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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 10. August 1955 Bekanntgemacht am 11. Oktober 1956Registration date: August 10, 1955. Advertised on October 11, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Verfahren zur Speicherung von Impulsen mittels Kernspinecho sind an sich bekannt. Die Grundzüge dieser Technik sind in dem Aufsatz »Spin-Echoes« von E. L. H ahn in »Physical Review« vom 15. November 1950 veröffentlicht worden. Es ist ferner bekannt bzw. vorgeschlagen worden, die Art der Echobildung (es sind verschiedene Echos möglich, z. B. Spiegelechos und angeregte Echos) zu steuern, indem man das die verschiedenen Larmorpräzessionen bewirkende inhomogene Gleichfeld mehr oder weniger inhomogen macht. Bei den bisher bekannten oder vorgeschlagenen Verfahren bestand der zu speichernde Nachrichteninhalt allein in der Zahl und Anordnung von hochfrequenten »Angabentf-Impulsen. Die Erfindung sieht nun vor, daß eine aus mehreren, vorzugsweise gleichartigen Impulsen bestehende Speicherimpulsträgerkette gebildet wird, die zwar auch aus hochfrequenten Impulsen aufgebaut ist, ihren Nachrichteninhalt jedoch dadurch erhält, daß.-die Fähigkeit des einzelnen Impulses innerhalb der Trägerkette, nach dem Erinnerungsimpuls einen Echoimpuls zu bilden, von der zeitlichen Lage und Form der die Feldinhomogenität steuernden Impulse abhängig gemacht wird, so daß die Trägerkette im Echozeitraum Lücken aufweist, deren Größe und Lage für die gespeicherte Nachricht charakteristisch sind, welche dann für vielfältige Meß- und Steueraufgaben verwendet werden kann. Eine solche Verwendung für Meßzwecke besteht erfindungsgemäß z. B. darin, daß der Zeitpunkt des Vorimpulses (wie ein solcher für die bevorzugte AnwendungMethods for storing pulses by means of nuclear spin echo are known per se. The main features this technique are in the essay "Spin-Echoes" by E. L. Hahn in "Physical Review" from November 15th Published in 1950. It is also known or has been proposed, the type of echo formation (Different echoes are possible, e.g. mirror echoes and excited echoes) by using the inhomogeneous constant field causing the various Larmor precessions is more or less inhomogeneous power. In the previously known or proposed methods, the message content to be stored existed solely in the number and arrangement of high-frequency »indication pulses. The invention sees now before that a memory pulse carrier chain consisting of several, preferably similar pulses is formed, which is also made up of high-frequency pulses, its message content however, it is preserved by the fact that - the ability of the individual impulse within the carrier chain after the memory impulse to form an echo pulse, on the temporal position and shape of the field inhomogeneity controlling pulses is made dependent, so that the carrier chain has gaps in the echo period, the size and position of which are characteristic of the stored message, which is then for various Measurement and control tasks can be used. Such a use for measuring purposes exists according to the invention z. B. in the fact that the time of the prepulse (such as for the preferred application

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von angeregten Echos vorgesehen ist) und der des Zeitimpulses im Trägereingabezeitraum durch ein zusammengehöriges erstes Sende- und Empfangssignal einer Rückstrahlmeßeinrichtung (ζ. B. Echolot) und der Zeitpunkt des Erinnerungsimpulses und der des Feldimpulses im Echozeitraum durch ein zweites zusammengehöriges Sende- und Empfangssignal bestimmt werden. Die Lage und Größe der entstehenden Lücke in der Trägerechokette gibt den Unterschied . derof excited echoes is provided) and that of the time pulse in the carrier input period by a related first transmission and reception signal of a back beam measuring device (ζ. B. echo sounder) and the Time of the reminder impulse and that of the field impulse in the echo period through a second related one Transmission and reception signal can be determined. The location and size of the resulting gap in the carrier echo chain makes the difference. the

ίο beiden Rückstrahlungszeiten an und zeigt damit an, ob und wie schnell sich das rückstrahlende Objekt nähert oder entfernt.ίο both reflection times and thus indicates whether and how fast the reflective object is approaching or moving away.

Weitere Merkmale werden aus der nachfolgenden Beschreibung und an Hand der Abbildungen ersichtlich.Further features can be seen in the following description and on the basis of the illustrations.

Fig. ι und 2 sind zusammengehörende Blockschaltbilder einer Anordnung zur Erzeugung von Spinechos; Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm und stellt eine Impulsfolge von Spiegelechos und von angeregten Echos dar; Fig. 4 zeigt die erforderliche integrale Zeit- und Feldzustandsymmetrie bei der Echoerzeugung;Fig. Ι and 2 are block diagrams that belong together an arrangement for generating spin echoes; Fig. 3 is a timing chart illustrating a pulse train of mirror echoes and excited echoes; Fig. 4 shows the required integral time and Field state symmetry in echo generation;

Fig. 5, die die zugehörigen Unterfiguren 5A₁ 5B, 5 C, 5 D und 5 E umfaßt, zeigt an Hand von Zeitdiagrammen das Verhalten der Echokette bei verschiedenen Feldimpulsanlegungen; ,Fig. 5, which includes the associated sub-figures 5A ₁ 5B, 5 C, 5 D, and 5 E, shows the behavior on the basis of time diagrams of the echo chain at different field pulse dockings; ,

Fig. 6 zeigt in ähnlicher Weise Echodarstellungen bei mehrfachen Feldimpulsen;FIG. 6 shows in a similar manner echo representations in the case of multiple field pulses; FIG.

Fig. 7 zeigt eine Anwendung des Verfahrens auf die Analyse von durch ein bewegtes Objekt reflektierten Signalen;7 shows an application of the method to the analysis of those reflected by a moving object Signals;

Fig. 8 veranschaulicht den Zustand integraler oder Bereichssymmetrie zwischen ungleichen Feldimpulsen.Figure 8 illustrates the state of integral or area symmetry between unequal field pulses.

Die Spinechotechnik, die im allgemeinen auf demThe spin echo technique, which is generally based on the

Verhalten sich drehender gyroskopischer Teilchen in Polarisationsfeldern beruht, kann am besten veranschaulicht werden in ihrer Anwendung auf Atomkerne, die durch ein starkes magnetisches Feld beeinflußt werden, und die gewünschten Echoeffekte durch freie Kerninduktion erzeugen. Die Erscheinung der freien Kerninduktion selbst ist durch die Arbeiten von Bloch und Mitarbeitern bekanntgeworden. Die Anwendung dieses Effektes zum Erzeugen von Spinechos ist von E. L. Hahn in dem eingangs erwähnten Aufsatz beschrieben worden. Da diese Veröffentlichungen allgemein zugänglich sind, braucht die darin enthaltene ganze komplizierte mathematische Analyse nicht wiederholt zu werden. Um jedoch die Eigenart und die Vorteile der vorliegenden Erfindung am klarsten herauszustellen, seien zunächst kurz die allgemeinen Grundsätze der Spinechotechnik beschrieben.Behavior of rotating gyroscopic particles based on polarization fields can best be illustrated are applied in their application to atomic nuclei influenced by a strong magnetic field and generate the desired echo effects through free core induction. Appearance the free core induction itself has become known through the work of Bloch and co-workers. the Use of this effect to generate spin echoes is described by E. L. Hahn in the introduction mentioned Essay has been described. Since these publications are generally accessible, the one they contain needs whole complicated mathematical analysis not to be repeated. However, about the quirk and in order to most clearly point out the advantages of the present invention, let first be briefly the general ones Principles of spin echo technology are described.

Die Kerninduktion beruht auf einer Kombination magnetischer und mechanischer Eigenschaften, die die Atomkerne chemischer Stoffe aufweisen, zum Beispiel die Protonen oder Wasserstoffkerne in Wasser und verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Der Kern dreht sich mechanisch um seine Symmetrieachse, und da der Kern Masse besitzt, hat er einen Drehimpuls und bildet daher einen sehr kleinen Kreisel, der die normalen mechanischen Eigenschaften einer solchenThe core induction is based on a combination of magnetic and mechanical properties, the contain the atomic nuclei of chemical substances, for example the protons or hydrogen nuclei in water and various hydrocarbons. The core rotates mechanically around its axis of symmetry, and since the nucleus has mass, it has an angular momentum and therefore forms a very small top that forms the normal mechanical properties of such

' Vorrichtung hat. Außerdem hat der Kern ein magnetisches Moment entlang seiner Kreiselachse. Man kann sich also jeden Kern als winzigen Stabmagneten vorstellen, der sich um seine Längsachse dreht. Für einen gegebenen chemischen Stoff besteht ein feststehendes Verhältnis zwischen dem magnetischen Moment jedes Kerns und seinem Drehimpuls. Dieses Verhältnis ist das gyromagnetische Verhältnis, das normalerweise durch den griechischen Buchstaben γ bezeichnet wird.'Device has. In addition, the core has a magnetic moment along its gyroscopic axis. So you can think of each core as a tiny bar magnet that rotates around its longitudinal axis. For a given chemical there is a fixed relationship between the magnetic moment of each nucleus and its angular momentum. This ratio is the gyromagnetic ratio, usually denoted by the Greek letter γ.

Eine kleine Probe einer chemischen Substanz, z. B. Wasser, enthält offensichtlich eine ungeheure Anzahl solcher gyroskopischen Kerne. Wenn die Probe in ein starkes in einer Richtung wirkendes magnetisches Feld gebracht wird, richten sich diese drehenden Kerne so aus, daß ihre magnetischen Achsen parallel zu dem Feld verlaufen, in der Art eines großen Kreisels, der aufrecht im Gravitationsfeld der Erde steht. Ob die verschiedenen Kernmagnetmomente mit dem oder gegen das Feld ausgerichtet werden, wird hauptsächlich durch den Zufall bestimmt, aber während eine große Anzahl, die in entgegengesetzter Richtung ausgerichtet sind, einander auslöschen, gibt es immer ein Nettoübergewicht in der einen Richtung, von der wir annehmen, daß sie mit dem Feld verläuft. Die von dem magnetischen Feld beeinflußte Stoffprobe erlangt also ein reines magnetisches Moment M₀ und einen reinen Drehimpuls I₀, welche beiden Größen als die Vektorsummen der magnetischen Momente und der Drehimpulse aller in Frage kommenden Kerne dargestellt werden können.A small sample of a chemical substance, e.g. B. water, obviously contains an enormous number of such gyroscopic nuclei. When the sample is placed in a strong unidirectional magnetic field, these spinning nuclei align themselves so that their magnetic axes are parallel to the field, like a great top that stands upright in the earth's gravitational field. Whether the various nuclear magnetic moments are aligned with or against the field is mainly determined by chance, but while a large number aligned in opposite directions annihilate each other, there is always a net preponderance in whichever direction we assume that it runs with the field. The material sample influenced by the magnetic field thus acquires a pure magnetic moment M ₀ and a pure angular momentum I ₀ , both of which can be represented as the vector sums of the magnetic moments and the angular momenta of all possible nuclei.

Solange die Kerne in dem Feld nicht gestört sind, bleiben sie in paralleler Ausrichtung mit ihm. Wenn jedoch eine Kraft auftritt, die die sich drehenden Kerne aus der Ausrichtung mit dem Hauptfeld herauskippt, so rotieren oder präzedieren die sich drehenden Kerne, die wieder durch die Kraft des Feldes zur Ausrichtung gedrängt werden, um die Feldrichtung nach der Kreiseltheorie. Die Präzession hat dann eine Frequenz ω₀ = yH₀, wobei H₀ die Feldstärke ist, die auf jeden Kern einwirkt, und γ das obenerwähnte gyromagnetische Verhältnis darstellt. Diese Präzessionsfrequenz ω₀ wird Larmorfrequenz genannt, und da für jede gegebene Kernart γ konstant ist (z. B. 2,68 · io⁴ für Protonen oder Wasserstoffkerne in Wasser), ist die Larmorfrequenz jedes präzedierenden Kerns eine direkte Funktion der Feldstärke, die auf den betreffenden Kern einwirkt. Wenn die Feldstärke H₀ in verschiedenen Teilen der Stoffprobe verschiedene Werte hat, haben die Kerngruppen dieser verschiedenen Teile magnetische Momente, die mit verschiedenen Larmorfrequenzen präzedieren.As long as the nuclei in the field are not disturbed, they will remain in parallel alignment with it. However, if a force occurs which tilts the rotating nuclei out of alignment with the main field, the rotating nuclei, which are again urged into alignment by the force of the field, rotate or precess around the field direction according to the gyroscopic theory. The precession then has a frequency ω ₀ = yH ₀ , where H _{0 is} the field strength that acts on each nucleus, and γ represents the above-mentioned gyromagnetic ratio. This precession frequency ω ₀ is called the Larmor frequency, and since γ is constant for any given type of nucleus (e.g. 2.68 · io ⁴ for protons or hydrogen nuclei in water), the Larmor frequency of each precessing nucleus is a direct function of the field strength that occurs on acts on the core concerned. If the field strength H ₀ has different values in different parts of the swatch, the core groups of these different parts have magnetic moments that precess at different Larmor frequencies.

Auf dem Merkmal der verschiedenen Präzession in einem inhomogenen Felde beruht nun das Spinechoverfahren. Zur Klarstellung der nachstehenden allgemeinen Erklärung sei zunächst kurz eine beispielsweise Anordnung zur Erzeugung der Effekte beschrieben, und zwar ist eine solche Anordnung sehematisch in Fig. 1 und 2 dargestellt. In Fig. 1 kennzeichnet die Bezugsziffer 30 eine Probe eines chemischen Stoffes, z. B. Wasser oder Glyzerin, in der Angaben gespeichert werden sollen. Die Stoffprobe 30 liegt zwischen den Polflächen eines Magneten 31, der vorzugsweise ein Horndauermagnet ist, jedoch natürlich auch ein gleichwertiger Elektromagnet sein kann. Das Hauptmagnetfeld H₀ liegt in senkrechter Richtung, während eine Hochfrequenzspule 32 so angeordnet ist, daß sie ein Feld ergibt, dessen Achse hinein in die oder heraus aus der Zeichenebene verläuft, soThe spin echo method is based on the characteristic of the different precession in an inhomogeneous field. To clarify the following general explanation, an example of an arrangement for generating the effects will first be briefly described, namely such an arrangement is shown schematically in FIGS. 1 and 2. In Fig. 1, reference numeral 30 denotes a sample of a chemical substance, e.g. B. water or glycerine in which information is to be stored. The material sample 30 lies between the pole faces of a magnet 31, which is preferably a permanent horn magnet, but can of course also be an equivalent electromagnet. The main magnetic field H ₀ lies in the vertical direction, while a high-frequency coil 32 is arranged in such a way that it results in a field whose axis extends into or out of the plane of the drawing, see above

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daß also das HF-Feld senkrecht auf dem Ti₀-FeId steht. Zwei Gleichstromspulen 33 und 34, die gemäß der schematischen Darstellung in bezug auf den Magneten 31 und die HF-Spule 32 angeordnet sind, können vorgesehen sein, um die Inhomogenität des Feldes H₀ zu regeln oder um zusätzliche Feldinhomogenitäten einzuführen, wie nachstehend erklärt.
. Fig. 2 veranschaulicht als halbes Blockschema eine typische elektrische Anordnung, durch welche die Impulse gespeichert und Echos aus der Stoffprobe 30 erlangt werden können. Da der innere Aufbau und die Arbeitsweise der gezeigten Blockkomponenten allgemein in der Elektronik bekannt sind, wird ihre Beschreibung auf das beschränkt, was zur Erklärung für die Erzeugung von Spinechos nötig ist.so that the RF field is perpendicular to the Ti ₀ field. Two DC coils 33 and 34, which are arranged in relation to the magnet 31 and the RF coil 32 according to the schematic illustration, can be provided to regulate the inhomogeneity of the field H ₀ or to introduce additional field inhomogeneities, as explained below.
. As a half-block diagram, FIG. 2 illustrates a typical electrical arrangement by means of which the pulses can be stored and echoes can be obtained from the material sample 30. Since the internal structure and operation of the block components shown are well known in electronics, their description will be limited to what is necessary to explain the generation of spin echoes.

Ein Synchronisator oder Impulserzeuger 35 erzeugt Angaben- und Erinnerungsimpulse und andere für das System benötigte Steuerimpulse. Die Erregereinheit 36, die durch die Impulsquelle 35 steuerbar ist und aus einem Oszillator und mehreren Frequenzverdopplungsstufen besteht, dient als Steuerstufe für den HF-Endverstärker 37. Bei Erzeugung eines Impulses erregt die Quelle 35 zuerst den Erreger 36, um ein HF-Signal an den Verstärker 37 zu legen, und regt dann den Verstärker an, um ein Ausgangssignal zu erzeugen.A synchronizer or pulse generator 35 generates information and reminder pulses and others for the Control impulses required by the system. The excitation unit 36, which is controllable by the pulse source 35 and consists of an oscillator and several frequency doubling stages, serves as a control stage for the HF output amplifier 37. When a pulse is generated, the source 35 first excites the exciter 36 to generate an RF signal to the amplifier 37 and then excites the amplifier to produce an output signal.

Dieser Ausgang wird über eine Abstinamschaltung 38This output is via a tuning circuit 38

zu einer Spule 39 geleitet, welche induktiv mit einer zweiten Spule 40 gekoppelt ist, die eine Schaltung 41 speist, welch letztere die oben beschriebene HF-Spule 32 (Fig. 1) umfaßt, die die Stoffprobe 30 enthält. Die Eingangsleitung 43 eines Signalverstärkers 42 ist an die Abstimmschaltung 38 angeschlossen, so daß jedes in der HF-Spule 32 induzierte und über die Spulen 40 und 39 zurückübertragene Echosignalto a coil 39, which is inductively coupled to a second coil 40, which has a circuit 41 feeds, the latter comprising the above-described RF coil 32 (FIG. 1) which contains the sample 30. The input line 43 of a signal amplifier 42 is connected to the tuning circuit 38 so that each echo signal induced in the RF coil 32 and transmitted back via the coils 40 and 39

.35 diesem Verstärker'zugeleitet wird. Der Ausgang 44 des Verstärkers 42 führt zu einer Einrichtung zur Auswertung der Echoimpulse, und zwar ist diese Anordnung hier durch ein Oszilloskop 45 dargestellt, das eine waagerechte Abtaststeuerverbindung 46 zu dem Synchronisator 35 hat. Eine Gleichstromquelle 47 liefert Strom zu den Spulen 33 und 34 für nachstehend genauer erklärte Zwecke..35 is fed to this amplifier. The exit 44 of the amplifier 42 leads to a device for evaluating the echo pulses, namely this arrangement represented here by an oscilloscope 45 having a horizontal scan control connection 46 to the Has synchronizer 35. A DC power source 47 supplies power to coils 33 and 34 for the following more precisely explained purposes.

Bei Einleitung von Spinechoeffekten wird die Probe 30 zunächst dem polarisierenden magnetischen Feld Ti₀ genügend lange ausgesetzt, damit ihre gyromagnetischen Kerne ausgerichtet werden, wie oben beschrieben. Beim einfachsten Fall der Erzeugung eines einzigen Echos wird die Probe dann einem Impuls eines magnetischen HF-Wechselfeldes H_{ ausgesetzt, das durch die Spule 32 erzeugt wird und daher senkrecht zum Hauptfeld H₀ steht. Dieser magnetische HF-Impuls übt einen Drall auf die sich drehenden Kerne aus, wodurch sie aus der Ausrichtung mit H₀ herausgekippt werden, so daß bei Beendigung des Impulses die Kerne um die Hauptfeldrichtung, die sogenannte Z-Achse, mit ihren charakteristischen Larmorfrequenzen zu präzedieren beginnen. Ihre magnetischen Momente oder deren Bestandteile drehen sich also in einer zur Z-Achse normalen XY-Ebene.When spin echo effects are initiated, the sample 30 is first _{exposed to the polarizing magnetic field Ti 0 for a} sufficient time so that its gyromagnetic nuclei are aligned, as described above. In the simplest case of generating a single echo, the sample is then exposed to a pulse of a magnetic HF alternating field H _{ , which is generated by the coil 32 and is therefore perpendicular to the main field H ₀ . This magnetic RF pulse exerts a twist on the rotating nuclei, thereby tilting them out of alignment with H ₀ , so that when the pulse ends, the nuclei precess around the main field direction, the so-called Z-axis, with their characteristic Larmor frequencies start. Their magnetic moments or their components rotate in an XY plane normal to the Z axis.

Nehmen wir z. B. das Verhalten einer verwandten Gruppe sich drehender Kerne als charakteristisch für alle solche Teilchen in der Stoffprobe an, so ist klar,Take e.g. B. the behavior of a related group of spinning nuclei as characteristic of all such particles in the sample, it is clear

. daß die Inhomogenität des Feldes H₀ in verschiedenen Teilen der Probe die oben erklärte verschiedene Larmorpräzession auslöst, so daß, während die Gruppe als Ganzes weiterhin mit einer mittleren Geschwindigkeit (O₀ rotiert, die Teilmomente der Gruppe sich ausfächern oder voneinander trennen mit Geschwindigkeiten, die von ihren jeweiligen Larmorfrequenzdifferenzen abhängen. Solange diese Ausdehnung anhält, wird durch die Zerstreuung der Teilvektoren der Gruppe deren Zusammenwirkung zur Erzeugung eines Signals verhindert.. that the inhomogeneity of the field H ₀ in different parts of the sample triggers the different Larmor precession explained above, so that while the group as a whole continues to rotate at an average speed (O ₀ , the partial moments of the group fan out or separate from one another at speeds that As long as this expansion continues, the scattering of the sub-vectors of the group prevents their interaction to generate a signal.

Zur Einleitung der Echobildung wird die Probe einem starken HF-Impuls, dem sogenannten »Erinnerungs «-Impuls ausgesetzt, der die Divergenz der Teilvektoren in eine Konvergenz umwandelt. Bei Aufrechterhaltung des richtigen Zeit- und Feldverhältnisses kehren, wie nachstehend beschrieben, die rotierenden Momente schließlich zur Koinzidenz zurück und verstärken sich dort, um ein Signal in der HF-Spule 32 zu induzieren, welches Signal das »Echo«· des »Eingangs«-HF-Impulses, der die Folge eingeleitet hat, ist. Das Signal wird zu dem Verstärker 42 übertragen, verstärkt und zu dem Oszilloskop 45 oder einer anderen Vorrichtung zur Auswertung geleitet.To initiate the generation of echoes, the sample is subjected to a strong HF pulse, the so-called »memory «-Pulse which converts the divergence of the partial vectors into a convergence. When maintaining With the correct time and field ratio, the rotating ones sweep as described below Moments finally return to coincidence and amplify there to a signal in the RF coil 32 to induce which signal is the »echo« · of the »input« RF pulse that initiated the sequence, is. The signal is transmitted to the amplifier 42, amplified, and to the oscilloscope 45 or another Device passed for evaluation.

Zur Veranschaulichung ist bis j etzt der einfache Fall eines einzigen Echos beschrieben worden, in welchem das maximale Echosignal normalerweise erzeugt würde durch Anlegung eines »Eingangs«-Impulses, der ausreicht, um die Momentengruppe um 90°, d. h. ganz in die XY-Ebene hinein, zu kippen. Auch kleinere Kippwinkel erzeugen brauchbare Momentengruppierungen, so daß durch Anlegung aufeinanderfolgender Eingangsimpulse der richtigen. Dauer und Amplitude eine Mehrzahl von Einführungen ähnlich durchgeführt werden kann, um eine entsprechende Kette von Echos zu erzeugen. Bei dieser und allen anderen beschriebenen Abarten des Vorganges versteht es sich jedoch, daß die Grundlage der Echoerzeugung dieselbe ist, nämlich die systematische Zerlegung und die darauffolgende systematische Wiederzusammenstellung verwandter Momente sich drehender Teilchen in einem geeigneten Feld.To illustrate this, the simple case is up to now of a single echo in which the maximum echo signal is normally generated would be achieved by applying an "input" pulse that is sufficient to turn the group of moments by 90 °, i. H. to tilt completely into the XY plane. Smaller tilt angles also generate useful moment groupings, so that by applying successive input pulses the correct one. Duration and Amplitude a plurality of introductions can be carried out similar to a corresponding one To generate a chain of echoes. With this and all the other variants of the process described however, it turns out that the basis of the generation of echoes is the same, namely the systematic decomposition and the subsequent systematic reassembly of related moments of rotating Particles in a suitable field.

In der Praxis gibt es zwei wichtige Arten von Verfahren zur Spinechobildung, nämlich das »Spiegelecho «-Verfahren und das »Angeregte-EchoÄ-Verfahren, die vergleichsweise in Fig. 3 veranschaulicht sind. In dieser Abbildung stellt die Ordinate die Spannung an der die Stoffprobe enthaltenden HF-Spule 32 dar, während die Abszisse die Zeit darstellt. Zur Ermöglichung einer Veranschaulichung sind die Echoimpulse io⁵mal größer gezeichnet worden, als sie auf einem für das Zeichnen der Speicher- und Erinnerungsimpulse geeigneten Maßstab der Ordinate wären. Die Dauer jedes Angabenimpulses- kann in der Größenordnung von einigen Mikrosekunden liegen, während die Zeiten τ, die die »Speicher«-Intervalle darstellen, die Größenordnung von Sekunden haben können, wenn z. B. Wasser als Speichermittel in der Probe 30 verwendet wird.In practice there are two important types of methods for generating spin echoes, namely the “mirror echo” method and the “excited echo” method, which are illustrated by way of comparison in FIG. In this figure, the ordinate represents the voltage across the RF coil 32 containing the swatch, while the abscissa represents time. To enable illustration, the echo pulses ^{have been drawn 10} times larger than they would be on a scale of the ordinate suitable for drawing the memory and memory pulses. The duration of each indication pulse can be on the order of a few microseconds, while the times τ, which represent the "storage" intervals, can be on the order of seconds, e.g. B. Water is used as a storage medium in the sample 30.

Der Unterschied in den Speicherverfahren für die Erzeugung von »Spiegel«- und »angeregten« Echos, welcher ein grundlegender ist, ist anderweitig genau beschrieben worden und braucht hier daher nur im Verhältnis zu der vorhegenden Erfindung kurz an-The difference in the storage method for the generation of "mirror" and "excited" echoes, which is a fundamental one has been described in detail elsewhere and therefore only needs in here Relation to the present invention briefly

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geführt zu werden. Bei der Spiegelspeicherung gehen die den Kernen zugeleiteten Eingangsimpulse dem Erinnerungsimpuls in ihrer gewählten Reihenfolge voraus, während die Echos dem Erinnerungsimpuls in der umgekehrten Reihenfolge folgen. Man sieht also, daß die Echo- und Speicherimpulse eine »Spiegelsymmetrie« zur Mitte des Erinnerungsimpulses besitzen, woher der Name für diese Art des Echoverfahrens stammt.to be guided. With mirror storage, the input pulses sent to the cores go to the Reminder impulses in their chosen order, while the echoes precede the reminder impulse follow in reverse order. So you can see that the echo and storage pulses have a "mirror symmetry" in the middle of the memory impulse, where the name for this type of echo method comes from originates.

ίο Beim angeregten Echovorgang wird, wie die Zeichnungen zeigen, zunächst ein HF-»Vorimpuls« P_v an die Probe angelegt. Dieser Vorimpuls ist von genügender Amplitude und Dauer, um alle Kernmomente der Stoffprobe im wesentlichen um 90⁰ zu kippen,ίο When the echo process is excited, as the drawings show, an HF “pre-pulse” P _{v is first applied} to the sample. This pre-pulse is of sufficient amplitude and duration to all nuclear magnetic moments of the material sample substantially to tilt by 90 ^{is 0,}

d. h. in die XY-Ebene hinein, wo sie sich während eines Zeitabschnittes T₁ über die ganze Ebene mit verschiedenen Larmorfrequenzen verteilen können. Nach dem Zeitabschnitt T₁ werden die Speicherimpulse angelegt, und zwar werden durch diese Impulse Gruppen oder »Familien« von Momentvektoren auf einem System von Kegeln, die sich um die Z-Achse oder die Richtung des Feldes H₀ drehen, gebildet, d. h., die Impulse werden in die »Z-Achsen-Speicherung« eingeführt.ie into the XY plane, where they can be distributed over the entire plane with different Larmor frequencies _{during a time segment T 1.} After the time segment T ₁ , the storage pulses are applied, and groups or "families" of moment vectors are formed by these pulses on a system of cones that rotate around the Z-axis or the direction of the field H ₀ , that is, the Pulses are introduced into the »Z-axis storage«.

Der Erinnerungsimpuls P₁. ist von passender Dauer und Amplitude, um die rotierenden Momentkegel wieder in die XY-Ebene zu kippen, wodurch die relativen Drehbewegungen unter den Bestandteilen jeder Momentengruppe umgekehrt werden. Daraufhin setzen sich die Bestandteile der jeweiligen Gruppen wieder zusammen, um Echoimpulse in der Spule 32 zu induzieren, welche Impulse am Ende einer zweiten Zeit T₁ nach dem Erinnerungsimpuls beginnen und in derselben Reihenfolge wie ihre entsprechenden Eingangsimpulse erscheinen. Man kann also sehen, daß die Figur für den angeregten Echovorgang eine »fortschreitende« Symmetrie im Verhältnis der Eingangsimpulse zu dem Vorimpuls und der Echos zu dem Erinnerungsimpuls hat.The reminder impulse P ₁ . is of suitable duration and amplitude to tilt the rotating torque cones back into the XY plane, thereby reversing the relative rotational movements among the components of each torque group. The constituents of the respective groups then reassemble to induce echo pulses in the coil 32, which pulses _{begin at the end of a second time T 1} after the reminder pulse and appear in the same order as their corresponding input pulses. One can therefore see that the figure for the excited echo process has a "progressive" symmetry in the ratio of the input impulses to the pre-impulse and the echoes to the memory impulse.

Falls das magnetische Feld H₀ durchweg konstant bleiben sollte, wären die oben beschriebenen »Spiegel«- und »fortschreitenden« Symmetrien, die für die Echoerzeugung nötig sind, rein zeitliche Symmetrien. Wenn jedoch die Inhomogenität von H₀ schwankt, wird durch die Veränderung ein zweiter Faktor des Feldzustandes eingeführt, der zusammen mit dem Zeitfaktor und im integrierten Verhältnis damit berücksichtigt werden muß. Ähnlich wie bei einem bereits vorgeschlagenen Verfahren werden bei dem Verfahren nach der Erfindung Veränderungen der Feldinhomogenität erzeugt durch Zuführung von Gleichstromimpulsen zu den Spulen 33 und 34. Innerhalb bestimmter Grenzen ist die erzeugte wirksame Feldveränderung proportional zu dem Strom i in den Spulen, so daß dieser Strom i nachstehend als Darstellung für die Feldveränderung selbst verwendet werden kann.If the magnetic field H ₀ were to remain constant throughout, the " mirror " and "progressive" symmetries described above, which are necessary for echo generation, would be purely temporal symmetries. However, if the inhomogeneity of H ₀ fluctuates, the change introduces a second factor of the field state, which must be taken into account together with the time factor and in an integrated relationship with it. Similar to a previously proposed method, changes in the field inhomogeneity are generated in the method according to the invention by supplying direct current pulses to the coils 33 and 34. Within certain limits, the effective field change generated is proportional to the current i in the coils, so that this current i can be used below as a representation for the field change itself.

Fig. 4 veranschaulicht einen angeregten Echovorgang, um dessen Anwendung auf die vorliegende Erfindung verständlich zu machen. Die Grundvoraussetzung für die Erzeugung angeregter Echos, d. h. die fortschreitende Symmetrie der Integrale über Zeit und Feldzustand, kann in Verbindung mit dieser Figur geprüft werden, indem man berücksichtigt, daß Punkt t_x das Ende des Vorimpulses P₂, und t₂ den Augenblick darstellen, in dem ein bestimmter Speicherimpuls eingeführt wird, wobei es erwünscht ist, ein entsprechendes Echo zur Zeit t_A nach dem Ende t₃ des Erinnerungsimpulses zu erzeugen. Wenn man außerdem berücksichtigt, daß der Strom i (und damit die Feldinhomogenität) während des Vorganges verändert werden soll, so ist die fortschreitende Symmetriebedingung für die Echoerzeugung:Figure 4 illustrates an excited echo process to aid in understanding its application to the present invention. The basic requirement for the generation of excited echoes, ie the progressive symmetry of the integrals over time and field state, can be checked in connection with this figure by taking into account that point t _{x represents} the end of the prepulse P ₂ and t ₂ the moment, in which a certain memory pulse is introduced, it being desirable to generate a corresponding echo at time t _A after the end t _{3 of} the reminder pulse. If one also takes into account that the current i (and thus the field inhomogeneity) should be changed during the process, the progressive symmetry condition for the echo generation is:

i dt = j 'i dt. i dt = j 'i dt.

T" ΓT "Γ

ί ifö mit ί ίΖίί ifö with ί ίΖί

In Fig. 4 sind die Veränderungen von i in Form von zwei gleichen Impulsen P₁ und P/ zu entsprechenden Zeitpunkten nach dem Vorimpuls bzw. 8o_: dem Erinnerungsimpuls dargestellt. Für das einzelne Teilecho bei i₄ braucht dies nicht der Fall zu sein, d. h., Pf und P/ können unregelmäßige Abstände und/oder Formen haben, solange nur die obenerwähnte integrale Symmetriebedingung aufrechterhalten bleibt. In diesem letzteren Falle würden jedoch, obwohl das Echo bei i₄ erhalten bliebe, andere Echos in der Kette nicht die nötige Symmetrie besitzen und zerstört werden. Mit anderen Worten, das System ist im wesentlichen eine Differentialvorrichtung, die4 shows the changes in i in the form of two identical pulses P ₁ and P / at corresponding points in time after the pre-pulse or 8o _: the reminder pulse. This need not be the case for the individual partial echo at i ₄ , ie Pf and P / can have irregular spacings and / or shapes, as long as the above-mentioned integral symmetry condition is maintained. In this latter case, however, although the echo _{would be preserved at i 4} , other echoes in the chain would not have the necessary symmetry and would be destroyed. In other words, the system is essentially a differential device that

für jeden Punkt in der Kette vergleicht und ein Echosignal nur dann erzeugt, wenn die beiden Integrale gleich sind.for each point in the chain compares and generates an echo signal only if the two integrals are the same.

Fig. 5 zeigt nun, wie bei der Erfindung in Ausnutzung dieses Effektes eine Stromveränderung anstatt der. HF-Impulse selbst zum Speichern von Angaben verwendbar ist.Fig. 5 now shows how a current change instead of using this effect in the invention the. HF pulses themselves can be used to store information.

Gemäß Fig. 5 A besteht der HF-Eingang aus dem Vorimpuls P₃,, einer fortlaufenden Reihe von Eingangs- oder Speicherimpulsen und dem Erinnerungsimpuls P_r. Wenn wie in Fig. 5 B der Stromimpuls fehlt, beträgt die Veränderung in dem magnetischen Feld Null während der ganzen Zeit von dem Vorimpuls zum Erinnerungsimpuls und während der ganzen Entnahmezeit, so daß die Echos in ihrer normalen Form erscheinen, wie zu erwarten ist. noAccording to FIG. 5A, the RF input consists of the pre-pulse P ₃ ,, a continuous series of input or storage pulses and the reminder pulse P _r . When the current pulse is absent, as in Fig. 5B, the change in magnetic field is zero all the time from the pre-pulse to the reminder pulse and all the sampling time so that the echoes appear in their normal form, as would be expected. no

Gemäß Fig. 5 C kommt, wenn ein Stromimpuls zur Zeit T nach dem Vorimpuls und ein zweiter gleicher Stromimpuls zur Zeit T nach dem Erinnerungsimpuls angelegt wird, der Eingang zurück in der Form von unveränderten Echos, wobei die fortschreitende Symmetrie gemäß Fig. 4 vorgesehen ist.According to FIG. 5C, if a current pulse is applied at time T after the pre-pulse and a second identical current pulse is applied at time T after the reminder pulse, the input comes back in the form of unchanged echoes, the progressive symmetry of FIG. 4 being provided .

Gemäß Fig. 5 D erscheinen, wenn ein Stromimpuls zur Zeit T nach dem Vorimpuls, aber keiner nach dem Erinnerungsimpuls angelegt wird, die Echos, wie gezeigt, während der Zeit von dem Erinnerungsimpuls bis zum Ablauf der Periode T, nach welchem sie zerstört werden. Der Grund dafür ist, daß die Echos in der ganzen Zeit T die erforderliche übertragene integrale Zeit- und Feldsymmetrie zu ihren erzeugenden Speicherimpulsen haben, aber danach verhindert das Fehlen eines zweiten Feldimpulses eine5D, if a current pulse is applied at time T after the pre-pulse but none after the reminder pulse, the echoes appear, as shown, during the time from the reminder pulse to the expiration of period T after which they are destroyed. The reason for this is that all of the time T the echoes have the required transmitted integral time and field symmetry to their generating memory pulses, but after that the absence of a second field pulse prevents one

657/153657/153

110530 VIII a/21a¹ 110530 VIII a / 21a ¹

solche Symmetrie. In allen Fällen denke man daran, daß eingeführte HF-Trägerimpulse immun gegen Feldveränderungen sind, solange sie sich in der Z-Achsen-Speicherung befinden, d. h., die Zerstörung erfolgt nur in der Echoperiode, wenn die Momentenvektorgruppen durch den Erinnerungsimpuls wieder in die XY-Ebenen-Speicherung zurückgebracht worden sind.such symmetry. In all cases it should be remembered that introduced RF carrier pulses are immune to field changes as long as they are in the Z-axis storage, i.e. the destruction only takes place in the echo period when the moment vector groups are returned to the XY- Level storage have been brought back.

Fig. 5 E veranschaulicht die Zustände, wenn das Feldimpulsschema aus einem Feldimpuls zur Zeit T Fig. 5E illustrates the states when the field pulse scheme consists of a field pulse at time T

ίο nach dem Vorimpuls und einem zweiten Impuls, der zur Zeit T-J-T₁ nach dem Erinnerungsimpuls endet, besteht. Der Echoausgang besteht aus Echos bis zur Zeit T nach dem Erinnerungsimpuls, woraufhin sie aufhören, bis die zusätzliche Zeit T₁ verstrichen ist.ίο after the pre-impulse and a second impulse, which ends at time TJT ₁ after the reminder impulse. The echo output consists of echoes up to time T after the reminder pulse, whereupon they stop until the additional time T _{1 has} passed.

Zu dieser Zeit hat der zweite Feldimpuls die erforderliche fortschreitende Integralsymmetrie wieder hergestellt, und daher erscheinen die Echos erneut und dauern fort bis zum Ende der Kette.
Aus einem Vergleich von Fig. 5 C und 5 E geht hervor, daß, wenn die in bezug auf den Vorimpuls und auf den Erinnerungsimpuls gleichen Feldimpulse zur gleichen Zeit auftreten, keine Abänderung der Echoausgangskette erzeugt worden ist, während durch eine Verschiebung des zweiten Impulses zu einer relativ späteren Position als der des ersten Impulses eine Lücke in der Echokette erzeugt worden ist. Durch das Verfahren wird also die Verschiebung des einen Feldimpulses in bezug auf einen anderen angezeigt, und wenn eine einheitliche Form von FeIdimpulsen verwendet wird, ist außerdem die Länge der Lücke ein genaues Maß für die Größe der relativen Bewegung.By this time the second field pulse has re-established the required progressive integral symmetry and therefore the echoes reappear and continue to the end of the chain.
A comparison of FIGS. 5 C and 5 E shows that if the field pulses which are the same with respect to the pre-pulse and to the reminder pulse occur at the same time, no modification of the echo output chain has been produced, while a shift of the second pulse to a position relatively later than that of the first pulse a gap has been created in the echo chain. The method thus indicates the displacement of one field pulse with respect to another, and if a uniform form of field pulse is used, the length of the gap is also an accurate measure of the magnitude of the relative movement.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht außerdem hervor, daß bei Anlegung von mehreren Feldimpulsen sowohl vor als auch nach dem Erinnerungsimpuls eine Veränderung des Echoausganges nur dann auftritt, wenn irgendeine Bewegung oder ein Fehlen eines Feldimpulses vorgekommen ist. Gemäß Fig. 6 besteht der Feldimpuls aus vier Impulsen 1, 2, 3 und 4. Die Feldimpulse 1 .und 3 sind in. bezug auf die Zeit nach dem Vorimpuls im Vergleich mit der Zeit nach dem Erinnerungsimpuls feststehend, während sich der Impuls 2 nach außen und der Impuls 4 nach innen bewegt. Dadurch entsteht eine Kette von Echos, welche gruppenweise ankommt, wie die untere Linie des Diagramms zeigt. Zur Zeit T₂ nach dem Erinnerungsimpuls, wenn der Feldimpuls 2 normalerweise erscheinen müßte, das jedoch nicht tut, hören die Echos auf; aber zu der Zeit, wenn der Feldimpuls 2 tatsächlich geendet hat, erscheinen die Echos wieder. Zu der Zeit, zu der der Feldimpuls 4 tatsächlich nach dem Erinnerungsimpuls auftritt (was früher ist, als es normalerweise der Fall sein dürfte), werden die Echos zerstört bis zu der Zeit, zu der der Feldimpuls 4 hätte auftreten müssen und zu der nun die Echos wieder erscheinen. Es ist also gezeigt worden, wie die Bewegung von zwei Feldimpulsen zwei Lücken in der Echokette erzeugt. Natürlich kann man ähnliche Ergebnisse und Kombinationen mit verschiedenen Zahlen und Anordnungen von Impulsen erreichen.From the above description it can also be seen that when several field pulses are applied both before and after the reminder pulse, a change in the echo output only occurs if there has been any movement or an absence of a field pulse. According to FIG. 6, the field pulse consists of four pulses 1, 2, 3 and 4. The field pulses 1 .and 3 are fixed with respect to the time after the pre-pulse in comparison with the time after the reminder pulse, while the pulse 2 follows outside and the pulse 4 moves inwards. This creates a chain of echoes that arrive in groups, as the bottom line in the diagram shows. At time T ₂ after the reminder pulse, when field pulse 2 should normally appear, but does not, the echoes cease; but by the time the field pulse 2 has actually ended, the echoes reappear. At the time when the field pulse 4 actually occurs after the reminder pulse (which is earlier than it should normally be the case), the echoes are destroyed up to the time at which the field pulse 4 should have occurred and at which now the Echoes reappear. So it has been shown how the movement of two field pulses creates two gaps in the echo chain. Of course, one can achieve similar results and combinations with different numbers and arrangements of pulses.

Ein Beispiel für die Verwendung der Erfindung ist ihre Anwendung auf das Anzeigen bewegter Ziele.An example of the use of the invention is its application to the display of moving targets.

Fig. 7 zeigt eine solche Operation in Verbindung mit Unterwasserfeststellung durch das Aussenden aufeinanderfolgender akustischer Signale und den Empfang der resultierenden von einem Ziel reflektierten, Rückkehrsignale.Fig. 7 shows such an operation in connection with underwater detection by sending out successive acoustic signals and the reception of the resulting reflected from a target, Return signals.

In diesem Falle kann der Impulsgenerator 35 (Fig. 2) gekippt werden, um den HF-Vorimpuls P₃, und den Erinnerungsimpuls P₁. einzuleiten, durch Signale, die über eine Steuerverbindung 48 von der akustischen Signalvorrichtung empfangen werden, und zwar sind diese Impulse jeweils koinzident mit aufeinanderfolgenden akustischen Ausgangs- oder Sendesignalen. Die Gleichstromquelle 47 wird ähnlich über eine Verbindung 49 von dem Empfänger des akustischen Gerätes aus gekippt, so daß aufeinanderfolgende reflektierte oder »Ein«-Signale aufeinanderfolgende Stromimpulse P_i und P/ nach dem Vorimpuls bzw. dem Erinnerungsimpuls entstehen lassen. Der Impulsgenerator 35 liefert nach dem Vorimpuls die fortlaufende Reihe eng beieinanderliegender Speicher- oder Trägerimpulse P_s. In this case, the pulse generator 35 (FIG. 2) can be tilted to include the RF pre-pulse P ₃ and the reminder pulse P ₁ . initiate by signals which are received via a control connection 48 from the acoustic signal device, and these pulses are each coincident with successive acoustic output or transmission signals. The direct current source 47 is similarly tilted via a connection 49 from the receiver of the acoustic device so that successive reflected or "on" signals produce successive current pulses P _i and P / after the pre-pulse and the reminder pulse, respectively. The pulse generator 35 delivers the continuous series of closely spaced storage or carrier pulses P _s after the pre-pulse.

Im Betriebszustand sieht man, daß die HF-Impulse P_p und P_r Startzeichen zum Prüfen der verstrichenen Zeiten zwischen jedem der aufeinanderfolgenden akustischen »Aus«-Signale und dem entsprechenden reflektierten Rückkehr- oder, »Ein«·- Signal darstellen. Wenn diese verstrichenen Zeiten gleich sind, d. h. wenn das Ziel stationär ist, hat das System offensichtlich die erforderliche übertragene Integralsymmetrie, und die Impulskette erscheint in ununterbrochener Ganzheit, wie oben in Fig. 4 gezeigt. Wenn jedoch die verstrichenen Zeiten nicht gleich sind, d. h. wenn das Ziel sich nähert oder entfernt, wird die übertragene Symmetrie zerstört, und es erscheint eine Lücke in der Echokette. Wenn also das Ziel sich entfernt, wie in der Klammer A (Fig. 7) gezeigt ist, ist die Reflexionszeit T/ für das zweite Signal größer als die entsprechende Zeit T _s für das erste, so daß eine Lücke der Größe T _$'-T_s in der Echokette entsteht.In the operating state, it can be seen that the RF pulses P _p and P _{r are} start signals for checking the elapsed times between each of the successive acoustic "off" signals and the corresponding reflected return or "on" signal. Obviously, when these elapsed times are the same, that is, when the target is stationary, the system has the required integral symmetry transferred and the pulse train appears in uninterrupted entirety, as shown in FIG. 4 above. However, when the elapsed times are not the same, that is, when the target approaches or moves away, the transmitted symmetry is destroyed and a gap appears in the echo chain. So if the target moves away, as shown in bracket A (Fig. 7), the reflection time T / for the second signal is greater than the corresponding time T _s for the first, so that a gap of size T _$ '- T _s arises in the echo chain.

Ähnlich ist (B) bei näherkommendem Ziel die Reflexionszeit T _s' kürzer als T _s, und es erscheint eine Lücke der Größe T_S-T„'. Bei wiederholtem Vergleich aufeinanderfolgender Paare von Feststellsignalen zeigt die Einwärtsbewegung der Lücke in der Echokette offensichtlich das Annähern des Zieles an, während eine Auswärtsbewegung das Entfernen anzeigt, und in beiden Fällen bildet die Länge der Lücke in der Echokette in Verbindung mit den Konstanten des Systems eine Darstellung für die Geschwindigkeit der Annäherung oder Entfernung. Um eine reichliche »Erholungszeitcc für die sich drehenden Kerne nach Vollendung der Echokette zu gewährleisten, ist der Synchronisator 35 so ausgebildet, daß er eine Anzahl von Signalen aus der akustischen Vorrichtung nach jeder Prüfung eines benachbarten Paars aussperrt. Außerdem wird im Falle eines stationären Ziels durch Aussperren jedes Feldimpulses ein Stopp in der Echokette zu einer Zeitdauer nach dem Erinnerungsimpuls erzeugt, die die Entfernung oder den Bereich des Ziels anzeigt.Similarly, (B) as the target approaches, the reflection time T _s ' is shorter than T _s , and a gap of size T _S -T "" appears. When successive pairs of detection signals are repeatedly compared, the inward movement of the gap in the echo chain obviously indicates approaching the target, while an outward movement indicates departure, and in both cases the length of the gap in the echo chain in conjunction with the constants of the system forms a representation for the speed of approach or removal. In order to provide ample recovery time for the rotating cores after the completion of the echo chain, the synchronizer 35 is designed to lock out a number of signals from the acoustic device after each test of an adjacent pair. In addition, in the case of a stationary target, locking out each field pulse creates a stop in the echo chain at a time after the reminder pulse that indicates the range or range of the target.

Es versteht sich, daß es für die Veranschaulichung erforderlich war, die verschiedenen Impulse desIt goes without saying that for the purpose of illustration it was necessary to consider the various impulses of the

609 657/153.609 657/153.

110530 VIII a/21 a*110530 VIII a / 21 a *

Systems in übertriebener Dauer zu zeigen. In der Praxis können diese Impulse eine sehr kurze Dauer haben; z. B. können die Echos so nahe beieinanderliegen, daß sie normalerweise als fortlaufendes. Band erscheinen, in welchem durch Feldimpulse erzeugte Lücken scharf abgegrenzt zu erkennen sind. Aus den angeführten Beispielen geht hervor, daß infolge der relativ langen Speicherperiode, die durch entsprechende Wahl der Probe 30 in einem Spinechosystem zur Verfügung steht, die nach dem vorliegenden Verfahren ermöglichten vergleichsweisen Anzeigen über ein weites Beobachtungsfeld ausgebreitet, sein können, wodurch ein entsprechend hohes Maß an Genauigkeit und Empfindlichkeit gegeben ist.System in exaggerated duration. In practice, these impulses can be of a very short duration to have; z. For example, the echoes may be so close together that they are normally considered to be continuous. tape appear, in which the gaps generated by field pulses can be seen clearly delineated. From the cited examples shows that due to the relatively long storage period, which by corresponding Choice of sample 30 in a spin echo system is available according to the present Procedures enabled comparative displays to be spread over a wide field of observation, can be, creating a correspondingly high level of accuracy and sensitivity given is.

Zur Vereinfachung der Erklärung haben die vorstehenden Darlegungen Feldimpulse ähnlicher rechtwinkliger Form und Größe benutzt. Aus den allgemeinen Integral-ErfordernissenTo simplify the explanation, the above explanations have field pulses of similar right angles Shape and size used. From the general integral requirements

i dt = j i dt k i dt = j i dt k

geht jedoch hervor, daß für verschiedene Anwendungsarten das Verfahren keineswegs auf die Verwendung solcher einheitlichen Impulse beschränkt ist. Das ist in Fig. 8 veranschaulicht, worin ein Stromimpuls P₁ beliebiger Form, hier z. B. als Dreieck dargestellt, kurz nach dem Vorimpuls P₁, angelegt wird und ein verhältnismäßig großer rechteckiger Feldimpuls gegen Ende der Periode nach dem Erinnerungsimpuls P₁. aufgeprägt wird. Im ersten Teil der Echoperiode kann keine Integralsymmetrie bestehen, da kein Feldimpuls vorhanden ist, der der Wirkung des vorhergehenden Impulses P_t entgegenwirken oder gleichkommen würde, so daß sich anfangs keine Echos bilden können. Nach der Ankunft des Impulses P/ beginnt jedoch dieser, den Mangel auszugleichen, bis der schraffierte Bereich b des Impulses P/ erstmals dem Bereich a des Impulses P₁ zu einem Zeitpunkt t_i gleicht. Darauf beginnt der Bereich von P/ den Bereich α zu übersteigen. Zum Zeitpunkt t_t durchläuft also das System einen kurzen Zustand fortschreitender Integralsymmetrie, wodurch sich ein scharfer Knotenpunkt oder eine momentane Echoanzeige bildet, wie die Zeichnung zeigt. Diese Abbildung veranschaulicht also, daß nach dem Verfahren auch der Vergleich änderer Faktoren als der Zeit möglich ist, z. B. Ladung, dargestellt durch die beiden Strom-Zeit-Bereiche. Wenn die Amplitude und die Dauer eines Impulses, wie z. B. P₁, als Darstellungen anderer Faktoren gesteuert werden und wenn die Amplitude und die Anfangszeit des Impulses P/ direkt gesteuert werden, z. B. durch den Synehronisator 35 über eine passende Verbindung 50 mit der Gleichstromquelle 47 (Fig. 2), kann man den Ladungsbereich b (Fig. 8) leicht ableiten und in die gewünschten Verhältnisse der anderen erwähnten Faktoren umwandeln.however, it emerges that the method is in no way restricted to the use of such uniform pulses for various types of application. This is illustrated in Fig. 8, wherein a current pulse P _{1 of} any shape, here z. B. shown as a triangle, shortly after the pre-pulse P ₁ , is applied and a relatively large rectangular field pulse towards the end of the period after the reminder pulse P ₁ . is impressed. In the first part of the echo period there can be no integral symmetry, since there is no field pulse which would counteract or equal the effect of the previous pulse P _t , so that initially no echoes can form. After the arrival of the pulse P / , however, this begins to compensate for the deficiency until the hatched area b of the pulse P / for the first time equals the area a of the pulse P ₁ at a point in time t _i . The range of P / then begins to exceed the range α. At the time t _t , the system goes through a brief state of progressive integral symmetry, as a result of which a sharp node or an instantaneous echo display is formed, as the drawing shows. This figure shows that, according to the method, it is also possible to compare factors other than time, e.g. B. Charge, represented by the two current-time domains. When the amplitude and duration of a pulse, e.g. B. P ₁ , can be controlled as representations of other factors and when the amplitude and start time of the pulse P / are controlled directly, e.g. B. by the synchronizer 35 via a suitable connection 50 with the direct current source 47 (Fig. 2), one can easily derive the charge range b (Fig. 8) and convert it into the desired proportions of the other factors mentioned.

·■ Nach dem vorliegenden Verfahren ist eine;große Anzahl von Arbeitskombinätionen möglich, die auf viele verschiedene Prüfungs-, Vergleichs-, Meß- und :ähnliche Verwendungsarten anwendbar sind.....Ein Hauptunterschied zwischen ihm und den früheren Spinechoverfahren liegt darin, daß in der früheren Praxis die Angaben-Speicherung und -Entnahme normalerweise direkt auf der Grundlage der eingeführten HF-* Angaben «-Impulse und der sich aus ihnen ergebenden Echos ausgeführt werden, während erfindungsgemäß die eingeführten HF-Impulse und ihre Echos in erster Linie als Trägerkette dienen, welcher Angaben aufgeprägt werden durch »Angaben«-Impulse der Feldveränderung, wodurch sich der obenerwähnte vielseitige und vorteilhafte Anwendungsbereich ergibt. Diese hauptsächliche Verwendung der Eingangs- und Echokette als Träger schließt jedoch nicht aus, daß sie auch nach Wunsch gewisse Angabenfunktionen ausführt, wie z. B. die Verwendung eines HF-Speicherimpulses besonders großer Amplitude in regelmäßigen Abständen in der Speicherimpulskette für die Bildung einer entsprechenden Zeitskala oder eines Indexes in der Echoimpulskette.· ■ According to the present proceedings there is a; large Number of working combinations possible based on many different test, comparison, measurement and: similar types of use are applicable ..... A The main difference between it and the earlier spin echo methods is that in the earlier one Practice the information storage and extraction usually directly on the basis of the imported one RF * information «pulses and the echoes resulting from them are carried out while according to the invention the introduced RF pulses and their echoes serve primarily as a carrier chain, which Information is imprinted with "information" impulses the field change, whereby the above-mentioned versatile and advantageous field of application results. However, this primary use of the input and echo chain as a carrier concludes does not mean that it also carries out certain information functions as desired, such as B. the use of a HF storage pulse of particularly large amplitude at regular intervals in the storage pulse chain for the formation of a corresponding time scale or an index in the echo pulse chain.

Außerdem bezieht sich die Beschreibung vor allem auf die Verwendung des Verfahrens mit angeregten Echos, aber es ist klar, daß nach Wunsch das gleiche allgemeine Verfahren für jeden beliebigen Zweck auf eine Operation mit Spiegelechos anwendbar ist. Als einziger Unterschied ist es dabei nur erforderlich, daß die integrale Symmetrie in der Zeit und im Feldzustand vom Spiegel- anstatt vom fortschreitenden Typ ist. Ähnlich kann für manche Zwecke der HF-Speichervorbereitungseingang anstatt aus einer großen Anzahl von kurzen Impulsen, wie hier gezeigt, aus jeder beliebigen anderen Anzahl und Dauer von Eingangsanlegungen bestehen, und zwar von einer einzigen Anlegung, die von langer Dauer sein kann, aufwärts, mit normalen entsprechenden Echoeffekten.In addition, the description refers primarily to the use of the method with stimulated Echoes, but it is clear that the same general procedure can be followed for any purpose if desired an operation with mirror echoes is applicable. The only difference required is that the integral symmetry in time and field state of the mirror rather than the progressive type is. Similarly, for some purposes, the RF memory prep input may instead be from a large number from short pulses, as shown here, from any other number and duration of input applications exist, from a single investment, which can be of long duration, upwards, with normal corresponding echo effects.

Claims

PATENT CLAIMS: loo

i. Method for storing electrical impulses by means of nuclear spin echo, with the help of preferably magnetic atomic nuclear moments precessing through the effect of an inhomogeneous constant field, which are given the ability to form echoes through a memory pulse, in which the field inhomogeneity occurs before and after the memory pulse through pulses is controllably changeable, characterized in that during the input times (up to the reminder _{pulse P r} in Fig. 5) a memory pulse carrier chain consisting of several preferably similar pulses is formed, which receives its message content from the ability of the individual pulse within the carrier chain after to form the memory pulse an echo pulse that is made the field inhomogeneity \ controlling pulses relative to the memory pulse relative to said intended to form excited echoes in a manner known per prepulse (P _3,) depending on the timing and shape so that the carrier chain has gaps that can be measured and interpreted in the echo time, space, with a single pulse of the carrier chain only forming an echo, if the integral of the .. strength of the

• 609 657/153.

/ 10530 VIIIal21 a ¹

Field inhomogeneity changing pulse current over the time between the pre-pulse and the selected one Single pulse

/ t / t

i dti dt

is equal to the same integral between the end of the memory impulse and the position of the selected one Single pulse corresponding echo pulse

dtGerman

2. The method according to claim i, characterized in that the pulsed field inhomogeneity control takes place only during the time of the carrier pulse input (P ₃ , to P _r ), whereby in the echo period (after P _1. ) The generation of carrier echoes ceases after a point in time that the Time (T in Fig. 5 D) between pre-pulse and field inhomogeneity pulse corresponds.

3. The method according to claim i, characterized in that the difference between the time until the field pulse input in the carrier input period (T in Fig. 5 E) and the time until the field pulse input in the echo period (T ± T ₁ ) of the desired duration of the gap in the Carrier echo chain is chosen accordingly.

4. The method according to claims ι to 3, characterized in that the time of the pre-pulse (Pj,) and that of the field pulse in the carrier input period by a related first transmit and receive signal of a reflection measuring device (z. B. echo sounder) and the time of the reminder pulse (P _1. ) And that of the field pulse in the echo period can be determined by a second associated transmit and receive signal, so that a gap in the carrier echo chain indicates the size of the difference between the two return times.

5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the carrier input period several field pulses are applied to each other in a specific first time ratio and that in the echo period several field pulses are applied in a second time relationship to one another thereby creating gaps in the carrier echo chain that make the difference in the time relationships Show.

6. The method according to claim 1, characterized in that that if field pulses are applied in the input and in the echo period, which are after Differentiate amplitude, duration, waveform and integral value, the second pulse being the has a larger integral value due to the occurrence of a single carrier echo pulse at the point in time is displayed, in which the second field impulse in the course of its existence the integral value of the first achieved.

For this purpose 2 sheets of drawings