Датчик сигнала магнитного резонанса

Союз Советскнк Социалистических Республик(22) Заявлено 020 б,78(21) 2623991/18-2 аявки М 1 Б 27/78 с присоединен (23) Приорите ствеиицй комите СССР изобретений крытий осуд делам и от Опубликовано 15038 Дата опубликования 539.14 088.8 юллетень М писания 1 аоз. Автсрыизобретени М.Кармишин) Заявител о отделени и ого нститут фи 54) ДАТЧИК СИГНА НИТНОГО РЕЗОНАНСА 15 н датчик сигналаса для спин-генжащий передающуюхсекционной катушку фарадеевскирегулировки разви в этом устрой-.атушки незначитеъема приводит кприемную катушк магнитноераторасистему ушки, прий экранязки,тв е объем лен. Увеувеличению у со сторого резона2, содев виде двемную -кати системуОднак оприемнойличение онаводки н 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 артогональны, В одну из катушек помещают исследуемое вещество и подключают ее к приемнику, Другая катушка служит для создания в исследуемом веществе радиочастотного магнитного поля. С цельюуменьшения прямой связи между катушками они удалены одна от другой и между ними помещен электростатический экран.Однако известное-тройство 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 неоптимально область максимальной напряженности находится внутри этой катушки, а образец помещен вне ее). Поэтому для создания значительного магнитно го поля на образце к передающей катучшсе приходится подводить большую РЧ-мощность, что приводит к разогреву и нестабильнОсти развязки между приемной и передающей катушками, Увеличение размеров приемной катушки с целью исследования крупны образцов также приводит к увеличению прямой связи между приемной и передающей катушками, т,е. к ухудше нию развязки . Вследствие вихревых токов, возбуждаемых в металлических деталях датчика ВЧ-мощностью в приемной катушке наводится ЭДС индукции, которую трудно скомпенсировать иэ-за несимметрии полей этих токов и их фазовых сдвигов, что ограничивает развязку пределами 80-100 дб.Иэвестенны катушки возбуждения, вследствиечего развязка между приемной и передающей катушками ухудшается. Однородность высокочастотного поля передающей катушки внутри приемной катушкиухудшается с увеличением размеровприемной катушки. Величина развязкимежду приемной и передающей катушками ограничена остаточной емкостнойсвязью 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 иувеличение развязки между передающей и приемной системами,Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве передающая система выполнена в виде полосковогорезонатора, возбуждаемого регулируемыми емкостями, подключенными к токонесущей полоске с разных сторон отее оси симметрии, а также тем, чтополосковый резонатор выполнен симметричным.На фиг,1 и 2 показан предлагаемыйдатчик магнитного резонанса, общийвид; на фиг.З - схема, поясняющаяпринцип компенсации остаточной наводки в приемной катушке,Датчик содержит корпус 1 полоскового резонатора, являющийся экраномдатчика, токонесущую полоску 2, закрепленную на диэлектрической пластине3 и электрически соединенную с корпусом 1, Другой конец токонесущейполоски соединен с корпусом черезукорачивающую емкость 4, величинакоторой определяет резонансную частоту полоскового резонатора, Приемнаякатушка 5 намотана на каркас 6 изакреплена между диэлектрическимипластинами 7 и 8 вблизи заземленногоконца полоски 2 таким образом, чтоее ось параллельна оси симметрии токонесущей полоски. Фарадеевскийэкран 9 расположен между приемнойкатушкой 5 и токонесущей полоской2 и электрически соединен с боковымистенками корпуса 1. Полосковый резонатор возбуждается со стороны укорочения при помощи 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 следующимобразом.Датчик помещают в постоянное магнитное поле Но так, что силовыелинии поля Но перпендикулярны плоскости токонесущей полоски 2. Навход датчика подается радиочастотнаямощность, которая через емкости10,11 возбуждает в полосковом резо Если СС 1, ЭДС компенсации, вприемной катушке отлична от нуля,причем знак ее и величина зависятот соотношения емкостей возбуждения.Суммарная емкость возбужденияостается постоянной с целью сохранения неизменных условий возбуждениярезонатора. Поскольку ЭДС компенсации пропорциональна току возбуждения,имеющему широкополосный характер,она оказывается широкополосной, чтопозволяет получить развязку в широкойполоее частот, Увеличение размеровприемной катушки не приводит к ухудшению однородности ВЧ-поля внутриее, так как известно, что высокочастотное поле полоскового резонатора 60 однородно во всем объеме между токонесущей полоской и заземленной пластиной, Выполнение полоскового резонатора симметричным улучшает однородность ВЧ-поля и обеспечивает экрани рование датчика5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 наторе колебание типа ТЕМ. При указанной ориентации приемной катушки 5 на выход датчика эта мощность не поступает, При условии ЯМР в образце 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 входной мощности,. вызванной емкостной связью 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. Дальнейшее уменьшение емкостной наводки .достигается размещением фарадеевского экрана 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 получить наряду с продольными токами 31 и (фиг.2) в полоске поперечные :оставляющие тока возбуждения 1 и 11 наводящие в приемной катушке ЭС пропорциональную сумме 1 и Эта ЭДС компенсирует остаточный сигнал наводки, Величина токов 1 и 11 определяется величинами емкостей С и С 1 соответственно, В случаеравенства С 4 и С токи .1 и 1 равны, но противоположно направлены, следовательно, их сумма рачна нулю и ЭДС компенсации равна нулю.5 721735 фиг.1 фис.8 Использов ание 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 радиосигналов с помощью спиновых систем, Высокая степень развязки и большой рабочий объем датчика позволяют исследовать вещества со слабыми сигналами.Формула изобретения1. Датчик сигнала магнитного ре эонанса, содержащий передающую систему, фарадеевский экран и приемнуюкатушку, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения рабочего объема датчика и расширения частотного диапазона, передающая система выполнена в виде полоскового 5 резонатора, воабуждаемого регулируемыми емкостями, подключеннымик токонесущей полоске с разныхсторон от ее оси симметрии,2. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что полосковый резонатор выполнен симметричным.Источнйки информации,принятые во внимание при экспертизе 15 1, Самитов Ю,Ю, Ядерный магнитнорезонансный спектпометр высокойразрешающей силы; Приборы и техникаэксперимента, 1961, 9 5, с,100-108,202.АЪюЬатаоЪЕ.,йепепСЭо 1 Эс 3 пз 1 г1962, Ч 39, р.513-514 (прототип ЦНИИПИ Заказ 122/35Тираж 1019 Подписное Филиал ППП ПаТент,г. Ужгород, ул. Проектная,4