DE1938722B2 - Kernresonanz-sondensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernresonanz-Sondensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Sondensystem ist aus der DE-AS 10 87 375 bekannt.

Zur Aufnahme von Kernresonanzspektren wird eine zu untersuchende Probe in ein starkes, möglichst homogenes magnetisches Feld, z. B. in den Luftspalt zwischen den Polflächen eines Magneten, eingebracht. Die Probe sitzt dabei in einem Kernresonanz-Sondensystem, weiches eine Senderspule im wesentlichen senkrecht zu der Richtung des homogenen Magnetfeldes und eine Empfängerspule im wesentlichen senkrecht sowohl zu dem homogenen Magnetfeld als auch zu der Senderspule aufweist. Die Kerne der Atome in der Probe, die — modellmäßig betrachtet — kleine Kreisel mit einem Drall und einem magnetischen Moment darstellen, »präzedieren« um die Richtung des homogenen Magnetfeldes. Wenn auf die Senderspule ein Hochfrequenzsignal gegeben wird, dessen Frequenz mit der Präzessionsfrequenz der Kerne (Larmorfrequenz) übereinstimmt, tritt eine Resonanz dieser Präzession auf. Diese »Kernresonanz« erzeugt ein Signal in der Empfängerspule. Durch Variation entweder der Hochfrequenz oder des homogenen Magnetfeldes, das seinerseits die Larmorfrequenz beeinflußt, kann ein Spektrum aufgenommen werden, wobei die Lage der Resonanzlinien Rückschlüsse auf die Probe zuläßt.

Dabei ist es wichtig, eine direkte Kopplung zwischen Sender- und Empfängerspule und damit die Erzeugung eines Signals an der Empfängerspule bei Abwesenheit einer Kernresonanz (»Leakage«) zu vermeiden. Eine solche direkte Kopplung kann durch elektromagnetische, aber auch durch elektrostatische Induktion hervorgerufen werden. Um diese Einflüsse möglichst gering zu halten, ist üblicherweise die Eimpfängerspule mit ihrer Achse möglichst genau senkrecht zu der geteilten Senderspule angeordnet. Zur Unterdrückung der elektrostatischen Induktion ist zwischen Senderund Empfängerspule eine Faraday-Abschirmung vorgesehen. Es werden weiterhin Abgleichvorrichtungen in der Form von Kraftflußleitern oder Trimmern verwendet.

Bei einem ebenfalls aus der DE-AS 10 27 375 bekannten Kernresonanz-Sondensystem sind vier in Serie geschaltete Senderspulen in einer zu drei aufeinander senkrechten Spiegcliingscbencn symmetrischen Anordnung vorgesehen und in einem Ring angeordnet, der um eine zur Richtung des homogenen Magnetfeldes parallele Achse zu Abgleichzwecken

verdrehbar ist. Die Empfängerspule liegt mit ihrer Achse senkrecht zur Richtung des homogenen Magnetfeldes und etwa in einer Spiegelungsebene der Senderspulenanordnung. Durch Verdrehen des Ringes wird das auch bei Abwesenheit von Kernresonanz in der > Empfängerspule erzeugte Hochfrequenzsignal (»Leakage«) auf ein Minimum herabgedrückt. Diese restliche »Leakage« wird durch die Ausgangsspannung einer vom Hochfrequenz-Generator gespeisten verstellbaren Kondensatorbrücke kompensiert. in

Die bekannten Kernresonanz-Sondensysteme erfordern die Verstellung mechanischer Teile. Die Wirksamkeit der Justage hängt dabei von der Genauigkeit und Stabilität ab, mit welcher diese Teile eingestellt sind. Die erforderliche mechanische Genauigkeit führt zu einer r> kostspieligen Herstellung. Das gilt insbesondere dann, wenn eine mechanische Fernbedienung benutzt wird, um nicht die Teile direkt an dem Sondensystem manipulieren zu müssen, welches im polarisierenden homogenen Magnetfeld angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kernresonanz-Sondensystem zu schaffen, bei welchem ein Abgleich ohne Verstellung mechanischer Teile, wie Trimmer oder Ringe, in dem Sondensystem derart erfolgen kann, daß bei Abwesenheit von Kernresonanz das Ausgangssignal der Empfängerspule unter einen vorgegebenen Wert gebracht wird, der bei einer Kernresonanzmessung nicht stört.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten je Maßnahmen gelöst.

Nach der Erfindung wird somit zwischen jeder der beiden Hälften der Senderspule und der Empfängerspule eine beabsichtigte, endliche Kopplung hergestellt, und zwar so, daß die dadurch von den beiden Hälften der r> Senderspule in der Empfängerspule erzeugten Signale im wesentlichen zueinander gegensinnig sind. Die beiden Hälften der Senderspule sind parallel über Einstellelemente von der Hochfrequenz gespeist, so daß die ihnen zugeführten Hochfrequenzsignale einzeln oder gegensinnig einstellbar sind. Damit kann unabhängig von Fertigungstoleranzen stets ein Abgleich im Sinne der vorstehend angegebenen Aufgabe erfolgen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Vi

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen beschrieben;

Fig. I ist ein Funktionsdiagramm und veranschaulicht den Grundgedanken der Erfindung; -jo

F i g. 2 zeigt verallgemeinernd und schematisch eine praktische Ausführungsform des Sondensystems;

F i g. 3 und 4 zeigt die elektrische Schaltung und den schematischen Aufbau einer tatsächlich hergestellten Kernresonanz-Sonde. ·>■>

In Fig. 1 werden die beiden Hälften 14 und Iß einer Senderspule, die einen Teil eines Kernresonanz-Sondensystems bilden, parallel von einer gemeinsamen Hochfrequenzspannungsquelle 2 gespeist, die normalerweise nicht einen Teil der Sonde selbst bildet, und zwar w) über Impedanzen 34 und 3ß. die groß im Vergleich zu der Impedanz der Spannungsquelle 2 sind, und über Phasen- und Arnplitudenabgleichvorrichuingen 44 und 4ß.

Bei der vereinfacht dargestellten Ausführungsform tr> von Fig. 2 sind die hohen Impedanzen veränderbare Kondensatoren 54 und 5ß, und die Abgleichvorrichtungen sind je eine Kombination eines veränderlichen Widerstandes (Widerstände 6A und %B) und eines veränderlichen Kondensators (Kondensatoren 74 und 7B). Eine solche Kombination liegt parallel an der Spulenhälfte \A und die andere an der Spulenhälfte Iß. Die Spulenhälften haben einen gemeinsamen Erdpunkt 8 und einen gemeinsamen »heißen« Punkt 9. Mit diesen Punkten würde im Betrieb die (nicht dargestellte) Hochfrequenzversorgung verbunden.

Die Spulenhälften XA und Ißsind so angeordnet, daß sie ein gewisses Maß von elektromagnetischer Kopplung mit der Empfängerspule 10 ergeben, und zwar infolge der Tatsache, daß ihre magnetischen Achsen (gestrichelte Linien A und B) symmetrisch relativ zu der Achse (gestrichelte Linie C) der Empfängerspule 10 geneigt sind. Die Neigung ist in F i g. 2 der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt. In der Praxis würde sie wesentlich geringer sein als sie in dieser Figur erscheint.

Wegen der Natur der Neigung haben die elektromagnetischen Induktionsvektoren, die durch die beiden Hälften hervorgerufen werden, im Betrieb entgegengesetzte Vorzeichen und ähnliche Amplituden, und entsprechende Spannungen werden in der Empfängerspule 10 erzeugt.

In der induzierten Spannung ist auch eine merkliche Komponente enthalten, die auf elektrostatische Induktion zurückzuführen ist, da bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel keine Faraday-Abschirmung zwischen der Sender- und Empfängerspule vorgesehen ist. Die Empfängerspule kann nicht zwischen den elektromagnetischen und elektrostatischen Anteilen unterscheiden, die von den beiden Hälften der Senderspule zu dem induzierten Signal beigetragen werden und »sieht« nur die Endspannung, die sich aus der Vektorsumme der Beiträge ergibt.

Durch geeignete Einstellung der Abgleichvorrichtungen kann diese Endspannung, in welcher sowohl die elektromagnetische als auch die elektrostatische Induktionswirkung sich darstellt, auf ein vernachlässigbares Niveau vermindert werden.

In F i g. 2 ist angenommen, daß die beiden Senderspulenhälften 1/4 und Iß innerhalb eines polarisierenden magnetischen Kraftflusses angeordnet sind, der unter rechten Winkeln zu der Papierebene zwischen den beiden Polschuhen eines (nicht dargestellten) polarisierenden Magneten verläuft, welcher letztere einen Arbeitsluftspalt bildet, und daß der Probenträger in die Spule 10 längs der Achse C eingeführt wird. Im Fall eines mit Supraleitung arbeitenden Magneten, im wesentlichen einem supraleitenden Solenoid, muß die Probe axial in das Solenoid eingeführt werden, und die Empfängerspule muß ebenso wie die Senderspule in zwei Hälften unterteilt werden. Abgesehen davon ist die Erfindung dort in gleicher Weise anwendbar.

Bei der Einstellung der Sonde werden erst die veränderbaren Kondensatoren 5A und 5ß (Fig. 2) eingestellt, um einen Grobabgleich der Resonanzbedingungen zwischen den zwei Hälften 14 und Iß zu erzielen, wie er durch ein Meßgerät U angezeigt wird, welches den Ausgang des Detektors 12 überwacht, welcher mit der Empfängerspule 10 verbunden ist. Alle veränderbaren Komponenten sind zunächst einmal auf die Mitte ihres Einstellbereichs eingestellt worden. Dieser anfängliche Abgleich läßt im allgemeinen ein erhebliches Grundsignal in der Spule 10 übrig. Durch abwechselnde Einstellungen der veränderbaren Widerstände 64 und 6ß einerseits und der veränderbaren Kondensatoren 74 und 7ß andererseits kann das Grundsignal in schnell konvergierender Weise vermin-

dert werden.

Da die voreingestellte Kopplung mit der Spulenhälfte \A entgegengesetzt zu der ist, die durch die Spulenhälfte Iß hervorgerufen ist, müssen die Amplituden und Phaseneinstellungen der beiden Hälften in entgegengesetzten Richtungen erfolgen, und durch geeignete Abstimmung der Empfindlichkeiten der Steuerungen können die Widerstände 6A und 6ß zur differentiellen Einstellung miteinander gekuppelt sein. Ähnliches gilt für die Kondensatoren TA und 7ß. Auf diese Weise kann der Abglcichvorgang sehr einfach durchgeführt werden, indem ein Stellglied mit der linken Hand und eines mit der rechten Hand betätigt wird, während das Instrument 11 beobachtet wird.

Wenn auch die miteinander gekoppelten Widerslände 6/\ und 65 und die miteinander gekoppelten Kondensatoren TA und 7ßentweder in der Sonde selbst oder entfernt davon angeordnet sein können, so kann es sich doch im letzteren Fall unter gewissen Umständen als unerwünscht erweisen, relativ lange Hochfrequenzpfade zwischen der Sonde und ihrer Steuerung vorzusehen. Eine Lösung, die sich als sehr zufriedenstellend erwiesen hat, besteht darin, spannungsempfindlichc Widerstände und Kondensatoren zu verwenden und die Fernsteuerung dadurch zu bewirken, daß die Gleichstrompolarisation über Gleichstromleitungen eingestellt wird, die sich über jede gewünschte Entfernung von der Sonde erstrecken können.

Ein solcher ferngesteuerter Abgleich der Sonde ist in der in Fig. 3 dargestellten Schaltung einer praktisch ausgeführten Sonde vorgesehen. Dort hat die Schaltung, die von dem Rahmen Fl umschlossen ist, die Aufgabe, differentiell sich ändernde Gleichspannungen an den Leitungen Li und L 2 zur Steuerung der spannungsempfindlichen Kondensatoren zu erzeugen und ähnliche Gleichspannungen an den Leitungen L 3 und L 4 zur Steuerung der spannungsempfindlichen Widerslände.

Der Rahmen Fl umschließt zwei identische Netzwerke, die parallel aus einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle von 12 Volt gespeist werden. Das obere Netzwerk enthält ein Potentiometer 13, dessen zwei Abschnitte 13Λ und 13ß auf der einen und der anderen Seite des Schleifers 13C die oberen benachbarten Zweige einer Wheststonc-Brücke darstellen. Die Widerstände 14 und 15 stellen die unteren benachbarten Zweige der Brücke dar. Wenn die Brücke abgeglichen ist, liegen die Leitungen Ll und L 2 auf demselben Potential gegen Erde, und wenn der Schleifer UCvon der abgeglichenen Stellung in die eine oder die andere Richtung verstellt wird, so ändern sich die Spannungen gegen Erde an den Leitungen L 1 und L 2 differentiell.

Der Widerstand 16 mit dem Kondensator 17 bildet ein Filter, welches Slörwcchselspannungen zur Erde ableitet. Ähnlichen Zwecken dient der Widerstand 18 und der Kondensator 19 an der anderen Seite.

Die Schaltung innerhalb des Rahmens F2 enthält ebenfalls zwei übereinstimmende Teile, links und rechts von dem Koaxialstcckcr P für die eingestrahlte Hochfrequenzleitung. Es soll nachstehend nur die linke Seile beschrieben werden. Dort bilden die Kondensatoren 20 und 21 zusammen das Äquivalent des Kondensators 5/1 in F i g. 2. Der spannungsempfindliche Widerstand 22 (P.I.N.-Diode) isl äquivalent dem veränderbaren Widerstand 6Λ und der spannungsempfindliche Kondensator 2Ϊ entspricht dem Kondensator TA.

Weiterhin isoliert der Kondensator 24 die Glciulispannungsversorgung von der Hochfrequenz, die der Senderspulenhälfte \A zugeführt wird. Der Kondensa tor 25 und der Widerstand 26 verhindern, dal: Hochfrequenz in die Gleichstromversorgung übei Leitung L 1 gelangt. In ähnlicher Weise wirkt dci ·> Kondensator 27 und der Widerstand 28 im Hinblick aul Leitung L 3. Ein gleichspannungsblockierender Kon densator 29 ist auch vorgesehen um zu verhindern, dal: die Gleichspannung, die der P.I.N.-Diodc 22 zugefühn wird, zu der Spule \A gelangt.

ίο Der Kondensator 29 bildet außerdem einen Span nungsteilcr in Verbindung mit dem Kondensator 30 deren Kapazitäten so gewählt sind, daß bei dci eingestrahlten Hochfrequenz von 60 Megahertz die P.I.N.-Diode 22 sie als einen Widerstand im mittlerer

π Bereich von 90 Ohm »sieht« und die Spule \A al: entsprechenden Widerstand von 3800 Ohm. Diese Impedanzwandlung soll dazu dienen, daß die P.I.N.-Di ode in der Mitte ihres Impedanzbereiches betriebet werden kann, wo die Empfindlichkeit der Vorrichtung

_'(i d. h. die Änderung des Widerstandes in Abhängigkei von dem Steuergleichst rom linear ist.

Bei der Einstellung des Hochfrequenzkopfes vor F i g. 3 werden das Potentiometer 13 und seir Gegenstück im unteren Netzwerk innerhalb de:

2ϊ Rahmens Fl auf die Mitte des Bereiches gestellt, unc dann werden bei Zufuhr von 60 Megahertz zu den Koaxialstecker P der Abgleichkondensator 21 und seir Gegenstück im Netzwerk gegenüber abwechselnc eingestellt, bis die Senderspulenhälfte 14 und die andere

ίο Hälfte hinreichend nahe an der Resonanz und den Abgleich liegen und außerdem die Hochfrequenzzulei lung mit ihrem Wellenwiderstand abschließen. Durcl Ersatz durch einen Widerstand mit dieser Impedanz is es möglich nachzuweisen, ob die richtige Impedanzen

γ, passung durch Betätigung des Abgleichkondensators 21 und seines Gegenstückes erzielt worden ist. Dci Abgleich kann wie im Fall von Fig. 1 überwach werden, und man kann eine Anzeige der Resonan; erzielen, indem die Spannung an der Spulenhälfte I/

4(1 und der anderen Hälfte abwechselnd gemessen wird.

Innerhalb des Rahmens F3 ist die Empfängerspule K dargestellt, die der Spule mit dem gleichen Bezugszei chen in F i g. 2 entspricht. Parallel zu der Empfängerspu Ie 10 liegen Kondensatoren 31,32,33 und 34, welche die

4", Hochfrequenzleitung 35 mit ihrem Welienwiderstanc abschließen. Der Kondensator 34 ist veränderbar, un eine Verbesserung dieses Abschlusses zu ermöglichen.

Nachstehend ist eine Liste der Koniponentenwertc angegeben, die für die Schaltung von F i g. 3 bei einci

-,o eingestrahlten Hochfrequenz von 60 Megahertz unc einer Vcrsorgungsgleichspannung von 12 Volt gewähl wurden:

Im Rahmen Fl

Potentiometer 13(5 K)
Widerstand 14 und 15(470)
Widerstand 16 und 18(3.9 K)
Kondensatoren 17 und 19 (100 μF)

Im Rahmen F2
_hi, Widerstand 26(6.8 K)

Widerstand 28(3.3 K)

Kondensator 20 (6.8 ρ)

Kondensator 21 (0-3.3 ρ)

Kondensator 24 (220 ρ)
„■-, Kondensator 25 (1000 ρ)

Kondensator27(1000 ρ)

Kondensator 29 (47 ρ)

Kondensator 30 (270 ρ)

Im Rahmen F3

Kondensator31 (12 p)

Kondensator32(180 p)

Kondensator 33 (47 p)

Kondensator34(0-10 p) ■->

Die Komponenten im Rahmen F2 sind tatsächlich innerhalb des Hochfrequenzkopf-Gehäuses in einer Kammer angeordnet, die bei der Beschreibung von Fig. 4 noch erwähnt werden wird, welche letzlere den κι mechanischen Aufbau des betrachteten Hochfrequenzkopfcs darstellt. Die Komponenten in dem Rahmen Fl sollen an einer entfernten Station angeordnet werden, wobei der Schleifer 13C und sein Gegenstück unten mittels getrennter Knöpfe betätigbar sind, die bequem ι-ϊ an der Frontplatte der besagten Station angeordnet sind, um es dem Benutzer zu ermöglichen, abwechselnd einen Knopf mit der linken Hand und den anderen mit der rechten Hand zu drehen, während ein (nicht dargestelltes) Abgleichmeßinstrument mit dem Nullpunkt in der Mitte beobachtet wird. Dieses Abgleichmeßinstrument ist auch bequem an der Frontplatte angebracht.

Fig. 4 zeigt den Aufbau der Sonde mit einem Kopfstück 41, einem davon nach unten ragenden Körper 42 der Sonde und einem Ansatz 43 dieses Körpers, die jeweils aus einem Aluminiumblock hergestellt sind. Der Körper 42 der Sonde ist mit (nicht dargestellten) Augen versehen zur Befestigung desselben mittels Schrauben in einer Ausnehmung an der 1« Unterseite des Kopfstückes 41 der Sonde. Der Ansatz 43 des Körpers ist in ähnlicher Weise mit Augen 44 versehen, die mit Schrauben 43 zusammenwirken und den Ansatz 43 an der Unterseite des Körpers 42 der Sonde befestigen. r>

Der Körper 42 der Sonde ist so bearbeitet, daß er seitliche Wandungen 46 und 47, eine Bodenwandung 48 und eine Trennwand 49 bildet. In ähnlicher Weise ist der Ansatz 43 so bearbeitet, daß er seitliche Wandungen 50 und 51, eine Trennwand 52, obere Wandungen 53 und 54 und untere Wandungen 55 und 56 bildet.

Es werden so zwei in vertikalem Abstand voneinander liegende bildcrrahmenartige Durchbrüche in dem Körper 42 der Sonde gebildet und zwei in horizontalem Abstand voneinander liegende Durchbrüche in dem 4^r> Ansatz 43 des Körpers der Sonde.

Der obere Rahmen in dem Körper 42 der Sonde nimmt die elektronischen Teile auf, die mit der Abgleichfunktion der Sonde zusammenhängen, d. h. die Teile innerhalb des Rahmens F2 in Fig. 3 (mit w Ausnahme der Senderspulenhälfte M und ihres nicht bezeichneten Gegenstückes). Der untere Rahmen ist für die elektromagnetischen Spulen vorgesehen, die noch beschrieben werden sollen, und die Rahmen in dem Ansatz 43 nehmen die Teile auf, die ausschließlich der r> Empfängerspule zugeordnet sind. d. h. die Kondensatoren, die innerhalb des Rahmens Γ3 in Fig. 3 gezeigt sind. Nachdem die Teile innerhalb der Rahmen des Körpers 42 des Hochfrequenzkopfes montiert sind, werden (nicht dargestellte) vordere und hintere W) Deckplatten an den Rahmen befestigt mittels .Schrauben, die in Sacklöcher 57 eingreifen. In ähnlicher Weise werden Deckel auf dem Rahmen in dem Ansatz 43 befestigt, dessen Wände mit Sacklöchern 58 versehen sind. Es werden somit in einer starren Struktur drei hl getrennte elektrostatisch abgeschirmte Kammern gebildet, die mit üblichen Herstellungsmethoden genau rcDroduzicrt werden können.

Das Kopfstück 41 und die Wandungen 49, 48 und 5: sind jeweils mit einer Bohrung versehen, deren Achsi im wesentlichen mit der Längsachse der Sondi zusammenfällt. Die fluchtenden Bohrungen sind dazi bestimmt, einen zylindrischen Probenhalter aufzuneh men, der um die Achse der Sonde drehbar angeordne ist.

Die Bohrung in der Trennwand 49 ist tatsächlich it einem nach oben ragenden Ansatz 59 vorgesehen, unc eine Nylonbuchse 60 ist in diese bis zum unteren Endi desselben eingepreßt (siehe die vergrößerte Darstellunj von F i g. 4A), und zwar so weit, daß die Schulter 62 at der Oberseite des Ansatzes 59 anliegt. Die Buchse 60 ha drei innere Vorsprünge 63, die als Lager für einet rotierenden Probenhalter in Form eines langer Glasrohres dient, welches letztere in Fig.4 nich dargestellt ist.

Der obere Teil 64 der Buchse 60 soll das untere Endi eines abschirmenden Aluminiumrohres 65 aufnehmen nachdem das letztere in die Bohrung in dem Kopfstüd 41 der Sonde eingeführt ist. Das Rohr 65 hat einet oberen Flansch 66, der in einer Ausnehmung um di( zentrale Bohrung in dem Kopfstück 41 der Sonde sitzt in welche Ausnehmung auch die Unterseite eine: Nyionblockes 67 paßt, der mit dem Kopfstück 41 dei Sonde durch Schrauben 68 verbunden ist. Dei Nylonblock 67 dient drei verschiedenen Zwecken: Ei liegt am Flanch 66 an und drückt das Rohr 65 nach unter gegen die Schulter 62 der Buchse 60. Er hält einer austauschbaren Ring 69, der mit nach innen ragender Vorsprüngen versehen ist, welche als oberes Lager füi einen Probenhalter dienen und in Fig.4B vergrößer dargestellt sind. Außerdem bildet er einen Teil einei Luftturbine, durch welche der Probenhalter in Drehung versetzt wird, indem er eine Halterung für einer Luftanschluß 70 bildet, der in einer (nicht dargestellten Luftdüse innerhalb eines Hohlraums 71 endet, ir welchem ein Turbinenrad, das an dem oberen Ende de: Probenhalters befestigt ist, sitzt, wenn der Probenhaltei in die Sonde eingesetzt ist.

Die durch die Trennwand 52 verlaufende Bohrung is mit einem Gewinde versehen und nimmt eine Nylonschraube 72 auf, die einen glatten zylindrischer Teil 73 besitzt und mit einer ebenen Oberseite al· Drucklager für den konvexen Boden eines Probenhai ters dient.

Die elektrischen Verbindungen sind durch da." Kopfstück 41 aus der Sonde herausgeführt, wo an einci Seite desselben die Empfängerspulenleitungen 74 (siehe Leitung 35 in Fig.3) liegen, die in einem koaxialer Stecker 75 (siehe Stecker 36 in Fig. 3) enden, und dit Hochfrequcnzkopf-Abgleichleitungen 76 (entsprechcnc IA und L4 in Fig. 3) mit einem Stecker 77. An der anderen Seite sitzen der Sockel 78 für die Senderspulc und die Leitungen 79 mit dem Klemmenstcckcr 80 füi die Feldmodulationsspulcn, die noch beschrieber werden.

Die Sonde von Fig.4 soll mit Halterungsmittel!" zusammenwirken, beispielsweise einer Platte, die nul dem polarisierenden Kernrcsonanzmagnelcn angebracht ist, z. B. über einer öffnung, die in den Körpci eines zylindrischen Dauermagneten eingearbeitet ist um es dem Benutzer zu ermöglichen, den llochfrequen/.kopf in den Arbeitsluftspalt des Magneten einzuführen und ihn dort mit reproduzierbarer Genauigkeit zti haltern. Die Vorderseite der Sonde ist dabei der einen Polflächc zugekehrt und die Rückseite der anderen Polflächc. Um die erforderliche Fluchtunt

ίο

zu gewährleisten, werden an der Unterseite des Kopfstückes (nicht dargestellte) Führungszapfen eingeführt, die in entsprechende Bohrungen der Tragplatte passen.

Wenn die Zapfen in Eingriff gebracht sind, wird das Kopfstück 41 der Sonde direkt nach unten gedrückt, bis seine Unterseite an der Tragplatte anliegt. Die Handhabung des Hochfrequenzkopfes durch den Benutzer wird erleichtert durch einen umgekehrt U-förmigen Draht 81, in welchen ein Finger eingeführt werden kann, wenn der Benutzer die Sonde aus seinem Sitz herausziehen will, um ihn aus dem Arbeitsluftspalt herauszunehmen.

Es sollen nun die Teile beschrieben werden, die innerhalb des unteren Rahmens des Körpers 42 der Sonde enthalten sind, wobei mit der Sender- und Empfängerspulenanordnung 82 begonnen werden soll. In der vergrößerten Darstellung der Anordnung, die in F i g. 4C gezeigt ist, ist eine Empfängerspule 83, die aus einigen Windungen von emailliertem Kupferdraht besteht, dicht auf einen dünnwandigen Glasformkörper 84 aufgewickelt, wobei das obere Ende des Drahtes nach unten geführt ist, dicht an der Außenfläche der Spule entlang und eng an dem unteren Ende des Drahtes entlangläuft und die beiden parallelen Drahtabschnitte hinreichend lang sind, so daß sie den Ansatz 43 erreichen und mit den darin untergebrachten Empfängerspulen-Schaltelementen verbunden werden können. Die Empfängerspule 83, einschließlich der Endabschnitte, ist an dem Glasformkörper 84 mittels eines geeigneten Klebers befestigt.

Ein zweiter Glasformkörper 85 ist koaxial über dem Formkörper 84 angeordnet, und der Innendurchmesser desselben ist so gewählt, daß die Innenfläche gerade frei von dem Drahtabschnitt ist, der über die Außenseite der Empfängerspule 83 heruntergeführt ist. Zwei symmetrische Senderspulen 86 und 87, die zu trapezartiger Grundform gewickelt sind, sind an den Glasformkörper 83 in einer solchen Weise angedrückt, daß die ungleichen oberen und unteren Seiten der Spule eine bogenförmige Gestalt entsprechend der Krümmung des Formkörpers annehmen. Die beiden Spulen können natürlich in die richtige Gestalt vorgeformt werden. Die beiden Enden jeder der Spulen sind mit isolierten Klemmensäulen verlötet, die durch die Trennwand 49 hindurchtrcten. Eine dieser Säulen ist in Fig. 4 mit 88 bezeichnet.

Bei der Anbringung der Anordnung 82 innerhalb des unteren Rahmens in dem Körper 42 der Sonde wird der Glasformkörper 85, dessen Länge geringfügig geringer ist als die Höhe der öffnung in dem besagten unteren Rahmen, an seine Stelle geschoben, wobei das untere Ende desselben in der Bohrung in der Wandung 48 sitzt. Dann wird eine Nylonhülse 89, siehe Fig.4, in der Bohrung im Ansatz 59 von oben heruntergedrückt. Die Buchse 60 und das Rohr 65 sind in diesem Studium noch nicht eingesetzt. Diese Nylonhülse 89 kann dann ein wenig in die Höhlung di;s Formkörpers 85 hineinragen. Die Hülse 89 bildet mit beiden Bohrungen eine Art Preßsilz, und infolgedessen wird der Formkörper 85 an seiner Stelle gehallen.

Das innere linde des Formkörpers 84 wird jetzt iniilels Wachs in einer zylindrischen Ausnehmung an der Oberseite der Bohrung in der Wandung 52 des Ansatzes 43 befestigt, der noch nicht an dem Körper 42 der Sonde befestigt ist. Der Ansatz 43 wird dann an ilen Körper 42 der Sonde von linien angesetzt, wobei der Formkörper 84 in den Formkörper 85 eingeführt wird.

Der Ansatz 43 wird an den Körper 42 angedrückt, wenn die Oberseite des Formkörpers 84 durch die Nylonhülse 89 gleitet. Die Unterseite des Formkörpers 85 liegt dann an der Oberseite des Ansatzes 43 auf einer Ringfläche ■ι um die besagte zylindrische Ausnehmung herum an.

Nach Anziehen der Schrauben 45 wird Wachs in den Bereich der Hülse 89 eingeschmolzen, um eine Sicherung gegen Klappern der Teile zu erzielen.

Die Abmessungen, die für den Aufbau der Anordnung ι» 82 benutzt wurden, sind folgende:

Formkörper 84 Länge Innendurchmesser Außendurchmesser	30 mm 5,5 mm fc>,3 mm
Formkörper 85 Länge Innendurchmesser Außendurchmesser	25 mm 7.3 mm 8,2 mm
Empfängerspule 83 Länge der Spule Windungszahl	1,5 mm 6
Senderspulenhälften 86 und 87 Abstand zwischen kurzen Seiten Länge der oberen kurzen Seite Länge der unteren kurzen Seite Windungszahl	14 mm 7 mm 9 mm 2

Der untere Rahmen des Körpers 42 der Sonde nimmt außer der Anordnung 82 eisenlose Feldmodulationsspulen 90 und 91 auf, die jede 260 Windungen von emailliertem Kupferdraht aufweisen. Die Leitungen für die Modulationsspulen treten bei 92 aus der Wandung 46 des Körpers 42 der Sonde aus und verlaufen längs eines Kanals in der besagten Wandung zu zwei isolierten Kleimiensäulen 93. Ein ähnlicher Kanal in der Wandung 47 nimmt den Teil der Leitungen 74 zwischen dem Ansatz 43 und der Unterseite des Kopfstückes 41 auf.

In der Beschreibung von F i g. 4 sind solche Teile, wie beispielsweise die eingeschraubten Buchsen für die Leitungen 74 und 76, die mechanische Details geringerer Bedeutung darstellen, nicht im einzelnen beschrieben. In ähnlicher Weise sind diejenigen Teile, die in dem Rahmen des Körpers 41 der Sonde gezeigt sind und mit der Abgleichfunktion für die Sonde zusammenhängen, und die Teile innerhalb des Ansatzes 3, die mit der Empfängcrfunklion zusammenhängen, nicht besonders erwähnt worden, da das elektrische Schaltbild von F i g. 3 diese Teile hinreichend beschreibt.

Man wird erkennen, wie bei der Verwirklichung der Konstruktion der Kernresonanz-Sonde von Fig. 4 besondere Sorgfalt darauf verwandt worden ist, einen Aufbau zu schaffen, der sowohl elektrisch als auch mechanisch zu dem vorteilhaften Verhallen beiträgt, welches die Erfindung auszeichnet. Eine hohe mechanische Steifigkeit ist kombiniert mit wirksamer elektrostatischer Abschirmung, und es wird nicht wertvolle l.uftspalibreite von den Feldmodiilationsspuleii eingenommen, wie das bei gebräuchlichen Anordnungen der Fall ist, wo flache Spulen koaxial um die magnetische Achse iles polarisierenden Magneten angeordnet sind, so daß die Ges;iniihnvite der Sonde die kombinierte Dicke der beiden Spulen aufnehmen muß.

Im Gegensatz zu einigen vorbekannten Systemen hat es sich gezeigt, daß mil der beschriebenen Sonde normalerweise kein neuer Abgleich erforderlich ist,

wenn verschiedene Kernresonanzproben, die sich nicht stark in ihren dielektrischen Verlusten unterscheiden, nacheinander benutzt werden und die Technik der Probendrehung verwendet wird. Es scheint so, als wenn die Parallelschaltung der Senderspulenhälften ein Mittel zum elektrostatischen Abgleich bietet, und das Weglassen der Faraday-Abschirmung hat es ermöglicht, die

effektive Kapazität zwischen den Hälften und der Empfängerspule gerade so viel zu erhöhen, daß kapazitive Veränderungen, die durch die Einführung der Probe hervorgerufen werden, unterdrückt werden, ohne daß andererseits irgendwelche kritischen Veränderungen hinsichtlich des Abgleichs der Sonde eingeführt werden.

Hierzu3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kernresonanz-Sondensystem mit einer Kreuzspulenanordnung aus einer Senderspule, die in zwei im Abstand zueinander liegende und an eine Hochfrequenzquelle angeschlossene Hälften unterteilt ist und einer zwischen den Hälften der Senderspule angeordneten Empfängerspule, d a durch gekennzeichnet, daß

(a) die beiden Hälften (IA Iß; 86, 87) der Senderspule parallel an die Hochfrequenzquelle (2) angeschlossen sind,

(b) die beiden Hälften (IA Iß; 86, 87) derart ausgebildet und derart bezüglich der Empfängerspule (10, 83) ausgerichtet sind, daß sich eine geringe elektromagnetische Kopplung zwischen den beiden Hälften (IA Iß; 86, 87) einerseits und der Empfängerspule (iO, 83) andererseits ergibt,

(c) Einstellelemente (6A 7A 6ß, 7ß, 22, 23) für die Amplitude und die Phase der jeder der beiden Hälften (IA Iß,· 86, 87) der Senderspule zugeführten Hochfrequenz vorgesehen sind, und

(d) die elektromagnetische Kopplung zwischen den Hälften (IA 1 ß;86,87) der Senderspule und der Empfängerspule (10,83) derart wählbar ist und die Einstellelemente (6A 6ß, 7 A TB, 22, 23) derart abgleichbar sind, daß sich die von den beiden Hälften der Senderspule jeweils direkt in der Empfängerspule induzierten Spannungen in einem zum Nachweis der Kernresonanz ausreichenden Maß gegenseitig kompensieren.

2. Kernresonanz-Sondensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Hälften (86, 87) der Senderspule in Form eines Trapezes gewickelt ist, welches spiegelsymmetrisch in bezug auf eine zu den parallelen Seiten des Trapezes senkrechte Symmetrieachse ist, und daß diese Hälften symmetrisch zu der Längsachse der Empfängerspule (83) beiderseits derselben so angeordnet sind, daß die Trapezsymmetrieachsen im wesentlichen parallel zu dieser Längsachse verlaufen.

3. Kernresonanz-Sondensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden trapezförmigen Hälften (86, 87) der Senderspule auf der Außenfläche eines koaxial zur Achse der Empfängerspule (83) angeordneten zylindrischen Formkörpers (85) sitzen.

4. Kernresonanz-Sondensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangerspule

(83) auf einem zweiten zylindrischen Formkörper

(84) innerhalb des ersten Formkörpers (85) angebracht ist.

5. Kernresonanz-Sondensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenhälften (IA Iß^ rechteckig gewickelt und symmetrisch zur Längsachse der Empfängerspule (10) beiderseits derselben so angeordnet sind, daß die Längsmittellinien der Rechtecke mit der Längsachse der Empfängerspule (10) in einer Ebene liegen und spiegelsymmetrisch zu dieser Längsachse verlaufen.

6. Kernresonanz-Sondensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Amplitude und zur Einstellung der Phase der den beiden Hälften (IA Iß,· 86, 87) der Senderspule zugeführten Hochfre-

quenz jeweils Paare (6A 6ß bzw. TA, TB bzw. 22, 23) von Einstellelementen vorgesehen sind und daß die Einstellelemente jedes Paares durch je eine Stellvorrichtung (Fi) gegensinnig verstellbar sind.

7. Kernresonanz-Sondensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellelemente (22, 23) in ihren elektrischen Werten nach Maßgabe veränderlicher Gleichspannungen veränderbar und über Gleichspannungsleitungen (LX, L'Z, L2, L4) fernbedient abgleichbar sind.

8. Kernresonanz-Sondensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Spulenhälften (IA \B) einerseits und der Empfängerspule (10) andererseits keine elektrostatische Abschirmung vorgesehen ist.