FI89416C - Flerkanalanordning foer maetning av svaga, lokal- och tidsberoende magnetfaelt - Google Patents

Description

1 B 9 41 5

MONIKANAVAINEN LAITE HEIKKOJEN, PAIKASTA JA AJASTA RIIPPUVIEN MAGNEETTIKENTTIEN MITTAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on laite, jolla voidaan mitata paikasta ja ajasta riippu-5 via, tutkimuskohteen sisällä olevan lähteen synnyttämiä heikkoja magneettikenttiä. Tällaisia laitteistoja käytetään etenkin eliön hermotoiminnoista peräisin olevien kenttien detektoimiseen; menetelmän merkitys lääketieteellisessä tutkimuksessa ja diagnostiikassa on tulossa yhä suuremmaksi. Erityisesti voidaan tutkia aivotoimintoja ja niiden häiriöitä ihmises-10 sä ilman, että tutkittavaan henkilöön tarvitsisi koskea tai että häntä tarvitsisi altistaa elektromagneettiselle säteilylle tai radioaktiivisille merkkiaineille. Etuna laajalti käytössä oleviin elektroenkefalogrammeihin (EEG) eli kallon pinnalta mitattuihin sähköpotentiaalijakaumiin on se, että magneettisissa signaaleissa ihmiskudoksen johtavuusepähomogeenisuuksista aiheutuvat 15 vääristymät ovat verrattomasti pienempiä kuin EEG:ssä. Täten on mahdollista paikantaa aivotoimintoihin liittyviä lähdevirtoja muutamien millimetrien ja millisekuntien paikka- ja aikaerottelukyvyllä. Menetelmää on selostettu tarkemmin esimerkiksi julkaisussa CRC Critical Reviews in Biomedical Engineering, voi. 14 (1986), n:o 2, ss. 93-126.

20 Tällaisten laitteistojen tulee kyetä havaitsemaan magneettisia signaaleja, joiden vuontiheys on tyypillisesti 100 fT tai sen alle. Lisäksi mittaus on kyettävä tekemään samanaikaisesti useasta paikasta; jopa yli sadan magneettisen signaalin mittaaminen yhtäaikaisesti eri puolilta päätä on tarpeen. Ainoa tunnettu laite, jolla on riittävä herkkyys näiden signaalien mittaamiseksi, 25 on ns. suprajohtava kvantti-interferenssilaite eli SQUID-magnetometri. Laitteen toimintaa on selostettu laajalti esimerkiksi aikakauslehdessä Journal of Low Temperature Physics, voi. 76 (1989), n:o 5/6, ss. 287-386. Laite vaatii toimiakseen hyvin matalan lämpötilan. Yleisimmin laite on upotettuna tyhjöeristetyssä dewar-astiassa olevaan normaali-ilmanpaineiseen neste-30 mäiseen heliumiin, jolloin lämpötila on 4 K.

Tämä keksintö kohdistuu erityisesti dewar-astian sisään asetettavaan runkoon, johon SQUID-magnetometrielementit kiinnitetään. Runkorakenteen on oltava riittävän tukeva mutta sallittava kuitenkin murtumatta materiaalien erilaisista lämpölaajenemiskertoimista aiheutuvat mittojen muu- 2 39416 tokset ja jännitykset toimintalämpötilaan jäähdytettäessä. Samalla rakenteen on minimoitava lämpövuoto huoneenlämpötilasta heliumkylpyyn. Viimeksi mainittu seikka on erityisen merkittävä, koska laitteella on tarkoitus mitata signaaleja samanaikaisesti laajalta alueelta. Tästä seuraa, että 5 dewar-astian kaulaosa on huomattavan väljä, jolloin lämpövuoto johtumalla, siirtymällä tai säteilemällä kaulan kautta voi oleellisesti suurentaa heliumin höyrystymisnopeutta ja siten lyhentää laitteen käyttöaikaa he-liumsiirtojen välillä.

Yleisesti tunnettu rakenne (ks. esim. Review of Scientific Instruments, voi. 58 10 (1987), n:o 11, ss. 2145-2156) muodostuu lasikuituisesta runkoputkesta, jo hon kiinnitetään dewar-astian kaulan alueelle metalliset lämpösäteilysuo-jalaipat. Putken alapäässä on joustavasti kiinnitetty pidin, johon yksittäiset magnetometrit tai gradiometrit kiinnitetään. Kaikki magnetometrit tai gra-diometrit saattavat olla myös samalla alustalla kuten esimerkiksi julkaisus-15 sa DE 3 247 543 on esitetty. Viimeksimainitun ratkaisun haittapuolena on tosin mainittava, että tällöin varsinkin ohutkalvotekniikkaa käytettäessä kaikkien anturien tulee sijaita samalla tasolla, eikä näin ollen ole mahdollista sopeuttaa laitetta tutkittavan henkilön päänmuotoon, kuten yksittäisiä elementtejä käytettäessä. SQUIDien vaatimat kylmässä pidettävät sähköiset 20 komponentit on sijoitettu runkoputkeen kiinnitetylle painopiirilevylle, ja johdotukset huoneenlämpötilassa olevista kansilevyn liittimistä viedään heliumtilaan kuparinikkeliputkien sisällä. Rakenteen haittapuolena on, että koko rakenne muodostaa yhtenäisen komponentin, joka on hankala ja kallis koota sekä huoltaa. Metallisten lämpösäteilysuojalaippojen väliin jää 25 varsinkin leveäkaulaisissa dewar-astioissa suurehko tila, jossa lämpö siirtyy osittain konvektiolla ulosvirtaavan höyrystyneen helium-kaasun pyörtei-lyn vuoksi. Tämän vuoksi mainitun tilan lämpötilajakauma pyrkii tasoittumaan pystysuunnassa lisäten tarpeettomasti nesteheliumin kiehumaa. Säteilysuojien sijasta on myös käytetty runkoputkeen kiinnitettyä solumuo-30 vitulppaa viimeksimainitun ongelman ratkaisemiseksi.

Eräässä toisessa tunnetussa ratkaisussa (ks. patenttijulkaisu EP 0 200 958 tai sen kanssa tekstuaalisesti oleellisesti yhtenevä DE 3515 199) runko on jaettu kahteen osaan: magnetometrien vaatimat ns. vuomuuntajakelat ovat dewar-astian pohjalle asetetussa kiinteässä telineessä, johon kiinnittyy supra-35 johtavalla monipistokeliittimellä kytkentämoduli, jossa on yhteen yksikköön sijoitetun SQUID-ryhmän lisäksi kaulaosa ja mittauselektroniikkayk-sikkö. Kaulaosa sisältää säteilysuojan sekä johdotuksen, ja mittauselektro- 3 39416 niikkayksikkö toimii samalla devvar-astian kantena. Rakenteessa vuo-muuntajateline on on asennettu paikalleen kiinteästi dewar-astian pohjalle jo dewaria valmistettaessa, joten dewarin kaula voi olla varsin ohut lämpö-vuodon minimoimiseksi. Rakenteen haittapuolina mainittakoon, että vuo-5 muuntajia ei ole mahdollista huoltaa jälkikäteen ja että luotettavien hyvin monikanavaisten suprajohtavien liittimien tekeminen on hankalaa ellei suorastaan mahdotonta. Tästä osoituksena mainittakoon, että vaikka tarve on ollut eri yhteyksissä olemassa jo yli kaksikymmentä vuotta, sellaisia liittimiä ei ole pystytty käytännössä valmistamaan. Gradiometriteline ja toi-10 saalta kytkentämoduli mittauselektroniikka-kansirakennelmineen on kiinnitetty jäykästi (palsta 4, r. 2-10), joten differentiaalisen lämpölaajenemisen vuoksi voi laitetta toimintalämpötilaan jäähdytettäessä syntyä vaarallisen suuria jännityksiä, jotka saattavat rikkoa rakenteen.

Kaulaosan säteilysuojat on toteutettu julkaisussa perinteisellä tavalla (vrt. 15 kuva 1), jolloin yllämainittu suojalevyjen välinen konvektio-ongelma esiintyy. Lisäksi kaikki SQUIDit sisältävä osa, kaulaosa johtoineen sekä mit-tauselektroniikkayksikkö muodostavat yhden kokonaisuuden, joka on hankalasti purettavissa huoltoa varten. Edelleen mainitussa julkaisussa ei esitetä mitään ratkaisua hakemuksemme esittelemään ongelmaan, joka syn-20 tyy, kun mittauskanavia on luokkaa sata: kaulaosan johdotus aiheuttaa helposti dominoivan lämpövuodon. Tämä voidaan kiertää valitsemalla joh-dinmateriaali hyvin resistiiviseksi, mutta tällöin kasvaa antureiden kohina vastaavasti kohtuuttoman suureksi, jos käytetään perinteisiä SQUIDin lu-kumenetelmiä. Edelleen on mainitusta julkaisusta tunnettua, että johdo-25 tukset voidaan valmistaa helpommin kuvioimalla taipuisaa painopiirile-vyalustaa. Tämän ratkaisun haittapuolena on, että johdinmateriaalia ei tavallisesti voida valita vapaasti eikä rakenne salli johtojen kietomista ja siten parempaa immuunisuutta häiriömagneettikentille ja pienempää kanavien välistä ylikuulumista.

30 DE 3515 237 käsittelee samankaltaista gradiometriasennelmaa kuin DE 3515 199 sekä erityisesti yhdeksi moduliksi yhteiselle substraatille integroitua SQUID-ryhmää ja sen sisäistä rakennetta. Julkaisussa tarkastellaan etenkin SQUIDien johdotuksien järjestelyä yhtenäisten maatasojen avulla sekä SQUIDien magneettista suojausta suprajohtavien renkaiden ja maata-35 sojen avulla. Ratkaisussa SQUID-siru on kiinnitetty painopiirilevylle, jolle on kuvioitu myös johtimet, ja elektroniikkaosa toimii myös dewarin kantena (kuva 1). Edelleen ratkaisussa vuomuuntaja-asennelma ja SQUID-ryh-mä on liitetty toisiinsa irrotettavissa olevalla tavalla, esimerkiksi monina- 4 b 9 416 paisen suprajohtavan liittimen avulla. Rakenteen haittapuolet ovat pääosin samat kuin edellämainitussa julkaisussakin. Erityisesti nämä ongelmat korostuvat, kun laitteen kanavamäärä on hyvin suuri, noin sata tai yli. Luotettavuuden, helpon testattavuuden ja valmistettavuuden kannalta oleel-5 lista täydellistä modulaarisuutta ei saavuteta, täysin luotettavat suprajohtavat moninapaliittimet ovat vaikeita ellei mahdottomia tehdä, yhden SQUIDin vikaantuessa koko ryhmä on vaihdettava, lämmönjohtumison-gelma ei ole ratkaistavissa tässä esitetyin perinteisin johdin- ja lämpösätei-lysuojaratkaisuin, eikä differentiaalista lämpölaajenemista ole otettu huo-10 mioon.

EP 361 137 käsittelee magnetometrirakennetta, joka voidaan asettaa perinteisestä poikkeavasti ylösalaisin siten, gradiometrit ovat kaikkein ylimpänä. Nestemäinen helium on erillisessä devvarin sisälle sijoitetussa astiassa, josta pois höyrystyvä kylmä heliumkaasu johdetaan putkia pitkin jäähdyttämään 15 gradiometrikeloja. SQUID-ryhmä sijaitsee erillisessä yksikössä nestehelium-astian sisällä. Dewarin kaulaosa on tehty huomattavasti kapeammaksi kuin gradiometriosa, joten suuri osa rakenteesta on sijoitettava sisään jo dewarin valmistusvaiheessa. Haitallisen vastavirtauksen estämiseksi kaulaosassa on jouduttu konstruoimaan erityinen läppämekanismi. Laitteen perusratkaisu 20 ja -filosofia poikkeaa ratkaisevasti tässä tavoiteltavasta, joten esimerkiksi kaulaosa on oleellisesti erilainen, eikä kokonaisrakenne toteuta tässä tavoiteltavaa modulaarisuutta. Kun kanavamäärä lähentelee sataa, on syytä olettaa, ettei riittävän tasaista ja luotettavaa jäähdytystä saada aikaan kohtuullisella heliumin kulutuksella. Kelojen kiinteän asennuksen vuoksi laitteen 25 huolto olisi myös hyvin hankalaa.

Tavanomaisessa SQUIDien lukutekniikassa saattaa kaapelien kautta johtuva lämpövuoto muodostua ongelmaksi, kun kanavien lukumäärä on hyvin suuri. Kohinan pienentämiseksi on SQUIDin jännitteenmittausjohdin-ten resistanssi pyritty pitämään mahdollisimman pienenä. Tästä seuraa 30 Wiedemann-Franzin lain perusteella väistämättä suurehko lämpövuoto. Esimerkiksi voidaan arvioida, että 1 ohmin vastus huoneenlämpötilasta nesteheliumin lämpötilaan aiheuttaa n. 2 mW lämpövuodon, jos ulosvir-taavan heliumkaasun jäähdytysvaikutusta ei oteta huomioon ja jos langan resistiivisyyden lämpötilakerroin on hyvin pieni. Satakanavaisessa laittees-35 sa, jossa tarvitaan kuusi johdinta kanavaa kohti, tämä merkitsee heliumin höyrystymisnopeutta 1,7 1/h, mikä on noin kymmenen kertaa liian suuri käyttökelpoiseen laitteeseen.

5 89416

Keksinnön mukaisella rakenteella saadaan aikaan ratkaiseva parannus edellä esitetyissä epäkohdissa. Tämän aikaansaamiseksi on keksinnölle tunnusomaista patenttivaatimuksissa 1-7 esitetyt seikat. Runko on jaettu erillisiin, helposti vaihdettaviin moduleihin, jotka on kiinnitetty toisiinsa liitti-5 min ja mekaanisin kiinnityselementein. Erityisesti kaulaosa koostuu kon-vektion estävän jäykän lämmöneristyksen ja rinnakkaisista kiedotuista pareista valmistetun johdinmaton muodostamasta yhdestä kokonaisuudesta, joka toimii samalla myös tukirakenteena.

Keksinnön etuna on, että varsinkin kaulaosan rakenteesta tulee tukeva, ke-10 vyt, hyvin lämpöä eristävä ja samalla rakenteeltaan yksinkertainen. Tulp-pamainen rakenne estää tehokkaasti konvektion ja käytettävän solumuovi-materiaalin lämmönjohtavuus on pieni. Solumuovitulppa voidaan ajatella jatkuvaksi säteilysuojapakaksi; verrattuna perinteisiin metallisiin säteily-suojalappoihin tosin emissiviteetti on huono, mutta toisaalta "ekvivalent-15 tien kelluvien suojien" suuri määrä kompensoi tilanteen. Tulpan sisäisen lateraalisen lämpötilajakauman tasaamiseksi voidaan toki käyttää myös solumuovin sisään asetettuja metallilevyjä. Valitsemalla devvar-astian kaulan ja magnetometrirungon kaulan välinen rako riittävän kapeaksi voidaan poisvirtaavan höyrystyneen heliumkaasun jäähdytysvaikutus käyttää 20 tehokkaasti hyödyksi. Erityisesti sijoittamalla johdotus vasten kaulan ulkopintaa saadaan aikaan tehokas lämpökontakti, joka pienentää kaapeleita pitkin johtuvan lämmön määrää. Tekemällä lisäksi kaapelit hyvin resistiivi-sestä langasta saadaan johtuva lämpövuoto merkityksettömäksi. Tällaista ratkaisua ei voida kuitenkaan käyttää sellaisenaan johdinten termisen kohi-25 nan lisääntymisen vuoksi. Tässä keksinnössä tämä ongelma on ratkaistu kompensoimalla lisääntynyt kohina esimerkiksi kasvattamalla SQUID-an-turien vahvistusta positiivisen takaisinkytkennän avulla. Positiivisen takaisinkytkennän käyttö on sinänsä tunnettua SQUID-esivahvistin -yhdistelmän signaalikohinasuhteen kasvattamisessa (ks. esim. Applied Physics Letters 30 voi. 57 (1990), n:o 4, ss. 406-408). Koska tässä esitetyn ratkaisun mukainen re-sistiivinen johdinlanka johtaa huonosti lämpöä, voidaan runkoon sijoittaa ylimääräisiäkin johtopareja, jolloin mahdolliset rikki menneet johdot voidaan helposti korjata ottamalla jokin varajohtopari käyttöön. Johdotuksen valmistus saadaan automatisoiduksi käyttämällä kiedottua parijohdinta, jo-35 ta liimataan yhtenäiseksi matoksi sinänsä yleisesti tunnetulla ns. coil-foil -tekniikalla.

6 89416

Kaulaosan keksinnönmukainen rakenne mahdollistaa sen, että pienestä heliumin kulutuksesta tinkimättä voidaan dewarin kaula tehdä niin väljäksi, että koko magnetometrirakenne voidaan helposti poistaa devvar-astiasta esimerkiksi huoltotöitä varten. Modulaarisuuden ja yksinkertaisen raken-5 teen vuoksi osien valmistaminen, kuljetus ja huolto on helppoa; teollinen varaosien valmistuskin on silloin mielekästä. Erityisenä etuna on, että kaikki modulit ovat erikseen testattavissa ennen varsinaista kokoonpanoa. Joustava rakenteen tukeminen dewarin pohjaan ja seiniin varmistaa sen, etteivät differentiaalisesta lämpölaajenemisesta aiheutuvat jännitykset 10 pääse rikkomaan rakennetta ja että laite asettuu hyvin määriteltyyn paikkaan ja asentoon inserttiä dewarin sisään asetettaessa.

Koska tässä keksinnössä käytetään sinänsä tunnettuja elementtejä, joihin on integroitu sekä SQUIDit että magnetometri- tai gradiometrikelat (ks. esim. Review of Scientific Instruments, voi. 55 (1984), n:o 6, ss. 952-957 tai 15 Superconducting Quantum Interference Devices and Their Applications SQUID'85, de Gruyter, Berlin 1985, ss. 939-944), runkorakenteessa ei tarvita suprajohtavia liitoksia, joten voidaan käyttää yleisesti saatavilla olevia tavanomaisia liitinratkaisuja eri modulien sähköisessä liittämisessä toisiinsa.

Seuraavassa esitetään keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto. Kuvio 1 20 esittää kaavamaisesti koko magnetometrin rakennetta dewar-astioineen, kuvio 2 alaosan tukirakenteen erästä toteutusta, kuvio 3 kaulaosan yksityiskohtaisempaa rakennetta ja kuvio 4 yksityiskohtaa kaapelikomponentin rakenteesta.

Kuvan 1 mukaisesti varsinainen magnetometri on käyttötilanteessa dewar-25 astiassa, joka koostuu sisäkuoresta (IA) ja ulkokuoresta (IB) sekä kuorien väliseen tyhjiötilaan sijoitetuista lämpösäteilysuojista (eivät näy kuvassa). Magnetometrin pääosat ovat monikerrospiirilevystä valmistettu, sähköisenä emolevynä toimiva kansilevy (2), solumuovirakenteinen, myös sähköisenä yhdistyselementtinä (kaapelina) toimiva säteilysuojatulppa (3), kyl-30 mässä sijaitsevat liitososat (4) sekä langoitusyksikkö (ristiinkytkentäyksikkö) (6) sekä erilliset anturi elementit (12).

Magneettikentän tai sen eri gradienttien mittaamisessa tarvittavat suprajohtavat vuomuuntajat ja SQUIDit on asennettu erillisiin itsenäisiin komponentteihin, anturielementteihin (12), jotka yhdistetään liittimellä magneto-35 metrin runkoon. Kussakin komponentissa (12) voi olla yksi tai useampia vuomuuntajia niihin liitettyine SQUIDeineen. Magnetometrin rungon alin 7 39415 osa on dewarin pohjan muotoinen tukirakenne (8), johon asennettuihin liittimiin (11) anturielementit (12) kiinnitetään. Dewarin pohja puolestaan on sopeutettu pään muotoon. Tukirakenteeseen (8) on kiinnitetty yhden tai useamman mekaanisen liitoselementin (9) avulla heliumin lämpötilassa 5 oleva painopiirilevy (emolevy) (7), johon liittimet (11) langoitetaan kiinteästi esim. kiedottuja pareja (10) käyttäen. Magnetometrielementtien tarkempi toteutus ja kiinnitystäpä on esitetty samanaikaisesti jätetyssä suomalaisessa patenttihakemuksessa n:o 906342. Emolevy (7), liitosrakenne (9), tukirakenne (8) ja siihen kiinnitetyt liittimet (11) sekä langoitus (10) muodos-10 tavat erikseen koottavan ja testattavan yksikön (6). Emolevyyn (7) on myös kiinnitetty liittimet, joihin painopiirilevystä valmistetut suorakaiteen muotoiset ripustus/sähköliitososat (4) kiinnitetään. Painopiirilevyille (4) ja (7) on sijoitettu myös sähköiset komponentit (5) dc-SQUIDien kytkemiseksi huoneenlämpötilassa oleviin etuvahvistimiin. Painopiirilevyt (4) yhdistää 15 magnetometrin rungon ylimpään osaan, monikerrostekniikalla valmistettuun magnetometrin kantena toimivaan emolevyyn (2), säteilysuoja/kaa-pelointiosa (3), jonka molemmissa päissä on kansilevyn (2) ja liitososien (4) liittimiin sopivat sähköiset liittimet. Tarvittaessa voidaan liittimin toisiinsa liitettyjen eri osien (2, 3, 4, 6) välinen mekaaninen ripustus varmistaa esi-20 merkiksi ruuviliitosten avulla. Emolevyn (2) yläpinnalle on juotettu liittimet, joihin kiinnitetään elektroniikkayksikölle (14) vievät kaapelit (13). Erityisen SQUIDien lukutekniikan ansioista elektroniikkayksikön ei tarvitse sijaita mahdollisimman lähellä SQUIDejä, ts. dewarin päällä.

Liitosrakenteen (9) eräs edullinen toteutus on esitetty kuviossa 2. Liitosra-25 kenne (9) koostuu ohuesta sylinterimäisestä lasikuitukuoresta, jonka alapää on leikattu sopimaan pään muotoa myötäilevään tukirakenteeseen (8). Putkimaiseen kuoreen (9) on tehty useita poikittaisia leikkauksia (15), joiden ansiosta tukirakenteen (8) kiinnitys on joustava, joten se kompensoi materiaalien erilaisista lämpölaajenemiskertoimista aiheutuvat jännitykset ja 30 painaa tukirakenteen (8) dewarin pohjaa vasten. Magnetometrirungon keskittämiseksi dewariin nähden sekä rungon sivusuuntaiseksi tukemiseksi dewarin seiniä vasten voidaan kuoreen edelleen leikata kielekkeitä (16), joiden päässä on dewarin seinää vasten hyvin luistavasta materiaalista, esimerkiksi nailonista tai teflonista, tehdyt kohoumat (17); kieleke toimii täl-35 löin jousena, joka painaa ulkoneman (17) vasten dewarin seinää.

Säteilysuojatulppana, heliumkaasun virtauksen ohjaimena sekä huoneenlämpötilassa olevan elektroniikan ja suprajohtavuuden ylläpitämisen edel- 8 99416 lyttämässä lämpötilassa sijaitsevien magnetometrin osien välisenä kaapelina toimivan osan (3) rakenne käy ilmi kuvasta 3. Sylinterimäinen säteily-suojatulppa on täytetty solumuovivaahdolla (20), edullisimmin polyuretaanilla. Sylinterin päädyt (18) on valmistetty riittävän lujasta lasikuitulevystä 5 ja niihin on tehty aukot sähköliittimille (22) ja heliumin siirtoon tarvittavalle putkelle (25). Tulpan sylinteripinnan kuorena on solumuoviin kiinteästi liitetty ohut lasikuitulaminaatti (19). Lattakaapelit (23) on kiinnitetty esimerkiksi painopiirikappaleiden (24) avulla liittimiin (22) ja laminoitu solumuovin (20) ja lasikuitukuoren (19) väliin. Vaahtomuovin sisään on 10 asennettu muutamia päätylaippojen suuntaisia, esim kupariverkosta tai kuparoidusta painopiirilevystä valmistettuja ympyrälevyjä (21), jotka takaavat tasaisen lämpötilajakauman muovivaahdon sisällä.

Edullinen lattakaapelien (23) konstruktio on esitetty kuvassa 4. Metallilla päällystetty muovikalvo tai metalloitu paperi (26) asennetaan halkaisijal-15 taan riittävän suurelle rummulle ja kalvon metallipinnalle asetetaan esim. juoksevassa tilassa olevalla epoksihartsilla kyllästetty huokoinen eristeker-ros (27), jonka pinnalle kiedotaan asennusrumpua akselinsa ympäri pyörittämällä valmiiksi kiedottua eristettyä parikaapelia (28). Epoksin polymeri-soiduttua kaapeli irroitetaan käämimisrungolta, parikaapelit yhdistetään 20 kuvan 3 liittimiin (22) ja kapasitivisesti kytkeytyviltä häiriöiltä suojaava muovikalvon tai paperin (26) metallointi maadoitetaan asianmukaisesti liitintä (22) käyttäen.

Claims (7)

9 39415

1. Laite heikkojen, ajasta ja paikasta riippuvien, tutkimuskohteen sisällä olevista lähteistä peräisin olevien magneettikenttien mittaamiseksi, jossa on useita suprajohtavia SQUID-magnetometrejä tai -gradiometrejä tyhjö- 5 eristetyssä nestemäistä heliumia sisältävässä astiassa eli dewarissa, ja jossa SQUIDit ja vuomuuntajat sisältävät anturielementit (12), joissa kussakin on yksi tai useampia mittauskanavia, on kiinnitetty dewarin pohjan muotoa myötäilevään ristiinkytkentämoduliin (6) ja mainittu ristiinkytkentämodu-li on kiinnitetty painopiirilevyistä ja SQUIDien huoneenlämpötilassa ole-10 vaan elektroniikkaan kytkemistä varten tarvittavista sähköisistä komponenteista muodostettuun liitososaan (4), joka edelleen on kiinnitetty johdo-tuksen ja säteilyeristyksen sisältävään kaulaosaan (3) ja kansilevyyn (2), tunnettu siitä, että (a) anturielementit (12), ristiinkytkentämoduli (6), liitos-osa (4), kaulaosa (3) ja kansilevy (2) on yhdistetty toisiinsa helposti irrotetta-15 valla ja asennettavalla tavalla moninapaliittimien avulla joustavasti dewarin pohjaa ja seinämiä vasten tukeutuvaksi rakenteeksi siten, että koko rakenne on helposti poistettavissa dewarista huoltoa varten, ja että (b) kaula-osa (3) on säteilysuojatulppakappaleen (20), johdotuksen (23) ja liittimien (22) muodostama itsekantava kokonaisuus, joka ohjaa poisvirtaavan he-20 liumkaasun siten, että kaasun jäähdytysvaikutus dewarin kaulaan ja johti-miin tehostuu ja pyörteilystä johtuva vastasuuntainen konvektio kaulassa estyy ja että (c) huoneenlämpötilasta nesteheliumin lämpötilaan vievien johtojen (23) resistanssin aiheuttaman kohinan lisäys kompensoidaan esimerkiksi lisäämällä SQUID-anturien vahvistusta positiivista takaisinkyt-25 kentää hyväksi käyttäen, jolloin kaapeloinnin kokonaiskonduktanssi voidaan valita niin pieneksi, että siitä aiheutuva heliumin kiehuma on merkityksetön ja jolloin kaapelointi voi myös sisältää suurehkon määrän vara-kaapeleita.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että itsekantava 30 ristiinkytkentämoduli (6) tukeutuu dewarin sivuseiniin ja pohjaan joustavasti.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että ristiinkytkentämoduli (6) koostuu dewarin pohjan muotoa myötäilevästä tukirakenteesta (8), tukirakenteeseen (8) kiinnitetyistä magnetometri- tai gradiometri- 10 3941 S anturielementtien liittimistä (11), painopiirilevystä (7), niiden välisistä mekaanisista tukielementeistä (9) ja liitososaan (4) kytkemistä varten tarvittavista liittimistä sekä tarvittavasta johdotuksesta.

4. Patenttivaatimuksen 2 ja 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että mekaa-5 ninen tukielementti (9) on putkimainen kuori, joka on tehty poikittaisten leikkauksien (15) avulla joustavaksi ja jossa voi lisäksi olla kuoreen leikattujen kielekkeiden (16) päissä ulkonemia (17) rungon tukemiseksi sivusuunnassa dewarin seiniä vasten.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaulaosa (3) 10 on solumuovisen säteilysuojatulppakappaleen (20), johdotuksen (23) ja liittimien (22) muodostama itsekantava yhdeksi kappaleeksi laminoitu kokonaisuus.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaulaosan johdotus (23) muodostuu kiedotuista pareista (28) tehdystä yhdestä tai 15 useammasta lattakaapelista.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että lattakaapelit on suojattu ympäröivällä metallikalvolla (26) ja laminoitu kaularaken-teen (3) sisään. 11 if 9 415