DE3625342A1

DE3625342A1 - Relay for use in a constant magnetic field, especially for nuclear- spin examination units(nuclear magnetic resonance units)

Info

Publication number: DE3625342A1
Application number: DE19863625342
Authority: DE
Inventors: Thomas Helzel; Peter Roeschmann; Horst Peemoeller
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1986-07-26
Filing date: 1986-07-26
Publication date: 1988-01-28

Abstract

The invention relates to a relay for use in a constant magnetic field, especially for nuclear-spin investigation units. The invention makes use of the fact that, when a control current is flowing through a conductor arrangement which is connected to the switching element of the relay, a force is produced in conjunction with the constant magnetic field, which force can be used to influence the switch position of the switching element. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Relais zur Anwendung in einem stationären Magnetfeld, insbesondere für Kernspin- Untersuchungsgeräte, mit einem unter dem Einfluß eines Stromes seine Schaltstellung ändernden Schaltglied.The invention relates to a relay for use in a stationary magnetic field, especially for nuclear spin Examination equipment, with one under the influence of a Current switching element changing its switching position.

Elektromagnetische Relais enthalten in der Regel magne tische Werkstoffe und beeinflussen daher einerseits das sie umgebende Magnetfeld und werden andererseits durch dieses gestört, wenn es genügend stark ist - wie beispielsweise in Kernspin-Untersuchungsgeräten.Electromagnetic relays usually contain magne materials and therefore influence the one hand magnetic field surrounding them and are on the other hand by this is disturbed if it's strong enough - like for example in nuclear spin examination devices.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Relais der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es das Magnetfeld nicht oder nur in geringem Umfang beeinflußt und daß es andererseits durch das Magnetfeld nicht negativ in seiner Funktionsfähigkeit beeinflußt wird.It is an object of the present invention a relay type mentioned so that it is Magnetic field not affected or only influenced to a small extent and that on the other hand it is not negative by the magnetic field is affected in its functionality.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Schaltglied eine Leiteranordnung befestigt ist und daß die Leiteranordnung so in bezug auf das Magnetfeld ange ordnet ist, daß bei einem Stromfluß durch die Leiter anordnung eine Kraft erzeugt wird, die die Leiteranordnung und mit ihr das Schaltglied von einer ersten Schalt stellung in eine zweite Schaltstellung bewegt.This object is achieved in that the switching element is attached to a conductor arrangement and that the conductor arrangement is in relation to the magnetic field arranges that with a current flow through the conductor arrangement a force is generated that the conductor arrangement and with it the switching element of a first switching position moved to a second switching position.

Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, daß das stationäre Magnetfeld auf die an dem Schaltglied befestigte Leiter anordnung eine Kraft ausübt, wenn diese von einem Strom durchflossen wird. Diese Kraft dient dazu, daß Schaltglied von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schalt stellung zu bewegen. Das Vorhandensein des stationären Magnetfeldes beeinträchtigt die Funktion eines solchen Relais nicht; es ist vielmehr eine Voraussetzung für das Funktionieren eines solchen Relais.The invention takes advantage of the fact that the stationary Magnetic field on the conductor attached to the switching element arrangement exerts a force when this is from a current is flowed through. This force serves the switching element from a first switching position to a second switching position to move. The presence of the stationary Magnetic field affects the function of such Relay not; it is rather a prerequisite for that Function of such a relay.

Die Leiteranordnung kann durch eine Spule gebildet werden. Jedoch ist es auch möglich, daß die Leiteranord nung durch wenigstens eine auf dem Schaltglied aufge brachte und gegenüber diesem isolierte Leiterbahn gebildet wird. Das Schaltglied kann auf verschiedene Weise gestaltet sein. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Schaltglied um eine Achse schwenkbar ist und durch Federkraft in einer Schaltstellung gehalten wird. - Eine andere Weiterbildung sieht vor, daß das Schaltglied aus elastischem Material besteht, daß beiderseits des Schaltgliedes je ein Kontakt angeordnet ist und daß das Schaltglied durch auf seine Enden wirkende Kräfte so zusammengedrückt wird, daß es seitlich ausweicht und einen der beiden Kontakte berührt.The conductor arrangement can be formed by a coil will. However, it is also possible that the conductor arrangement voltage by at least one on the switching element brought and formed insulated conductor track against this becomes. The switching element can be in different ways be designed. A further development of the invention provides before that the switching element is pivotable about an axis and is held in a switching position by spring force. - Another development provides that the switching element made of elastic material that on both sides of the Switching element one contact is arranged and that that Switching element by forces acting on its ends is compressed that it dodges sideways and one of the two contacts.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, die Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Darstellung zeigen. Im einzelnen zeigtThe invention is described below with reference to the drawings explained in more detail, the embodiments of the invention in show a schematic representation. In detail shows

Fig. 1 ein monostabiles Relais, Fig. 1 is a monostable relay,

Fig. 2 ein erstes bistabiles Relais und Fig. 2 shows a first bistable relay and

Fig. 3 ein zweites bistabiles Relais. Fig. 3 shows a second bistable relay.

In Fig. 1 ist mit 1 eine als Schaltglied dienende Zunge aus leitendem Material bezeichnet, die um eine mit einem ersten Schaltkontakt 4 zusammenfallende, zur Zeichenebene senkrechte Achse schwenkbar ist. In der einen Schalt stellung berührt die Schaltzunge einen zweiten Schalt kontakt 5 und in der anderen Schaltstellung einen dritten Schaltkontakt 6. Die Schaltzunge 1 trägt eine Spule 2 und wird mittels einer Feder 3 in ihre in der Zeichnung mit ausgezogenen Linien dargestellte Ruhestellung gezogen. In Fig. 1, 1 is a switching element serving as a tongue made of conductive material, which is pivotable about a coincident with a first switching contact 4 axis perpendicular to the plane of the drawing. In one switching position, the switching tongue touches a second switching contact 5 and in the other switching position a third switching contact 6 . The switching tongue 1 carries a coil 2 and is pulled by a spring 3 into its rest position shown in the drawing with solid lines.

Wenn die Spule 2 von einem Strom durchflossen wird, ergibt sich das durch Pfeile angedeutete Magnetfeld Bl, das auf dem äußeren Magnetfeld annähernd senkrecht steht, zumindest aber nicht parallel zu diesem verläuft. Durch das Zusammenwirken der stromdurchflossenen Spulenleiter mit dem äußeren Magnetfeld Bo entsteht eine Kraft, die die Spule 2 bzw. die mit ihr verbundene Schaltzunge 1 so zu kippen sucht, daß das Spulenfeld Bl in Richtung des äußeren Magnetfeldes Bo verläuft. Dadurch wird die Schalt zunge entgegen der von der Feder 3 ausgeübten Kraft nach rechts in die gestrichelt angedeutete Schaltstellung bewegt, in der sie die Kontakte 4 und 6 miteinander ver bindet.When a current flows through the coil 2 , the magnetic field B1 indicated by arrows results, which is approximately perpendicular to the external magnetic field, but at least does not run parallel to it. Due to the interaction of the current-carrying coil conductors with the external magnetic field Bo is created a force that the coil 2 and which tends to tilt with its associated switching blade 1 so that the coil field Bl extends in the direction of the external magnetic field Bo. Characterized the switching tongue is moved against the force exerted by the spring 3 to the right in the dashed switching position in which it binds the contacts 4 and 6 with each other ver.

Diese Schaltstellung wird beibehalten, so lange das äußere Magnetfeld Bo wirksam ist und der Strom I fließt. Nach dem Abschalten des Stromes wird die Schaltzunge durch die Kraft der Feder 3 wieder in die in ausgezogenen Linien dargestellte Schaltstellung zurückgezogen, in der sie die Kontakte 4 und 5 miteinander verbindet.This switch position is maintained as long as the external magnetic field Bo is effective and the current I flows. After switching off the current, the switching tongue is pulled back by the force of the spring 3 into the switching position shown in solid lines, in which it connects the contacts 4 and 5 to one another.

Das in der Arbeitsstellung (Verbindung der Kontakte 4 und 6) von der Spule 2 erzeugte Magnetfeld Bl überlagert sich in der Umgebung der Spule dem Magnetfeld Bo. Diese Beein flussung kann in bestimmten Fällen - beispielsweise bei Kernspin-Untersuchungen, bei denen das äußere Magnet feld Bo möglichst homogen sein muß, stören. In den Fig. 2 und 3 sind daher Ausführungsformen dargestellt, bei denen das Schaltglied zwei mechanisch stabile Schaltstellungen aufweist, in denen es nach Abschalten des Stromes durch die Spule bzw. die Leiteranordnung verbleiben kann.The magnetic field B1 generated by the coil 2 in the working position (connection of the contacts 4 and 6 ) is superimposed on the magnetic field Bo in the vicinity of the coil. This influencing can interfere in certain cases - for example in nuclear spin examinations, in which the external magnetic field Bo must be as homogeneous as possible. In FIGS. 2 and 3, therefore, embodiments are shown in which the switching element comprises two mechanically stable switching positions in which it can be left through the coil or the conductor arrangement according to current cutoff.

Das in Fig. 2 dargestellte bistabile Relais unterscheidet sich von dem monostabilen Relais nach Fig. 1 dadurch, daß die Achse 7, um die die Schaltzunge 1 schwenkbar ist, nicht durch das mit dem Schaltkontakt 4 zusammenfallende Ende der Schaltzunge verläuft, sondern etwa durch die Mitte der Schaltzunge. Außerdem wird die Feder 3, die den Schaltkontakt 4 bzw. das untere Ende der Schaltzunge 1 mit einem bezüglich der Schaltkontakte 5 und 6 und der Schwenkachse 7 unverschiebbar angeordneten Gelenkpunkt 8 verbindet, nicht auf Zug beansprucht, sondern auf Druck. Es ergeben sich daher zwei mechanisch stabile Schalt stellungen:
In der ersten in Fig. 2 mit ausgezogenen Linien darge stellten Schaltstellung verbindet die Schaltzunge die Kontakte 5 und 4 und in der zweiten gestrichelt angedeu teten Schaltstellung verbindet sie die Kontakte 6 und 4. Die Umschaltung erfolgt dadurch, daß ein Gleichstrom durch die Spule 2 geführt wird, der jedoch abgeschaltet werden kann, sobald die Schaltstellung erreicht ist, so daß dann das Magnetfeld Bo durch die Spulenanordnung praktisch nicht mehr beeinflußt wird. Wenn die Schaltstellung erneut gewechselt werden soll, muß erneut ein Gleichstrom durch die Spule 2 geführt werden - jedoch mit umgekehrter Polarität wie zuvor.The bistable relay shown in FIG. 2 differs from the monostable relay according to FIG. 1 in that the axis 7 , about which the switching tongue 1 can be pivoted, does not extend through the end of the switching tongue coinciding with the switching contact 4 , but rather through that Middle of the shift tongue. In addition, the spring 3 , which connects the switching contact 4 or the lower end of the switching tongue 1 to a pivot point 8 arranged immovably with respect to the switching contacts 5 and 6 and the pivot axis 7 , is not subjected to tension, but rather to pressure. There are therefore two mechanically stable switching positions:
In the first in Fig. 2 with solid lines Darge switch position, the switching tongue connects the contacts 5 and 4 and in the second dashed switching position, it connects the contacts 6 and 4th The changeover takes place in that a direct current is passed through the coil 2 , but can be switched off as soon as the switch position is reached, so that the magnetic field Bo is then practically no longer influenced by the coil arrangement. If the switching position is to be changed again, a direct current must be passed through the coil 2 again - but with the opposite polarity as before.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform umfaßt eine Schaltzunge 1, die aus elastischem Material besteht und an ihren Enden so gelagert ist, daß sie leicht zusammen gedrückt wird, so daß sie entweder zur linken Seite oder zur rechten Seite ausweicht und entweder mit dem linken Schaltkontakt 5 oder dem rechten Schaltkontakt 6 in Berührung kommt und diese jeweils mit dem an ihrem unteren Ende befindlichen Schaltkontakt 4 verbindet. Damit die Verschiebung zwischen den beiden Schaltstellungen mit geringem Kraftaufwand geschehen kann, wirkt auf die Enden der Schaltzunge eine definierte Kraft F ein, die durch ein auf das obere Ende der Schaltzunge wirkendes elastisches Zwischenglied 9 oder durch ein (starres) Zwischenglied aufgebracht werden kann, das mit Federkraft gegen die Schaltzunge gedrückt wird.The embodiment shown in Fig. 3 comprises a switching tongue 1 , which is made of elastic material and is supported at its ends so that it is pressed together slightly so that it either yields to the left or to the right side and either with the left switching contact 5 or the right switch contact 6 comes into contact and connects them to the switch contact 4 located at its lower end. So that the shift between the two switching positions can be done with little effort, a defined force F acts on the ends of the switching tongue, which can be applied by an elastic intermediate member 9 acting on the upper end of the switching tongue or by a (rigid) intermediate member which is pressed against the shift tongue with spring force.

Auf der Schaltzunge sind - von dieser elektrisch isoliert eine oder mehrere Leiterbahnen aufgebracht, die in Längsrichtung verlaufen und die an eine Stromquelle anschließbar sind. Wenn das Relais dann so angeordnet ist, daß die Leiterbahnen 2 und die Verbindungslinie zwischen den auf gleicher Höhe angeordneten Kontakten 5 und 6 senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes Bo verlaufen, wird bei einem Stromfluß durch die Leiterbahnen 2 auf die Schaltzunge 1 eine Kraft ausgeübt, die diese in seitlicher Richtung in die andere Schaltstellung bewegt. Wenn die andere Schaltstellung erreicht ist, kann der Strom abge schaltet werden, und durch einen Stromimpuls in entgegen gesetzter Richtung kann die Schaltzunge wieder in die ursprüngliche Lage zurückgebracht werden.On the switch tongue, one or more conductor tracks are applied, electrically insulated therefrom, which run in the longitudinal direction and which can be connected to a power source. If the relay is then arranged such that the conductor tracks 2 and the connecting line between the contacts 5 and 6 arranged at the same height run perpendicular to the direction of the magnetic field Bo , a force is exerted on the switching tongue 1 when the current flows through the conductor tracks 2 this moves laterally into the other switch position. When the other switching position is reached, the current can be switched off, and the switching tongue can be returned to the original position by a current pulse in the opposite direction.

Die Kraft, die beim Fließen des Stromes ausgeübt wird, muß genügend groß sein, um eine Verschiebung der Schaltzunge zwischen den Kontakten zu gestatten. Dies läßt sich einer seits dadurch erreichen, daß das Produkt aus Strom durch die Leiterbahnen und Induktion im Magnetfeld Bo genügend groß gemacht wird und andererseits dadurch, daß die zu überwindenden mechanischen Kräfte so klein gemacht werden, daß die erzeugten magnetischen Kräfte zur Ausführung des Umschaltvorganges ausreichen. - Zur Vergrößerung der magnetischen Kräfte können, wie aus Fig. 3b ersichtlich, die eine Draufsicht auf einen Teil der linken Seite der Schaltzunge zeigt, mehrere zueinander parallel verlaufende Leiterbahnen vorgesehen sein, die elektrisch über nicht näher dargestellte Rückführungsleitungen in Serie geschal tet sind, so daß sie alle in der gleichen Richtung von dem Strom durchflossen werden. Dadurch wird die erzeugte Kraft entsprechend der Anzahl der Leiterbahnen vervielfacht. The force that is exerted when the current flows must be large enough to permit the switching tongue to be displaced between the contacts. This can be achieved on the one hand by making the product of current through the conductor tracks and induction in the magnetic field Bo sufficiently large and on the other hand by making the mechanical forces to be overcome so small that the magnetic forces generated are sufficient to carry out the switching process . - To increase the magnetic forces, as can be seen from Fig. 3b, which shows a plan view of part of the left side of the switching tongue, several mutually parallel conductor tracks can be provided, which are electrically switched in series via return lines, not shown, so that the current flows through them all in the same direction. As a result, the force generated is multiplied according to the number of conductor tracks.

Damit die zur Ausführung eines Schaltvorganges zu über windenden Kräfte klein bleiben, kann die Schaltzunge durch eine Epoxydharzfolie gebildet werden, die an ihren Außen seiten mit einem geeigneten Werkstoff metallisiert ist. Die Schaltzunge hat in diesem Fall einen sehr niedrigen Elastizitätsmodul, so daß die Kräfte zur Durchführung des Schaltvorganges entsprechend niedrig sein können. Die Leiterbahn bzw. die Leiterbahnen kann bzw. können dann auch direkt auf die Folie aufgebracht sein, wobei ledig lich um die Leiterbahn(en) herum aus Isolationsgründen ein nicht metallisierter Zwischenraum verbleiben muß.So that the to perform a switching operation the shifting tongue can stay small an epoxy resin film is formed on its outside sides is metallized with a suitable material. The shift tongue has a very low one in this case Modulus of elasticity so that the forces to carry out the Switching process can be correspondingly low. The The conductor path or the conductor paths can or can then also be applied directly to the film, being single around the conductor track (s) for insulation reasons non-metallized space must remain.

Die Erfindung kann im Innern von Kernspintomographen und anderen Kernspin-Untersuchungsgeräten benutzt werden. In Kernspintomographen ergeben sich Werte der magnetischen Induktion von bis zu 2 T, so daß relativ große Schalt kräfte resultieren. Das Relais kann dabei beispielsweise dazu dienen, eine Hochfrequenzspule, die einerseits Hoch frequenzimpulse zur Anregung von Kernspin-Resonanzsignalen erzeugt und im Anschluß daran andererseits die im Unter suchungsbereich erzeugten Kernspin-Resonanzsignale auf nimmt, vom Ausgang eines Hochfrequenzerzeugers auf den Eingang eines Hochfrequenzempfängers umzuschalten. Die bei einem bistabilen Relais gemäß Fig. 2 oder 3 zum Umschalten erforderlichen Ströme sind für die Kernspinuntersuchung nicht störend, weil sie zwischen dem Ende der Hoch frequenzsendephase und dem Beginn der Hochfrequenz empfangsphase auftreten, und die in diesem Zeitraum bewirkte Anderung des homogenen stationären Magnetfeldes kaum einen Einfluß auf die Kernspin-Untersuchung hat.The invention can be used inside MRI scanners and other MRI scanners. Magnetic induction values of magnetic induction of up to 2 T result in magnetic resonance scanners, so that relatively large switching forces result. The relay can be used, for example, to switch a high-frequency coil, which on the one hand generates high-frequency pulses for excitation of nuclear magnetic resonance signals and then, on the other hand, the nuclear magnetic resonance signals generated in the investigation area, from the output of a high-frequency generator to the input of a high-frequency receiver. The currents required for switching in a bistable relay according to FIG. 2 or 3 are not disruptive for the magnetic resonance examination because they occur between the end of the radio frequency transmission phase and the beginning of the radio frequency reception phase, and the change in the homogeneous stationary magnetic field caused in this period hardly occurs has an influence on the nuclear spin examination.

Das Relais kann aber auch außerhalb der extrem starken Magnetfelder in einem Kernspin-Untersuchungsgerät arbeiten, wenn das Feld Bo durch eine zusätzliche, das Relais umschließende Spule erzeugt wird. In diesem Fall kann das Relais für Schaltvorgänge bei hochempfind lichen Magnetfeldmessungen benutzt werden, wobei vorzugs weise die bistabile Ausführungsform verwendet wird, weil sie das zu messende Magnetfeld praktisch nicht beeinflußt.The relay can also work outside of the extremely strong magnetic fields in a nuclear spin examination device if the field Bo is generated by an additional coil surrounding the relay. In this case, the relay can be used for switching operations in highly sensitive magnetic field measurements, preference being given to using the bistable embodiment because it practically does not influence the magnetic field to be measured.

Claims

1. Relay for use in a stationary magnetic field, in particular for nuclear spin examination devices, with a switching element changing under the influence of a current, the switching element, characterized in that a conductor arrangement ( 2 ) is fastened to the switching element ( 1 ) and that the conductor Order is arranged with respect to the magnetic field (Bo) that a force is generated when a current flows through the conductor arrangement, which moves the conductor arrangement and with it the switching element from a first switching position ( 5 ) into a second switching position ( 6 ).

2. Relay according to claim 1, characterized in that the conductor arrangement is formed by a coil ( Fig. 1, 2).

3. Relay according to claim 1, characterized in that the conductor arrangement is formed by at least one applied to the switching element and insulated from this conductor track ( Fig. 3a, b).

4. Relay according to claim 1 to 3, characterized in that the switching element about an axis is pivotable and by spring force in a switch position is held.

5. Relay according to one of claims 1 to 3, characterized in that the switching element ( 1 ) consists of elastic material, that on both sides of the switching element each a contact ( 5 , 6 ) is arranged and that the switching element by acting on its ends Forces are compressed so that it dodges sideways and touches one of the two contacts ( Fig. 3).

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the switching element ( 1 ) comprises an insulating film which is at least partially coated on both sides with an electrically conductive coating.