DE4104232A1 - Squid-messvorrichtung - Google Patents
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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:
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914104232 DE4104232A1 (de) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Squid-messvorrichtung |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914104232 DE4104232A1 (de) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Squid-messvorrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4104232A1 true DE4104232A1 (de) | 1992-08-13 |
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ID=6424889
Family Applications (1)
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DE19914104232 Withdrawn DE4104232A1 (de) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Squid-messvorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4104232A1 (de) |
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