Сверхпроводниковый магнитоградиентометр для биомагнитных измерений

(51)5 6 01 В 33/035 О АНИЕ ИЗОБРЕТЕН У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССРи Институт высшей нервной деятельности инейрофизиологии АН СССР(56) Патент США Ьй 3980076,кл, А б В 5/02, опублик, 1976.АГьгесИ С, ет. а 1, "Аррсабоп о 1 Ла 1 бстпп 11 гп ЯОО 10 Я алсос тесЬпцое акогЬопацпетс гпеавоге,"пегта". Сго 9 епсв,1 чо11, 1981, р 607,(54) СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЙ МАГНИТОГРАДИЕНТОМЕТР ДПЯ БИОМАГНИТНЫХИЗМЕРЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерениям магнитных полей, создаваемых организмом человека и другими биологическими объектами, и предназначено для изл 1 ерения маг нитных полей головного мозга человека. Цель изобретения - повышение точности измерении - достигается введением компенсационной катушки 16, усилителя 15. фильтра 14 нижних частот, управляемого резистивного делителя 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, катушку 7 связи, блок 8 объема сигнала с квантового интерферометра, резистор 9, катушку 10 обратной связи квантового интерфером гра, блок 11 регис грации, блок 12 управления, 1 ил,Изобретение относится к технике измерения магнитных полей, создаваемыхорганизмом человека и другими биологическими объектами, и предназначено дляизмерения магнитных полей головного моэга человека.Целью изобретения является повышение точности измерений помехоэащищенности магнитоградиентометра,На чертеже приведена блок-схема 10предлагаемого магнитоградиентометра,Магнитоградиентометр содержит приемный градиентометрический контур второй производной с крайними 1 и 2 ицентральными 3 витками, расположенный в 15хвостовой части 4 немагнитного дьюара 5 ииндуктивно связанный с сверхпроводящимквантовым интерферометром 6, напримердвухконтактным, посредством катушки 7связи, блок 8 сьема сигнала с квантового 20интерферометра, резистор 9 обратной связи, катушку 10 обратной связи квантовогоинтерферометра, блок 11 регистрации, блок12 управления, управляемый резистивныйделитель 13 напряжения, фильтр 14 нижних 25час 1 от, усилитель 15, компенсационную катушку 16, выполненную, например, в видеодиночного витка и расположенную снаружи дьюара на его хвостовой части, соосно скрайним витком 2 градиентометрического 30контура.На чертеже показан приемный градиентометрический контур, содержащий двацентральных и по одному крайнему витку,один из которых (виток 1), расположенный 35вблизи дна хвостовой части дьюара, являетсяприемным вит,;ом для магнитных полей головного мозга, Градиентометрический контурможет содержать в М раз большее количество центральных и крайних витков, Их количество зависит от параметров используемогоквантового интерферометра.В магнитоградиентометре могут быть использованы как одноконтактные, так и двухконтактные сверхпроводящие квантовые 45интерферометры, Конструкция блока съемасигнала зависит от типа используемогоквантового интерферометра. В случае применения двухконтактного квантового интерферометра блок 8 съема сигнала с 50квантового интерферометра должен включать в себя предварительный усилитель 17с согласующим элементом, напримертрансформатором 18, подключенным черезтокоограничивающий резистор 19 к квантовому интерферометру, синхронный детектор 20, интегратор 21, выход которогоявляется выходом блока съема сигнала,ключ 22, модуляционный генератор 23, подключенный к катушке 10 обратной связи и опорному входу синхронного де 1 ектора 20,и источник 24 тока для задания тока черезквантовый интерферометр,Блок 11 регистрации содержит малошумящий усилитель с управляемым коэффициентом усиления, вход которого долженбыть подключен к резистору 9 обратнойсвязи, набор постоянных резисторов, подключаемых по сигналам с блока управленияк входам усилителя параллельно резистору9 для изменения коэффициента передачицепи обратной связи магнитоградиентолетра и соответственно изменения его чувствительности и входной полосы и ка ой-либорегистрирующий прибор, например спектроаналиэатор с печатающим устройством,Блок 12 управления обеспечивает выдачу команд на установку соответствующихкоэффициентов передачи цепи обратнойсвязи магнитоградиентометра, блока регистрации и управляемого резистивногоделителя 13 напряжений, а также сброс интегратора 21 блока 8 для установки нулевогосигнала на выходе магнитоградиентометраи (в простейшем случае) может быть выполнен в виде набора коммутирующих элементов (переключателей), подключенных кисточнику напряжения для формированияна своих вьходах сигналов определенногоуровня,Магнитоградиентометр работает следующим образом,Приемный градиентометрический контур располагают вблизи биомагнитного объекта. Изменяющееся магнитное полебиомагнитного обьекта воспринимаетсякрайним витком 2 градиентометрическогоконтура и преобразуется квантовым интерферометром 6 в напряжение, которое поступает с блока 8 съема сигнала на блок 11регистрации. Требуемый коэффициентпреобразования всего магнитоградиентометра и его чувствительность устанавливаются по сигналам с блока 12 управленияпутем изменения коэффициента усиленияусилителя блока регистрации, а также путемизменения величины сопротивления резистора 9 обратной связи эа счет включенияпараллельно резистору 9 дополнительныхрезисторов, рходящих в состав блока 11 регистрации,Блок 8 съема сигнала с квантового интерферометра 6 работает следующим образом,Сигналы, воспринимаемые градиентометрическим контуром с помощью катушки 7связи, создают магнитн,й поток через кьантовый интерферометр 6, который модулируется сигналом, например, прямоугольной формыс частотой порядка 500 кГц с двойной ампли 1.243 6тудои ф) /2 где Ф= 2,05 10Б, - кван МВГНИтНОГО Патока, ПОдадаЕМСй На Кдту 1.,Ку 10 обрд) ной связи с Вь я;а моду.я ,;анно.о генератора 2,3, 1;огдд Р.В; зСтат.;ческая компгнента пОд через кВ 1) Гчьй лн Геоферометр ра. 1 а точно ),; ии 1 п )2/ ".где Ь - целое число нагря:ение а выхсде квантового иР;ерфероме ра гред тавляет ;Обой сиГнал прямоуГОл ной ф 01 члы с с Гс.той 1 Р. ц, Г 1 рси чхрсннс:л дег;хтиро:.ании 10 эого сигнала синхронн:л детекгором 20 с опорной частотой 500 кр, усГ едное вы- ХОДНОЕ НДПРЯжЕНИЕ Р;.НО НУЛЮ ЕСЛИ ГОтСК изменяется на,ебг ьц)ун Величин) А/:, то а В яходе ква тового интер ьг.помет 1 зд по 1 ,ьгЯе Гся сгал с чдс Ротси 50 Г) к 1 ц:1;,) удз и фаза оторо 1 о Висят От вели 1,; ьГи знака;/), .Эт;т с;Гндд чГ.ПЗ ГОГ дг;у ций тра 1"фооматор "1 сил Гел,посгугает на вход синхроно о д;тек-.ор. 20 20, В котонс)м преобрдзуется;з отл 1;чпо: от уля ;стоянОе напряжение, п.),)ГорциоЗЛЬНСЕ С), С МакСимдльным зна е- зк,соответствуюгцим .зРеенГ по окд а величин) и 1)4/Ф Синдл с Выхода сНх 25 рон 1 ого детектора и тегрируется т;гратором 2 1 и подается через ";сзистор Г обра ной гвязи на кдтуГк, 10 об)1.д си се.- зи, ко ордя поддерживает посоянный г оток через квантовый интерферплетр. 11)" этом З 0 ПадЕН Е НВПряжЕНИя На ГС ,ИСТО;)Е ОГ)рзгной сгяэЭ проп.)рциоВГьно иэРлеениГ готок; дФ,Для уменьшения низкочаг,готного шуме используется цегь, спстояьцдя 1 з п следп- З 5 вательно соед 11 енных управляемого резистивнпго делит;ля 13 ндпояженя, филь) ра 14 нижних час ст,; усилителя 15 с компенсационной .атушкой ",6. Фильтр 14 нижних ч- тст выделяет иэ вьходного сигнала маг нитоградиентометра низко зстотный сигнал в пслосе частот 0,01 2 Рц ,конкоетно требуемая полоса частст и требуеРлая частотная характеристика т,иль)рд выбирает.ся, исходя из тр Ьуг;мого диапазона 45 подавления ни зко д сто тн ы х поРле,1 кото Гый через усилит:ль 15 пос упа т д омпе;. ционную катус)ку 16. Г.,;пого,енРую на хвостовой а ти Д,.ар" 5 сгоснп с кГ)дй.н л вит .ОРлГрддентоРлетрес "оо конту" ра. удалееРьм От бОРлагитог) ОР ьекта ДО . я КМ)Е яо,.зб 1 озъ Гя тд 1 м сп" яГЦЕ, ГЕ;ЭЕМЕС, РЛ, Н 1 1 : Г ; , . ДВ РГ льсти О й-( . ,; к Р.а ,.;1, и",ГО В.ЛЛЧИНЕ б:И К 1,;,;Н ., -.Гссзд:ваемо)у д .,.,Г:.;, 1урд я еОнм Г 1) Р сы". ни Р )дел, д такжс изм" -"РП;ц,Сй Г.,).;,Зн , Д ; лаг н;)т 1:ь по". . ре 1,Гри;,уе 1 .о Гд;,;ентзме-ООРл Зтс ".сало;яет б" я-; ОР н:, 1 2 поряд а осе.бит , . Г д,д у; к", поненту си ала, и т)" е 1 1:,с,днп. Вчй т 1),)РеГР, ск О е, , 1 Г;ГР, 1 кУс)0 и 3 работ" б),Р дб 1 д "Г-ки слИ ПО)Ы;ИГР,)О НОГ Г,лв ВИ; "ЧИГОВ. Р ,. ГИ 1;;:; РД Ь 1 Р 1) ВГ,1.,Г Л .РР 11 . Х".С )1;. 1СГ 1 Р 11ОПД ГЯРВ и ;Н,Е:,Г, :,: Г". О одлциР 1 кваОГ , )Р 1,. 1 )ГГ Р,)д Л,Е"Р Ь М Г д)ОК ,.РЯ Г Г,Д Д КЗДН;ОВС О 1 Н" Г . ЕО;,Зд ,Готе 1 тор, к сКотс кс:,з н . рдтсу и ОЕЗИстоР Р,.РД,.г, Р г.-э,; и,ПЧЕН К Р,тУШРе,братГ)й с-з, Р.дд ;ВГ)1) 1 лнтер 1 ерд е" рд блок рсг;-т- - . Вх;дко О 1 ", е, е Г резист.)р(л рб 1; с; й Гп-д ,р Ия.,грагляю, 1 ИГ; . ( псслед н - Ны С УПРДВГ Я . .;КГ,Д: Л ,а регистрации бло:а с ОР; г; н, ла с ьан- ТДРОГО ИНТЕРфЕРОкатРГ О т Л 1 Ч Д З Ц И и: ", ТЕМ, ЧТ, С ЦЕЬ ;) ", ) ,Н, ГГСрений, в не о )Геде ьГл;г;енсдц. снндя к,)- тушка, усилитель, ф .", .р нижних зстот и упрзпляемый реэис-ивн ; де )1-.л 1;апряжения, вход котс,огГ ГОдк)с ОР к вьходу блока реГисрации, уподвляюций зход Г Оедлнен с Вт 3,ы м ВыхР)блока уравленля а вхо;, чер: з .л т; жних частот;одкг пчел Р;,с Р чсл)тел ., ВыхОд которОГО со , ен с кРеСд 110 н.НОй КатУШКОй, Р-.;ПОЛГж-:ч 1 ДРУКНС й СТОРОНЕ ДьЮВРДООСО Р;.ЗИРл: Г л Градие Ь"егрич Г:сгс КО,Г, , дд)ен ь.л От Объекте измерен: я