DE4104232A1 - Squid-messvorrichtung - Google Patents

Squid-messvorrichtung

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DE4104232A1 DE19914104232 DE4104232A DE4104232A1 DE 4104232 A1 DE4104232 A1 DE 4104232A1 DE 19914104232 DE19914104232 DE 19914104232 DE 4104232 A DE4104232 A DE 4104232A DE 4104232 A1 DE4104232 A1 DE 4104232A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine SQUID-Meßvorrichtung zur Erfassung schwacher, zeitabhängiger Magnetfelder mindestens ei­ ner zu detektierenden, insbesondere biomagnetischen Feldquelle, welche Vorrichtung mindestens einen Meßkanal mit einem SQUID und mindestens einer supraleitenden Detektionsschleife zum Emp­ fang der Feldsignale der Feldquelle und zur Erzeugung von ent­ sprechenden Meßsignalen in dem Kanal sowie Mittel zu einer Un­ terdrückung von Störsignalen, deren Frequenz mindestens doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Feldsignale, enthält. Eine derartige Meßvorrichtung ist aus "Cryogenics", Vol. 29, August 1989, Seiten 809 bis 813 bekannt.
Mit supraleitenden Quanten-Interferometern, die auch als "SQUIDs" (Abkürzung von: Superconducting QUantum Interference Devices) bezeichnet werden, sind insbesondere äußerst schwache magnetische Felder zu messen (vgl. z. B. "IEEE Trans. El. Dev.", Vol. ED-27, No. 10, Okt. 1980, Seiten 1896 bis 1908). Als be­ vorzugtes Anwendungsgebiet für SQUIDs wird deshalb auch die me­ dizinische Diagnostik angesehen, da die dort auftretenden bio­ magnetischen Signale, z. B. die vom menschlichen Herzen oder vom menschlichen Gehirn erzeugten Magnetfelder, nur Feldstärken im pT-Bereich hervorrufen (Magnetokardiographie bzw. Magneto­ enzephalographie).
Eine entsprechende Vorrichtung zur Erfassung und Aufbereitung derartiger schwacher orts- und zeitabhängiger Magnetfelder ent­ hält mindestens einen Meß- oder Detektionskanal, der wenigstens eine als Gradiometer oder Magnetometer gestaltete Antenne, gegebenenfalls eine Koppelspule, einen SQUID-Kreis mit in ihn integriertem SQUID, im allgemeinen eine Modulationsspule, Ver­ stärker sowie eine Auswerteelektronik aufweist. Bis auf die Verstärker und Auswerteelektronik sind die genannten Teile da­ bei in einem Kryosystem untergebracht, um in ihnen supraleiten­ de Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Die Antenne weist min­ destens eine Detektionsschleife zum Erfassen der Feldsignale der zu detektierenden Feldquelle auf. Das entsprechende Meßsi­ gnal gelangt dann in den SQUID-Kreis. Zur Messung des in diesen Kreis eingekoppelten Flusses oder von Flußgradienten werden so­ wohl RF-SQUIDS (Hochfreguenz- bzw. Radio-Frequency-SQUIDs) als auch DC-SQUIDS (Gleichstrom- bzw. Direct-Current-SQUIDs) einge­ setzt. Eine Meßvorrichtung mit einer Vielzahl von entsprechend ausgestalteten Meßkanälen geht aus der eingangs genannten Ver­ öffentlichung "Cryogenics" hervor.
Derartige Meßvorrichtungen erfordern wegen der extrem geringen Feldstärken der zu messenden biomagnetischen Felder Maßnahmen zu einer Störunterdrückung von Störfeldern von beispielsweise etwa 5 bis 6 Größenordnungen im Vergleich zu den zu detektie­ renden Feldsignalen. Hierbei hat man insbesondere die Wahl der Aufteilung dieser Störfeldunterdrückungsmaßnahmen einerseits auf Abschirmmaßnahmen in Gestalt einer Abschirmkammer und ande­ rerseits auf Kompensationsmaßnahmen in Gestalt von Gradiometern und/oder von zusätzlichen Referenzkanälen.
Eine aufwendige und sehr teure Vollabschirmung in der genannten Größenordnung der Feldunterdrückung mit einer Kammer, wie sie z. B. aus der Veröffentlichung "Biomagnetism-Proceedings Third International Workshop on Biomagnetism-Berlin, Mai 1980", 1981, Seiten 51 bis 78 bekannt ist, erlaubt vorteilhaft den Betrieb von Magnetometern. Da nämlich ein Magnetometer im Gegensatz zu einem Gradiometer nur eine einzige Detektionsschleife aufweist, hat es bezüglich einer Flußeinkopplung in ein SQUID den Vorteil der geringsten Serieninduktivität und damit der bestmöglichen Flußeinkopplung. Nachteil des Magnetometers bei der Magnetoen­ zephalographie ist jedoch eine störende Überlagerung des Herz­ signals.
Geringere Anforderungen an eine Abschirmkammer hinsichtlich einer Störfeldunterdrückung können dann gestellt werden, wenn man für den Eingangskreis statt Magnetometer Gradiometer vor­ sieht (vgl. die EP-A-03 59 864). Mit Gradiometern erster oder höherer Ordnung, die im Gegensatz zu Magnetometern zusätzlich zu einer Detektionsschleife mindestens eine weitere, als Kom­ pensationsschleife bezeichnete Detektionsschleife besitzen, lassen sich nämlich unerwünschte Hintergrundfelder entfernterer Feldquellen diskriminieren, während die Feldsensitivität bzgl. näherer Feldquellen erhalten bleibt (vgl. "Journal of Magnetism and Magnetic Materials", Vol. 22, 1981, Seiten 129 bis 201). In einem solchen Fall läßt sich die Störfeldunterdrückung etwa gleichmäßig auf die Abschirmkammer und die Gradiometer vertei­ len. Die Kammer braucht dann nur für eine geringere Störfeldun­ terdrückung ausgelegt zu sein, indem sie eine Unterdrückung der schlimmsten Transienten gewährleistet. Ein Betrieb des Systems aus Meßvorrichtung (mit Gradiometern) und Kammer ist deshalb auch in einer elektromagnetisch gestörten Umgebung möglich.
Da eine für eine unvollständige Störfeldunterdrückung ausgeleg­ te Abschirmkammer die äußeren Störfelder zu einem erheblichen Teil in Gradienten umformt, kann man zu deren Störfeldunter­ drückung zu allen Meßkanälen auch Referenzgradienten individu­ ell gewichtet hinzusummieren. Entsprechende Maßnahmen sind an sich bekannt (vgl. z. B. den Beitrag AM-25 des Autors St. E. Robinson bei der "7th Int. Conf. on Biomagnetism", New York, Aug. 14-18, 1989, mit dem Titel: "Noise Cancellation for Bio­ magnetic Measurements", Seiten 75 und 76).
Bei all diesen Maßnahmen zur Störfeldunterdrückung ist jedoch der erforderliche Aufwand verhältnismäßig hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Meßvorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen, die als Magnetometer oder Gradiometer gestalteten Detektionsschleifen aufweisen kann, da­ hingehend auszugestalten, daß sich der Aufwand an Maßnahmen zur Störfeldunterdrückung reduzieren läßt. Insbesondere sollen die Anforderungen an eine Abschirmung zu verringern sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu einer zumindest teilweisen Störfeldunterdrückung wenigstens ein Ent­ störungskreis mit einer supraleitenden Abschirmschleife vorge­ sehen ist, die mindestens eine mittels eines Impedanzgliedes überbrückte Unterbrechung aufweist, wobei der Induktivitätswert und Impedanzwert des Entstörungskreises hinsichtlich einer zu­ mindest teilweisen Unterdrückung der Störsignale so ausgelegt sind, daß eine Schwächung der Feldsignale oder der entsprechen­ den Meßsignale zumindest weitgehend ausgeschlossen ist.
Der erfindungsgemäß ausgestaltete, wenigstens eine Entstörungs­ kreis kann sehr schwach mit dem gesamten Meßkanal und/oder sehr stark mit einzelnen supraleitenden Teilen dieses Meßkanals ge­ koppelt sein. Der Kreis bildet dabei quasi einen elektronischen Tiefpaß für die Feld- oder Meßsignale, während die höherfrequen­ ten Störfelder zumindest zu einem Teil stark gedämpft werden. Die mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Meßvorrich­ tung verbundenen Vorteile sind also darin zu sehen, daß die Meßvorrichtung gegenüber externen Störsignalen wesentlich un­ empfindlicher gemacht werden kann als die aus der eingangs ge­ nannten Veröffentlichung "Cryogenics" bekannte Vorrichtung. Dies hat unter anderem zur Folge, daß der Abschirmungsaufwand mittels einer Kammer deutlich vermindert werden kann und sich gegebenenfalls sogar auf eine derartige Kammer ganz verzichten läßt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Meßvorrich­ tung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 schematisch eine Ein­ richtung zu einer räumlichen Störfeldunterdrückung für eine er­ findungsgemäße Meßvorrichtung veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt als Diagramm die Abschirmcharakteristik eines Entstörungs­ kreises dieser Vorrichtung. Aus Fig. 3 geht eine weitere Aus­ führungsform einer Einrichtung zur räumlichen Störfeldunter­ drückung hervor. In den Fig. 4 bis 8 sind Möglichkeiten zu einer Störfeldunterdrückung an einem Magnetometer bzw. an einem Gradiometer bzw. an einem SQUID angedeutet. In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in Fig. 1 gezeigten Teile einer Meßvorrichtung nach der Erfindung sollen sich auf einer zur Kühlung ihrer supraleiten­ den Elemente hinreichenden Tieftemperatur, insbesondere auf der Siedetemperatur des flüssigen Heliums (LHe) von 4,2 K befinden. Gegebenenfalls können die supraleitenden Elemente auch aus be­ kannten metalloxidischen Hoch-Tc-Supraleitermaterialien herge­ stellt sein, die sich mit flüssigem Stickstoff (LN2) kühlen lassen. Die allgemein mit 2 bezeichnete Meßvorrichtung weist eine vorbestimmte Anzahl n von parallelen Meßkanälen Mi (mit 1 i n) auf. Die Anzahl n liegt insbesondere über 10. In der Figur nicht näher ausgeführte Teile der Meßvorrichtung sind an sich bekannt (vgl. die genannte Veröffentlichung "Cryogenics" oder EP-A-03 59 864). Jeder Meßkanal Mi enthält ein Gradiometer mit Detektionsschleifen 3 als Antenne für ein von mindestens einer zu detektierenden Feldquelle ausgesandtes magnetisches Feld. Das Feldsignal 4 ist dabei verhältnismäßig niederfrequent. Seine Frequenz liegt z. B. unter 1000 Hz, vielfach sogar unter 100 Hz. Das aufgrund dieses Feldsignals in den verschiedenen supraleitenden Teilen jedes Meßkanals Mi hervorgerufene Signal sei allgemein als Meßsignal 5 bezeichnet. Hierbei kann es sich um das an jedem Gradiometer hervorgerufene Eingangssignal 5′ handeln, das jeweils induktiv über eine Koppelspule 6 in eine Schleife 7 eines SQUIDs eingekoppelt wird. Gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel ist ein DC-SQUID 8 mit 2 Josephson-Tunnelelemen­ ten angenommen. Es können jedoch auch RF-SQUIDs verwendet wer­ den. Das mit Hilfe des SQUIDs 8 hervorgerufene Meß- bzw. SQUID- Signal 5′′ wird dann einer nachgeordneten signalverarbeitenden Elektronik zur Weiterverarbeitung und Darstellung zugeleitet. Diese an sich bekannte Elektronik ist in der Figur nicht näher ausgeführt und befindet sich im allgemeinen auf Raumtemperatur.
Gemäß der Erfindung sind zusätzliche Maßnahmen zu einer Stör­ unterdrückung vorgesehen, um hinsichtlich der verhältnismäßig niederfrequenten Feldsignale 4 um mindestens einen Faktor 2, beispielsweise um mindestens einen Faktor 3, insbesondere Fak­ tor 5 höherfrequente Störsignale 11 soweit abschwächen bzw. ab­ schirmen zu können, daß eine eindeutige Detektion der Feldsi­ gnale ermöglicht wird. Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 befinden sich deshalb die feldsensitiven Teile der Meßvorrich­ tung 2 innerhalb eines beispielsweise quader- oder würfelförmi­ gen Detektionsraumes 12, der im wesentlichen von einer der Sei­ tenzahl dieses Detektionsraumes entsprechenden Anzahl von su­ praleitenden Abschirmschleifen begrenzt wird. Zur Begrenzung des würfelförmigen Raumes 12 sind deshalb sechs Abschirmschlei­ fen 13a bis 13f vorgesehen, von denen in der Figur einige nur teilweise dargestellt sind. Diese Abschirmschleifen sind auf einem sie tragenden rahmenartigen Gestell 12′ angeordnet, das nur durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Sie bilden mit diesem Gestell eine bezüglich der niederfrequenten Feldsi­ gnale transparente Entstörstruktur 14. Jede der Abschirmschlei­ fen 13a bis 13f besteht aus einer supraleitenden Leiterbahn 15 mit einer oder auch mehreren Windungen. Jede Leiterbahn 15 weist mindestens eine Unterbrechung 16 auf, die mittels eines Impedanzgliedes überbrückt ist. Bei jedem Impedanzglied kann es sich um ein resistives Element und/oder auch um ein kapazitives Element oder um ein Netzwerk mit solchen Elementen handeln. Für das Ausführungsbeispiel sei jeweils ein resistives Impedanz­ glied 17 angenommen. Mit dem Impedanzglied ergibt sich so je­ weils ein geschlossener, nachfolgend als Entstörungskreis 18 bezeichneter Abschirmkreis mit einem vorbestimmten Wert seiner Induktivität L und seiner (frequenzabhängigen) Impedanz Z. In die Größe dieser Impedanz Z geht insbesondere die Impedanz des Impedanzgliedes 17 ein. Die Größen von L und Z werden dabei so ausgewählt, daß zwar eine zumindest teilweise Unterdrückung der höherfrequenten Störsignale 11 erreicht, jedoch eine Schwä­ chung der niederfrequenten Feldsignale 4 zumindest weitgehend vermieden wird. Der Entstörungskreis 18 muß deshalb einen elek­ trischen Tiefpaß für die Feldsignale 4 darstellen.
Eine Abschätzung der Tiefpaßwirkung eines solchen Entstörungs­ kreises ist nachfolgend skizziert. Dabei seien Φ (ω) ein ex­ terner magnetischer Fluß eines Magnetfeldes, I (ω) ein indu­ zierter frequenzabhängiger Abschirmstrom, ω die Kreisfrequenz sowie I, Z, L der Strom bzw. die Impedanz bzw. die Induktivität des Entstörungskreises. Wenn nun ein Magnetfeld durch die von dem Entstörungskreis umschlossene Fläche hindurchtritt, dann werden in diesem Kreis Abschirmströme induziert. Die Größe die­ ser Abschirmströme ist bei einer einzigen Abschirmschleife durch folgende Beziehung
gegeben:
Aus der Induktionsgleichung
ergibt sich
j · ω · Φ(ω)-L · j · ω · I(ω)=Z · I(ω) (2)
bzw.
Der in dem Entstörungskreis erzeugte effektive magnetische Fluß Φ′ (ω) bei einer vorbestimmten Frequenz ω bzw. Bandbreite ist dann wegen
Φ′(ω) = Φ(ω) - j · ω · L · I(ω) (5)
bzw.
Wenn gemäß dem gewählten Ausführungsbeispiel das Impedanzglied 17 den ohmschen Widerstand R aufweist, ergibt sich
  • a) für den Fall ω « R/L
    praktisch keine Schwächung der Feldsignale 4 und
  • b) für den Fall ω » R/L so daß hohe Frequenzen von störenden Feldsignalen 11 unterdrückt werden.
Ein entsprechender Entstörungskreis verhält sich also bezüglich eines externen Magnetflusses Φ wie ein Tiefpaßfilter mit einer Abschneidefrequenz ωb = R/L. Dieser Sachverhalt ist in dem Diagramm der Fig. 2 angedeutet. Dabei sind auf der Abszisse die Kreisfrequenz ω (in willkürlichen Einheiten) und auf der Ordinate der als Abschirmfaktor anzusehende Quotient Φ′/Φ auf­ getragen. Die Abschneidefrequenz ωb muß also so gewählt werden, daß die Feldsignale 4 beim Durchtritt durch den Entstörungs­ kreis 18 praktisch nicht behindert werden, während die Störsi­ gnale 11 im wesentlichen abgeschirmt werden.
Für das in Fig. 1 angedeutete Ausführungsbeispiel kann die quadratische Abschirmschleife 13a z. B. eine Kantenlänge von etwa 10 cm haben. Dann ergibt sich eine Induktivität L pro Windung von etwa 10-5 H. Werden N stark gekoppelte Windungen vorgesehen, so erhöht sich L um einen Faktor N2. In Abhängig­ keit einiger nachfolgend ausgewählter Widerstandswerte R erge­ ben sich dann die aus der folgenden Tabelle ersichtlichen Trenn­ frequenzen νb = ωb/ 2π bei einer angenommenen Störfeldfrequenz von 1 MHz und einer Induktivität L von 10-5 H:
Tabelle
Da biomagnetische Felder im allgemeinen Frequenzen bis etwa 2 kHz aufweisen, ergibt sich bei dem vorstehend erläuterten Aus­ führungsbeispiel für eine effektive Störfeldunterdrückung ein Widerstandswert R von unter 0,1 Ω. In diesem Fall ist die inte­ grale Störfeldunterdrückung besser als 1 o/oo. Sie läßt sich durch mehrere Wicklungen für die jeweilige Abschirmschleife noch weiter erhöhen. Die lokale Störfeldunterdrückung an den einzelnen Orten ist allerdings jedoch nicht so hoch, da die Abschirmströme ein inhomogenes Feld produzieren.
Wie aus den vorstehenden Beziehungen ersichtlich ist, wird eine Störfeldunterdrückung erst effektiv, wenn ω2·L2/R2» 1 ist. Dann ergibt sich nämlich für den Abschirmfaktor Φ′ /Φ näherungs­ weise:
Das heißt, für eine effektive Störfeldunterdrückung sollte man eine möglichst niedrige Abschneidefrequenz vorsehen. Der kon­ krete Wert für diese Frequenz ist von der Frequenz des zu de­ tektierenden Feldes abhängig. Das Rauschen von resistiven Wider­ ständen begrenzt jedoch die Möglichkeit, zu beliebig hohen Ab­ schirmfaktoren zu gelangen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wurde davon ausgegan­ gen, daß die Störunterdrückung mittels sechs nur schwach mit den feldsensitiven Teilen der Meßkanäle koppelnden Abschirm­ schleifen 13a bis 13f bewirkt wird, wobei diese Schleifen einen würfelförmigen Detektionsraum 12 begrenzen, in dem sich die feldsensitiven Teile der Meßkanäle befinden. Gemäß dem in Fig. 3 als Schrägansicht schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel eines Entstörungskreises 20 kann ein die feldsensitiven Teile der Meßkanäle aufnehmender Detektionsraum 21 auch durch eine einzige, weitgehend rohrförmige supraleitende Fläche 22 be­ grenzt werden, die als Abschirmschleife mindestens einen axia­ len Schlitz 23 aufweist. Die Fläche 22 kann auch durch ein Ge­ flecht aus supraleitenden Drähten oder Bändern gebildet sein. Der Schlitz 23 ist wiederum durch mindestens ein Impedanzglied 24 überbrückt, das entweder resistiv oder gemäß dem angenomme­ nen Ausführungsbeispiel kapazitiv ist. Der Entstörungskreis 20 bildet hier selbst eine als Entstörstruktur bezeichnete Ab­ schirmstruktur, welche der Struktur 14 nach Fig. 1 entspricht. Die Verwendung einer Kapazität statt eines Widerstandes kann gegebenenfalls im Hinblick auf ein minimales Rauschen von Vor­ teil sein. Die Berechnung der Abschneidefrequenz b für diese kapazitive Ausführungsform erfolgt nach ähnlichen Beziehungen wie für den resistiven Fall, wobei jedoch statt eines Wider­ tandswertes R nunmehr eine Kapazität C zu berücksichtigen ist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 3 wurde davon ausgegangen, daß nur eine schwache Kopplung zwischen den feldsensitiven supraleitenden Teilen des mindestens einen Meß­ kanals der Meßvorrichtung und den eine rahmenartige Entstör­ struktur um diese Teile bildenden Abschirmschleifen besteht. Für eine wirksame Abschirmung der magnetischen Störsignale kann jedoch auch eine starke induktive Kopplung zwischen mindestens einer erfindungsgemäß ausgebildeten Abschirmschleife und min­ destens einem der die Meßsignale führenden supraleitenden Teile des Meßkanals vorgesehen werden. Entsprechende Ausführungsbei­ spiele sind schematisch in den Fig. 4 bis 8 angedeutet. So zeigt Fig. 4 einen supraleitenden Flußtransformator 30 mit ei­ ner einzigen, ein Magnetometer bildenden, etwa ringförmigen De­ tektionsschleife 31 und einer Koppelspule 6. Über diese Koppel­ spule ist das detektierte Meßsignal in ein DC-SQUID 8 induktiv einzukoppeln. Parallel zu der Detektionsschleife 31 ist minde­ stens eine supraleitende Leiterbahn als eine Abschirmschleife 33 gelegt, die im Anschlußbereich von supraleitenden Verbin­ dungsstrecken 34 und 35 zwischen der Detektionsschleife 31 und der Koppelspule 6 eine Unterbrechung 16 aufweist. Diese Unter­ brechung ist mit einem resistiven oder kapazitiven Impedanz­ glied 17 bzw. 24 überbrückt. Die mindestens eine Abschirmschlei­ fe 33 bildet somit zusammen mit dem angedeuteten Impedanzglied 17 einen Entstörungskreis 36.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch diesen Entstörungskreis 36 nach Fig. 4 im Bereich der Detektionsschleife 31 längs ei­ ner in Fig. 4 mit V-V bezeichneten Schnittlinie. Wie aus die­ ser Fig. 5 hervorgeht, kann die der Detektionsschleife 31 zu­ geordnete Abschirmschleife 33 im Querschnitt gesehen als ein geschlitzter Ring bzw. als eine Rinne mit in zwei parallelen Ebenen liegenden Schleifenteilen 33a und 33b ausgebildet sein. Dieser geschlitzte Ring umschließt die Gradiometerschleife bis auf den Bereich seines Schlitzes 37. Der Schlitz befindet sich dabei am Außenrand des Ringes. Eine derartige Ausführungsform der Abschirmschleife 33 ist insbesondere zu einer sehr effekti­ ven Abschirmung planarer Gradiometerschleifen gegenüber Stör­ feldern geeignet und läßt sich verhältnismäßg einfach in Dünn­ filmtechnik erstellen.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Entstörungskreises 40 für ein Gradiometer mit einer doppelten Detektionsschleife 41 und einer entsprechend gestalteten Abschirmschleife 42. Das Gradiometer kann auch eine andere als die gezeigte, etwa die Form einer "8" bildende Gestalt haben.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform des Entstörungs­ kreises 40 wurde davon ausgegangen, daß der Gradiometerschleife 41 eine Abschirmschleife 42 mit einer Gestalt zugeordnet ist, die zumindest weitgehend der der Gradiometerschleife entspricht. Gegebenenfalls kann es jedoch von Vorteil sein, insbesondere unter dem Gesichtspunkt einer Reduzierung der mit dem Impedanz­ glied hervorgerufenen Rauschanteile an dem Meßsignal, wenn man stattdessen die Abschirmschleife so ausführt, daß sie keine Überkreuzungen oder Überlappungen aufweist und somit quasi eine Magnetometergestalt hat. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 7. Für die entsprechend Fig. 6 gestaltete Gradio­ meterschleife 41 ist eine Abschirmschleife 44 eines Entstörungs­ kreises 45 vorgesehen, die in dem Überkreuzungsbereich der Gra­ diometerschleife 41 eine Trennstelle bzw. Beabstandung aufweist. Es ergibt sich so an dieser Trennstelle eine Verbindung 46 zwi­ schen zwei von der Abschirmschleife umrandeten, etwa kreisför­ migen offenen Flächenteilen 47a und 47b.
Auch für die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen der Abschirmschleifen 42 und 44 läßt sich eine Ausgestaltung entsprechend Fig. 5 vorsehen.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zu einer Störfeldunterdrückung brauchen sich auch nicht, wie in den Fig. 4 und 7 gezeigt, auf die die Feldsignale und die Störsignale empfangenden Detek­ tionsschleifen erstrecken. Eine Schwächung der mit diesen De­ tektionsschleifen auch empfangenden Störsignale ist ebensogut in nachgeordneten supraleitenden Teilen des Meßkanals wie z. B. im Bereich einer Koppelspule eines Flußtransformators oder im Bereich einer SQUID-Schleife möglich. Gemäß der in Fig. 8 ver­ anschaulichten Schrägansicht ist eine Abschirmung an einem DC- SQUID 8 angenommen. Dieses SQUID kann zusammen mit den ihm zu­ geordneten, in der Figur nicht dargestellten Teilen eines su­ praleitenden Flußtransformators in Dünnfilm-Technik erstellt sein. Ebensogut sind auch Ausführungsformen ohne supraleitenden Flußtransformator möglich, bei denen eine SQUID-Schleife in die Detektionsschleife(n) integriert ist. Das in der Figur gezeigte SQUID 8 weist eine breite, etwa ringförmige Schleife 7 aus su­ praleitendem Material auf, die auf einer Seite durch einen schmalen Spalt oder Schlitz 50 unterbrochen ist und dort in zwei nach außen führende, z. B. schmale supraleitende Leiterbah­ nen 51 und 52 mündet. Zu einer Optimierung einer Flußeinkopp­ lung in das SQUID, das heißt zur Minimierung der Verluste im Spalt 50, kann vorteilhaft dieser Spalt durch eine besondere, nicht dargestellte Abdeckung oder durch eine Überlappung der beiden Leiterbahnen verschlossen sein. In dem nach außen füh­ renden Bereich der Leiterbahnen 51 und 52 sind die für ein DC- SQUID charakteristischen beiden Josephson-Tunnelelemente 53 und 54 ausgebildet. Die Schleife 7 des SQUIDs 8 umschließt ein kleines, beispielsweise kreisförmiges oder quadratisches Kop­ pelloch 55. Erfindungsgemäß soll der dieses Koppelloch bildende Randbereich der SQUID-Schleife 7 von einer supraleitenden Ab­ schirmschleife 56 überlappt sein, deren mindestens eine Unter­ brechung 16 zweckmäßig im Bereich des Spaltes 50 liegt. Die Breite der Abschirmschleife 56 wird dabei vorteilhaft so ge­ wählt, daß sie ein stückweit in den Bereich des Koppelloches hineinragt. Die Unterbrechung 16 ist von einem resistiven oder kapazitiven Impedanzglied 17 bzw. 24 überbrückt. Der sich so aus Impedanzglied 17 und Abschirmschleife 56 ergebende Entstö­ rungskreis ist mit 57 bezeichnet.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zu einer Störfeldunterdrückung können selbstverständlich mit zu diesem Zweck bekannten Maßnah­ men wie z. B. einer Abschirmkammer kombiniert werden. Auch ist es möglich, verschiedene der aufgezeigten erfindungsgemäßen Maß­ nahmen gleichzeitig anzuwenden. So kann man z. B. innerhalb ei­ ner Entstörungsstruktur gemäß Fig. 1 zusätzlich noch parallel zu den Detektionsschleifen stark koppelnde Entstörungskreise legen. Entsprechende Entstörungskreise können auch gleichzeitig für die Detektionsschleifen und die SQUID-Schleifen vorgesehen werden.

Claims (12)

1. SQUID-Meßvorrichtung zur Erfassung schwacher, zeitabhängiger Magnetfelder mindestens einer zu detektierenden, insbesondere biomagnetischen Feldquelle, welche Vorrichtung
  • - mindestens einen Meßkanal mit einem SQUID und mindestens einer supraleitenden Detektionsschleife zum Empfang der Feld­ signale der Feldquelle und zur Erzeugung von entsprechenden Meßsignalen in dem Kanal sowie,
  • - Mittel zu einer Unterdrückung von Störsignalen, deren Fre­ quenz mindestens doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Feldsignale, enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß zu einer zumindest teilweisen Störfeldunterdrückung wenigstens ein Entstörungskreis (18, 20, 36, 40, 45, 57) mit einer supra­ leitenden Abschirmschleife (13a bis 13f, 22, 33, 42, 44, 56) vorgesehen ist, die mindestens eine mittels eines Impedanzglie­ des (17, 24) überbrückte Unterbrechung (16, 23) aufweist, wobei der Induktivitätswert (L) und Impedanzwert (Z) des Entstörungs­ kreises hinsichtlich einer zumindest teilweisen Unterdrückung der Störsignale (11) so ausgelegt sind, daß eine Schwächung der Feldsignale (4) oder der entsprechenden Meßsignale (5) zumin­ dest weitgehend ausgeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine Entstörungskreis (18, 20) eine die supraleitenden Teile des Meßkanals (Mi) umge­ bende Entstörstruktur (14, 20) mit ausgeprägt dreidimensionaler Gestalt bildet, die durch mindestens eine Abschirmschleife (13a bis 13f, 22) begrenzt ist und hinsichtlich der Feldsignale (4) zumindest weitgehend transparent ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entstörstruktur (14) mit mehreren Abschirmschleifen (13a bis 13f) aufgebaut ist (Fig. 1).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entstörstruktur (20) eine rohrförmi­ ge Fläche (22) als Abschirmschleife enthält, die mindestens ei­ nen axialen, von mindestens einem Impedanzglied (24) überbrück­ ten Schlitz (23) als Unterbrechung aufweist (Fig. 3).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die rohrförmige Fläche durch ein Netz oder ein Geflecht aus supraleitenden Drähten oder Bändern ge­ bildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer Unterdrückung von den Meßsignalen (5, 5′, 5′′) überlagerten Störsignalen (11) die Abschirmschleife (33, 42, 44, 56) mit ihrem Impedanzglied (17, 24) in induktiv stark koppelnder Weise parallel verlaufend zu einem die Meßsignale führenden supraleitenden Teil des Meßka­ nals (Mi) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschirmschleife (33, 42, 44) zumin­ dest weitgehend parallel zu der mindestens eine Detektions­ schleife (31, 41) angeordnet ist (Fig. 4 bis 7).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mindestens eine Detektions­ schleife (41) ein Gradiometer bildet und die ihr zugeordnete Abschirmschleife (42 oder 44) Gradiometergestalt oder Magneto­ metergestalt aufweist (Fig. 6 bzw. Fig. 7).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschirmschleife (33, 42, 44) eine rinnenähnliche Gestalt oder etwa die Gestalt eines seitlich geschlitzten Ringes aufweist und die zugeordnete De­ tektionsschleife (31, 41) weitgehend umschließt (Fig. 5).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das SQUID (8) eine SQUID-Schleife (7) aufweist, zu der die Abschirmschleife (56) parallel angeordnet ist (Fig. 8).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Impedanzglied durch mindestens ein resistives Element (17) und/oder minde­ stens ein kapazitives Element (24) gebildet ist.
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