К разомкнутому концу токонесущей полоски резонатора подключена емкость укорочения 2.,

Однако в этом устройстве с пони15жением частоты чувствительность Датчика уменьшается, т.е. диапазон рабочих частот ограничен. Это.вызвано уменьшением добротности полосковогр резонатора при увеличении ем20кости укорочения. Снижение рабочей частоты без увеличения емкости укорочения приводит к значительному увеличению размеров резонатора и датчика в целом.

25

Введенная в датчике электронная регулировка широкополосной компоненты наводки.недостаточно эффективна, так как не устраняет резонансную . кс 4поненту наводки в приемной .катушке (вызванную индуктивной, связью

приемной и передающей системы). Эта ксмпонента возникает, например, при смене одного образца другим, отличаю1цимся малгнитоэлектрическими 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 чаjTOTHoro диапазона, увеличение эффе(тивности регулировок, уменьшение габаритов датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в известный датчик магнитнго 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 емкостями 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 ,вид; на фиг.2 - схема, поясняющая прин1 ип действия электронных регулировок.

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 регулируемыми 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 в передаиющем 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 емкос1и возбуждения 6 и регулируемых емкостей настройки. Мс1гнитное поле прикладывается перпендикулярно широкой стенке датчика (показано на

Q фиг.1). При выполнении условий магнИтного резонанса на выходе датчика появляется сигнал спиновой индукции, вызванный прецессией спинов образца.

Смена одного образца другим, от5 личающимся электрическими характеристиками, приводит к нарушению баланса на выходе датчика. Компенса.уия широкополосной компоненты сигнала разбаланса в приемной катушке осуществляется с помощью регулируемых емкостей возбуждения 6. Применение регулируемых емкостей настройки 7 дает возможность компенсировать резонансную кс 4поненту разбаланса.

5 Для расширения диапазона регулировок как широкополосной, так и реЗонансной компоненты применяются петли индуктивной связи 4 и 5 между передающим резонансным контуQ ром 1 и приемной катушкой 8. Ток в каждой петле связи , J состоит из широкополосного 1у, ij и резонансного i, ig тока (см. фиг.2). Изза противоположного направления намотки петель индуктивной связи ток У( индуцирует в приемной катушке ЭДдС противоположной фазы, чем ток . При и и одинаковых геометрических параметрах петель суммарная ЭДС компенсации равна нулю. Фаза каждой составляющей i/ и i- изменяется на противоположную, когда

величина отношения --- и-

С С

5 проходит через единицу. Изменение емкостей С, С. и С , Ci, осуществляется дифференциально для сохранения неизменными как условий возбуждения передающего резонансного контуС fisif так и его резонансной частоты, Расположение приемной катушки на оси передающего резонансного контура на равном удалении от ее краев обеспечивает наименьшую емкостную народ -

5 ку на выходе и наибольшую садноргъ ность магнитной составляющей радиочастотного поля в образце. Расположение петель индуктивной связи с разных сторон от прием ой катушки необходимо для устранения взаимной связи магнитных потоков пе таль и обеспечивает независимость регулировок. Приемущества датчика перед известными конструкциями реализуются за счет применения в качестве передающего контура свернутой в рулон проводящей ленты. Добротность передмо1цего резонансного контура пред лагаемого 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 , имеющего нулевой потенциал,, и хорош экранирована витками ленты от другого конца, имеющего большой электрический потенциал. Эта экранировка достигается без увеличения разме ров передающей системы и позволяет уменьшить размеры датчика практичес ки до размеров приемной катушки. . В предлагаемом устройстве устранен фарадеевский экран, что дополнитель .но упрЪщает конструкцию. Использование новых элементов (скрученной в рулон проводящей лен ты в качестве передающего резонансного контура датчика, регулируемых емкостей настройки контура, пе тель индуктивной связи с приемной катушкой) позволяет расширить диапазон рабочих частот датчика, умен шить 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, отличающий с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и расширения функциональных возможностей путем расширения частотного диапазона и увеличения эффективности регулировки, в него дополнительно введены пет.ли индуктивной связи, а передающий резо- нансный контур выполнен в виде свернутой в рулон проводящей ленты, внутренний конец которой заземлен, а наружный конец соединен с.регули- . руемыми емкостями настройки и регулируемыми емкостями 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 передающего резонансного контура. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Arno -d 7 .Т., Magnetic Resonance of Protons in .Phys. Rev. , 1956, v. 102,p. 136. 2.Авторское свидетельство СССР 721735, кл. G 01 N 27/78,1980 (прототип) .