DE1938722C3 - 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 !0 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 Magneter, eingebracht. Die Probe sitzt dabei ii. einem Kernresonanz-Sondensystem, welches eine Senderspule im wesentlichen senkrecht zu der Richtung des homogenen Magnetfeldes und eine Empfäneerspule 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 -.iieser 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«) /u vermeiden. Eine solche direkte Kopplung kann durch elektromagnetische, aber auch durch elektrostatische Induktion hervorgerufen werden. Um diesi: Einflüsse möglichst gering zu halten, ist üblicherweise die Empfängerspule mit ihrer Achse möglichst genau senkrecht /u der geteilten Senderspule angeordnet Zur Unterdrückung der elektrostatischen Induktion ist zwischen Sender und Empfängerspule eine Faraday-Abschirmung vorgesehen. Es werden weiterhin Abjjleichvornchtungen in der Form von Kraftflußleitern oder Trimmern verwen det.

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 Spiegelungsebenen 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 Empfängerspul&erzeugte Hochfrequenzsignal (»Leakage«) auf ein Minimum herabgedrückt. Diese restliche »Leakage« wird durch die Ausgangsspannung einer vom Hochfrequenz-Generator gespeisten verstellbaren Kondensatorbrücke kompensiert.

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 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 v/elcheii 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 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 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 Gegen stand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispiclen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen beschrieben:

Fig. I ist ein Funktionsaiagramm und veranschaulicht den Grundgedanken der Erfindung;

Fig. 2 zeigt verallgemeinernd und schematisch eine praktische Ausführungsform des Sondensystems:

F ι g J und 4 zeigt die elektrische Schallung und den schematischen Aufbau einer tatsächlich hergestellten Kern resonanz-Sonde.

In Fig. I werden die beiden Hälften 14 und Iß einer Senderspule, die einen Teil eines Kernresonanz Sondensystems bilden, parallel von einer gemeinsamen Hochfrequen/spannungsquelle 2 gespeist, die normalerweise nicht einen Teil der Sonde selbst bildet, und zwar über Impedanzen 3A und JS, die groß im Vergleich zu der Impedanz der Sparinungsqucllc 2 sind, und über Phasen^ und Amplitudenabgieichvörrichtungen 4/4 und AB.

Bei der vereinfacht dargestellten Ausführungsform von Fig.2 sind die hohen Impedanzen veränderbare Kondensatoren 5/4 und 5ß. und die Abgleichvorrichtungen sind je eine Kombination eines veränderlichen Widerstandes (Widerstände &A und 6B) und eines veränderlichen Kondensators (Kondensatoren 7/4 und TB). Eine solche Kombination liegt parallel an der Spulenhälfte XA und die andere an der Spulenhälfte 1B.

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 Iß sind so angeordnet, daß

ίο 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

.Ό Hälften hervorgerufen werden, im Betrieb entgegengesetzte Vorzeichen und ähnliche .\.nplituden, und entsprechende Spannungen werden in de> Empfängerspule 10 erzeugt.

In der induzierten Spannung ist auch eine merk'iche 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 elektro-

ίο magnetischen 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 Beitrage ergibt.

r> Durch geeignete F.instellurg 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) polarisie-

4) renden Magneten verläuft, welcher letztere finen 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

Vi 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.

Pei je; Einstellung der Sonde werden erst die

v> veränderbaren Kondensatoren 5/4 und 5ß (Fig.?) eingestellt, um einen Grobabgleich der Resonanzbedingungen /wischen den zwei Hälften \A und Iß zu er/ielen. wie er durch ein Meßgerät 11 angezeigt wird, welches den Ausgang des Detektors 12 überwacht.

Wi weither 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

b5 abwechselnde Einstellungen der veränderbaren Widerstände 6/4 und 6Ö einerseits und der veränderbaren Kondensatoren 7/4 und IB andererseits kann das Grundsignal in schnell konvergierender Weise vermin-

dert werden.

Da die voreingestellte Kopplung mit der Spulenhälfte 1/4 entgegengesetzt zu der ist, die durch die Spulenhälfte 1Z? 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 TB. Auf diese Weise kann der Abgleichvorgang 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 Widerstände 6Λ und 65 und die miteinander gekoppelten Kondensatoren 74 und 7ßentweder in der Sonde selbst cdsf sntferrit ds^uon än^tJCordn⁽?* SC*ⁿ können, 10 kann p% 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, spannungsempfindliche 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 LZ und L4 zur Steuerung der spannungsempfindlichen Widerstände.

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 13/4 und 13S auf der einen und der anderen Seite des Schleifers 13C die oberen benachbarten Zweige einer Wheststone-Brücke darstellen. Die Widerstände 14 und 15 stellen die unteren benachbarten Zweige der Brücke dar. Wenn die Brücke abgeglichen ist. liegen die Leitungen Li und L 2 auf demselben Potential gegen Erde, und wenn der Schleifer 13C von 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 Störwechselspannungen 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 Koaxialstecker P für die eingestrahlte Hochfrequenzleitung. Es soll nachstehend nur die linke Seite beschrieben werden. Dort bilden die Kondensatoren 20 und 21 zusammen das Äquivalent des Kondensators 5 A in F i g. 2. Der spannungsempfindliche Widerstand 22 (P.IJ^.-Diode) ist äquivalent dem veränderbaren Widerstand 6/4 und der spannungsempfindiiche Kondensator 23 entspricht dem Kondensator TA.

Weiterhin isoliert der Kondensator 24 die Gleichspannungsversorgung von der Hochfrequenz, die der Senderspulenhälfte \A zugeführt wird. Der Kondensator 25 und der Widerstand 26 verhindern, daß Hochfrequenz in die Gleichstromversorgung über Leitung L1 gelangt. In ähnlicher Weise wirkt der Kondensator 27 und der Widerstand 28 im Hinblick auf Leitung L 3. Ein gleichspannungsblockierender Kondensator 29 ist auch vorgesehen um zu verhindern, daß die Gleichspannung, die der P.I.N.-Diode 22 zugeführt wirdi zu der Spule 1A gelangt.

in Der Kondensator 29 bildet außerdem einen Spannungsteiler in Verbindung mit dem Kondensator 30, deren Kapazitäten so gewählt sind, daß bei der eingestrahlten Hochfrequenz von 60 Megahertz die P.I.N.-Diode 22 sie als einen Widerstand im mittleren Bereich von 90 Ohm »sieht« und die Spule 1/4 als entsprechenden Widerstand von 3800 Ohm. Diese Impedanzwandlung soll dazu dienen, daß die P.I.N.-Dinrlp in der Mitte ihres Imnedanzbereiches beirieben werden kann, wo die Empfindlichkeit der Vorrichtung,

d. h. die Änderung des Widerstandes in Abhängigkeit von dem Steuergleichstrom linear ist.

Bei der Einstellung des Hochfrequenzkopfes von Fig. 3 werden das Potentiometer 13 und sein Gegenstück im unteren Netzwerk innerhalb des Rahmens Fl auf die Mitte des Bereiches gestellt, und dann werden bei Zufuhr von 60 Megahertz zu dem Koaxials't-cker P der Abgleichkondensator 21 und sein Gegenstück im Netzwerk gegenüber abwechselnd eingestellt, bis die Senderspulenhälfte \A und die andere Hälfte hinreichend nahe an der Resonanz und dem Abgleich liegen und außerdem die Hochfrequenzzuleitung mit ihrem Wellenwiderstand abschließen. Durch Ersatz durch einen Widerstand mit dieser Impedanz ist es möglich nachzuweisen, ob die richtige Impedanzanpassung durch Betätigung des Abgleichkondensators 21 und seines Gegenstückes erzielt worden ist. Der Abgleich kann wie im Fall von F i g. I überwacht werden, und man kann eine Anzeige der Resonanz erzielen, indem die Spannung an der Spulenhälfte 1/4 und der anderen Hälfte abwechselnd gemessen wird.

Innerhalb des Rahmens F3 ist die Empfängerspule 10 dargestellt, die der Spule mit dem gleichen Bezugszeichen in F i g. 2 entspricht. Parallel zu der Empfängerspule 10 liegen Kondensatoren 31,32,33 und 34. welche die Hochfrequenzleitung 35 mit ihrem Wellenwiderstand abschließen. Der Kondensator 34 ist veränderbar, um eine Verbesserung dieses Abschlusses zu ermöglichen.

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

so eingestrahlten Hochfrequenz von 60 Megahertz und einer Versorgungsgleichspannung von 12 Volt gewählt wurden:

Im Rahmen Fl — -

Potentiometer 13 (5 K)
Widerstand 14 und 15 (470)
Widerstand 16 und 18 (33 K)
Kondensatoren 17 und 19 (100 JtF) ■

Im Rahmen F2

Widerstand 26 (6.8 K)
Widerstand 28 (33 K)
Kondensator 20 (6.8 p)
Kondensator 21 (0—33 p)
Kondensator 24 (220 p)

Kondensator 27 (1000 p)
Kondensator 29 (47 p)
Kondensator 30 (270 p)

Im Rahmen F3

Kondensator31 (12 p)
Kondensator 32 (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 letztere den mechanischen Aufbau des betrachteten Hochfrequenzkopfes 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 belätigbar sind, die bequem 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 verschen zur Befestigung desselben mittels Schrauben in einer Ausnehmung an der 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.

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 lind untere Wandungen 55 und 56 bildet.

Es werden so zwei in vertikalem Abstand voneinander liegende bilderrahmenartige Durchbrüche in dem Körper 42 der Sonde gebildet und zwei in horizontalem Abstand voneinander liegende Durchbrüche in dem 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 Ausnahme der Senderspulenhälfte \A 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 Empfängerspule zugeordnet sind, d. h. die Kondensatoren, die innerhalb des Rahmens F3 in Fig.3 gezeigt sind. Nachdem die Teile innerhalb der Rahmen des Körpers 42 des Hochfrequenzkopfes montiert sind, werden (nicht dargestellte) vordere und hintere 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 getrennte elektrostatisch abgeschirmte Kammern gebildet, die mit üblichen Herstellungsmethoden genau reproduziert werden können.

Das Kopfstück 41 Und die Wandungen 49, 48 lund 52 sind jeweils mit einer Bohrung versehen, deren Achse im wesentlichen mit der Längsachse der Sonde zusammenfällt. Die fluchtenden Bohrungen sind dazu bestimmt, einen zylindrischen Probenhalter aufzunehmen, der um die Achse der Sonde drehbar angeordnet ist.

Die Bohrung in der Trennwand 49 ist tatsächlich in einem nach oben ragenden Ansatz 59 vorgesehen, und

ίο eine Nylonbuchse 60 ist in diese bis zum unterer! Ende desselben eingepreßt (siehe die vergrößerte Darstellung von F i g. 4A), und zwar so weit, daß die Schulter 62 an der Oberseite des Ansatzes 59 anliegt. Die Buchse 60 hat drei innere Vorsprünge 63, die als Lager für einen rotierenden Probenhalter in Form eines langen Glasrohres dient, welches letztere in Fig.4 nicht dargestellt ist.

Der obere Teil 64 der Buchse 60 soll das untere Ende eines abschirmenden Aluminiumrohres 65 aufnehmen, nachdem das letztere in die Bohrung in dem Kopfstück 41 der Sonde eingeführt ist. Das Rohr 65 hat einen oberen Flansch 66, der in einer Ausnehmung um die zentrale Bohrung in dem Kopfstück 41 der Sonde sitzt, in welche Ausnehmung auch die Unterseite eines Nylonblockes 67 paßt, der mit dem Kopfstück 41 der Sonde durch Schrauben 68 verbunden ist. Der Nylonblock 67 dient drei verschiedenen Zwecken: Er liegt am Flanch 66 an und drückt das Rohr 65 nach unten gegen die Schulter 62 der Buchse 60. Er hält einen austauschbaren Ring 69, der mit nach innen ragenden Vorsprüngen versehen ist, welche als oberes Lager für einen Probenhalter dienen und in Fig.4B vergrößert dargestellt sind. Außerdem bildet er einen Teil einer Luftturbine, durch welche der Probenhalter in Drehung

J5 versetzt wird, indem er eine Halterung für einen Luftanschluß 70 bildet, der in einer (nicht dargestellten) Luftdüse innerhalb eines Hohlraums 71 endet, in welchem ein Turbinenrad, das an dem oberen Ende des Probenhalters befestigt ist, sitzt, wenn der Probenhalter in die Sonde eingesetzt ist.

Die durch die Trennwand 52 verlaufende Bohrung ist mit einem Gewinde versehen und nimmt eine Nylonschraube 72 auf, die einen glatten zylindrischen Teil 73 besitzt und mit einer ebenen Oberseite als Drucklager für den konvexen Boden eines Probenhalters dient.

Die elektrischen Verbindungen sind durch, das Kopfstück 41 aus der Sonde herausgeführt, wo an einer Seite desselben die Empfängerspulenleitungen 74 (siehe

so Leitung 35 in Fig.3) liegen, die in einem koaxialen Stecker 75 (siehe Stecker 36 in Fi g. 3) enden, und die Hochfrequenzkopf-Abgleichleitungen 76 (entsprechend LX und L4 in Fig.3) mit einem Stecker 77. An der

'.- " anderen Seife sitzen der Sockel 78 für die Seriderspüle und die Leitungen 79 mit dem Klemmenstecker 80 für die Feldmodulationsspulen, die noch beschrieben werden.

Die Sonde von Fig.4 soll mit Halterungsmitteln zusammenwirken, beispielsweise einer Platte, die auf dem polarisierenden Kernresonanzmagneten angebracht ist, z. B. über einer Öffnung, die in den Körper eines zylindrischen Dauermagneten eingearbeitet ist, um es dem Benutzer zu ermöglichen, den Hochfrequenzkopf in den Arbeitsluftspalt des Magneten einzuführen und ihn dort mit reproduzierbarer Genauigkeit zu haltern. Die Vorderseite der Sonde ist dabei der einen Polfläche zugekehrt und die Rückseite der anderen Polfläche. Um die erforderliche Fluchtung

iü 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 du 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 ge?e'gt ist., ist eine F.mnfängerspule 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 hindurchtreten. Eine dieser Säulen ist in F i g. 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 Nylonhüise 89, siehe Fig.4, in der Bohrung im Ansatz 59 von oben heruntergedrückt. Die Buchse 60 und das Rohr 65 sind in diesem Stadium noch nicht eingesetzt. Diese Nylonhüise 89 kann dann ein wenig in die Bohrung des Formkörpers 85 hineinragen. Die Hülse 89 bildet mit beiden Bohrungen eine Art Preßsitz, und infolgedessen wird der Formkörper 85 an seiner Stelle gehalten.

Das untere Ende des Formkörpers 84 wird jetzt mittels 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 den Körper 42 der Sonde von unten angesetzt, wobei der Formkörper 84 in den Formkörper 85 eingeführt wird.

Der Ansatz 43 wird an den Körper 42 angedrückt, wenn die Oberseite des lormkörpers 84 durch die Nylonhüise 89 gleitet. Die Unterseite des Formkörpers 85 liegt dann an der Oberseite iles Ansatzes 43 auf einer Ringflächc ■3 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 ίο 82 benutzt wurden, sind folgende:

Formkörper 84

Länge 30 mm
Innendurchmesser 5,5 mm

Außendurchmesser 6,3 mm

Formkörper 85

Länge 25 mm

Innendurchmesser 7,3 mm

Aiißenrliirrhmesser 8.2 mm

Empfängerspule 83

LängederSpule 1,5 mm

Windungszahl 6

Senderspulenhälften 86 und 87

Abstand zwischen kurzen Seiten 14 mm

Länge der oberen kurzen Seite 7 mm

Länge der unteren kurzen Seite 9 mm

Windungszahl 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 Klemmensäulen 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 Empfängerfunktion 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 Verhalten beiträgt. Welches die Erfindung auszeichnet. Eine hohe mechanische Steifigkeit ist kombiniert mit wirksamer elektrostatischer Abschirmung, und es wird nicht wertvolle Luftspaltbreite von den Feldmodulationsspulen eingenommen, wie das bei gebräuchlichen Anordnungen der Fall ist, wo flache Spulen koaxial um die magnetische Achse des polarisierenden Magneten angeordnet sind, so daß die Gesamtbreite der Sonde die kombinierte Dicke der beiden Spulen aufnehmen muß.

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

π 12

wenn verschiedene Kernresonanzproben, die sieh nicht effektive Kapazität zwischen den Hälften und der

stark in ihren dielektrischen Verlusten unterscheiden, Empfängerspule gerade so viel zu erhöhen, daß

nacheinander benutzt werden und die Technik der kapazitive Veränderungen, die durch die Einführung der

Probendrehung verwendet wird. Es scheint se·, als wenn Probe hervorgerufen werden, unterdrückt werden, ohne

die Parallelschaltung der Senderspulenhälften ein Mittel 1 daß andererseits irgendwelche kritischen Veränderun-

zum elektrostatischen Abgleich bietet, und das Weglas- gen hinsichtlich des Abgleiche der Sonde eingeführt

sen der Faraday-Abschirmung hat es ermöglicht, die werden.

Hierzu 3 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 lfl; 86, 87) derart ausgebildet und derart bezüglich der Empfängerspule (10, 83) ausgerichtet sind, daß sich eine geringe elektromagnetische Kopplung zwischen den beiden Hälften (IA IS,-86, 87) einerseits und der Empfängerspule (10, 83) andererseits ergibt,

(c) Einstellelemente (6/4, 7A 6B, 7B, 22, 23) für die Amplitude und die Phase der jeder der beiden Hälften (1.4. Iß; 86, 87) der Senderspule zugeführten Hochfrequenz vorgesehen sind, und

(d) die elektromagnetische Kopplung zwischen den Hälften (IAl B;86,87) der Senderspule und der Empfängerspule (10, 83) derart wählbar ist und die Einstellelemente (6Λ, 6ß, 7A TB. 22, 23) derart abgleichbar sind, daß sich die von den beiden Hälften der Senderspule jeweils direkt in der Empfängerspule induzierten Spannungen in einem zurr* 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 Empfängerspule

(83) auf einem zweiten zylindrischen Formkörper

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

5. Kernresonan/Sondensystem nach Anspruch I. daciurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenhälften (M, \B) rechteckig gewickelt und symmetrisch zur Längsachse der Empfängerspule (10) beiderseits derselben so angeordnet sind, daß die l.ängsmittelli- bo tiien 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 (M, \B; 86, 87) der Senderspule zugeführten Hochfrequenz jeweils Paare (6A 6fl bzw. 7A 7B bzw. 22,23) von Einstellelementen vorgesehen sind und daß die Einstellelemente jedes Paares durch je eine Stellvorrichtung ("Fl) 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 (Li, L2, L3, L 4) fernbedient abgleichbar sind.

8. Kernresonanz-Sondensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Spulenhälften (M₁ iB) einerseits und der Empfängerspule (10) andererseits keine elektrostatische Abschirmung vorgesehen ist.