Электромагнитные поля в биосфере. Том 1 - Красногорская Н.
Скачать (прямая ссылка):
Системы подавления магнитных помех выполняются на основе колец типа Гельмгольца или других. МП помехи преобразуются в электрический ток при помощи магниточувствительных датчиков (феррозондовых, квантовых с оптической накачкой) и используются для компенсации тока помехи. Объем рабочего пространства в кольцах Гельмгольца определяется размерами однородного МП, в котором должны быть размещены используемый биообъект и измерительные датчики.
Перше измерения МП биообъекта (МКГ, МЭГ) были выполнены градиентометром, построенным на индукционных датчиках, представтавдих много -витковые катушки (10 витков и белее) с сердечниками из материала с высокой проницаемостью. Собственный уровень шума датчика определяется омическим сопротивлением катушек, полосой пропускания и внешней тем -пературой. Величина сигнала пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пересекающего плоскость витков катушки, числу ее витков и магнитной проницаемости сердечника, но с ростом числа витков возрас-
тает собственный шум катушки. Этим определяется необходимость компро -миссного подхода к параметрам датчика /3,47.
Индукционные градиентометры в настоящее время применяются при кардиологических исследованиях в сочетании с аппаратурой дня усреднения результатов измерений с целью увеличения отношения сигнала к шуму.
Число циклов магнитокардиограмм, подлежащих усреднению, обычно оос -тавляет 50-100, что при равномерном спектре помех обеспечивает рост отношения сигнала к шуму пропорционально корню квадратному из числа циклов ?7.
Так как сигнал индукционного датчика есть производная по скорооти изменения магнитного потока, то восстановление исходного сигнала, осуществляется операцией интегрирования.
Появление магнитометров и затем градиентометров на основе явления сверхпроводимости и эффекта Ддозефсона благодаря их высокой чувстви -тельноети и широкополосности открыло новую эру в измерениях магнитного поля сердца человека /В - 87. Реализация высокой чувствительности сверхпроводящего магнитометра возможна лишь при очень малых помехах естественного и искусственного происхождения. Это требование стимулировало создание высококачественных магнитных экранов, разработку градиентометрических систем измерения первой и второй производной Ш.
Датчик сверхпроводящего градиентометра состоит из криостата дан жидкого гелия, сверхпроводящего магниточувствительного элемента кольцевой формы с тонкой щелью шириной порядка десятков ангстрем ( 10“^см) и сверхпроводящего траноформатора магнитного потока. В состоянии сверхпроводимости отклик магниточувствительного элемента на изменение сос -тавляюцей МП, перпендикулярной к плоскости витка трансформатора, носит периодический характер, при этом шаг изменения определяется квантом магнитного потока, который равен 2*1?Г*5Вб. Так как на размеры магниточувствительного элемента налагаются ограничения вследствие роота ин -дуктивности, то его размеры обычно невелики - несколько квадратных миллиметров.. Следовательно, шаг квантования лежит на уровне I0-6- Ю-^ Тл. Увеличение чувствительности сверхпроводящего прибора достигается за счет применения трансформатора магнитного потока, увеличивающего площадь взаимодействия с магнитным потоком.
Сверхпроводящие градиентометры имеют чувствительность Ю-14 Тл в единичной полосе частот. Общая полоса пропускания может достигать нескольких десятков килогерц.
При высокой чувствительности сверхпроводящих градиентометров (степень идентичности половин трансформатора магнитного потока является важным фактором. Если отличие обеих частей трансформатора составляет Ю-^ - 10~4/о, то смещение датчика в 1МП из-за вибраций, контактов с телом исследуемого биообъекта приводит к смещению "нулевой" линии, что снижает качество измерений. Поэтому, как правило, датчики градиентометра закрепляются жестко на соответствующих подставках из немагнит-
Zfe^OroOMZr1
Рис. 71. Схема датчика, построенного на основе оптической накачки и магнитного резонанса
I - генератор возбуждения спект-тальной лампы, 2 - высокочастотный контур, 3 - спктральная цезиевая безэлектродная лампа, 4 - световод, 5 - линзы, 6 - круговой поляризатор, 7 - ячейка поглощения с парами цезия, 8 - радиочастотная катушка, 9 - фотоприемник, 10 - широкополосный усилитель
Рис. 72. Блок-схема градиентометра МГ-002
1-3 - фазометры, 4 - усилитель и формирователь полосы пропускания, 5 - генератор возбуждения спектральной лампы, Д - датчики
ных материалов. Сверхпроводящие датчики МП работают в жидком гелии, который является дорогостоящим и производится не повсеместно.
На основе оптической накачки и магнитного резонанса созданы высокочувствительные магнито- и градиентометры /9/ для геофизических ис -следований(см. п.1.2 настоящей главы). Реализация еще более высокочувствительного градиентометра с широкой полосой пропускания обеспечила измерение МП биообъектов /10/.
Градиентометр типа МГ-002, используемый для этих целей, построен на трех однотипных датчиках, схема одного из них представлена на рис. 71. При подаче в радиочастотную катушку переменного тока от генератора с частотой, удовлетворящей условию магнитного резонанса fo =
