DE2146033C - Vorrichtung zur Änderung der Star ke eines stabilisierten Magnetfeldes - Google Patents

Description

3 4

„lindert werden. Ein weiterer Vorteil der Anwen- ren Ausführungsformen der Erfindung einzeln für dung eines Impulsgenerators besteht darin, daß die sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination änderung des Magnetfeldes stufenweise erfoigt, so Anwendung finden. Es zeigt .

daß zwischen den einzelnen Impulsen Zeitintervalle Fig. 1 das Schaltbild einer Vorrichtung nach ucr

existieren, während denen das Magnetfeld eine kon- 5 Erfindung und „,·

«ante Stärke hat und die a.s Meßintervalle ausge- Fig.2 ein Diagramm zur Erläuterung der wirnützt werden können. Dieser Vorteil ist be^undcrs kungsweise der Vorrichtung nach F i g. I · dann von Bedeutung, wenn zur Auswertung der Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung um-

Meßergebnisse Digitalrechner eingesetzt werden, in faßt eine Erregerspule 1 die zur Erzeugung des gedenen die Meßergebnisse gespeichert werden. Es io wünschten Magnetfeldes von einer Gleicnspannuny.-üjfjnn dann jedem Schritt der Erhöhung des Magnet- quelle 2 gespeist wird. In dem die Erregerspule ι unu feldes ein Speicherplatz zugeordnet werden. Dabei ist die Gleichspannungsquelle 2 enthaltenden stromicre s es dann möglich, den Impulsgenerator vom Digital- befindet sich ein in vereinfachter Weise als ιran. rechner aus zu steuern, beispielsweise mit dem Takt- stör dargestelltes Regelglied 3, das die Starke ties mc geber des Rechners zu synchronisieren. 15 Erregerspule 1 durchfließenden Stromes beeiniium.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform Das Regelglied 3 erhält ein Regelsignal von einer der Erfindung liefert der Impulsgenerator Stromim- Einrichtung, die eine Aufnahmespule4, einen uper.-pulse mit gleichem Energieinhali und veränderlicher tionsverstärker5 und einen weiteren versiarKtr» ImpuNfolgefrequenz. Der Encryicinl-.alt der Strom- umfaßt. Im Rückkopplungszweig des uperaiionsvci impuls kann beispielsweise m> gewählt werden. *o stärkersS befindet sich ein Kondensator?, so ad» daß ji-dcr Impuls eine Veränderung des Magnetfeldes der Operationsverstärkers als Integrator wiria. d um I nukrogauss bewirkt. Der Ansueg der Feldände- einer Änderung des von der Erregerspule l ^crzc"S^lt rung kann dann auf einfac¹ e Weise durch die Wahl Magnetfeldes wird in der ^Aufn™^me!P^u ,_fin„" der i npulsfolgefrequenz gewühlt werden, wählend Strom/, induziert, der dem Eingang des uperamn.. »ich die Gesamtänderung der Stärke des Magnetfei- »5 Verstärkers 5 zufließt. Der OperationsverstarKer» 01 des aus der Anzahl der zugeführten Stiomimpulse det das Zeitintegral über den Strom 1. und ⁿ«^a« gleiciier Polarität ergibt. Es versteht sich, daß die her ein Ausgangssignal, das dem jeweiligen dli dj. Richtung der Feldänderung in einfacher Weise durch der Gesamtänderung des Magnetfeldes P^1-0P"¹;." die Wahl der Polarität der Stromimpulse bestimmt ist. Dieses Ausgangssignal wird über den y^u[^M werden kann. Der Wechsel zwischen zunehmender 30 kertf dem Regelglied 3 zugeführt, das oenι un. . und .tbnehmender Stärke des Magnetfeldes kann bei- regerspule 1 durchfließenden Strom so'»««"· spie! weise mit Hilfe einfacher Zählvorrichtungen ge- einer Änderung des Magnetfeldes entgegeng™«*¹ steuert werden, die nach einer vorbestimmten Anzahl wird und das Magnetfeld praktisch konstant meim. von Stromimpulsen die Polarität der Stromimpulse Mit dem Eingang des ^OP^e.^ra _fl ^tlon^f^r _ei^_lde

umschalten. Für die Anwendung der erfindungsge- 35 weiterhin über einen W.derstand 8 und zwei gnano« maßen Vorrichtung ist von besonderem Vorteil, daß parallel geschaltete, entgegengesetzt gepol e Dioderr» der Anstieg der Feldänderung und die Amplitude der und 10 ein Impulsgenerator 11 ⁸W"*?¹ _fi. Feldanderung unabhängig voneinander muteis Im- Stromimpulse gleicher Dauer ^* 8*™" jTj'd pul folgefrequenz und Impulszahl gewählt werden tude, jedoch wählbarer ^ImP^ul^^Ts"romim können, wogegen bei der Anwendung eines Säge- 40 wählbarer Polantat liefert. Der bei jedem Stromirn zahiigeneratois beide Größen voneinander abhängig puls dem Operationsverstärker^{5 zu}J^fuhrte^£"? £ sind⁸also beispielsweise bei einer Vergröße.ung des wird wiederum vom ^"^^J^ Anstieges unter Beibehaltung der Amplitude der Feld- und über den weiteren Verstarker 6 dem J*^8J änderung auße; der Frequenz der Sägezahnspan- zugeführt, so daß eine Änderung des von der nung auf deren Amplitude "vergrößert werden muß. 45 regerspule 1 erzeugten Magne feJ^^^ft.

Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses strebt ist, den dem Operationsverstark^e/J zußem ist es vorteilhaft, wenn der Imp,ls_generator mit dem ten Strom auf NuU zurück^mgen^Messen Eingang des Operationsverstärkers in weiterer Aus- wird auf diese Weise bei jedem ="™™PP _ gestaltung der Erfindung über mindestens ein Paar Änderung ^^j^S^IeiS sSS? parallel geschalteter und entgegengesetzt gepolter 50 erzwungen, daß in der Aufnahmesp^iie* e ,

Dioden verbunden ist. Diese Dioden können so ge- erzeugt wird, der dem vom St~"8|^η«™»^Γ \™f wählt sein, daß die von dem Impulsgenerator selbst führten Strom.<₂ eηIgW^f™* f_Q ^lntof_r. gelieferten Rauschsignale die Schweilenspannimg der dessen wird bei jedem Stromunpul; das^von aer Dioden nicht überschreiten, so daß der Impulsgene- regerspulel erzeugte Magnet fe U um ™^ξ rator in den Zeitintervallen zwischen den Impulsen 55 geändert der dem Ze.tintegra^{l uber}^^en _eJJ^tr _Enerf von der Regeleinrichtung der Vorrichtung praktisch wahrend der ^ «°*JJ5S^' J pTder in abgetrennt ist und nur die Stromimpulse hoher Am- gieinhalt des Impulses, proj»rtionaiKU ua plifude über die Dioden an den Operationsverstärker der Aufn^mespule 4 .ndu^rte Strom , toentg 5er Regeleinrichtung gelangen: Die Verwendung von ^^t^lf^^Sro^Sn eine Paaren parallel geschalteter und entgegengesetzt ge- 60 StromU₂, erfolgt .^b _n ^e' ^7sLmirnnulsen eine Zupolter Dioden ist erforderlich, weil der Impulsgene- Abnahme und bei ^f^JSS XcTf i g. rator wahlweise positive oder negative Impulse lie- nähme der Starke des Magnetfeldes, wie es r g _fpr. veranschaulicht. ,,

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Er- . In ψ^^^^^φ^ΐΆ^

findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung 6₅ tiven Stromirnpulsen gleicher AmplJ«^^u J _fre.

der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform Dauer^ jedoch ^ mit verschiedener imp

der Erfindung. Die der Beschreibung und der Zeich- queaz »^är|«¹=·^ ,, . _{13 hat e}ine gleiche

nung zu entnehmenden Merkmale können bei ande- Jeder Stromimpuls 12 bzw. w π

Änderung 14 bzw. 15 des Magnetfeldes ti zur Folge. Es ist ersichtlich, daß unabhängig von der Impulsfolgefrequenz bei gleicher Anzahl positiver Impulse 12 und negativer Impulse 13 die Stärke des Magnetfeldes H wieder auf den gleichen Wert zurückkehrt. Eine Drift der Stärke des Magnetfeldes, sofern sie nicht durch andere Einflüsse bedingt ist, ist nicht zu verzeichnen. Es ist femer ersichtlich, daß durch eine Änderung der Impulsfolgefrequenz der Anstieg der Änderung des Magnetfeldes variiert werden kann, ohne die durch die Anzahl der Impulse bestimmte Gesamtänderung des Magnetfeldes zu beeinflussen. Umgekehrt kann durch die Wahl der Anzahl der Impulse die Gesamtgröße der Magnetfeldänderung bestimmt werden. Dabei ist es ohne weiteres möglich, für die Zunahme des Magnetfeldes einen anderen Anstieg zu wählen als für dessen Abnahme und es ist ferner möglich, zwischen Zunähmt und Abnahme eine beliebige Zeitspanne einzuschalten. Die Steuerung des Impulsgenerators 11 kann in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe eines Zählers erfolgen, der nach Erreichen einer vorgewählten Impulszahl die Polarität der Impulse umschaltet. Das Umschalten der Polarität kann mit einer gewählten zeitlichen Verzögerung erfolgen und bei Bedarf mit einer Änderung der Impulsfolgefrequenz verbunden sein.

Das Diagramm nach Fig.2 veranschaulicht weiter, daß die erzielte Änderung des Magnetfeldes stu-

fenweise erfolgt, so daß in den Zeitintervallen zwischen den Stromimpulsen 12 und 13 jeweils ein konstantes Magnetfeld herrscht.

Daher können insbesondere die zwischen den Impulsen 12 vorhandenen, konstanten Zustände 16 des

ίο Magnetfeldes ti als Meßintervalle benutzt werden. Werden die MeEergebnisse mit Hilfe eines Digitalrechners ausgewertet, können diese konstanten Zustände 16 jeweils einem Speicherplatz des Digitalrechners zugeordnet sein und es ist dann zweckmä-Big, den Impulsgenerator 11 zur Arbeitsweise des Digitalrechners zu synchronisieren, indem beispielsweise vom Taktgenerator des Digitalrechners Sy η-chronisationsimpulse für den Impulsgenerator 11 abgeleitet werden. Obwohl die erfindungsgemäßc Vor-

ao richtung vorzugsweise für Spinresonanzspektrometer bestimmt ist, versteht es sich, daß sie übe·all dort Anwendung finden kann, wo zu Meßzwecken ein hochstabilisiertes, jedoch in gewissen Grenzen änderbares Magnetfeld benötigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

daß der Operationsverstärker ein Ausgangssignal He- Patentansprüche: fen, das dem Betrag der Änderung der Feldstärke proportional ist. Dieses Ausgangssignal wird gegebe-

1. Vorrichtung zur insbesondere linearen An- nenfalls nach weiterer Verstärkung einem Regelglied derung der Stärke eines stabilisierten Magnetfei- 5 zugeführt, das die Stärke des die Erregerspule durchdes, insbesondere für Spinresonanzspektromcter, fließenden Stromes beeinflußt und einer Änderung mit einer von einer Gleichspannungsquelle gc- der Feldstärke entgegenwirkt. Die zur Stabilisierung speisten Erregerspule, einer mit der Erregerspule des Magnetfeldes vorhandene Einrichtung spricht gekoppelten Aufnahmespule, einem die Aufnah- also nicht auf den Absolutwert des Magnetfeldes an, mespule und ein den Stromfluß durch die Cr- io sondern nur auf dessen zeitliche Änderungen und regerspule beeinflussendes Stellglied verbinden- wirkt diesen Änderungen entgegen. Wird nun den» den integrierenden Operationsverstärker und Operationsverstärker von einer äußeren Stromquelle einer mit dem Eingang des integrierenden Opera- ein Strom zugeführt, so spricht die Regeleinrichtung tionsverstärkers verbundenen Stromquelle, da- auf diesen Strom in der gleichen Weise an,·als ob durch gekennzeichnet, daß die Strom- 15 eine Änderung des Magnetfeldes stattgefunden hätte quelle von einem Impulsgenerator (!1) gebildet und bewirkt eine solche Änderung des Magnetfeldes, wird, der Stromimpulse (12,13) wählbarer PoIa- daß der von der Aiifnahmcspule gelieferte Strom den rität liefert. von der äußeren Stromquelle gelieferten Strom kom-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- pensiert. Es ist daher möglich, durch Zuführen eines kennzeichnet, daß der Impulsgenerator(11) Strom- ao Stromes zum Operationsverstärker das Magnetfeld impulse (12, 13) mit gleichem Energieinhalt bewußt zu verändern, ohne dessen Stabilisierung zu und veränderlicher Impulsfolgefrequenz liefert. beeinträchtigen. Die Änderung des Magnetfeldes ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- dabei stets dem Zeitintegral über den zugeführten durch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator Strom proportional.

(11) mit dem Eingang des Operationsverstärkers »5 Es ist bekannt, an den Eingang des Operationsver-(5) über mindestens ein Paar parallelgeschalteter stärkers über einen Kondensator eine Wechsdspan- und entgegengesetzt gepolter Dioden (9, W) ver- nungsquelle, insbesondere einen Sägezahngenerator bunden ist. anzuscl.ließen. Da der einen Kondensator durchflie

ßende Verschiebungsstrom der zeitlichen Änderung

30 der angelegten Spannung proportional ist, ist der

dem Operationsverstärker zugeführte Strom bei einer linear ansteigenden oder abfallenden Spannung kon-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung stant und es wird demgemäß eine zeitlich konstante zur insbesondere linearen Änderung der Stärke eines Änderung des Magnetfeldes erzielt. Die bekannte stabilisierten Magnetfeldes, insbesondere für Spinre- 35 Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß ein Konsonanzspektrometer, mit einer von einer geregelten densator nicht verlustfrei ist, so daß dem konstanter Gleichspannungsquelle gespeisten Erregerspule, einer Verschiebungsstrom ein der am Kondensator anliemit der Erregerspule gekoppelten Aufnahmespule, genden Spannung proportionaler Strom überlagert einem die Aufnahmespule und ein den Stromfluß ist, der durch den Verlustwiderstand des Kondensadurch die Erregerspu'e beeinflussendes Stellglied ver- 40 tors fließt. Dieser zusätzliche Strom führt zu einer bindenden, integrierenden Operationsverstärker und unerwünschten und unkontrollierbaren Drift der einer mit dem Eingang des integrierenden Opera- Stärke des Magnetfeldes und beeinträchtigt daher die tionsverstärkers verbundenen Stromquelle. angestrebte Genauigkeit der Messungen. Da weiter-

Eine solche Vorrichtung ist in der Zeitschrift hin die gewünschten Änderungen der MagnetfeldaReview of Scientific Instruments« 28 (1957) 45 stärke nur sehr gering sind, ist der von der äußeren Heft 7, S. 510 bis 514 beschrieben. Stromquelle dem Operationsverstärker zuzuführende

Die Frequenz der Spinresonanzen ist eine Funk- Strom nur sehr !ichwach. Er kann daher in erheblition der Stärke des Magnetfeldes, welchen die die chem Maße durch Rauschsignale gestört werden, die Spins enthaltenden Substanzen ausgesetzt sind. Da- sich wiederum in unerwünschter Weise auf das Mäher ist es möglich, bei der Untersuchung der in einer 50 gnetfeld auswirken.

Substanz enthaltenen Spins an Stelle der HF-Fre- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

quenz, mit der die Spins zur Resonanz angeregt wer- Vorrichtung zur Änderung der Stärke eines stabiliden, das Magnetfeld zu ändern, dem die Substanz sierten Magnetfeldes zu schaffen, bei der die behanausgesetzt ist. In der Regel wird eine in hohem Maße delten Störungen durch unkontrollierte Ströme auslineare Änderung des Magnetfeldes angestrebt. Von ss geschaltet sind.

besonderer Bedeutuag ist jedoch, daß das Ausmaß Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der einder Änderung des Magnetfeldes jederzeit bekannt ist gangs genannten Art auf überraschend einfache und während einer Messung keine unerwünschten Weise dadurch gelöst, daß die Stromquelle von Änderungen des im übrigen hochstabilisierten Ma- einem Impulsgenerator gebildet wird, der Stromimgnetfeldes erfolgen. 60 pulse wählbarer Polarität liefert.

Bei den Vorrichtungen der eingangs genannten Art Ein solcher Impulsgenerator kann unmittelbar mit erfolgt die Stabilisierung des Magnetfeldes in der dem Eingang des Operationsverstärkers verbunden V/eise, daß in dem von der Erregerspule erzeugten werden, so da« Störungen durch Ströme, die den Magnetfeld eine Aufnahmespule angeordnet ist, die Verlustwiderstand eines Kondensators durchfließen, mit dem Eingang eines integrierenden Operationsver- 63 vermieden werden. Weiterhin können zeitlich kurze stärkers vefbündeu ist. Ändsraagsn des Magnetfel- Impulse mit hoher Amplitude gewählt werden, die des induzieren in der Aufnahmespule einen Strom, ein' großes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, so der von dem Operationsverstärker integriert wird, so daß Störungen durch Rauschsignale erheblich vtr