JP3487717B2 - 核磁気共鳴検出器 - Google Patents
核磁気共鳴検出器Info
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Description
出器に係り、特に平衡動作する共振器を用いた検出器に
関する。
ーニング回路を説明する。なお、以下において、NMR
共鳴周波数が高い方をHF(高周波数)、低い方をLF
(低周波数)とする。図1、図2は従来のダブルチュー
ニング回路を示す図であり、図2は図1のダブルチュー
ニング回路におけるHF核の共振状態での同軸共振器R
F電圧の振幅も同時に図示したものである。図1、図2
に示す回路はHF核(例えば 1H核)に同調するほか、
同時に周波数が低いLF核(例えば13Cなどの核)に同
調可能な回路であり、HF核の周波数の1/4波長を有
する同軸共振器2、3の外部導体を接地して使用し、サ
ンプルコイル1の一端に開放同軸共振器2を、他端に短
絡同軸共振器3を接続し、HF入出力側、LF入出力側
それぞれに同調バリコン4、6、整合バリコン5、7を
接続したものである。なお、コンデンサ8はLF同調バ
リコン4の容量を補足するためのものである。
に、HF核に対して、短絡同軸共振器3のRF電圧は入
力端で振幅最大(Vm )、終端で振幅最小(0)とな
り、開放同軸共振器2のRF電圧は入力端で振幅最小
(0)、終端で振幅最大(Vm )となり、同軸共振器
2、3は不平衡動作し、同調バリコン4で周波数調整す
る。このとき開放同軸共振器2の入力端で電圧振幅が最
小となるため、LF側へ流れるHFパワーのロスはな
い。また、LF核に対しては、終端開放の同軸共振器2
は関係なく、同軸共振器3は接地されたインダクタンス
として作用してサンプルコイル1、同軸共振器3に対し
て並列に接続されている同調バリコン6で周波数調整す
る。こうして、HF、LFに対して独立に周波数調整す
ることができる。
は、強いRF磁場が必要なため、検出器に大きな電力を
加える。しかし、図1、図2に示す従来の共振回路では
不平衡動作をするため、HF核、LF核共振時に共振R
F電圧がバリコンに加わるため、バリコンには高耐電圧
が要求される。しかし限られた検出器内に十分な耐電圧
がある機械寸法の大きい高耐電圧バリコンを実装するこ
とは困難である。そのため、放電事故による損傷が多
く、またサンプルコイルのRF電圧も高くなるので、そ
の周辺部品との間での放電事故も起きやすくなってしま
う。また、不平衡動作のため、特に、高磁界検出器の場
合には浮遊容量の影響を受けやすいため、共振周波数を
高くできないという問題がある。
で、バリコンにかかる電圧を小さくして放電事故を減少
させ、浮遊容量の影響を軽減して高い周波数の同調を得
やすくし、さらにサンプルコイルでの放電を軽減するこ
とができるNMR検出器を提供することを目的とする。
衡動作する2つの導体で構成される平行線伝送路の2つ
の導体間にサンプルコイルを接続して共振器を構成し、
高周波数用及び低周波数用の同調整合回路を共振器に接
続して各同調整合回路によりダブルチューニングするよ
うにした核磁気共鳴検出器において、前記平行線伝送路
を導電体で包囲し、該導電体をアースすると共に、前記
平行線伝送路を低周波数用同調コンデンサを介してアー
スし、平衡動作させるようにしたことを特徴とする。ま
た、前記平行線伝送路は、高周波数の1/4波長を有す
る同軸共振器であることを特徴とする。 また、前記平行
線伝送路は、高周波数の1/2波長を有する同軸共振器
であることを特徴とする。
て説明する。図3、図4は本発明のダブルチューニング
回路の一例を説明する図で、図4は図3において、HF
核の共振状態での同軸共振器RF電圧の振幅も同時に図
示したものである。なお、図1、図2と同一参照数字は
同一内容を示している。図3において、HF核の周波数
の1/4波長を有する同軸共振器の内部導体12、外部
導体13間にサンプルコイル1を接続し、同軸共振器周
囲を導電性の外管14で包囲してアースし、内部導体1
2、外部導体13とアース間にそれぞれLF核同調コン
デンサ10、11を接続する。HF核の同調バリコン
4、整合バリコン5は、同軸共振器の内部導体12に、
HF核同調コンデンサ9は同軸共振器の外部導体13に
それぞれ接続され、このとき、HF核の同調バリコン4
とHF核同調コンデンサ9の容量は、同程度になるよう
に設定する。また、LF核の同調バリコン6、整合バリ
コン7は同軸共振器の外部導体13に接続される。
HF核の周波数では、LF核の同調コンデンサ10,1
1は容量が大きいため、同軸共振器の内部導体12、外
部導体13はその端部が短絡し、外管14とともにアー
スされる。その結果、内部導体12、外部導体13、外
管14はHF核の周波数での1/4波長平衡共振回路と
して動作する。即ち、内部導体12、外部導体13に
は、HF核の同調バリコン4とHF核同調コンデンサ9
の容量が同程度に設定されているため、サンプルコイル
1の両端に振幅がほぼ等しく、逆極性(内部導体と外部
導体とは一種の変圧器作用で逆極性の電流が流れる)の
RF電圧Vm /2、−Vm /2が生じる。このRF電圧
は、図1、図2における電圧Vm の半分であり、これが
HF核同調バリコンに加わる。また、サンプルコイルと
周辺部品との間の電圧も、図1、図2の場合の半分とな
る。
同軸共振器、同軸共振器の外部導体及び内部導体にそれ
ぞれ直列に接続されたLF核同調コンデンサ10、11
及びLF核同調コンデンサ10に並列に接続されたLF
核同調バリコン6で共振回路が形成され、LF核同調バ
リコン6で周波数調整する。このとき、LF核同調コン
デンサ10、11の容量を適当に設定することにより、
サンプルコイル1の両端には振幅がほぼ等しく、逆極性
のRF電圧が生じるため、LF核同調バリコン6に加わ
る電圧は、図1、図2の場合の電圧の半分となり、ま
た、サンプルコイルと周辺部品との間の電圧も半分とな
る。
の線などで代用しようとすると、その線自身がインダク
タンスとなって、アース点間に電圧が発生したり、外部
導体と他の部品との間に浮遊容量が発生し、安定な平衡
動作ができなくなる。したがって、外管14で同軸共振
器の周囲を覆ってアースし、外部導体と内部導体とをコ
ンデンサ10、11を介して外管14に接続することが
必要である。もちろん、外管は共振器を完全に包囲しな
くても、ほぼ包囲していればよく、例えば、何らかの都
合で孔を開けたりしても問題はない。また、外管は検出
器のメインフレームと兼用するようにしてもよい。
て用いた本発明の他の例を説明する図である。なお、図
3、図4と同一参照数字は同一内容を示している。この
回路は、図3、図4の同軸共振器の代わりに平行線路2
1を平衡共振器として使用したもので、動作は図4の場
合と全く同じである。ただし、図5の場合は平行線伝送
路のため、同軸共振器に対して特性インピーダンスが高
いので、ダブルチューニング回路に電流をあまり流した
くない溶液NMRのような場合は図5の回路を、電流を
流してもよい固体NMRのような場合には図3の回路を
使用する。
であり、図7は図6において、HF核の共振状態でのR
F電圧の振幅も同時に図示したものである。なお、図
1、図2と同一参照数字は同一内容を示している。固体
NMRや溶液NMRでは、試料温度を可変にする機構
や、試料を断熱するための入れ物を配置する場合があっ
たり、また、高温にする場合もあるため、サンプルコイ
ル側にバリコンやコンデンサ等の電気部品があるとこれ
がじゃまになったり、壊れたりする等の事故が発生す
る。そこで、図6、図7においては、サンプルコイルの
み残して図3の回路全体を折り返し(図の●の点が折り
返した中心位置)、1/2波長の共振器として動作さ
せ、バリコンやコンデンサ等の電気部品はサンプルコイ
ルと反対側に接続したものである。ただし、図6、図7
においては、HF核同調バリコン4、HF核整合バリコ
ン5を外部導体に、HF核同調コンデンサ9を内部導体
に接続して電圧極性を図3、図4の場合と同じにしてい
るが、この接続関係は逆にしてもよい。折り返した下側
は上側と位相が逆になるだけでそれ以外の動作は全く同
じであるので、下側に接続したHF核同調バリコン5で
コントロールしても図3、図4と同じ平衡動作をさせる
ことができる。また、LF核の周波数における動作も図
3、図4の場合と全く同様である。
HF核の周波数におけるRF電圧0の点に接続されてい
るので、HF核の共振に対しては何の影響も与えず、か
つHF核の周波数に対して短絡するので、図3、図4の
場合と全く同じ動作が得られ、HF核同調バリコン5に
かかる電圧は図6、図7の場合の半分となり、また、サ
ンプルコイルと周辺部品との間の電圧も半分となる。ま
た、図6、図7においては同軸共振器を使用している
が、図5に示した平行線伝送路を1/2波長の共振器と
して使用するようにしてもよい。
く、いろいろな変形が可能である。例えば、同軸共振器
を用いた場合、上記例においてはHF核同調バリコン、
HF核整合バリコンを内部導体、LF核同調バリコン、
LF核整合バリコンを外部導体に接続したが、この接続
関係を逆にしてもよい。また、LF核の周波数を低くす
るためにLF核同調コンデンサ10、11を小さくした
い場合があり、この場合にはHF核の周波数において共
振器の端部が完全に短絡されず、アース点が移動する場
合がある。このような場合には、LF核同調バリコン
6、LF核整合バリコン7の接続位置は同軸共振器端部
ではなく、移動したアース点に移す必要がある。また、
HF核は 1H核に限らず、19F核観測など、LF核に割
り当てた核以外に設定することが可能である。
共振でバリコンに加わるRF電圧が半分になるので、放
電事故を大幅に減らすことができる。また、サンプルコ
イルの端部電圧も半分になるため、サンプルコイル周辺
での浮遊容量の影響を軽減することができ、高い周波数
の同調を得やすくなる。また、サンプルコイルと周辺部
品との間の電圧も半分になるため、サンプルコイルの放
電も軽減することが可能となる。
る図である。
る図である。
本発明の他の例を説明する図である。
である。
である。
F核整合バリコン、6…LF核同調バリコン、7…LF
核整合バリコン、9…HF核同調コンデンサ、10,1
1…LF核同調コンデンサ、12,31…内部導体、1
3,32…外部導体、14,33…外管、21…平行線
路。
Claims (3)
- 【請求項1】高周波数で平衡動作する2つの導体で構成
される平行線伝送路の2つの導体間にサンプルコイルを
接続して共振器を構成し、高周波数用及び低周波数用の
同調整合回路を共振器に接続して各同調整合回路により
ダブルチューニングするようにした核磁気共鳴検出器に
おいて、 前記平行線伝送路を導電体で包囲し、該導電体をアース
すると共に、前記平行線伝送路を低周波数用同調コンデ
ンサを介してアースし、平衡動作させるようにしたこと
を特徴とする核磁気共鳴検出器。 - 【請求項2】前記平行線伝送路は、高周波数の1/4波
長を有する同軸共振器であることを特徴とする請求項1
記載の核磁気共鳴検出器。 - 【請求項3】前記平行線伝送路は、高周波数の1/2波
長を有する同軸共振器であることを特徴とする請求項1
記載の核磁気共鳴検出器。
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---|---|---|---|
JP15677196A JP3487717B2 (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | 核磁気共鳴検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15677196A JP3487717B2 (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | 核磁気共鳴検出器 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH102947A JPH102947A (ja) | 1998-01-06 |
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Family Applications (1)
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JP15677196A Expired - Fee Related JP3487717B2 (ja) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | 核磁気共鳴検出器 |
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---|---|---|---|---|
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JP4037716B2 (ja) * | 2001-09-27 | 2008-01-23 | 日本電子株式会社 | 核磁気共鳴装置の多重同調回路およびプローブ |
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-
1996
- 1996-06-18 JP JP15677196A patent/JP3487717B2/ja not_active Expired - Fee Related
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