DE2619812A1

DE2619812A1 - Hochfrequenz-system fuer eine apparatur zur messung der kernmagnetischen resonanz

Info

Publication number: DE2619812A1
Application number: DE19762619812
Authority: DE
Inventors: Peter Higham; Robert Alan Hoult
Original assignee: PerkinElmer Ltd
Current assignee: PerkinElmer Ltd
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-05
Publication date: 1976-12-09
Also published as: GB1518541A; US4052661A; FR2311299A1; JPS51146890A; FR2311299B1

Description

Patentanwälte
DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST

D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4ol9 Telex 8516895

P atentanme!dung Perkin-Elmer Limited, Beaconsfield, Buckinghamshire, England

Hochfrequenz-System für eine Apparatur zur Messung der kernmagnetischen Resonanz

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzkopf-System für eine Apparatur zur Messung der kernmagnetischen Resonanz mit gekreuzten Sender- und Empfängerspulen, bei welchem die Senderspule ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten, mit einer Hochfrequenz-Spannungsquelle verbindbaren Spulenhälften aufweist und die Phasen und Amplituden der hochfrequenten Spannungen an der einen und der anderen Spulenhälfte relativ zueinander einstellbar sind.

Die Erfindung bezieht sich auf das Problem, die durch unerwünschte elektromagnetische und elektrostatische Induktionseffekte auch bei Abwesenheit einer kernmagnetischen Resonanz in der Empfängerspule entstehende hochfrequente Störspannung gering zu halten.

In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck Hochfrequenzkopf-System entweder auf den Hochfrequenzkopf allein, d.h. eine Mehrzahl von funktionell zusammenwirkenden elektrischen und mechanischen Teilen innerhalb eines Gehäuses, welches in den polarisierenden magnetischen Kraftfluß eines Kernresonanzspektrometers einsetzbar ist, oder auf den Hochfrequenzkopf und alle

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Zubehörteile, die für dessen Steuerung erforderlich sind, gleichgültig, wo solche Teile angebracht sind, z.B. an dem Hochfrequenzkopf selbst oder an dem Steuerpult des Spektrometers oder an einer Zubehörfrontüplatte usw.

Bei einem Hochfrequenzkopf-System der erwähnten Art stehen die Achse des polarisierenden Feldes, die der Senderspule und der Empfängerspule im wesentlichen senkrecht zueinander. Wenn der polarisierende Magnet ein solcher ist, der einen Arbeitsluftspalt zwischen gegenüberliegenden Polschuhen bildet, führt die obige Forderung zu einer Konstruktion, bei welcher die Senderspule in zwei getrennte Hälften unterteilt ist und die Empfängerspule dazwischenliegt.

Es ist natürlich ein hohes Maß von Orthogonalität erforderlich, um sicherzustellen, daß keine merkliche Hochfrequenzenergie oder nur ein geringer, kontrollierter Betrag, wie er für die Homodyntechnik erforderlich ist, bei Abwesenheit einer kernmagnetischen Resonanz an der Empfängerspule auftritt.

Bei vorbekannten Hochfrequenzkopf-Systemen ist es üblich, den Effekt der elektrostatischen Induktion dadurch gering zu halten, daß zwischen Sender- und Empfängerspule eine Faraday-Abschirmung vorgesehen wird und daß weiterhin Abgleichvorrichtungen in der Form von Kraftflußleitern oder Trimmern vorgesehen sind, um sowohl die elektrostatische Kopplung, die durch irgendeine Unwirksamkeit der Abschirmung auftreten kann, als auch die elektromagnetische Kopplung abzugleichen, die stets vorhanden ist, trotz aller Sorgfalt, die bei der Herstellung aufgewandt wird, um eine geometrische Orthogonalität der gekreuzten Spulen sicherzustellen. Dabei ist insbesondere zu beachten, daß geometrische Orthogonalität innerhalb der praktischen Herstellungstoleranzen nicht notwendigerweise elektromagnetische Orthogonalität innerhalb tragbarer Grenzen gewährleistet.

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Mit diesem Problem beschäftigt sich die DT-OS 1 938 722 (GB-PS 1 275 9o2). Bei der DT-OS 1 938 722 ist die Senderspule in zwei Spulenhälften angeordnet, die absichtlich verkantet oder so geformt sind, daß sie in der Empfängerspule Kraftflußdichtevektoren von entgegengesetzten Vorzeichen und ähnlichen Amplituden hervorrufen, so daß durch anschließende wiederholte Phasen- und Amplitudeneinstellungen der beiden parallel von einer Hochfrequenz-Spannungsquelle gespeisten Spulenhälften ein resultierender Vektor erreichbar ist, der die Summe des anfänglichen, durch Störkopplungen hervorgerufenen Kraftflußdichtevektors und eines von einer Spulenhälfte der Senderspule erzeugten Kraftflußdichtevektors ist und der im wesentlichen durch einen von der anderen Spulenhälfte erzeugten Kraftflußdichtevektor entgegengesetzten Vorzeichens und im wesentlichen gleicher Amplitude kompensiert wird.

Diese Anordnung arbeitet ganz zufriedenstellend. Sie bringt jedoch wie alle bekannten Anordnungen, bei denen ein Abgleich eines mit gekreuzten Spulen arbeitenden Hochfrequenzkopfes durch kraftflußsteuernde Verfahren erreicht wird, eine geringfügige magnetische Störung in dem kritischen Volumen mit sich, in welchem die Probe für die kernmagnetische Resonanz angeordnet ist und ein polarisierendes Magnetfeld von besonders hoher Homogenität erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenzkopf-System für eine Apparatur zur Messung der kernmagnetischen Resonanz zu schaffen, bei welchem ein Abgleich von hochfrequenten Störspannungen in der Empfängerspule ohne kraftflußsteuernde Mittel und mit verminderter Störung der Homogenität des polarisierenden Magnetfeldes am Ort der Probe möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine elektrisch mit der Empfängerspule verbundene Abgleichspule so zu den besagten Spulenhälften angeordnet ist, daß durch die Einstellung der relativen Phasen und Amplituden der an den Spulenhälften anliegenden hochfrequenten Spannungen in der

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Abgleichspule eine hochfrequente Spannung induzierbar ist, die in ihrer Amplitude im wesentlichen gleich und gegenphasig zu der hochfrequenten Grundspannungen ist, welche infolge von Störeinflüssen auch bei Abwesenheit einer kernmagnet!sehen Resonanz an der Empfängerspule anliegt.

Die Erfindung verwendet somit die auch bei der DT-OS 1 938 722 vorgesehenen Phasen- und Amplitudeneinstellungen, um eine Spannung von den beiden Spulenhälften der Senderspule in einer Abgleichspule zu induzieren, die elektrisch mit der Empfängerspule verbunden ist. Diese Spannung ist von dem richtigen Vorzeichen und hat die richtige Amplitude, um die bei Abwesenheit einer kernmagnetischen Resonanz durch Störkopplungen in der Empfängerspule hervorgerufene hochfrequente Spannung zu kompensieren. Diese Anordnung ist nicht mit dem bekannten Nullinienabgleich zu verwechseln, bei dem eine Vorrichtung außerhalb des Hochfrequenzkopfes, die daher nicht direkt mit der Umgebung der Empfängerspule gekoppelt ist, eine Abgleichspannung liefert. Solche Anordnungen sind kompliziert und unvermeidbar einer Drift unterworfen.

Es kann eine ungeteilte Abgleichspule verwendet werden, deren magnetische Achse annähernd senkrecht zu der des Paares von Spulenhälften der Sonderspule liegt. Eine bessere allseitige Symmetrie der elektrischen Kopplung und der geometrischen Anordnung kann jedoch erreicht werden, indem die Abgleichspule in ein Paar von Spulenhälften unterteilt wird, die im Abstand auf einer nahezu gemeinsamen magnetischen Achse angeordnet sind, die ebenfalls senkrecht zur magnetischen Achse der Senderspule liegt.

Die Anordnung kann so sein, daß jede Spulenhälfte eines Paares von Spulenhälften auf jeder ihrer gegenüberliegenden Seiten von einer Spulenhälfte des anderen Paares flankiert ist und daß die Spulenhälften jedes Paares wenigstens annähernd symmetrisch zu einem beiden Paaren gemeinsamen Bezugspunkt angeordnet sind, z.B. zu dem Mittelpunkt des Arbeitsvolumens, in welchem eine hohe Homogenität des polarisierenden Magnetfeldes gegeben ist und in welchem eine zu untersuchende Probe in ihrem Proben-

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halter in Drehung versetzt wird, wenn der Hochfrequenzkopf in das polarisierende Magnetfeld eingesetzt ist.

Die beiden Spulenhälften der Abgleichspule können so geschaltet werden, daß entweder die überwiegende Spannung oder der überwiegende Strom, die bzw. der in der einen Spulenhälfte infolge von deren elektrischer Kopplung mit den Spulenhälften der Senderspule auftritt, zu der bzw. dem in der anderen Spulenhälfte auftretenden addiert wird. Mit anderen Worten: Das überwiegende induzierte Signal in einer Spulenhälfte unterstützt das überwiegende induzierte Signal in der anderen Spulenhälfte. Es zeigt sich, daß eine Schaltung, bei welcher sich die erwünschten Abgleichsignale unterstützen, bewirkt, daß die von den Feldmodulationsspulen des Spektrometers induzierten unerwünschten Signale gegeneinandergerichtet sind. Warum das so ist, wird unten bei der Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Hinsichtlich der Form der Spulenhälften besteht eine gewisse Freiheit, solange wenigstens ein Teil jeder Spulenhälfte der Senderspule, der senkrecht zu dem polarisierenden Magnetfeld verläuft, in geringem Abstand von einem ähnlichen Teil der Abgleichspule angeordnet ist.

Bei der Anwendung der Erfindung auf ein Hochfrequenzkopf-System bei einem Kernresonanzspektrometer mit einer supraleitenden Magnetspule, ist es aus naheliegenden Gründen zweckmäßig, diesen Teil bogenförmig auszubilden.

Bei der Anwendung in einem Kernresonanzspektrometer mit einem Eisenmagneten kann andererseits ein im wesentlichen geradliniger Teil besonders vorteilhaft sein, indem er in Verbindung mit einer unterteilten Abgleichspule eine Anordnung gestattet, bei welcher jeder geradlinige Teil der Spulenhälfte eines Paares in geringem Abstand von einem geradlinigen Teil einer Spulenhälfte des anderen Paares angeordnet ist.

Man erkennt, daß hinsichtlich des Abgleichs des Hochfrequenz-

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kopfes die vorerwähnten Teile der Spulenhälfte die aktiven Teile darstellen. Eine Anordnung, bei welcher die elektrische (elektrostatische oder elektromagnetische) Kopplung zwischen benachbarten aktiven Teilen weitgehend durch den Grad der Annäherung zwischen geradlinigen Leitern bestimmt wird, gibt dem Konstrukteur sicherlich ein einfaches Mittel an Hand, die Kopplung zu bestimmen, indem einfach der Abstand verändert wird. Diese Möglichkeit ist besonders bequem, wenn sowohl für die Spulenhälften der Senderspulen als auch für die Spulenhälften der Empfängerspulen Spulen mit einer einzigen Windung verwendet werden, wie das der Fall dort ist, wo es durch die eingestrahlte Frequenz des Spektrometers bedingt ist, für welches das Hochfrequenzkopf-System konstruiert ist.

Die Rechteckform der Spulen hat besondere Vorteile bei einem Hochfrequenzkopf-System mit einem Eisenmagneten, wobei die langen Seiten des Rechtecks die vorerwähnten geradlinigen Teile bilden. Die Spulenhälften der Abgleichspule können langer ausgeführt werden als die Spulenhälften der Senderspule, so daß ihre nicht-aktiven Teile hinreichend weit von dem Bereich hoher Homogenität des Magnetfeldes entfernt sind, so daß ein möglicher Enthomogenisierungseffekt ihrer magnetischen Suszeptibilität vernachlässigbar wird.

Jede Spulenhälfte der Senderspule kann mit elektrischen Mitteln, wie veränderbaren Widerständen und Kondensatoren, zum Abgleichen der Amplitude bzw. Phase der an ihr durch eine einen Teil des Spektrometers bildende Hochfrequenzspannungsquelle erzeugten hochfrequenten Spannung versehen sein.

Eine nützliche Verbesserung kann darin bestehen, daß die Abgleichglieder (Trimmer) für die Amplitude von einer Steuerung und die Abgleichglieder für die Phase von einer anderen Steuerung gemeinsam betätigbar sind. Es können Abgleichglieder verwendet werden, die auf ein elektrisches Steuersignal mit einer Änderung ihres Wertes reagieren, wodurch ein vollständig elektrisches System zum ferngesteuerten Abgleich des Hochfrequenz kopf es vorgesehen werden kann.

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Wenn die Spulenhälften der Senderspule parallel von einer gemeinsamen Hochfrequenz-Spannungsquelle gespeist werden, und zwar jede über eine Impedanz die groß im Vergleich zur Impedanz der Spannungsquelle ist, kann eine weitgehende Orthogonalität der Steuervorgänge und daher eine schnelle Konvergenz zu der optimalen Einstellung für den Abgleich des Hochfrequenzkopfes erreicht werden.

Da die erfindungsgemäße Anordnung einen Abgleich hochfrequenter Spannungen gestattet, die durch Störeinflüsse auch bei Abwesenheit eines Nutzsignals auftreten, macht es keinen Unterschied, ob diese Spannungen durch elektromagnetische oder elektrostatische Induktion hervorgerufen sind. Die Notwendigkeit einer Faraday-Abschirmung zwischen Sender- und Empfängerspulen entfällt daher ebenso wie bei der vorerwähnten DT-OS 1 938 722. Der Wegfall einer elektrostatischen Abschirmung bringt eine große Vereinfachung der Fertigung mit sich und vermindert selbst das Problem, eine elektromagnetische Orthogonalität zu erzielen, da durch diesen Wegfall die Verwendung eines niedrigen Niveaus der Hochfrequenzeinstellung möglich wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung vereinigt daher die Vorteile des Hochfrequenzkopf-Systems nach der DT-OS 1 938 722 mit dem weiteren Vorteil, der sich auf die beobachteten Spektren auswirkt, daß zum Abgleich des Hochfrequenzkopfes keine kraftflußsteuernden Vorrichtungen erforderlich sind. Das in der Abgleichspule verkörperte Grundprinzip ist nicht nur bei Kernresonanzspektrometerη anwendbar, bei denen der polarisierende Kraftfluß zwischen Polschuhen eines polarisierenden Eisenmagneten (entweder eines Elektromagneten oder eines Dauermagneten) verläuft, sondern, wie gesagt, auch bei Kernresonanzspektrometern, bei denen der polarisierende Kraftfluß im Mittelbereich einer eisenlosen, bei Tieftemperaturen betriebenen Spule erzeugt wird.

In einer bei Tieftemperaturen betriebenen Spule für den polarisierenden Kraftfluß müssen sowohl die Senderspule als auch die Empfängerspule in ein Paar von Spulenhälften aufgespalten werden, wobei die magnetische Achse eines p_aares unter

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einem rechten Winkel zu der des anderen Paares und die Achse des polarisierenden Magnetfeldes senkrecht zu beiden liegt.

Erfindungsgemäß kann eine einzige Abgleichspule in der Nähe eines aktiven Teils (aktiv im Hinblick auf den Abgleich des Hochfrequenzkopfes) einer Spulenhälfte der Senderspule auf einer Seite und in der Nähe eines aktiven Teils der anderen Spulenhälfte auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sein. Eine andere Möglichkeit ist, daß die Abgleichspule in zwei Spulenhälften unterteilt ist und die gleiche Anordnung verdoppelt ist an den gegenüberliegenden aktiven Teilen der jeweiligen Spulenhälften der Senderspule.

Abgesehen von den erwähnten Änderungen in der Anordnung der Spulen, die mit der Tatsache zusammenhängt, daß bei einem Tieftemperatur-Spektrometer die Probe um die Achse des Magnetfeldes in Drehung versetzt wird und nicht um eine dazu senkrechte Achse, wie das bei Spektrometern mit Eisenmagneten der Fall ist, ist die Wirkungsweise der Erfindung bei beiden Arten von Spektrometern im wesentlichen die gleiche.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Funktionsdiagramm und veranschaulicht den Grundgedanken der Erfindung.

Fig. 2 zeigt verallgemeinert und schematisch eine praktische Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 und 3A zeigen das elektrische Schaltbild eines Hochfrequenzkopfes nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4, 4A, 4B und 4C zeigen den mechanischen Aufbau des Hochfrequenzkopfes.

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In Figur 1 werden die beiden Hälften 1A und 1B einer Senderspule, die einen Teil eines Hochfrequenzkopf-Systems nach der vorliegenden Erfindung bilden, parallel von einer gemeinsamen HochfrequenzSpannungsquelle 2 gespeist, die normalerweise nicht einen Teil des Hochfrequenzkopfes selbst bildet, und zwar über Impedanz 3A und 3B, die groß im Vergleich zu der Impedanz der Spannungsquelle 2 sind, und über Phasen- und Amplitudenabgleichvorrichtungen 4A und 4B.

Mit den Spulenhälften 1A und 1B ist eine Abgleichspule 1C elektromagnetisch gekoppelt, die eine Impedanzanpassungseinheit 1D speist.

Bei der vereinfacht dargestellten Ausführungsform von Figur 2 sind die hohen Impedanzen veränderbare Kondensatoren 5A und 5B, und die Abgleichvorrichtungen sind je eine Kombination eines veränderlichen Widerstands (Widerstände 6A und 6B) und eines veränderlichen Kondensators (Kondensatoren 7A und 7B). Eine solche Kombination liegt parallel an der Spulenhälfte 1A und die andere an der Spulenhälfte 1B. Die Spulenhälften haben einen gemeinsamen Erdpunkt 8 und einen gemeinen "heißen" Punkt 9. Mit diesen Punkten würde im Betrieb die (nicht dargestellte) Hochfrequenzversorgung verbunden.

Die Spulenhälften 1A und 1B sind mit ihrer magnetischen Achse (gestrichelte Linie 11) senkrecht zu der magnetischen Achse (gestrichelte Linie 12) der Empfängerspule 1o angeordnet. Die Abgleichspule 1C liegt zwischen den Spulenhälften 1A und 1B mit ihrer magnetischen Achse senkrecht zur Papierebene und infolgedessen zu der magnetischen Achse der Spule 1o und der der Spulenhälften der Senderspule. Wie unten noch erläutert wird, kann die Abgleichspule 1C selbst von zwei Spulenhälften gebildet sein, um eine bessere allseitige Symmetrie in bezug auf die anderen Spulen zu erreichen. Es sei angenommen, daß die Spule 1C eine der beiden Spulenhälften ist. Die andere Spulenhälfte muß man sich hinter dieser auf einer im wesentlichen zusammenfallenden magnetischen Achse vorstellen.

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Die Empfängerspule 1o endet an der Impedanzanpassungseinheit 1D. Die Linie mit dem Pfeil soll einen Signalweg darstellen und nicht eine Leitungsverbindung. Das gilt natürlich auch für die anderen mit einem Pfeil versehenen Linien in dem Schaltbild.

Wegen der parallelen Erregung der beiden Spulenhälften der Senderspule sollte es theoretisch möglich sein, die elektromagnetisch induzierte Spannung, die an einer Empfängerspule 1o infolge der Streukopplung zwischen ihr und der einen Spulenhälfte der Senderspule auftritt, durch die Spannung auszulöschen, die von der Streukopplung zwischen ihr und der anderen Spulenhälfte herrührt, sofern diese Streukopplungen gegensinnig wirken, so daß die induzierten Spannungen gegenphasig sind. In der Praxis kann jedoch selbst dann, wenn die Senderspule sorgfältig aufgebaut und relativ zu der Empfängerspule montiert ist, die Spannungen infolge der restlichen Streukopplung gegenphasig sind und die hochfrequenten Spannungen an den Spulenhälften auf minimale hochfrequente Restspannung in der Empfängerspule eingestellt sind, diese Restspannung nicht auf null gebracht werden, weil bestimmte unkompensierte elektromagnetische Kopplungen ausreichend bleiben, um eine hochfrequente Einstreuung in die Empfängerspule zu bewirken. Diese elektromagnetisch erzeugte Einstreuung bildet den Hauptanteil der gesamten hochfrequenten Störspannung an der Empfängerspule.

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 beitrage ergibt.

Durch geeignte Einstellung der Abgleichvorrichtungen kann diese Endspannung, in welcher sowohl die elektromagnetische als auch die elektrostatische Induktionswirkung sich darstellt, auf ein

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vernachlässigbares Niveau vermindert werden.

In Figur 2 ist angenommen, daß die beiden Senderspulenhälften 1A und 1B 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 1o 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.

Bei der Vorbereitung des in Figur 2 im Grundaufbau dargestellten Hochfrequenzkopfes werden zuerst die veränderbaren Kondensatoren 5A und 5B eingestellt, derart, daß ungefähr gleiche Spannungen an den beiden Spulenhälften 1A und 1B der Senderspule auftreten, was mit einem geeigneten Instrument gemessen wird, während die Abgleichvorrichtungen 7A, 7B und 6A, 6B auf die Mitte ihres Einstellbereiches eingestellt sind. Da in den beiden Längsseiten der Abgleichspule 1C Spannungen von im wesentlichen gleicher Amplitude aber von entgegengesetztem Vorzeichen induziert werden, sollte die in die Empfängerspule über die Impedanzanpassungseinheit 1D eingeleitete Spannung nach Durchführung dieser Voreinstellung vernachlässigbar sein. Es ist im allgemeinen noch eine hochfrequente Spannung - auch bei Abwesenheit kernmagnetischer Resonanz in einer Probe - an der Empfängerspule 1o vorhanden. Diese wird hauptsächlich hervorgerufen durch gewisse unvermeidliche Asymmetrien, beispielsweise durch die Asymmetrie, die dadurch erzeugt wird, daß die Anschlußdrähte der Spule 10 in einem vernünftigen Abstand voneinander verlaufen müssen, um eine zu Verlusten führende Kondensatorwirkung zu vermeiden. Eine dichte Annäherung der Anschlußdrähte würde in der Praxis zu einer solchen Kondensatorwirkung führen. Die Anschlußdrähte bilden somit eine Schleife zusätzlich zu den Windungen der Empfängerspule, welche wegen der mangelnden Symmetrie zwischen ihr und den beiden Spulenhälften der Empfängerspule Streuhochfrequenz auffangen kann.

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Jetzt werden die Abgleichvorrichtungen eingestellt. Durch abwechselnde Einstellung der veränderbaren Widerstände 6A und 6B einerseits und der veränderbaren Kondensatoren 7A und 7B andererseits bei Überwachung der Spannung an der Empfängerspule mittels eines geeigneten Instruments, gelangt man schnell konvergierend zur Erzeugung einer Spannung in der Abgleichspule 1C, die in der Amplitude im wesentlichen gleich aber gegenphasig zu der Restspannung ist, die ursprünglich in der Empfängerspule 1o auftrat. Wenn das erreicht ist, kann man sagen, daß das System zueinander gekreuzter Spulen abgeglichen ist, was bedeutet, daß die Wirkung aller Streukopplungen, ob elektromagnetischer oder elektrostatischer, gering gehalten wird.

Da die durch die Spulenhälfte 1A in der Spule 1C induzierte Spannung entgegengesetzt zu der ist, die durch die Spulenhälfte 1B induziert wird, müssen die Amplituden und Phaseneinstellungen der beiden Hälften in entgegengesetzten Richtungen erfolgen, und durch geeignete Abstimmung der Empfindlichkeit der Steuerungen können die Widerstände 6A und 6B zur differenziellen Einstellung miteinander gekuppelt sein. Ähnliches gilt für die Kondensatoren 7A und 7B. 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 beobachtet wird.

Wenn auch die miteinander gekuppelten Widerstände 6A und 6B und die miteinander gekuppelten Kondensatoren 7A und 7B entweder in dem Hochfrequenzkopf selbst oder entfernt davon angeordnet sein können, so kann es doch im letzteren Fall unter gewissen Umständen sich als unerwünscht erweisen, relativ lange Hochfrequenzpfade zwischen dem Hochfrequenzkopf und seiner 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 dem Hochfrequenzkopf erstrecken ^können· 609850/0635

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Ein solcher ferngesteuerter Abgleich des Hochfrequenzkopfes ist in der in Figur 3 dargestellten Schaltung eines praktisch ausgeführten Hochfrequenzkopfes vorgesehen. Dort hat die Schaltung, die von dem Rahmen F1 umschlossen ist, die Aufgabe, differenziell sich ändernde Gleichspannungen an den Leitungen L1 und L2 zur Steuerung der spannungsempfindlichen Kondensatoren zu erzeugen und ähnliche Gleichspannungen an den Leitungen L3 und L4 zur Steuerung der spannungsempfindlichen Widerstände.

Der Rahmen F1 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 13A und 13B auf der einen und der anderen Seite des Schleifers 13C die oberen benachbarten Zweige einer Wheatstone-Brücke darstellen. Die Widerstände 14 und 15 stellen die unteren benachbarten Zweige der Brücke dar. Wenn die Brücke abgeglichen ist, liegen die Leitungen L1 und L2 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 L1 und L2 differenziell.

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 Hochfrequenzleistung. Es soll nachstehend nur die linke Seite beschrieben werden Dort bilden die Kondensatoren 2o und 21 zusammen das Äquivalent des Kondensators 5A in Figur 2. Der spannungsempfindliche Widerstand 22 (P.I.N.-Diode) ist äquivalent dem veränderbaren Widerstand 6A und der spannungsempfindliche Kondensator 23

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Weiterhin isoliert der Kondensator 24 die Gleichspannungsversorgung von der Hochfrequenz, die der Senderspulenhälfte 1A 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 L3. Ein gleichspannungsblockierender Kondensator 29 ist auch vorgesehen, um zu verhindern, daß die Gleichspannung, die der P.I.N.-Diode 22 zugeführt wird, zu der Spule 1A gelangt.

Der Kondensator 29 bildet außerdem einen Spannungsteiler in Verbindung mit dem Kondensator 3o, deren Kapazitäten so gewählt sind, daß bei der eingestrahlten Hochfrequenz von 6o Megahertz die P*I.N.-Diode 22 sie als einen Widerstand im mittleren Bereich von 9o Ohm "sieht" und die Spule 1A als entsprechenden Widerstand von 38oo Ohm. Diese Impedanzwandlung soll dazu dienen, daß die P.I.N.-Diode in der Mitte ihres Impedanzbereiches betrieben werden kann, wo die Empfindlichkeit der Vorrichtung, d.h. die Änderung des Widerstands in Abhängigkeit von dem Steuergleichstrom linear ist.

Bei der Beschreibung von Figur 2 wurde vorgeschlagen, die Abgleichspule 1C in zwei Spulenhälften zu unterteilen. In Figur 3 sind zwei Spulenhälften 1C1 und 1C2 vorgesehen, die jeder nach Art der Spule 1C in Figur 2 wirken. Das bedeutet, daß in jeder der Spulenhälften der Abgleichspule zwei entgegengesetzt gleiche Spannungen erzeugt werden, nachdem die hochfrequenten Versorgungsspannungen an den beiden Spulenhälften der Senderspule wie beschrieben gleichgemacht worden sind. Nach Betätigung der Abgleichvorrichtungen wird eine der beiden Spannungen in jeder Spulenhälfte der Abgleichspule überwiegen.

Die Verbindung der Spulenhälften der Abgleichspule muß natürlich so sein, daß sich die beiden überwiegenden hochfrequenten Spannungen addieren, um eine resultierende

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Spannung zur Kompensation der hochfrequenten Restspannung in der Empfängerspule 1o zu liefern. Das wird erreicht durch eine Schaltung, die normalerweise als Gegeneinanderschaltung angesehen würde, die aber tatsächlich von den überwiegenden hochfrequenten Spannungen als Reihenschaltung zur gegenseitigen Unterstützung "gesehen" werden. Der Grund hierfür ist aus Figur 3A ersichtlich.

Aus Figur 4 ist erkennbar, daß die vier Spulenhälften auf die Außenfläche eines zylindrischen Formkörpers gelegt sind, wobei die magnetischen Achsen der beiden Paare von Spulenhälften senkrecht zur Längsachse des Formkörpers liegen. In Figur 3A ist eine stark übertriebene Perspektive angenommen, bei welcher der Betrachter längs eines durchsichtigen Formkörpers von einem Ende desselben her blickt. Die Spulenhälften 1A und 1B der Senderspule sitzen im Abstand voneinander auf der gemeinsamen magnetischen Achse M1, und die Spulenhälften 1C1 und 1C2 sitzen im Abstand voneinander auf der gemeinsamen magnetischen Achse M2. Die beiden magnetischen Achsen schneiden sich unter einem rechten Winkel im Punkte LA, der die in Längsrichtung gesehene Längsachse des Formkörpers symbolisiert.

Die Spulenhälften 1A und 1B werden nun parallel gespeist, und da ihre Magnetfelder zusammenwirken müssen, kann man eine Situation "einfrieren", wo Ströme in den Spulenhälften in der gleichen Richtung fließen, wenn man durch beide Spulenhälften längs ihre magnetischen Achse M1 blickt. Die Stromrichtung ist durch Pfeile an den aktiven Teilen der Spulenhälften dargestellt.

In den aktiven Teilen der Spulenhälften der Abgleichspule werden Spannungen induziert, die entgegengesetzt gerichtet sind zu den Strömen, die in den benachbarten Spulenhälften der Senderspule fließen. Wieder bezeichnen Pfeile das Vorzeichen, und es ist deutlich erkennbar, daß in jeder der Spulenhälften der Abgleichspule die Spannungen entgegengesetzte Vorzeichen besitzen. Wenn man nun annimmt, daß die Spulenhälfte 1B der

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Senderspule eine höhere hochfrequente Spannung in den beiden Spulenhälften der Abgleichspule induziert als die Spulenhälfte 1A der Senderspule, dann überwiegen die Spannungen in den rechten aktiven Teilen. Das ist durch Doppelpfeile angedeutet. Die Verbindung zwischen der Spulenhälfte 1C1 und der Spulenhälfte 1C2 muß so sein, daß sich diese überwiegenden induzierten Spannungen in Reihenschaltung gegenseitig unterstützen.

Verfolgt man die erforderliche Verbindung beginnend mit der rechten Klemme der Spulenhälfte 1C2, so übersteigt die überwiegende Spannung im rechten aktiven Teil die geringere Spannung im linken Teil, und wenn die linke Klemme mit der linken Klemme der Spulenhälfte 1C1 verbunden wird, dann wird diese überwiegende Spannung auch die geringere Spannung im linken aktiven Teil der Spulenhälfte 1C1 übersteigen und sich zu der überwiegenden Spannung in dem rechten aktiven Teil addieren. Man erkennt, daß diese Verbindung normalerweise eine Gegeneinanderschaltung darstellen würde. Tatsächlich werden dadurch alle Spannungen gegeneinandergeschaltet, die durch Streukopplung zwischen den Feldmodulationsspulen und den Spulenhälften der Abgleichspule in diesen beiden Spulenhälften induziert werden. Ähnliche Überlegungen sind anwendbar, wenn die Spulenhälften der Abgleichspule in einer Anordnung zusammengeschaltet werden, in denen sich die überwiegenden Ströme gegenseitig unterstützen. In diesem Fall ist es erforderlich, die linke Klemme der einen Spulenhälfte mit der rechten Klemme der anderen Spulenhälfte zu verbinden.

In Figur 3 ist ein Ende der in Reihe geschalteten Spulenhälften 1C1 und 1C2 geerdet, und das andere ist über einen Kondensator 1C3 zu dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 34 und 33 geführt. Der Aufbau und die Anordnung der Senderspule, der Abgleichspule und der Empfängerspule wird unten im Zusammenhang mit Figur 4C beschrieben.

Beim Einstellen des Hochfrequenzkopfes von Figur 3 werden das Potentiometer 13 und seine Gegenstück im unteren Netzwerk innerhalb des Rahmens F1 auf die Mitte ihres Einstellbereiches

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gestellt. Dann werden nach Anlegen einer 60 Megahertz-Versorgungsspannung an den Sockel P das Abgleichglied 21 und sein Gegenstück im gegenüberliegenden Netzwerk ihrerseits eingestellt, bis die an der Spulenhälfte 1A gemessene Spannung ungefähr gleich derjenigen ist, die an dem nicht mit Bezugszeichen versehenen Gegenstück unter Resonanzbedingungen gemessen wird, und die beiden Spulenhälften das Hochfrequenz-Speisekabel mit dessen Wellenwiderstand abschließen. Indem man die Spulenhälften durch einen ohmschen Widerstand mit dieser Impedanz ersetzt, ist es möglich festzustellen, ob die richtige Impedanzanpassung durch Handhabung des Abgleichgliedes 21 und seines Gegenstücks erreicht worden ist. Nachdem dieser Vorabgleich durchgeführt worden ist, wird die hochfrequente Spannung an der Abgleichspule vernachlässigbar. Andererseits zeigt ein geeignetes Meßinstrument, das mit der Empfängerspule 1o verbunden ist im allgemein das Vorhandensein einer Restspannung an, die auf elektromagnetischen und elektrostatischen Streukopplungen beruht und die nicht einfach dadurch beseitigt werden kann, daß ein Spannungsabgleich zwischen den beiden Spulenhälften der Senderspule hergestellt wird.

Der nächste Schritt besteht darin, die Stellung des Schleifers 13C (Rahmen F1 von Figur 3) relativ zu der seines Gegenstückes im unteren Netzwerk einzustellen. Jeder Schleifer wird durch einen Stellknopf verstellt, bis die geringfügige elektromagnetische Induktionsverstimmung zwischen der Spulenhälfte 1A und ihrem Gegenstück eine resultierende Spannung in der Abgleichspule erzeugt, die von richtiger Phase und Amplitude ist, um im wesentlichen eine Auslöschung der hochfrequenten Restspannung in der Empfängerspule zu bewirken, wie sie mit dem oben erwähnten Meßinstrument gemessen wurde.

In dem Rahmen F3 ist die Empfängerspule 1o dargestellt, die der Spule mit dem gleichen Bezugszeichen in Figur 2 entspricht. Die Empfängerspule 1o ist durch Kondensatoren 31, 32, 33 und 34 überbrückt, um das Hochfrequenzkabel 35 mit seinem Wellenwiderstand abzuschließen. Der Kondensator 34 ist veränderbar, um eine Verfeinerung der Anpassung zu ermöglichen. Der

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j ό 12

Kondensator 1C3 ist schon erwähnt worden. Sein Wert ist so gewählt, daß die Abgleichspule eine minimale Belastung für die Empfängerspule 1o bildet.

Nachstehend ist eine Liste der Komponentenwerte angegeben, die für die Schaltung von Figur 3 bei einer eingestrahlten Hochfrequenz von 6o Megahertz und einer Versorgungsgleichspannung von 12 Volt gewählt wurden:

In Rahmen F1

In Rahmen F2

Potentiometer 13 (5K) Widerstände 14 und 15 (47o) Widerstände 16 und 18 (3.9K)

Widerstand 26 (6.8K) Widerstand 28 (3.3K) Kondensator 2o (6.8p)

Kondensatoren 17 und 19 (1oo ,uF) Kondensator 21 (0-3.3p)

Kondensator 24 (22op) Kondensator 25 (1ooop)

In Rahmen F3

Kondensator 31 (12p)

Kondensator 32 (18op)

Kondensator 33 (47p)

Kondensator 27 (1ooop)

Kondensator 29 (47p)

Kondensator 3ο (27op)

Kondensator 34 (o-1op)

Die Komponenten int Rahmen F2 sind tatsächlich innerhalb des Hochfrequenzkopf-Gehäuses in einer Kammer angeordnet, die bei der Beschreibung von Figur 4 noch erwähnt werden wird, welche letztere den mechanischen Aufbau des betrachteten Hochfrequenzkopfes darstellt. Die Komponenten in dem Rahmen F1 sollen an einer entfernten Station angeordnet werden, wobei der Schleifer 13C und sein Gegenstück unten mittels getrennter Knöpfe betätigbar ist, 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) äbgleichmeßinstrument mit dem Nullpunkt in der Mitte beobachtet wird. Dieses Abgleichmeßinstrument ist auch bequem an der Frontplatte angebracht.

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Figur 4 zeigt eine Hauptraumform mit einem Kopfstück 1 des Hochfrequenzkopfes, einem davon nach unten ragenden Körper 2 des Hochfrequenzkopfes und einem Ansatz 3 dieses Körpers, die jeweils aus einem Aluminiumblock hergestellt sind. Der Körper des Hochfrequenzkopfes ist mit (nicht dargestellten) Augen versehen zur Befestigung desselben mittels Schrauben in einer Ausnehmung an der Unterseite des Kopfstückes 1 des Hochfrequenzkopfes. Der Ansatz 3 des Körpers ist in ähnlicher Weise mit Augen 4 versehen, die mit Schrauben 5 zusammenwirken und den Ansatz 3 an der Unterseite des Körpers 2 des Hochfrequenzkopfes befestigen.

Der Körper 2 des Hochfrequenzkopfes ist so bearbeitet, daß er seitliche Wandungen 6 und 7, eine Bodenwandung 8 und eine Trennwand 9 bildet. In ähnlicher Weise ist der Ansatz 3 so bearbeitet, daß er seitliche Wandungen 1o und 11, eine Trennwand 12, obere Wandungen 13 und 14 und untere Wandungen 15 und 16 bildet.

Es werden so zwei, in vertikalem Abstand voneinander liegende bilderrahmenartige Durchbrüche in dem Körper 2 des Hochfrequenzkopfes gebildet und zwei in horizontalem Abstand voneinander liegende Durchbrüche in dem Ansatz 3 des Körpers des Hochfrequenzkopfes.

Der obere Rahmen in dem Körper 2 des Hochfrequenzkopfes nimmt die elektronischen Teile auf, die mit der Abgleichfunktion des Hochfrequenzkopfes zusammenhängen, d.h. die Teile innerhalb des Rahmens F2 in Figur 3 (mit Ausnahme der Empfängerspulenhälfte 1A und ihres nicht bezeichneten Gegenstücks). Der Untere Rahmen ist für die elektromagnetischen Spulen vorgesehen, die noch beschrieben werden sollen, und die Rahmen in dem Ansatz 3 nehmen die Teile auf, die ausschließlich der Empfängerspule zugeordnet sind, d.h. die Kondensatoren, die innerhalb des Rahmens F3 in Figur 3 gezeigt sind. Nachdem die Teile innerhalb der Rahmen des Körpers 2 des Hochfrequenzkopfes montiert

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sind, werden (nicht dargestellte) vordere und hintere Deckplatten an den Rahmen befestigt mittels Schrauben, die in Sacklöcher 17 eingreifen. In ähnlicher Weise werden Deckel auf dem Rahmen in dem Ansatz 3 befestigt, dessen Wände mit Sacklöchern 18 versehen sind. Es werden somit in einer starren Raumform drei getrennte elektrostatisch abgeschirmte Kammern gebildet, die mit üblichen Herstellungsmethoden genau reproduziert werden können.

Das Kopfstück 1 des Hochfrequenzkopfes und die Wandungen 9, und 12 sind jeweils mit einer runden Bohrung versehen, deren Achse im wesentlichen mit der Längsachse des Hochfrequenzkopfes zusammenfällt. Die fluchtenden Bohrungen sind dazu bestimmt, einen zylindrischen Probenhalter aufzunehmen, der um die Achse des Hochfrequenzkopfes drehbar angeordnet ist.

Die Bohrung in der Trennwand 9 ist tatsächlich in einem nach oben ragenden Ansatz 19 vorgesehen, und eine Nylonbuchse 2o ist in diese bis zum unteren Ende desselben 21 eingepreßt (siehe die vergrößerte Darstellung von Figur 4A), und zwar so weit, daß die Schulter 22 an der Oberseite des Ansatzes 19 anliegt. Die Buchse 2o hat drei innere Vorsprünge 23, die als Lager für einen rotierenden Probenhalter in Form eines langen Glasrohres dient, welches letztere in Figur 4 nicht dargestellt ist.

Der obere Teil 24 der Buchse 2o soll das untere Ende eines abschirmenden Aluminiumrohres 25 aufnehmen, nachdem das letztere in die Bohrung in dem Kopfstück 1 des Hochfrequenzkopfes eingeführt ist. Das Rohr 25 hat einen oberen Flansch 26, der in einer Ausnehmung um die zentrale Bohrung in dem Kopfstück 1 des Hochfrequenzkopfes sitzt, in welche Ausnehmung auch die Unterseite eines Nylinblockes 27 paßt, der mit dem Kopfstück des Hochfrequenzkopfes durch Schrauben 28 verbunden ist. Der Nylonblock 27 dient drei verschiedenen Zwecken: Er liegt an Flansch 26 an und drückt das Rohr 25 nach unten gegen die Schulter 22 der Buchse 2o. Er hält einen austauschbaren Ring 29, der mit nach innen ragenden Vorsprüngen versehen ist, welche als oberes Lager für einen Probenhalter dienen und in

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Figur 5Β vergrößert dargestellt sind. Außerdem bildet er einen Teil einer Luftturbine, durch welche der Probenhalter in Drehung versetzt wird, indem er eine Halterung für einen Luftanschluß 3o bildet, der in eine (nicht dargestellte) Luftdüse innerhalb eines Hohlraumes 31 endet, in welchem ein Turbinenrad, das an dem oberen Ende des Probenhalters befestigt ist, sitzt, wenn der Probenhalter in den Hochfrequenzkopf eingesetzt ist.

Die durch die Trennwand 12 verlaufende Bohrung ist mit einem Gewinde versehen und nimmt eine Nylonschraube 32 auf, die einen glatten zylindrischen Teil 33 besitzt und mit einer ebenen Oberseite als Drucklager für den konvexen Boden eines Probenhalters dient.

Die elektrischen Verbindungen aus dem Hochfrequenzkopf heraus sind durch das Kopfstück 1 des Hochfrequenzkopfes herausgeführt, wo an einer Seite desselben die Empfangerspulenleitungen 34 (siehe Leitung 35 in Figur 3) liegen, die in einem koaxialen

Stecker 35 (siehe Stecker 36 in Figur 3) enden, und die Hochfrequenzkopf-Abgleichleitungen 36 (entsprechend L1 bis L4 in Figur 3) mit einem Stecker 37. An der anderen Seite sitzt der Sockel 38 für die Senderspule, und die Leitungen 39 mit dem Klemmstecker 4o für die Feldmodulationsspulen, die noch beschrieben werden.

Der Hochfrequenzkopf von Figur 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 des Hochfrequenzkopfes ist dabei der einen Polfläche zugekehrt und die Rückseite der anderen Polfläche. Um die erforderliche Fluchtung zu gewährleisten, werden an der Unterseite des Kopfstückes des Hochfrequenzkopfes (nicht dargestellte) Führungszapfen eingeführt, die in entsprechende

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Bohrungen der Tragplatte passen.

Wenn die Zapfen in Eingriff gebracht sind, wird das Kopfstück 1 des Hochfrequenzkopfes direkt nach unten gedrückt, bis seine Unterseite an der Tragplatte anliegt. Die Handhabung des Hochfrequenzkopfes durch den Benutzer wird erleichtert durch einen umgekehrt ü-förmigen Draht 41, in welchen ein Finger eingeführt werden kann, wenn der Benutzer den Hochfrequenzkopf 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 2 des Hochfrequenzkopfes enthalten sind, wobei mit der Sender- und Empfängerspulenanordnung 42 begonnen werden soll. In der vergrößerten Darstellung der Anordnung, die in Figur 4C gezeigt ist, ist eine Empfängerspule 43, die aus einigen Windungen von emailliertem Kupferdraht besteht, dicht auf einen dünnwandigen Glasformkörper 44 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 3 erreichen und mit den darin untergebrachten Empfangerspulen-Schaltelementen verbunden werden können. Die Empfängerspule 43, einschließlich der Endabschnitte, ist an dem Glasformkörper 44 mittels eines geeigneten Klebers befestigt.

Ein zweiter Glasformkörper 45 ist koaxial über dem Formkörper 44 angeordnet, und der Innendurchmesser desselben ist so gewählt, daß die Innenfläche gerade frei von dem Drahtabschnitt ist, der über die Außenseite der Empfängerspule 43 heruntergeführt ist

Zwei symmetrische Spulenhälften 46 und 47 der Senderspule von rechteckiger Grundform sind über den aus Glas hergestellten Formteil 45 in der Weise gepreßt, daß die im wesentlichen gleichen oberen und unteren Seiten jeder Hälfte eine bogen-

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förmige Gestalt entsprechend der Krümmung des Formteils annehmen. Die beiden Spulenhälften können natürlich in die richtige Gestalt vorgeformt sein. Die beiden Enden jeder Spule sind mit isolierten Klemmensäulen verlötet, die durch die Trennwand 9 hindurchtreten. Eine dieser Klemmensäulen ist in Figur 4 mit 48 bezeichnet.

Ein anderer Satz von Spulenhälften 46A und 47A, von denen 47A in Figur 4C nicht sichtbar ist und welche die Abgleichspule bilden, sind in ähnlicher Weise auf dem Formstück 44 auf der nicht von den Spulenhälften 46 und 47 eingenommenen zylindrischen Oberfläche gehaltert, so daß sich die magnetischen Achsen der Senderspule und der Abgleichspule schneiden. Die beiden Spulenhälften der Abgleichspule sind in dem speziellen oben angegebenen Sinne sich gegenseitig unterstützend in Reihe geschaltet. Es findet eine elektromagnetische Kopplung statt, und zwar in der Hauptsache durch die Nähe der sich längs des Formstücks 44 erstreckenden Spulenseiten. Man erkennt leicht, daß, wenn der gleiche hochfrequente Strom in der gleichen Richtung durch zwei Längsseiten der Spulenhälften der Senderspule fließt, von denen jede einer Längsseite einer Spulenhälfte der Abgleichspule benachbart ist, in dieser Spulenhälfte entgegengesetzte Spannungen induziert werden. Ähnliches gilt für die andere Spulenhälfte der Abgleichspule. Die Polarität, welche in einer Spulenhälfte überwiegt, ist in einander unterstützender Reihenschaltung mit der Polarität, die in der anderen Spulenhälfte überwiegt.

Bei der Anbringung der Anordnung 42 innerhalb des unteren Rahmens in dem Körper 2 des Hochfrequenzkopfes wird der Glasformkörper 45, 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 8 sitzt. Dann wird eine Nylonhülse 49, siehe Fig. 4, in der Bohrung im Ansatz 19 von oben heruntergedrückt. Die Buchse 2o und das Rohr 25 sind in diesem Stadium noch nicht eingesetzt. Diese Nylonhülse 49 kann dann ein wenig in die

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Bohrung des Formkörpers 45 hineinragen. Die Hülse 49 bildet mit beiden Bohrungen eine Art Preßsitz, und infolgedessen wird der Formkörper 45 an seiner Stelle gehalten.

Das untere Ende des Formkörpers 44 wird jetzt mittels Wachs in einer zylindrischen Ausnehmung an der Oberseite der Bohrung in der Wandung 12 des Ansatzes 3 befestigt, der noch nicht an dem Körper 2 des Hochfrequenzkopfes befestigt ist. Der Ansatz 3
wird dann an den Körper 2 des Hochfrequenzkopfes von unten angesetzt, wobei der Formkörper 44 in den Formkörper 45 eingeführt wird. Der Ansatz 3 wird an den Körper 2 angedrückt, wenn die Oberseite des Formkörpers 44 durch die Nylonhülse 49 gleitet. Die Unterseite des Formkörpers 45 liegt dann an der Oberseite des Ansatzes 3 auf einer Ringfläche um die besagte zylindrische Ausnehmung herum an.

Nach Anziehen der Schrauben 5 wird Wachs in den Bereich der
Hülse 49 eingeschmolzen, um eine Sicherung gegen Klappern der Teile zu erzielen.

Die Abmessungen, die für den Aufbau der Anordnung 42 benutzt
wurden, sind folgende:

Formkörper 44 Formkörper 45

Länge 3ο mm

Innendurchmesser 5,5 mm Außendurchmesser 6,3 mm

Länge 25 mm

Innendurchmesser 7,3 mm Außendurehm. 8,2 mm

Sonderspulenhälften 46 und 47

Abgleichspulenhälften

46A und 47A

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26 ' : Π

Länge der Seiten

parallel zu der o,26^I! o,5o"

Empfängerspulenachse

Länge der Seiten

quer zu der o,3o" o,25'·

Empfangerspulenachse

Drahtstärke 36 swg 4o swg

Windungszahl 1 1

Empfangerspule 43

Länge der Spule 0,06"

Drahtstärke 32 swg

Windungszahl 6

Der untere Rahmen des Körpers 2 des Hochfrequenzkopfes nimmt außer der Anordnung 42 eisenlose Feldmodulationsspulen 5o und 51 auf, die jede 26o Windungen von 3 6 SWG emailliertem Kupferdraht aufweisen. Die Leitungen für die Modulationsspulen treten bei 52 aus der Wandung 6 des Körpers 2 des Hochfrequenzkopfes aus und verlaufen längs eines Kanals in der besagten Wandung zu zwei isolierten Klemmensäulen 53. Ein ähnlicher Kanal in der Wandung 7 nimmt den Teil der Leitungen 34 zwischen dem Ansatz und der Unterseite des Kopfstückes 1 des Hochfrequenzkopfes

In der Beschreibung von Figur 4 sind solche Teile, wie beispielsweise die eingeschraubten Buchsen für die Leitungen und 36, die mechanische Details geringerer Bedeutung darstellen, nicht im einzelnen beschrieben. In ähnlicher Weise sind diejenigen Teile, die in dem Rahmen des Körpers 1 des Hochfrequenzkopfes gezeigt sind und die mit der Abgleichfunktion für den Hochfrequenzkopf zusammenhängen und die

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Teile innerhalb des Ansatzes 3, die mit der Empfängerfunktion zusammenhängen, nicht besonders erwähnt worden, da das elektrische Schaltbild von Figur 3 diese Teile hinreichend beschreibt.

Man erkennt, daß bei der Verwirklichung des Grundgedankens der Erfindung bei dem Aufbau des Hochfrequenzkopfes von Figur alle Vorteile des mit Bezug auf Figur 4 der DT-OS 1 938 beschriebenen Hochfrequenzkopfes beibehalten wurden, ohne daß jedoch zur Erzielung des Abgleichs des Hochfrequenzkopfes eine absichtliche Verzerrung des polarisierenden Magnetfeldes hervorgerufen wird. Das hat zu einer Verbesserung des Verhaltens des gesamten Hochfrequenzkopf-Systems im Hinblick auf die Treue der beobachteten Resonanz geführt. Diese Verbesserung ist umso bemerkswerter, wenn man die schon sehr zufriedenstellenden Ergebnisse in Betracht zieht, die mit dem Hochfrequenzkopf-System nach der DT-OS 1 938 722 erreicht worden sind.

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Claims

26 1 ν ? 1 2

Patentansprüche

Hochfrequenzkopf-System für eine Apparatur zur Messung der kernmagnetischen Resonanz mit gekreuzten Sender- und Empfängerspulen, bei welchem die Senderspule ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten, mit einer Hochfrequenz -Spannungsquelle verbindbaren Spulenhälften aufweist und die Phasen und Amplituden der hochfrequenten Spannungen an der einen und der anderen Spulenhälfte relativ zueinander einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch mit der Empfängerspule (10 bzw. 43) verbundene Abgleichspule (1C bzw. 46A, 47A) so zu den besagten Spulenhälften (1A, 1B. bzw. 46, 47) angeordnet ist, daß durch die Einstellung der relativen Phasen und Amplituden der an den Spulenhälften (1A, 1B bzw. 46, 47) anliegenden hochfrequenten Spannungen in der Abgleichspule (1C bzw. 46A, 47A) eine hochfrequente Spannung induzierbar ist, die in ihrer Amplitude im wesentlichen gleich und gegenphasig zu der hochfrequenten Grundspannung ist, welche infolge von Störeinflüssen auch bei Abwesenheit einer kernmagnetischen Resonanz an der Empfängerspule (10 bzw. 43) anliegt.

Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleichspule (1C bzw. 46A, 47A) mit beiden Spulenhälften (1A, 1B bzw. 46, 47) der Senderspule elektromagnetisch gekoppelt ist.

Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenhälften (1A, 1B bzw. 46, 47) der Senderspule in Abstand auf einer nahezu gemeinsamen magnetischen Achse (11 bzw. M1) angeordnet sind, zu welcher die magnetische Achse (M2) der Abgleichspule (1C1, 1C2) im wesentlichen senkrecht steht.

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4. Hochfreguenzkopf-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleichspule ein Paar von Spulenhälften (1C1, 1C2) aufweist, die in Abstand auf einer nahezu gemeinsamen magnetischen Achse (M2) senkrecht zu einer nahezu gemeinsamen magnetischen Achse (MD der Spulenhälften (1A, 1B) der Senderspule angeordnet sind.

5. Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spulenhälfte (1C1, 1C2 bzw. 46A, 47A) eines Paares auf jeder ihrer gegenüberliegenden Seiten von einer Spulenhälfte (1A, 1B bzw. 46, 47) des anderen Paares flankiert ist.

6. Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenhälften (1C1, 1C2) der Abgleichspule derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß das überwiegende induzierte Signal in einer Spulenhälfte (1C1) das überwiegende induzierte Signal in der anderen Spulenhälfte (1C2) unterstützt.

7. Hochfrequenzkopf-System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenhälften (1C1, 1C2 bzw. 1A, 1B) jedes Paares wenigstens annähernd symmetrisch zu einem beiden Paaren gemeinsamen Bezugspunkt (LA) angeordnet sind.

8. Hochfrequenzkopf-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spulenhälfte (46, 47) der Senderspule wenigstens einen Teil aufweist, der im Betrieb im wesentlichen senkrecht zur magnetischen Achse des polarisierenden Magnetfeldes liegt, und daß dieser Teil in geringem Abstand von einem ähnlichen Teil der Abgleichspule (46A, 47A) angeordnet ist.

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2b'; - -12

9. Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Teil im wesentlichen geradlinig ist.

10. Hochfrequenzkopf-System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spulenhälfte zwei gegenüberliegende geradlinige Teile aufweist, die im Betrieb senkrecht zu dem polarisierenden Magnetfeld verlaufen.

11. Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 1 ο, dadurch gekennzeichnet, daß jeder geradlinige Teil einer Spulenhälfte (46, 47) eines Paares in geringem Abstand von einem geradlinigen Teil einer Spulenhälfte (46A, 47A) des anderen Paares angeordnet ist.

12. Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spulenhälfte rechteckige Grundform besitzt und die geradlinigen Teile durch die langen Seiten der Rechteckform dargestellt werden.

13. Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Seiten der Spulenhälften (46A, 47A) der Abgleichspule deutlich länger sind als diejenigen der Spulenhälften der Senderspulen (46, 47).

14. Hochfrequenzkopf-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Spulenhälfte (1A, 1B) der Senderspule zugehörige elektrische Abgleichglieder (6A, 7A bzw. 6B, 7B) für Hochfrequenzamplitude und -phase vorgesehen sind.

15. Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Abgleichglieder sowohl ohmsche als auch kapazitive Glieder (7A, 7B bzw. 6A, 6B) enthalten, deren Werte nach Maßgabe eines elektrischen Signals fernsteuerbar sind.

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INSPECTED

16. Hochfrequenzkopf-System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenabgleichglieder (7A, 7B) ein erstes gekuppeltes Paar und die Amplitudenabgleichglieder (6A, 6B) ein zweites gekuppeltes Paar bilden.

17. Hochfrequenzkopf-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleichspule (1C) mit der Empfängerspule (1A, 1B) über eine Impedanz (1D) verbunden ist, die groß gegen die der Empfängerspule ist.

18. Hochfrequenzkopf-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenhälften (1A, 1B) der Senderspule parallel von der Hochfrequenz-Spannungsquelle (2) gespeist sind.

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