DE1017671B - Entkopplungsmittel fuer elektrische Schaltungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Entkopplung von elektrischen Kreisen und betrifft insbesondere neuartige Vorrichtungen zur Steuerung der phasenverschobenen Kupplungskomponente zwischen zwei elektrisch gekoppelten Kreisen. .

Die Erfindung wird in Anwendung auf ein Gerät beschrieben, das mit magnetischer Resonanz arbeitet, und aus diesem Grunde wird zunächst die Erscheinung der magnetischen Resonanz kurz erläutert. .

Die Erscheinung der magnetischen Resonanz ist in der USA.-Patentschrift 2 561489 von Felix Bloch und William Hansen vom 24. Juli 1951 erläutert und dort im allgemeinen mit Bezug auf die kernmagnetische Resonanz beschrieben. Es ist jedoch bekannt, daß die Erscheinung ebenso auch bei elektronenmagnetischer Resonanz auftritt sowie bei magnetischen Resonanzen von irgendwelchen ähnlichen gyromagnetischen Körpern, d. h. von Körpern, die ein. Kreiselmoment und ein magnetisches Moment besitzen. Um der in der obenerwähnten Patentschrift benutzten Einteilung zu folgen, wird als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch ein Gerät mit kernmagnetischer Resonanz gewählt. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch auf Geräte mit magnetischer Resonanz anderer Art, besonders bei induktiv gekop- as pelten elektrischen Systemen, angewendet werden kann.

Vier wichtige Eigenschaften eines Kernes sind die Ladung, welche die chemischen Eigenschaften des Atoms bestimmen, die Masse, der Spin oder das gyroskopische Moment I und das magnetische Moment μ. Ein Kern mit einer gegebenen Ladung und Masse hat auch bestimmte Werte des Spins und. des magnetischen Moments; wenn diese zuletzt genannten Werte bestimmt werden können, dann kann auch die Ladung ermittelt und das Atom identifiziert werden.

Wenn der Kern in ein konstantes magnetisches Feld H₀ gebracht wird, welches z. B. eine im Raum vertikale Richtung haben möge, dann beginnt der Kern anstatt sich gegenüber dem Feld auszurichten, eine Präzessionsbewegung in dem Feld H₀ infolge seines Spins und magnetischen Moments auszuführen. Die Winkelgeschwindigkeit dieser Präzession ω₀ wird als Entkopplungsmittel
für elektrische Schaltungen

Larmor-Frequenz bezeichnet und ist proportional ⁱ-j^.

Infolge der dämpfenden Kräfte nimmt der Winkel Θ, 4-5 den die Achse des Kernes bei der Präzessionsbewegung mit dem vertikalen Feld H₀ einschließt, ab, bis der Kern gegenüber dem Feld ausgerichtet ist, wobei die hierfür notwendige Zeit als Abklingzeit (Relaxationszeit) bezeichnet wird.

Wenn nun ein magnetisches Feld H₁ rechtwinklig zu dem konstanten Feld H₀ mit einer solchen Richtung aufgebaut wird, daß es um H₀ mit gleichförmiger -Winkelgeschwindigkeit co hochfrequent rotiert, wie Anmelder:

Varian Associates,

Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-iEschersheim, Lichtenbergstr. 7

Forrest Arthur Nelson, Palo Alto, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

z. B. ein Feld, das von einer Senderspule rechtwinklig zu dem Feld H₀ erzeugt wird, dann bewirkt das magnetische Feld H₁, daß der Kern wieder um das Feld H₀ eine Präzessionsbewegung ausführt, und zwar diesmal mit einer Winkelgeschwindigkeit ω des rotierenden Feldes H₁ und in der von den zwei Feldern definierten Ebene. Der Winkel Θ, den der präzessierende Kern mit dem vertikalen Feld H₀ einschließt, ist durch die Winkelgeschwindigkeit ω bestimmt, wobei der Winkel klein für alle Werte von ω ist, die kleiner oder größer als co₀ sind. Wenn die Winkelgeschwindigkeit co sich der Winkelgeschwindigkeit to₀ der Larmor-Frequenz nähert und ihr gleich wird, dann vergrößert sich der Winkel Θ rasch auf 90°. In einer Empfängerspule, die im rechten Winkel gegenüber dem konstanten Feld H₀ angeordnet ist, wird eine Spannung in Abhängigkeit von der Kernpräzession bei der Larmor-Frequenz induziert, wobei diese Wirkung analog derjenigen eines Stabmagneten ist, der an der Spule vorbeibewegt wird. Diese induzierte Spannung kann gemessen und dazu benutzt werden, um anzuzeigen, daß die Winkelfrequenz oj, mit der der Kern die Präzessionsbewegung ausführt, tatsächlich gleich der Larmor-Frequenz c.o₀ ist. Wenn die Larmor-Frequenz und das Feld H₀ bekannt sind, dann kann

das Verhältnis γ bestimmt und das Atom identifiziert werden. Es ist. klar, daß bei Vorliegen eines bekannten Atoms ein unbekanntes Feld H₀ auf ähnliche Weise gemessen werden kann. -

Das rotierende magnetische Feld H₁ wird von einem sinusförmigen magnetischen Wechselfeld abgeleitet,

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gekoppelt sind, die im wesentlichen die phasenverschobene Komponente der Spannung beeinflussen.

Es sind zwar Einrichtungen zur Veränderung der kapazitiven oder induktiven Kopplung zweier Kreise 5 bekannt. Dabei wird z. B. zur Erzielung einer besonders günstigen Kopplung zwischen dem Antennenkreis und dem Ausgangskreis eines Hochfrequenzsenders der Abstand von zwei induktiven Bügeln verändert. Eine völlige Entkopplung ist aber mit den

das von den Spulen 31 und 32 der Fig. 5 geliefert
wird. Ein solches Wechselfeld ist zwei magnetischen
Feldern gleicher Stärke äquivalent, die in entgegengesetzten Richtungen rotieren. Die in der Richtung
der Kernpräzession rotierende Komponente liefert die
oben beschriebenen Ergebnisse, während die Komponente, die in der umgekehrten Richtung umläuft, kein
Ergebnis liefert, da die Richtung des aufgebrachten
Drehmoments sich zweimal bei jeder Drehung umkehrt und daher eine vollständige Auslöschung ergibt. io bekannten Anordnungen nicht möglich.

In der erwähnten Patentschrift wurde ausgeführt, Das Ziel einer völligen Entkopplung wird gemäß

daß es trotz der Bemühungen, das Gerät gemäß der der Erfindung dadurch erreicht, daß die von den dort beschriebenen Erfindung so auszuführen, daß die beiden Kreisen getrennte gesonderte Anordnung vor-Senderspule, welche das rotierende Feld H₁ liefert, gesehen ist, die sowohl mit dem ersten als auch mit und die Empfängerspule rechtwinklig zueinander 15 dem zweiten Kreis gekoppelt ist. Durch besondere liegen, doch unvermeidlich war, daß die Rechtwinklig- Bemessung und den strukturellen Aufbau kann erkeit nicht genau eingehalten wurde und daß daher ein
Teil des Flusses der Senderspule mit der Empfängerspule verkettet war. Gewöhnlich beträgt der Streufluß
ein Vielfaches des Flusses, welcher die Empfängerspule in Abhängigkeit von dem präzessierenden Gyromagneten schneidet, so daß der Streufluß die von dem
präzessierenden Gyromagneten gelieferten Wirkungen
verschleiert.

Das Gerät der erwähnten Patentschrift wurde daher 25 dem Gleichfeld vorgesehen und ein Energieübertramit einem Organ versehen, um den Betrag des Streu- gungsmittel, z. B. eine Empfängerspule, in der Nähe flusses zu regeln, der die Empfängerspule durchsetzt. des Schnittpunktes des Gleichfeldes und des Wechsel-In dem aus einem gut leitenden Plättchen, z. B. aus feldes angeordnet, und zwar rechtwinklig zu der Kupfer, bestehenden Organ wurden Wirbelströme Senderspule; außerdem ist eine dritte Spule induktiv induziert, welche verhinderten, daß der Fluß das 3° mit der ersten Spule und eine vierte Spule induktiv Plättchen durchsetzt und die den Fluß so leiteten, daß mit der zweiten Spule gekoppelt, wobei die dritte und eine möglichst kleine Kopplung mit der Empfänger- vierte Spule in Reihe geschaltet sind, spule auftrat. Es wurde gefunden, daß die Grenze der Weitere Gegenstände und Merkmale der Erfindung

Herabsetzung der Flußverkettung zum Teil durch die gehen aus der Beschreibung hervor, die sich auf ein endliche Leitfähigkeit des Kupfers, aus dem das Platt- 35 Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und chen bestand, gegeben war. Als Ergebnis dieser end- auf die Zeichnungen bezieht.

liehen Leitfähigkeit waren die in den Plättchen indu- Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Meßkopf

zierten Ströme nicht genau um 180° phasenverschoben gemäß der Erfindung;

gegenüber der Senderspule. Während Felder der Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den Kopf rechtgleichen Phasenlage wie die Ströme in der Sender- 40 winklig zu der Schnittebene der Fig. 1; spule auf Null gebracht werden konnten, blieb ein Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Kopf nach der

kleines Feld von quadratischem Zeitwert übrig. Obwohl also die in der Empfängerspule induzierte Spannung infolge der Flußverkettung stark verringert wurde, war es doch nicht möglich, sie gleich. Null zu 45 machen. Wenn der Streufluß so gesteuert werden

reicht werden, daß durch diese Anordnung im wesentlichen nur die phasenverschobene Komponente der im zweiten Kreis induzierten Spannung beeinflußt wird. Bei einer Einrichtung zur Erzeugung einer Präzessionsbewegung eines gyromagnetischen Körpers in einem magnetischen Gleichfeld, wie sie oben als Beispiel erwähnt wurde, ist z. B. eine Senderspule zur Erzeugung eines Wechselfeldes im rechten Winkel zu

sollte, daß sich eine gewünschte Größe und Phasenrichtung ergab, war es notwendig, den Sender und Empfänger über einen Phasenschieber und eine veränderbare Dämpfung zu verbinden.

Dies ist ein Beispiel für die sehr allgemeinen Probleme, welche entstehen, wenn zwei Spulen sehr dicht nebeneinander angeordnet oder physikalisch gekoppelt sind, wenn aber eine vollständige elektrische Entkopplung erwünscht und notwendig ist.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine neue Vorrichtung zur elektrischen Entkopplung elektrischer Kreise anzugeben, die physikalisch! eng geLinie 3-3 der Fig. 1 in Pfeilrichtung gesehen;

Fig. 4 ist eine schaufbildliche Ansicht eines Teiles des Kopfes nach Fig. 1;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung, die zu dem Kopf bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gehört;

Fig. 6 ist ein Vektordiagramm für verschiedene in der Empfängerspule induzierte Spannungen;
5o Fig. 7 und 8 sind schaubildliche und Vorderansichten eines Elementes, welches in dem Kopf der Fig. 1 an Stelle des in Fig. 4 dargestellten Teiles verwendet werden kann;

Fig. 9 und 10 sind schaubildliche und Vorderansich-55 ten eines anderen Einsatzteiles, der an Stelle des in Fig. 4 dargestellten Teiles benutzt werden kann.

In der Beschreibung wird zunächst auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel eingegangen, und darauf wird eine Erläuterung der Arbeits-

koppelt sind.

Es sind Einrichtungen zur Entkopplung elektrischer 60 weise gegeben.

Kreise bekannt, bei denen mit einem ersten Kreis ein Der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Kopf enthält

zweiter Kreis induktiv gekoppelt ist. einen zylindrischen Einsatz 1 und einen zylindrischen

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch Gehäuseteil 2, in den der herausnehmbare Einsatz 1 gelöst, daß bei einer derartigen Einrichtung in dem genau hineinpaßt. Der Einsatz 1 besteht vorzugsweise zweiten Kreis durch den Stromfluß in dem ersten 65 aus einem formbaren Kunststoff oder einem anderen Kreis eine Spannung erzeugt wird, die eine Kompo- geeigneten nichtleitenden Material und ist leicht nente hat, welche in Phase mit dem Strom liegt, und konisch nach dem Ende zu, welches innen in die eine andere Komponente, die phasenverschoben dazu Hülle 2 hineinpaßt. Das innerste Ende ist etwas abist, und daß gesonderte Schaltelemente sowohl mit gesetzt, so daß es einen kleineren Durchmesser hat als dem ersten Kreis als auch mit dem zweiten Kreis 7° der Hauptkörper des Einsatzes, wobei der abgesetzte

Teil jedoch nicht konisch ist. Das innere Ende des Einsatzes 1 enthält eins axial ausgerichtete Bohrung 3, welche bis nahezu zur Hälfte in den Einsatz 1 hineinreicht. Das gegenüberliegende oder äußere Ende des Einsatzes 1 enthält ebenfalls eine axial gerichtete Bohrung 4, die etwas weiter als ein Viertel der Länge in den Einsatz hineinreicht, wobei ein Abschnitt 5 der Bohrung am Ende des Einsatzes einen etwas größeren Durchmesser als der übrige Teil derselben hat. Eine Öffnung 6 geht durch denjenigen Teil des Einsatzes 1 hindurch, der zwischen den Bohrungen 3 und 4 liegt, wobei die Achse dieser Öffnung senkrecht zur Längsachse des zylindrischen Einsatzes steht und diese schneidet.

In die Bohrung 3 des Einsatzes 1 ist ein zylindrisch geformter Block oder eine Patrone 7 eingesetzt, deren äußeres Ende starr an dem einen Ende eines langen Metalistabes 8 befestigt ist. Die zylindrische Patrone 7 paßt genau in die Bohrung 3 hinein, kann aber leicht mit Hilfe des Stabes 8 darin gedreht werden. Das Ende der Patrone, welches innen in der Bohrung liegt, ist halbkreisförmig ausgeschnitten, und ein halbkreis- oder halbscheibenförmiger Kupferkörper 9 ist in dem Ausschnitt an die Patrone angekittet. Ein ringförmiger Teil 10 ist an der Innenfläche der Bohrung eingekittet as und dient als Lager für den Metallstab 8 und verhindert auch eine Längsbewegung der Patrone 7.

In der zweiten Bohrung 4 des Einsatzes ist ein zweiter zylinderförmiger Block oder eine Patrone 11 eingepaßt, die aus einem Kunstharzpreßstoff oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material besteht. Das äußere Ende der Patrone 11 hat einen Schlitz 12, so daß die Patrone mit Hilfe eines Schraubenziehers gedreht werden kann. Ein Kunststoffabschlußring 13 ist an der inneren Oberfläche des Abschnittes mit größerem Bohrungsdurchmesser in den Einsatz eingekittet, so daß die Patrone 11 in der Bohrung festgehalten wird. Das Loch in dem Abschlußring gestattet das Hindurchstecken eines Schraubenziehers. In der Kunststoffpatrone 11 ist ein kleiner Widerstand 14 (Fig. 4) vollständig eingebettet. Das eine Ende eines Kupferleiters ist mit dem einen Ende des Widerstandes 14 verlötet, wobei der Leiter sich in der Patrone bis zum innersten Ende der Bohrung erstreckt und eine Spule 15 von einer oder mehreren Windungen bildet, deren Ebene parallel zu der Stirnfläche der Patrone liegt, worauf der Leiter wieder zur Innenseite der Patrone führt, die diametral gegenüber dem Abschnitt 16 liegt, und dann zurück zu der anderen Seite des Widerstandes geleitet ist.

Der Behälter, in dem das bekannte oder unbekannte Probestück des Materials enthalten ist, besteht aus einer hohlen zylindrischen Kunststoffkapsel 17, die an beiden Enden geschlossen ist und eine öffnung in dem einen Ende sowie eine Patrone 18 für die Öffnung aufweist. Die herausnehmbare Kapsel 17 paßt in eine hohle zylindrisch geformte Empfängerspulenform 19 aus Kunststoff, in die eine Empfängerspule 20 aus Kupferdraht eingebettet ist. Die Spülenform 19 und die darauf gewickelte Spule 20 sind so ausgeführt, daß sie als Ganzes in die Öffnung 6 des Einsatzes eingeschoben und damit verkittet werden können, wobei die Achse der Empfängerspule senkrecht zu der Längsachse der Teile 1 und 2 steht und diese schneidet. Auf den abgesetzten inneren Teil des Einsatzes 1 paßt ein fest darauf gekitteter becherförmiger Kunststoffteil 21, der zwei darin befestigte Metallstifte 22 und 23 trägt und der ein in axialer Richtung verlaufendes Loch 24 aufweist, durch das der Metallstab 8 hindurchgesteckt werden kann.

Die Hülle 2 des Kopfes besteht aus einem Kunststoffteil von in wesentlichem rohrförmiger Gestalt. Die axial liegende Bohrung der Hülle 2 läuft durch den ganzen Teil hindurch, wobei ein Teil der Bohrung so geformt ist, daß der Einsatzteil 1 und der Teil 21 hineinpassen, während der übrige Teil der Bohrung einen etwas größeren Durchmesser aufweist. In diesen größeren Teil der Bohrung der Hülle paßt ein zweipoliger Sockel 25 aus Kunststoff hinein, der den Teil mit den zwei Stiften aufnimmt und zwei herausragende Anschlußklemmen 26 und 27 enthält. Der Sockel hat eine axial ausgerichtete Öffnung, so daß der Metallstab 8 hindurchgehen kann. Der Sockel wird durch eine ringförmige Sperrbuchse 28 in Stellung gehalten, die in die Hülle und den Sockel eingekittet ist. Der Hauptteil der Hülle 2 hat einen konstanten äußeren Durchmesser; die Hülle hat jedoch einen Abschnitt 29, welcher auf einen kleineren Durchmesser abgedreht ist, so daß dieser Abschnitt einen Bund bildet, der breit genug und so in der Hülle angeordnet ist, daß, wenn der Einsatz 1 vollständig in die Hülle 2 eingesetzt ist, der Bund mit der Empfängerspule 20, der Spulenform 19 und der Probenkapsel 17 gleichliegt und diese vollständig umgibt. Eine Senderspule 30 aus Kupferdraht ist außen um die Hüllenform 2 herumgelegt, und zwar innerhalb des abgedrehten Abschnittes oder Bundes, wobei die Achse der Senderspule 30 mit der Achse der Hülle zusammenfällt. Eine erste Ablenkspule 31 aus Kupferdraht ist spiralförmig auf die gekittete äußere Fläche der Hülle gewickelt, wobei die Achse dieser Spule senkrecht zu der Achse der Senderspule 30 und der Empfängerspule 20 liegt und durch diese hindurchgeht. Diametral gegenüber der ersten Ablenkspule 31 ist eine zweite Ablenkspule 32 spiralförmig auf die Außenfläche der Hülle 2 gewickelt, wobei die Achse dieser zweiten Ablenkspule 32 mit der Achse der ersten Ablenkspule 31 zusammenfällt.

Eine ringförmige leitende Buchse 33, z. B. aus Kupfer, umgibt das eine Ende der Hülle 2 und ist mit Hilfe von Schrauben 34 daran befestigt. Eine zweite ringförmige leitende Hülse 35 ist mit dem gegenüberliegenden Ende der Hülle 2 zusammengebaut und durch Schrauben 36 befestigt. Eine erste Gruppe von in Abstand geführten Kupferdrähten 37 ist mit einem Ende in der ersten Kupferhülse 33 eingelötet, wobei die Drähte zuerst radial nach einwärts und dann axial über den Hauptteil der Hülle durch Schlitze in der Bohrungsfläche der Hülle geführt sind, während die anderen Enden der Drähte freiliegen. Eine zweite Gruppe von in Abstand voneinander befindlichen Kupferdrähten 38 ist mit einem Ende an der zweiten Kupferhülse 35 angelötet, wobei die Drähte zuerst radial nach innen und dann axial über den Hauptteil der Hülle durch Schlitze in den Bohrungen der Hülle verlaufen, während die entgegengesetzten Enden freiliegen. Die Gruppen enthalten eine gleiche Anzahl von Drähten, die abwechselnd an der Innenseite der Hülle, wie aus Fig. 3 hervorgeht, angeordnet sind. Die beiden Kupferhülsen 33 und 35 und die damit verbundenen Drähte 37 und 38 sind Teile einer an sich bekannten elektrischen Abschirmung.

Die gesamte Hülle 2 ist von einem zylindrischen Gehäuse 39 aus Messing umgeben, das als Abschirmung dient. Das eine Ende dieses Gehäuses 39 ist teilweise geschlossen und weist eine öffnung auf, so daß der Einsatz 1 hindurchgeführt werden kann. Die Hülle 2 und die Kupferhülse 35 sind in dem Gehäuse 39 mit Hilfe von Schrauben 36 starr befestigt. Eine Messingbuchse 40 schließt das andere Ende des Ge-

häuses 39 ab und bildet einen Teil der Abschirmung. Sie enthält einen rohrförmigen Teil 41, der als Lager für den Metallstab 8 dient. Die Buchse 40 ist in dem Gehäuse 39 mit Schrauben befestigt und enthält öffnungen, so daß zwei koaxiale Kabel (von denen nur ein Kabel 42 in der Zeichnung dargestellt ist) und eine Zweileiterschnur 43 hindurchgehen können.

Die beiden Enden der Empfängerspule 20 sind an die beiden Stifte 22 und 23 in dem Teil 21 angelötet, und die zugehörigen Klemmen 26 und 27 in dem Sockel 25 sind mit der Abschirmung und einer herausführenden Leitung in einem der koaxialen Kabel 42 verbunden. Die beiden Enden der Senderspule 30 sind mit der Abschirmung bzw. mit dem herausgeführten Leiter des anderen koaxialen Kabels, das nicht dargestellt ist, verbunden. Die Ablenkspulen 31 und 32 liegen in Reihe, und ihre anderen Enden sind mit herausgeführten Leitern des Zweileiterkabels 43 verbunden.

Die Wirkungsweise des Gerätes wird nun beschrieben.

Tn Fig. 5 sind die Pole 44 eines Magneten mit Eisenkern dargestellt, welcher das magnetische Feldii₀ erzeugt, und zwischen diesen Polen ist der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Kopf eingesetzt. Das Feld H₀ wird durch einen sinusförmigen Strom von 60 Hz verändert, der einer Stromquelle 45 über die Ablenkspulen 31 und 32 und einen Widerstand 46 entnommen wird. Auf diese Weise wird H₀ und daher die Larmor-Frequenz a>₀ gegenüber einer festen Arbeits- oder Senderfrequenz ω verändert. Das Ergebnis ist das gleiche, als wenn H₀ festgehalten würde und die Arbeitsfrequenz ω wie im Falle der oben beschriebenen Vorgänge verändert würde. Die Spannung an dem Widerstand 46 wird den waagerechten Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre 47 zugeführt. Die waagerechte Ablenkung des Kathodenstrahles ist daher proportional der Abweichung von H₀ oder co₀ von dem Mittelwert, der durch das stetige Feld der Pole 44 gegeben ist. Eine Hochfrequenz mit der Winkelfrequenz ω wird von einem Sender 48 der Senderspule 30 zugeleitet. Die Spannung, die in der Empfängerspule 20 durch die Präzessionsbewegung der in der Probe enthaltenen Kerne induziert wird, wird im A^erstärker 49 verstärkt, so daß ihre Größe ausreicht, um den Detektor 50 zu betreiben, dessen Ausgangsspannung proportional der Größe der Hochfrequenzspannung ist, die von dem Verstärker 49 geliefert wird. Diese Spannung steigt rasch auf einen Maximalwert, wenn ω₀ — co ist, und nimmt nach anderen Frequenzen hin ab. Diese Änderangen werden durch einen Niederfrequenzverstärker 51 verstärkt und steuern schließlich die vertikale Ablenkung des Strahles der Kathodenstrahlröhre. Wenn daher die Kerne eine Präzessionsbewegung mit der Larmor-Frequenz co₀ ausführen, erfolgt eine Anzeige auf dem Schirm in Form einer scharfen Spitze.

Wie oben erwähnt, ist es unmöglich, die Empfängerspule 20 und die Senderspule 30 so aufzubauen und anzuordnen, daß der Fluß der letzteren keine Verkettung mit der ersteren ergibt. In der obenerwähnten Patentschrift wurde ein Organ, wie z. B. ein Plättchen 9 (s. Fig. 1), verwendet, um den Fluß auszurichten, aber es blieb, wie erwähnt, ein kleines Restfeld mit quadratischer Zeitabhängigkeit übrig, und es war nicht möglich, den Streufluß nur durch Einstellung des Plättchens allein auf Null zu bringen. Durch die Hinzufügung des Widerstandes 14 und des Leiters 15 in der drehbaren Patrone 11 ist es nun möglich, die in der Empfängerspule durch denStreufluß oder durch andere Mittel induzierte Spannung genau zu steuern, so daß ihre Größe und Phase sich genau einstellen läßt und im Bedarfsfall auf Null gebracht werden kann.

In Fig. 6 ist ein Vektordiagramm der in der Empfängerspule 20 induzierten Spannung dargestellt, wobei jedoch die durch die Präzession der Kerne induzierten Spannungen weggelassen sind. Der Vektor E₁ in der räumlich vertikalen Richtung stellt hauptsächlich die Spannung dar, die in der Empfängerspule 20 durch den Streufluß von der Senderspule 30 erzeugt wird. Die Spannungskomponente in der vertikalen Richtung sei als in Phase liegende Komponente der induzierten Spannung bezeichnet, d. h., sie liegt in Phase mit dem Hochfrequenzfeld, welches durch den Wechselstrom in der Senderspule erzeugt wird, während die Spannungskomponente in der waagerechten Richtung als die phasenverschobene Komponente der induzierten Spannungen bezeichnet werden kann. Die Spannung E₁ ist um 90° phasenverschoben gegenüber dem Strom in der Senderspule 30. Der Vektor E₂ stellt eine kleine Spannung dar, die zeitlich quadratisch zur Spannung -E₁ verläuft, wobei diese Spannung durch verschiedene Umstände induziert sein kann, wie z. B. durch den Wirbelstrom in dem Plättchen, wie dies in der obenerwähnten Patentschrift auseinandergesetzt ist. Die tatsächliche in der Empfängerspule von dem Stromfluß in der Senderspule induzierte Spannung ist die Vektorsumme E₆ dieser beiden Komponenten.

Wie oben erwähnt, kann die in Phase liegende Komponente E₁ der Spannung E₆ durch Ausrichtung des Plättchens 9 eingeregelt und im Bedarfsfall auf Null gebracht werden, jedoch würde die ph-asenverschobene Komponente E_n übrigbleiben. Das Plättchen 9 hat die Wirkung einer Schleife, die hauptsächlich eine Reaktanz bildet, in der eine Spannung von der Senderspule induziert wird und die ihrerseits eine Spannung in der Empfängerspule induziert, welche in Phase mit dem Wechselfeld liegt, das von der Senderspule erzeugt wird. Der Teil 9 ist drehbar angeordnet, um eine Änderung der Größe und des Vorzeichens der in Phase liegenden Komponente zu ermöglichen.

Außerdem wird eine Spannung in der Empfängerspule 20 in Abhängigkeit von einem Strom in der Widerstandsschleife 14, 15 und 16 induziert, der von der Spannung abhängt, welche durch den Strom in der Senderspule 30 in ihr erregt wird. Der Strom in der Senderspule 30 ruft eine Spannung in der Spule 15 hervor, die um 90° gegenüber dem Strom in der Spule 30 phasenverschoben ist und daher mit E₁ in Phase liegt. Die Widerstandsschleife bildet hauptsächlich einen rein ohmschen Widerstand und enthält eine sehr kleine Induktivität, so daß der Strom in der Widerstandsschleife gegenüber der Spannung nur um einen sehr kleinen Winkel nacheilt. Der in Fig. 6 dargestellte Winkel ist viel größer gezeichnet, als er in Wirklichkeit ist, um die Darstellung übersichtlicher zu machen. Der Winkel kann verkleinert werden, indem das Verhältnis des ohmschen Widerstandes zur Induktivität in der Widerstandsschleife vergrößert wird. Der Strom in dem Endabschnitt 16 der Widerstandsschleife, der als Schleife senkrecht zu der Schleife 15 gedacht werden kann, erregt eine Spannung -E₃ in der Empfängerspule, die um 90° gegenüber dem Strom in der Widerstandsschleife verschoben ist und die daher gegenüber der Spannung E₂ in der Empfängerspule 20 nur eine kleine Phasenverschiebung hat.

Die Größe und das Vorzeichen der Spannung E₃, die in der Empfängerspule 20 durch den Stromfluß in den Endabschnitt 16 der Widerstandsschleife hervor-

gerufen wird, ist durch die Drehlage des Endabschnittes 16 gegenüber der Empfängerspule bestimmt. Die Größe hat ein Maximum, wenn der Endleiter 16 senkrecht zur Achse der Spule 20 nach Fig. 1 und 2 steht. Wenn die Patrone 11 aus der dargestellten Lage herausgedreht wird, nimmt die Verkettung ab, und die Größe der resultierenden induzierten Spannung nimmt ab, wenn die Patrone um 90° aus der Stellung nach Fig. 1 und 2 gedreht worden ist und der Endabschnitt 16 parallel zu der Achse der Empfängerspule 20 liegt, wobei die Größe der in der Empfängerspule induzierten Spannung durch den Strom, der in der Widerstandsschkife fließt, auf Null gebracht worden ist. Wenn die Drehung der Patrone 11 aus der 90°-Stellung mit Bezug auf Fig. 1 und 2 weiter fortgesetzt wird bis in eine 180°-Stellung, dann nimmt die Größe der in der Empfängerspule 20 durch den Strom in der Widerstandsschleife induzierte Spannung von Null auf ein Maximum zu, und diese Spannung ist um 180° gegenüber der Spannung phasenverschoben, die in der Empfängerspule 20 induziert wird, wenn die Patrone 11 aus der Stellung nach Fig. 1 und 2 in die 90°-Stellung gedreht wurde. Es ist daher ersichtlich, daß die in der Empfängerspule 20 von dem Strom in der Widerstandsschleife induzierte Spannung durch Punkte auf dem gestrichelten Vektor E₁ oder dem ausgezogenen Vektor E₃ dargestellt werden kann, wobei die genaue Größe und Richtung durch die Stellung bestimmt wird, in die die Patrone 11 gedreht worden ist.

Aus dem Vektordiagramm der Fig. 6 kanu entnommen werden, daß die phasenverschobene Komponente E„ der Spannung E₁. durch eine Komponente E_% des gestrichelt gezeichneten Vektors E_H ausgelöscht werden kann, wobei die Spannung E_H durch die Drehung der Widerstandsschleife in die richtige Stellung erhalten wird. Durch die Ausrichtung des Teiles 9 kann die in Phase liegende Komponente der Spannung, die durch den Vektor E₁ dargestellt wird, und auch die in Phase liegende Spannung, die durch die Komponente E₅ des gestrichelten A'^rektors U₃ dargestellt wird, zu Null gemacht werden, ähnlich wie dies in der obenerwähnten Patentschrift beschrieben wurde. Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Kunststoffpatrone 52 und eine geschlossene Wicklung aus Widerstandsdraht 53, die darin eingebettet ist und die an Stelle der Patrone 11 und der Widerstandsschleife 14,15 und 16 in dem Kopf verwendet werden kann. Das rechte Ende der Patrone 52 in den Fig. 7 und 8 würde in der Bohrung 4 des Einsatzes 1 nach innen gerichtet sein. Eine in der Spule 53 durch den Strom der Senderspule 30 induzierte Spannung ruft ihrerseits eine Spannung in der Empfängerspule 20 hervor, deren Größe und Phase von der Stellung abhängt, in die die Patrone 52 gegenüber den Sender- und Empfängerspulen gedreht worden ist und die benutzt werden kann, um die phasenverschobene Komponente der Spannung zu ermitteln, die in der Empfängerspule 20 durch die Senderspule induziert wird.

Eine Masse aus halbleitendem Material, die hauptsächlich ohmschen Widerstand aufweist, kann in ahnlicher Weise wie die Widerstandsschleife benutzt werden. Nach Fig. 9 und 10 ist das halbleitende Material 54 an der inneren Stirnfläche der Patrone befestigt. Das Material wird in einer solchen Stellung ausgerichtet, daß der in dem Halbleiter fließende 6g Strom, welcher von dem Senderfeld herrührt, eine Spannung in der Empfängerspule erzeugt, welche die phasenverschobene Komponente der Spannung beeinflußt, die in ihr durch den Strom der Senderspule induziert wird- Die Phasenlage dieser Spannung

hängt von dem Verhältnis des ohmschen Widerstandes zur Induktivität in allen Stromfäden des Materials ab. Da die Erfindung auf verschiedene Weise ausgeführt werden kann, soll das dargestellte Ausführungsbeispiel den Erfindungsgegenstand nur erläutern, aber nicht einschränken.

Claims (18)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Entkopplung elektrischer Kreise, bei der mit einem ersten Kreis ein zweiter Kreis induktiv gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Kreis durch den Stromfluß in dem ersten Kreis eine Spannung erzeugt wird, die eine Komponente hat, welche in Phase mit dem Strom liegt, und eine andere Komponente, die phasenverschoben dazu ist, und daß gesonderte Schaltelemente sowohl mit dem ersten Kreis als auch mit dem zweiten Kreis gekoppelt sind, die im wesentlichen die phasenverschobene Komponente der Spannung beeinflussen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem ersten und zweiten Kreis gekoppelten Schaltelemente einen dritten Kreis enthalten, der im wesentlichen nur ohmschen Widerstand aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Schaltelemente zur Beeinflussung der phasenverschobenen Komponente induktiv mit den Kreisen gekoppelt sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche induktiv gekoppelte Schaltelemente vorgesehen sind, die im wesentlichen die in Phase liegende Komponente der induzierten Spannung beeinflussen.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Kreis ein veränderbarer Strom fließt und daß mit den beiden Kreisen ein dritter Kreis induktiv gekoppelt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einstellmittel für die Schaltelemente vorgesehen sind, um die Größe und das Vorzeichen der in dem zweiten Kreis durch die Schaltelemente induzierten Spannung zu ändern und hierdurch die phasenversehobene Komponente der in dem zweiten Kreis von dem ersten Kreis induzierten Spannung zu vergrößern oder zu verkleinern.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kreis induktiv mit dem ersten und zweiten Kreis gekoppelt ist, wobei in dem weiteren Kreis eine Spannung aus dem ersten Kreis induziert wird und ihrerseits eine Spannung in dem zweiten Kreis hervorruft, die im wesentlichen in Phase mit dem Feld des ersten Kreises liegt, und daß Einrichtungen zur Einstellung des weiteren Kreises vorgesehen sind, um die Größe und das Vorzeichen der Spannung zu verändern, die in dem zweiten Kreis von dem weiteren Kreis induziert wird, um hierdurch die in Phase befindliche Spannungskomponente zu vergrößern oder zu verkleinern.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Kreis auch der dritte Kreis induktiv gekoppelt ist. während der vierte Kreis induktiv mit dem zweiten Kreis gekoppelt ist, wobei der dritte und vierte Kreis so angeordnet sind, daß in dem vierten Kreis ein veränderbarer Strom in Abhängigkeit von der im dritten Kreis induzierten Spannung fließt, und

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wobei der veränderbare Strom in dem vierten Kreis eine weitere Spannung in den zweiten Kreis induziert.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Erzeugung einer Präzessionsbewegung von Bestandteilen der Atome eines gyromagnetischen Körpers in einem magnetischen Gleichfeld, dadurch gekennzeichnet, daß eine Senderspule zur Erzeugung eines Wechselfeldes im rechten Winkel zu dem Gleichfeld vorgesehen ist, daß ferner Energieübertragungsmittel, z. B. eine Empfängerspule, in der Nähe des Schnittpunktes des Gleichfeldes und des W'echselfeldes vorgesehen sind, wobei die Empfängerspule rechtwinklig zu der Senderspule liegt, daß ferner eine dritte Spule induktiv mit der ersten Spule und eine vierte Spule induktiv mit der zweiten Spule gekoppelt ist, während die dritte und vierte Spule in Reihe geschaltet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Spule parallel zu der Senderspule liegt und die vierte Spule variabel gegenüber der Empfängerspule angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand in Reihe mit der dritten und vierten Spule liegt.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus einem Material hohen ohmschen Widerstandes im Verhältnis zu seinem Blindwiderstand induktiv mit der ersten Spule und der zweiten Spule gekoppelt ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Erzeugung gyromagnetischer Resonanz zwischen der Präzessionsbewegung von Bestandteilen von Atomen, die ein magnetisches Moment und ein Kreiselmoment in einem magnetischen Gleichfeld aufweisen, wobei eine Hochfrequenz auf die Atombestandteile im wesentlichen senkrecht zu dem magnetischen Gleichfeld einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzenergie über eine Senderspule zugeführt wird, zu der eine Empfängerspule im wesentlichen senkrecht angeordnet ist, und daß ein Körper aus einem Material hohen ohmschen Widerstandes mit der Senderspule und mit der Empfängerspule induktiv gekoppelt ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13 mit einem magnetischen Gleichfeld, das eine Ausrichtung von Bestandteilen von Atomen in einer bestimmten Richtung bewirkt und einem hochfrequenten Magnetfeld, das eine Präzessionsbewegung der Bestandteile des Atoms um die erstgenannte Richtung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Präzessionsbewegung erzeugte Energie induktiv aufgenommen wird und daß mit dem Sender und der Aufnahmeeinrichtung induktiv gekoppelte Einrichtungen vorgesehen sind, die eine Komponente der aufgenommenen Energie beeinflussen.

15. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Identifizierung von Bestandteilen von Substanzen mit einer Vorrichtung zur Änderung des Präzessionswinkels von polarisierten gyromagnetischen Bestandteilen von Atomen und einer Anzeigevorrichtung für den Präzessionswinkel, wobei die Vorrichtung zur Änderung des Präzessionswinkels eine Spule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes enthält und die Anzeigevorrichtung eine im wesentlichen rechtwinklig dazu liegenden Spule aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mit den zwei Spulen Vorrichtungen induktiv gekoppelt sind, welche eine in der zweiten Spule induzierte Energiekomponente beeinflussen, die von dem magnetischen Wechselfeld der ersten Spule herrührt.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Sender und der Aufnahmeeinrichtung gekoppelte Vorrichtung eine Komponente der von der Hochfrequenz induzierten Energiekomponente beeinflußt.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine in dem magnetischen Gleichfeld befindliche Aufnahmevorrichtung für die zu untersuchenden Substanzen aufweist, in deren Nähe die Senderspule des Hochfrequenzgenerators angeordnet ist, wobei das Wechselfeld der Senderspule die Materie im wesentlichen senkrecht zu dem Gleichfeld durchsetzt, während die Empfängerspule in der Nähe der Materie im wesentlichen senkrecht zur Senderspule angeordnet ist, und wobei mit der Senderspule und Empfängerspule Schaltelemente induktiv gekoppelt sind, in denen eine Spannung von der Hochfrequenz induziert wird, die ihrerseits eine Spannung in der Empfängerspule hervorruft, welche die phasenverschobene Komponente der in der Empfängerspule induzierten Spannung beeinflußt.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Empfängerspule ein Verstärker zur Verstärkung der in der Spule induzierten Signale angeschlossen ist und daß eine Anzeigevorrichtung zur Wiedergabe der Signale vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 502 499.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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