JP2006126126A

JP2006126126A - Ｎｍｒ装置用勾配磁場電源

Info

Publication number: JP2006126126A
Application number: JP2004317970A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Kida; 氣田佳喜
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】勾配磁場電源の故障の原因の１つである勾配磁場電源の出力ラインの断線を、容易に検出することのできるＮＭＲ装置用勾配磁場電源を提供する。
【解決手段】試料に勾配磁場を印加する磁場勾配コイルに電流を供給するためのＮＭＲ装置用勾配磁場電源であって、外部の勾配磁場信号発生器から出力される制御信号に基づいて磁場勾配コイルに電流を出力する出力アンプと、該出力アンプの出力電圧を監視していて、その電圧値が所定の電圧値に到達したら、その旨を出力する異常検出回路とを備えた。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＮＭＲ装置で用いられる勾配磁場電源に関し、特に、断線、保護ヒューズの熔断等に基づく異常を検出することのできるＮＭＲ装置用勾配磁場電源に関する。

ＮＭＲ装置は、静磁場中に置かれた被測定試料に高周波信号を照射し、その後、被測定試料から出る微弱な高周波信号（ＮＭＲ信号）を検出し、ＮＭＲスペクトルを取得する装置である。スペクトルの中に含まれている分子構造情報を抽出することによって分子構造を解析することができる。

図１は、ＮＭＲ装置の概略構成図である。高周波発振器１から発振された高周波信号は、位相制御器２及び振幅制御器３によって位相と振幅を制御され、電力増幅器４に送られる。

電力増幅器４で、ＮＭＲ信号を励起するために必要な電力にまで増幅された高周波信号は、デュプレクサ５を介してＮＭＲ検出部６に送られて、ＮＭＲ検出部６内に置かれた図示しない被測定試料に照射される。高周波照射後、被測定試料から出る微小なＮＭＲ信号は、再びデュプレクサ５を介して前置増幅器７に送られ、受信可能な信号強度にまで増幅される。

受信器８は、前置増幅器７で増幅された高周波のＮＭＲ信号を、デジタル信号に変換可能なオーディオ周波数に周波数変換し、同時に振幅の制御を行なう。受信器８でオーディオ周波数に周波数変換されたＮＭＲ信号は、アナログ−デジタルデータ変換器９によってデジタル信号に変換され、制御コンピュータ１０に送られる。

制御コンピュータ１０は、位相制御器２及び振幅制御器３を制御すると共に、時間領域で取り込んだＮＭＲ信号をフーリエ変換処理し、フーリエ変換後のＮＭＲ信号の位相を自動的に補正した後、ＮＭＲスペクトルとして表示する。

図２は、従来のＮＭＲ検出部の構造を示すものである。ＮＭＲプローブ１１の内側には、被測定試料１２を励起するための高周波信号を照射すると共に、被測定試料１２から放出されるＮＭＲ信号を検出するための検出コイル１３が設けられている。検出コイル１３は、同調整合回路１４と共に、高周波の共振回路を構成し、ＮＭＲプローブ１１内に置かれたＮＭＲセル１５に入っている被測定試料１２に対して、高周波信号およびＮＭＲ信号の送受信を行なう。

また、ＮＭＲ測定では、このＮＭＲ信号に空間的情報を付加するために、被測定試料１２に勾配磁場を印加する場合がある。この勾配磁場は、検出コイル１３の外側に設けられた勾配磁場発生用の磁場勾配コイル１６に電流を流すことにより発生させる。磁場勾配コイル１６は、被検体の空間座標（ＸＹＺ座標）に対応して、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向に備えられている。これらの各コイルに流す電流は、各軸ごとに設けられた図示しない勾配磁場電源より供給される。

図３は、従来の勾配磁場電源の仕組みを模式的に表わしたものである。図中２１は、勾配磁場信号発生器である。勾配磁場信号発生器２１から、勾配磁場電源２０の出力電流を制御するための制御信号２２が勾配磁場電源２０に与えられる。この制御信号２２は、比較アンプ２３を経由して、出力アンプ２４に送られ、出力アンプ２４から出力電流２５が供給される。

出力電流２５は、ＮＭＲプローブ２６内にある磁場勾配コイル２７を通って勾配磁場電源２０に戻り、基準抵抗２８を経由してアースされる。このとき、基準抵抗２８には、抵抗値Ｒと出力電流２５とに対応した電圧が発生する。その電圧を、検出アンプ２９で検出し、フィードバック電圧３０に変換する。

フィードバック電圧３０は、出力電流２５を制御するための制御信号２２と比較アンプ２３で比較され、その差がゼロになるように、出力電流２５が制御されることにより、所望の出力電流値を得ている。

特開平８−２６６５０４号公報

ところで、大電流による強い勾配磁場を用いる先端的な実験では、静磁場中に置かれた磁場勾配コイルに電流が流れることにより、磁場勾配コイルに強い力が加わって、磁場勾配コイルが断線してしまうことがある。また、先端的な実験では、磁場勾配コイルが定格電力の限界近くで用いられるため、磁場勾配コイルを保護するためのヒューズが入れられることが一般的であるが、そのヒューズが熔断することも、しばしば発生する。

このような磁場勾配コイルの断線や、ヒューズの熔断が発生すると、勾配磁場がかからないので、予定の実験結果が得られなくなることから、操作者は異常に気づく。ところが、勾配磁場がかからなくなる原因は、磁場勾配コイルの断線やヒューズの熔断だけでなく、図３の勾配磁場信号発生器２１や勾配磁場電源２０内部の回路の故障など、いろいろな原因が考えられるので、異常に気づいた操作者は、それらの原因を１つ１つ点検して行かねばならなかった。

そして、先端的な実験では、このような実験システム自体の復旧、メンテナンスに、しばしば多くの時間を取られてしまうという問題があった。

本発明の目的は、上述した点に鑑み、勾配磁場電源の故障の原因の１つである勾配磁場電源の出力ラインの断線を、容易に検出することのできるＮＭＲ装置用勾配磁場電源を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ装置用勾配磁場電源は、
試料に勾配磁場を印加する磁場勾配コイルに電流を供給するためのＮＭＲ装置用勾配磁場電源であって、
外部の勾配磁場信号発生器から出力される制御信号に基づいて磁場勾配コイルに電流を出力する出力アンプと、
該出力アンプの出力電圧を監視していて、その電圧値が所定の電圧値に到達したら、その旨を出力する異常検出回路と
を備えたことを特徴としている。

また、前記異常検出回路は、出力アンプからの出力電圧値の異常をランプに出力することを特徴としている。

また、前記異常検出回路は、出力アンプからの出力電圧値の異常をブザーに出力することを特徴としている。

また、前記異常検出回路は、出力アンプからの出力電圧値の異常をＮＭＲ装置の制御コンピュータに出力することを特徴としている。

本発明のＮＭＲ装置用勾配磁場電源によれば、試料に勾配磁場を印加する磁場勾配コイルに電流を供給するためのＮＭＲ装置用勾配磁場電源であって、外部の勾配磁場信号発生器から出力される制御信号に基づいて磁場勾配コイルに電流を出力する出力アンプと、該出力アンプの出力電圧を監視していて、その電圧値が所定の電圧値に到達したら、その旨を出力する異常検出回路とを備えたことにより、出力ラインの断線を検出して操作者に通報することができるので、実験システムにトラブルが発生した際の復旧・メンテナンスにかかる労力を軽減させることができる。

以下、図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図４は、本発明に係るＮＭＲ装置用勾配磁場電源の一実施例である。尚、図３と同じ構成要素については、同じ番号を付して、構成を説明する。

図中２１は、勾配磁場信号発生器である。勾配磁場信号発生器２１から、勾配磁場電源２０の出力電流を制御するための制御信号２２が勾配磁場電源２０に与えられる。この制御信号２２は、比較アンプ２３を経由して、出力アンプ２４に送られ、出力アンプ２４から出力電流２５が供給される。

出力アンプ２４の出力端には、異常検出回路３１が接続されている。異常検出回路３１は、アース電位との比較により、出力アンプ２４の絶対出力電圧を監視している。

勾配磁場電源２０は、前述の通り、フィードバック電圧３０と出力電流２５を制御するための制御信号２２とを比較アンプ２３で比較し、その差がゼロになるように、出力電流２５を制御しているので、もし勾配磁場電源２０の出力ラインのどこかが断線すると、出力電流２５が流れなくなり、基準抵抗２８にも電流が流れず、フィードバック電圧３０も発生しなくなる。

比較アンプ２３には、出力電流２５を制御するための制御信号２２のみが入力されるため、比較アンプ２３の出力電圧はますます増加し、それとともに、出力アンプ２４の出力電圧も増加していく。そして、ついには、出力アンプ２４の最大出力電圧まで到達する。

異常検出回路３１は、出力アンプ２４の出力電圧値を検出し、出力電圧値が最大になったら、操作者に通報するという動作をする。

図５は、本発明に係る異常検出回路の一実施例である。図中Ｕ１、Ｕ２はコンパレータである。コンパレータＵ１が正の出力電圧、コンパレータＵ２が負の出力電圧に相当する。

勾配磁場電源の出力電圧３２は、通常、コンパレータの動作電圧範囲を超えている。そこで、分割抵抗Ｒ１、Ｒ２、および、Ｒ３、Ｒ４で、適切に電圧を分割している。

ＶＣ１、ＶＣ２は、検出電圧を設定する可変抵抗器である。これらの可変抵抗器は、勾配磁場電源の出力電圧３２が最大電圧に振れたとき、分割抵抗の分割点３３、３４に発生する電圧よりわずかに低く設定される。このように設定すると、勾配磁場電源の出力電圧３２が正の最大電圧に振れたとき、可変抵抗器ＶＣ１を介したアース電位との比較により、コンパレータＵ１の出力は、Lowレベルとなり、勾配磁場電源の出力電圧３２が負の最大電圧に振れたとき、可変抵抗器ＶＣ２を介したアース電位との比較により、コンパレータＵ２の出力は、Lowレベルとなる。

ＡＮＤゲートＵ３でこれらの論理和を取れば、Ｕ３の出力がHighのとき異常、Lowのとき正常という結果を得ることができる。このＵ３の出力をランプに出力すれば警告灯となり、ブザーに出力すれば警報となり、ＮＭＲ装置の制御コンピュータに出力すれば警告表示となって、操作者に異常の発生を知らせることができる。

ＮＭＲ装置に、広く利用できる。

従来のＮＭＲ装置を示す図である。従来のＮＭＲ検出部を示す図である。従来のＮＭＲ装置用勾配磁場電源を示す図である。本発明に係るＮＭＲ装置用勾配磁場電源の一実施例を示す図である。本発明に係るＮＭＲ装置用勾配磁場電源の異常検出回路の一実施例を示す図である。

符号の説明

１：高周波発振器、２：位相制御器、３：振幅制御器、４：電力増幅器、５：デュプレクサ、６：ＮＭＲ信号検出器、７：前置増幅器、８：受信器、９：アナログ−デジタルデータ変換器、１０：制御コンピュータ、１１：ＮＭＲプローブ、１２：被測定試料、１３：検出コイル、１４：同調整合回路、１５：ＮＭＲセル、１６：磁場勾配コイル、２０：勾配磁場電源、２１：勾配磁場信号発生器、２２：制御信号、２３：比較アンプ、２４：出力アンプ、２５：出力電流、２６：ＮＭＲプローブ、２７：磁場勾配コイル、２８：基準抵抗、２９：検出アンプ、３０：フィードバック電圧、３１：異常検出回路、３２：出力電圧、３３：分割点、３４：分割点、Ｒ１：分割抵抗、Ｒ２：分割抵抗、Ｒ３：分割抵抗、Ｒ４：分割抵抗、Ｕ１：コンパレータ、Ｕ２：コンパレータ、Ｕ３：ＡＮＤゲート、ＶＣ１：可変抵抗器、ＶＣ２：可変抵抗器

Claims

試料に勾配磁場を印加する磁場勾配コイルに電流を供給するためのＮＭＲ装置用勾配磁場電源であって、
外部の勾配磁場信号発生器から出力される制御信号に基づいて磁場勾配コイルに電流を出力する出力アンプと、
該出力アンプの出力電圧を監視していて、その電圧値が所定の電圧値に到達したら、その旨を出力する異常検出回路と
を備えたことを特徴とするＮＭＲ装置用勾配磁場電源。
前記異常検出回路は、出力アンプからの出力電圧値の異常をランプに出力することを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ装置用勾配磁場電源。
前記異常検出回路は、出力アンプからの出力電圧値の異常をブザーに出力することを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ装置用勾配磁場電源。
前記異常検出回路は、出力アンプからの出力電圧値の異常をＮＭＲ装置の制御コンピュータに出力することを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ装置用勾配磁場電源。