Сквид-магнитометры

Рис. 1.5. Структурные схемы высокочастотного сквид-магнитометра (а) и сквид-магнитометра постоянного тока (б) [39]

Электронная управляющая схема сквид-магнитометра представлена на рис. 1.25, При измерении магнитного поля исследуемого объекта прибор работает с замкнутой отрицательной обратной связью, причем ток обратной связи создает в катушке сквида магнитное поле, равное по абсолютной величине и противоположное по знаку измеряемому полю. Выходное напряжение прибора получается за счет тока обратной связи. Рабочий режим сквида устанавливается посредством задания требуемых уровней высокочастотного сигнала накачки (возбуждения) с частотой 30 МГц, модуляционного сигнала, изменяющегося по прямоугольному закону, с частотой 50 кГц и тока обратной связи. Катушка накачки вместе с емкостями коаксиального кабеля К, конденсаторов С1 и Сг и настроечного диода УВ образует высокочастотный резонансный контур. Под воздействием сквида в этом контуре возникает реак- [c.53]

Эффективным средством компенсации мешающего магнитного поля в измерительных приборах являются специальные системы катушек типа градиометров. Они обеспечивают исключение магнитного поля удаленных источников из измеряемого сигнала, если это поле обладает определенными свойствами пространственной равномерности. Этот вопрос будет обсужден ниже при рассмотрении конструкции сквид-магнитометров. [c.17]

При выборе структуры и параметров градиометра необходимо учитывать следующие объективные условия свойства конкретного объекта исследования, точнее, местоположение и конфигурацию биоэлектрического генератора, порождающего исследуемое поле характер внешнего магнитного поля помехи уровень собственного шума сквид-датчика конструктивные ограничения, характерные для работы со сквид-магнитометром. [c.36]

Основными геометрическими параметрами градиометра являются размеры катушек и значение базы. Рассмотрим вопросы оптимального выбора этих параметров на примере соосного симметричного градиометра с круглыми катушками. Сначала предположим, что цель состоит в достижении возможно более высокой чувствительности, т.е. отношения полезного сигнала к помехе. В этом случае размеры приемной катушки желательно увеличивать, так как при увеличении ее площади снижается уровень собственного шума сквид-магнитометра, приведенного к Приемной катушке. Ограничения на размеры катуШки налагаются главным образом размерами криостата в области градиометра. [c.38]

Основными частями сквид-магнитометра являются измерительная катушка (или система катушек), сквид-датчик и электронная схема управления (рис. 1.3). Главный элемент сквид-датчика - это сверх-проводниковый квантовый интерферометр, или сквид, чувствительный к магнитному потоку. Сквид представляет собой кольцеобразную структуру из сверхпроводящего материала (например, из ниобия) с одним или двумя так называемыми слабыми звеньями, или слабыми связями (джозефсоновскими контактами),. Кольцо с одним контактом возбужается высокочастотным сигналом, поэтому соответствующий датчик называется высокочастотным сквид-датчиком. Кольцо с двумя контактами возбуждается постоянным током, и соответствующий датчик называется сквид-датчиком постоянного тока. Известны различные топологические модификации сквидов, причем физические свойства слабой связи могут различаться в зависимости от технологии ее изготовления. Наиболее известны слабые связи типа точечного контакта, туннельного перехода и мостика. На рис. 1.4 показаны некоторые практические конструкции сквидов. На высокочастотном сквиде непосредственно устанавливают сверхпроводящую входную катушку и высокочастотную катушку колебательного контура управляющей электронной схемы. Применяются и более сложные конструкции сквидов, в том числе многопетлевые, с катушками различных форм и тд. [c.19]

Рис. 1.32. Система со сквид-магнитометром для исследования магнитного поля сердца (Массачусетский технологический институт, США) [89]

Рис. 1.33. Функциональная схема измерительной системы со сквид-магнитометром для исследования магнитного поля сердца (Хельсинкский технологический университет, Финляндия) [172]

Рис. 1.35. Функциональная схема измерительно-вычислительного комплекса со сквид-магнитометром для. исследования магнитного поля сердца (Университет Западного Резерва Кейса, США) [159, с. 255]

Рис. 1.36. Функциональная схема измерительно-вычислительного комплекса со сквид-магнитометром для исследования магнитного поля сердца (Туринский политехнический институт, Италия) [73, с. 153]

Запись МКГ в реальном времени в камере с магнитной экранировкой (с использованием сквид-магнитометра) Коэн и др. [c.70]

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СКВИД-МАГНИТОМЕТРОВ В БИОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ [c.147]

Исследования в области биомагнетизма и биомагнитометрии развивались неравномерно и зависели прежде всего от доступной измерительной техники. Подлинный качественный скачок в этой области Произошел в начале прошлого десятилетия, когда появилась возможность использовать для измерения слабых магнитных полей прибор нового типа, основанный на квантовых явлениях в сверхпроводнике — сквид-магнитометр. Этот прибор в сочетании с целым рядом методических и технических усовершенствований измерительной процедуры вскоре позволил получить записи индукции магнитного поля биологических объектов, практически не уступающие по качеству записям био-элект 1ческих потенциалов. С этого времени биомагнетизм развивается очень быстрыми темпами, охватывая все новые объекты, осваивая эффективные способы интерпретации данных, становясь признанным методом исследования научных проблем электрофизиологии и приближаясь к решению конкретных задач медицинской диагностики [9]. [c.4]

Принцип действия сквид-магнитометра. Сквид-магнитометр был впервые применен для измерения биомагнитного поля Коэном с соавторами в 1970 г. [84], а в настоящее время приборы этого типа используются подавляющим большинством исследователей, работающих в области биомагнетизма. Теория магнитометрических приборов, основанных на эффектах Джозефсона, разработана довольно подробно и изложена в многочисленных книгах и статьях [9, 12, 15, 21, 26—28, 33, 36, 39, 53, 70, 72, 118, 119, 165, 179, 182, 192, 205, 207, 208, 210 и др.]. Сведения о сквид-магнитометрах, используемых для биомагнитных измерешй в СССР, можно найти в [7, 9]. Ниже будет дано лишь самое общее представление о принципе действия, конструкции и условиях эксплуатации сквид-магнитометров. [c.18]

В сквид-магнитометре постоянного тока (рис. 1.5, б) кольцо сквида имеет два джозефсоновских контакта с одинаковь1ми характеристиками, причем на кольцо подается постоянный ток, протекающий параллельно через оба слабых звена. В этом случае изменения входного магнитного потока через кольцо при определенном уровне постоянного тока, индуктивности кольца и определенных параметрах джозеф- [c.21]

Сосуд с жиЭким гелием Рис. 1.3. Структурная схема сквид-магнитометра [159, с. 123] [c.19]

Рис. 1.10. Схемы градиометрических измерительных катушек, применяемых в сквид-магнитометрах для биомагнитных измерений (стрелками указано относительное направление токов в составляющих катушках) [39, 73]

Все сверхпроводяище элементы сквид-магнитометра размещены в криостате. Обычно это сосуд Дьюара с жидким гелием, имеющий хорошую тепловую изоляцию в нем поддерживается температура 4,2 К, обеспечивающая требуемое состояние сверхпроводимости. [c.21]

В высокочастотном сквид-магнитометре (рис. 1.5, а) кольцо сквида индуктивно связано с высокочастотным колебательным контуром, который накачивается при помощи внешнего генератора с частотой от нескольких десятков до нескольких сотен мегагерц, равной собственной частоте контура. Влияние на этот колебательный контур квантовых электродинамических процессов, происходящих в сквиде, можно рассматривать феноменологически как изменение полного сопротивления контура. При изменении входного магнитного потока (создаваемого током входной атушки) полное сопротивление и, следовательно, выходное напряжение контура испытывают изменения, периодические по потоку с периодом, равным кванту магнитного потока Фо = 2,07 х Вб. Управляющая электронная схема, содержащая обратные связи, обеспечивает усиление и детектирование высокочастотного сигнала, линеаризацию выходного напряжения по отношению к входному магнитному потоку, а также поддержание оптимального режима работы сквида и колебательного контура. При этом сквид фактически служит нуль-индикатором, а сквид-датчик в целом работает как высококачественный параметрический усилитель, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный измеряемому магнитному потоку. [c.21]

При исследовании биомагнитных полей нередко возникает необходимость одновременного измерения магнитного поля по нескольким каналам. Такие измерения нужны, в частности, при изучении распределения на заданной поверхности компоненты магнитной индукции поля сердца или мозга, а также при определении пространственного вектора магнитной индукции в векторной магнитокардиографии. Соответственно для многоканальных сквид-магнитометров требуются специальные конструкции градиометров [73, 105, 128, 137, 159, 177]. К векторным градиометрам предъявляются дополнительные ipe6oBia-ния — все три взаимно перпендикулярные компоненты магнитной индукции необходимо измерять в одной и той же точке пространства, причем должно быть исключено взаимное влияние между составляющими катушками разных каналов. Конструирование таких градиометров осложняется необходимостью компактного размещения нескольких измерительных катушек внутри криостата.. [c.37]

При анализе реального сквид-магнитометра необходимо учитывать собственный шум сквид-датчика. Допустим, что при изменении базы градиометра его индуктивность не изменяется и остается постоянным коэффищ1ент преобразования магнитного подока на входе градиометра во входной поток сквида. Обозначим через и 8с среднеквадра- [c.44]

Итак, для оптимизации базы градиометра вьццеописанными методом нужно знать уровни полезного сигнала и внешней помехи в области измерения, а также уровень собственного шума сквид-датчика и основные характеристики источника полезного сигнала. Задается достаточно большое исходное значение базы, затем при помощи формул (1.51) или (1.52) и (1.34) определяется ее оптимальное значение. По (1.53) или (1.55) можно найти отношение сигнала к помехе. Наконец, при помощи графиков на рис. 1.17 можно оценить, в какой степени используется теоретическая возможность повьпиения отношения сигнала к помехе при оптимизации конкретного сквид-магнитометра с заданным собственным шумом. Рассмотренные соотношения между полезным сигналом и помехами иллюстрируются на рис. 1.18. [c.45]

Чаще всего применяют балансировочные пластинки (триммеры), закрепляемые в фиксированном положении при первоначальной грубой балансировке или перемещаемые при помощи регулируемых штоков, которыми можно манипулировать во время работы сквид-магнитометра для более тонкой его настройки. Схема такого устройства для балансировки градиометра второго порядка показана на рис. ]. 24. Три маленькие сверхпроводящие пластинки, плоскости которых перпендикулярны осям прямоугольной системы координат, могут устанавливаться в нужное положение относительно плоскостей катушек градиометра. Пластинки, параллельные оси катушек, расположены у кромки одной из катушек и могут сдвигаться вверх или вниз, чго приводит к ожлонению соответствующих поперечных компонент магнитной индукции, заставляя ее проходить через катушку сверху или снизу. Этим корректируется погрешность в расположении плоскости катушки по отношению к оси градиометра. Для корректировки различия в площадях катушек нужно поместить третью пластинку (перпендикулярную оси градиометра) в соответствующее положение между приемной и средней катушками. Тем самым уменьшается чувствительная площадь ближайшей катушки. Таким образом регулируется эффективное значение произведения числа витков на площадь катушки и достигается нечувствительность градиометра к равномерному осевому полю. Балансировка градиометра второго порядка по отношению к осевому градиенту поля осуществляется изменением баэы для одной из пар состав- [c.51]

Магнитометр ЗКМ-2 [22,186, 190, 192, 193]. Сквид-магнитометр 8КМ-2 разработан и изготовлен в Институте измерения и измерительной техники Центра электрофизических исследований Словащсой Академии наук (Братислава, ЧССР) и предназначен для измерения очень слабых магнитных полей, в том числе магнитных полей, порождаемых биологическими объектами. [c.53]

Векторный магнитометр [137, 160, с. 13]. Векторный сквид-магнитометр, разработанный в Тамперском технологическом университете (Тампере, нляндия), предназначен для измерения трех ортогональных компонент магнитного вектора сердца. В нем применена система измерительных катушек однопозиционного типа, состоящая из трех симметричных или асимметричных градиометров первого порядка с круглыми катушками во всех каналах или с круглыми катушками в вертикальном канале и прямоугольными катушками в горизонтальных каналах. В зависимости ох условий оптимизации круглые приемные катушки имеют диаметр от 2,8 до 6 см, прямоугольные катушки — ширину 6 и высоту 2,9 см. База градиометров равна 15 см. [c.58]

Пяткаиальный магнитометр [73, с. 46]. Пятиканальный сквид-магнитометр, разработанный в Нью-Йоркском университете (Нью-Йорк, США), предназначен для топографического (многоканального) исследования нейромагнитного поля при отсутствии экранировки. [c.60]

Рис. 1.30. Структурная схема электронной системы для подавления внешней помехи пятиканапьного сквид-магнитометра [73, с. 46]

Рис. 1.38. Функциональная схема измерительно-вычислительного комплекса со сквид-магнитометром для исследования магнитного поля мозга (Хоккайдский университет, Япония) [160, с. 32]

Качество магнитных измерений существенно повысилось, когда в начале 70-х годов Коэн с соавторами и другие исследователи [80, 84, 164] стали применять сквид-магнитометр. Дальнейщее усоверщенст-вование измерительной процедуры благодаря применению сквид-магнитометров с градиометрической структурой измерительной катущки [c.69]

В связи с распространением сквид-магнитометров и накоплением экспертментальных данных более высокого качества постепенно формируются основные методические подходы к измерению и визуальному отображению магнитного поля сердца, а также его диагностической интерпретации. Следует отметить, что многое в этих подходах было непосредственно заимствовано из области электрокардиографии, однако целый ряд особенностей методики диктуется свойствами магнитного поля сердца, в частности тем фактом, что измеряемая магнитная индукция является векторной величиной. [c.77]

Сквид-магнитометр должен иметь градиометрический трансформатор потока с диаметром приемной катушки меньше 5 см и с базой больше 10 см, его чувствительность должна быть не хуже 0,05 пТл/Гц / в диапазоне частот 0,05-100 Гц. [c.81]

Общие сведения о нейромагнитометрии. Под нейромагнитометрией понимается измерение магнитного поля биоэлектрических источников мозга, а также отдельных нервных клеток и их популящ1Й. Магнитное поле головного мозга человека было впервые измерено Коэном при помощи индукционной катушки с ферритовым сердечником [79]. Для уменьшения влияния шумов использовалась магнитная экранировка и осреднение сигнала с привязкой к одновременно записываемой электроэнцефалограмме. В дальнейшем для измерения магнитного поля головного мозга, как и других органов, стали применять сквид-магнитометры, которые наряду с усовершенствованными способами подавления шумов позволили получить записи сигналов магнитной индукции мозга, не уступающие по качеству электроэнцефалограмме (см. обзоры [9,161, 205]). [c.117]

Методика магнитоэицефалографических измерений. Магнитное поле мозга в настоящее время измеряют при помощи сквид-магнитометров, применяя всевозможные способы борьбы с помехами, неизбежные при записи столь слабых сигналов, - магнитное экранирование помещения, градиометрическую структуру катушек магнитометра, специальную фильтрацию и др. [c.123]

В специальном исследовании было показано, чго сквид-магнитометры, приспособленные для измерения магнитного поля головного мозга человека, можно успешно применять и для нейромагнитометрии мелких млекопитающих, в частности, при биологическом моделировании на них фокальной эпилепсии [73, с. 237]. [c.125]

Магнитомиограмма. Коэн и Гивлер впервые экспериментально показали при помощи сквид-магнитометра, что скелетная мышца создает магнитное поле как постоянное, так и импульсное, которое вблизи поверхности тела (у локтя) может достигать 20 пТл [85]. [c.139]

Магнитоокулограмма и магниторетинограмма. Магнитное поле, порождаемое биоэлектрическими генераторами сетчатой оболочки глаза, было впервые зарегистрировано при помощи сквид-магнитометра Карпом с соавторами [134, 205]. [c.143]

В организме человека минералы железа иногда образуются вследствие перегрузки метаболизма при лечении некоторых заболеваний. В частности, симптомы дефицита железа при гемахроматозе и талассемии снимаются инъекциями раствора легкоусваиваемого коллоидного железа. При этом анемия па короткий период уменьшается, а железо в конце концов накапливается в различных тканях (включая печень и селезенку) в виде частиц ферригидрита неправильной формы, называемых гемосидерином. Значительные запасы этого вещества можно без оперативного вмешательства быстро обнаружить путем измерения индуцированного магнитного момента сквид-магнитометрами (Ferrill, 1983). [c.24]

Создание магнитометров со сверхпроводящими квантовыми интерфе-рометрическими датчиками (сквидами) существенно расширило возможности техники измерения магнитного поля. Чувствительность сквид-магнитометров на несколько порядков превосходит чувствительность магнитометрических приборов других типов. На основе этих датчиков были сконструированы магнитометры для измерения магнитных моментов небольших образцов, например стандартных цилиндров из породы при палеомагнитных исследованиях или биологических образцов с малым содержанием магнетита, представляющих интерес с точки зрения биомагнетизма. Измеряя магнитный момент образца без приложения внешнего магнитного поля, мы получаем остаточную намагниченность при наличии же внешнего поля можно определить магнитную восприимчивость образца. С помощью сквид-градиентомет-ров были сняты магнитные кардио- и энцефалограммы, причем для этого нужно было зарегистрировать индукцию поля порядка нескольких фемтотесла (микрогамм) [c.147]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология