UA16882U

UA16882U - Superconducting magnetic-field gradient meter

Info

Publication number: UA16882U
Application number: UAU200605188U
Authority: UA
Inventors: Yurii Dmytrovych Minov; Mykola Mykolaiovych Budnyk
Original assignee: Ltd Liability Company Kyiv Med
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2006-08-15

Abstract

The proposed superconducting magnetic-field gradient meter contains a cylindrical casing with annular slots, a measuring coil, an intermediate coil, a compensating coil, and an adjusting element. The planes of the annular slots of the casing are perpendicular to the longitudinal axis of the casing. The turns of the measuring coil and the intermediate coil are arranged at the annular slots of the casing. The adjusting element is designed as a short-circuited superconducting ring that is installed inside of the casing with a possibility to be displaced along the longitudinal axis of the casing.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до вимірювальної техніки, а саме до магнітометрії, призначеної для реєстрації надслабких низькочастотних магнітних полів на фоні зовнішніх магнітних перешкод значно більшої амплітуди.The useful model belongs to the measuring technique, namely to magnetometry, designed for the registration of ultra-weak low-frequency magnetic fields against the background of external magnetic interference of a much larger amplitude.

Більш конкретно, корисна модель відноситься до конструкції надпровідникового градієнтометра, а також способу, що забезпечує балансування градієнтометра.More specifically, the utility model relates to the construction of a superconducting gradiometer, as well as a method for balancing the gradiometer.

Найбільш складною є проблема заглушення промислових перешкод, що лежать у смузі МКГ сигналу.The most difficult is the problem of suppressing industrial interference lying in the ICG signal band.

Головним методом вирішення цієї проблеми є просторова селекція магнітних полів перешкод, генерованих 710 віддаленими джерелами, тобто використання так званих надпровідникових градієнтометрів. Відомий градієнтометр реєструє просторову похідну магнітного поля і включає циліндричний корпус, приймальну та дві компенсаційні котушки, намотані на циліндричний корпус, причому перша компенсаційна котушка виконана двовитковою та розміщена посередині корпусу, а приймальна та друга компенсаційні котушки виконані одновитковими та розміщені на протилежних кінцях корпусу, який виконано з матеріалу з низьким коефіцієнтом 12 лінійного розширення, регулюючий пристрій для механічного балансування градієнтометра |див. У. Мгра,The main method of solving this problem is the spatial selection of magnetic interference fields generated by 710 remote sources, that is, the use of so-called superconducting gradient meters. The known gradient meter registers the spatial derivative of the magnetic field and includes a cylindrical body, a receiver and two compensating coils wound on a cylindrical body, and the first compensation coil is made of two turns and placed in the middle of the case, and the receiving and second compensation coils are made of single turns and placed at opposite ends of the case, which made of material with a low coefficient of linear expansion 12, adjusting device for mechanical balancing of the gradient meter |see U. Mgra,

ЗОШІО-дгадіоте(еге іп геаі! епмігоптепів, іп 5ОШІЮ-вепвоге: Еипдатенпіа!в, Рабгісайоп апа Арріїсайопев, Н.ZOSHIO-dgadiote(ege ip geai! epmigoptepiv, ip 5OSHIIU-vepvoge: Eipdatenpia!v, Rabgisayop apa Arriisayopev, N.

МУеїіпзіосК, Едз, Оосадгеспї: Кішмег Асадетіс Рибіїзпегв, 1996, Р.117-178).MueiipziosK, Eds., Oosadgespi: Kishmeg Asadetis Rybiizpegv, 1996, P.117-178).

Внаслідок того, що витки градієнтометра відрізняються один від одного, іншими словами - вони не є точно ідеальними і паралельними, після виготовлення градієнтометр завжди має малий залишковий сигнал, породжений однорідним магнітним полем, так званий початковий технологічний механічний небаланс. Типові величини небалансу рівні 107, тобто одна тисячна частина однорідного поля проходить на вхід СКВІДа, а решта заглушується.Due to the fact that the windings of the gradient meter differ from each other, in other words - they are not exactly ideal and parallel, after manufacturing the gradient meter always has a small residual signal generated by a uniform magnetic field, the so-called initial technological mechanical imbalance. Typical unbalance values are equal to 107, that is, one thousandth part of the uniform field passes to the SQUID input, and the rest is suppressed.

Для біомагнітних вимірювань суттєвим є те, щоб ступінь небалансу не перевищувала 107. Такий ступінь не ов Можна забезпечити тільки виготовленням. З іншого боку, не можна очікувати, що ЕПП забезпечить покращення балансу більш ніж на два порядки величини. Тому для покращення початкового технологічного балансу потрібне - механічне балансування градієнтометра на два-три порядки величини. Взагалі, всі вищевказані шляхи можна розглядати і використовувати незалежно один від одного, бо ні один із них не в змозі забезпечити необхідну ступінь балансу. счFor biomagnetic measurements, it is essential that the degree of imbalance does not exceed 107. Such a degree cannot be ensured only by manufacturing. On the other hand, EPP cannot be expected to improve the balance by more than two orders of magnitude. Therefore, to improve the initial technological balance, mechanical balancing of the gradiometer by two or three orders of magnitude is required. In general, all the above ways can be considered and used independently of each other, because none of them is able to provide the necessary degree of balance. high school

Відома схема балансування, яка була розроблена в Національному Бюро Стандартів в США (проектThere is a well-known balancing scheme that was developed at the National Bureau of Standards in the USA (project

Мо2750482, звіт Мо10,736 від 31.03.1972 "ОНгавзепзйіме зирегсопдисіїпд тадпеїййс дгадіотейе", 7іттепап та інші). Ця схема грунтувалася на рухомих надпровідникових пластинках та дисках для досягнення поперечного та со поздовжнього (аксіального) балансу. Однак така схема мала два недоліки: налагодження було дуже нелінійне а також існував взаємний вплив між різними пластинками. (Се)Mo2750482, report Mo10,736 dated 31.03.1972 "Ongavzepzyime ziregsopdisiipd tadpeiiis dgadioteye", 7ittepap and others). This scheme was based on moving superconducting plates and disks to achieve transverse and co-longitudinal (axial) balance. However, this scheme had two drawbacks: the adjustment was very non-linear and there was also a mutual influence between different plates. (Se)

Інший підхід, описаний в патентах ОБ 3 965 411 (22.06.1976) та 5 З 956 690 (11.05.1976), використовував «- в якості трімінгових елементів взаємно перпендикулярні надпровідникові котушки, які були зв'язані з сенсором магнітного потоку. Трім-кільця були намотані на циліндрі в градієнтометричній конфігурації, а рухомий надпровідниковий магнітний екран забезпечував зміну зв'язку між відповідними трім-кільцями та магнітним полем. Недолік такої схеми полягає в тому, що трім-кільця повинні бути точно намотані на циліндрі, що « 20 підвищує ціну приладу. Але головний недолік цього підходу є перерозподіл індуктивності вимірювального -о градієнтометра між власною індуктивністю градієнтометра та індуктивностями тріммінгових елементів. В с результаті при введенні трім-кілець чутливість СКВІД-сенсора до вимірюваного сигналу погіршувалася. :з» В інших попередніх методах для балансування градієнтометра, заснованих на взаємно ортогональних надпровідникових елементах, використано зміну ефективних площ витків градієнтометра. Наприклад, 415 надпровідні диски було використано в патентах 05 З 976 938 (24.08.76) і 05 4 320 341 (16.03.82). Аналогічно з - цією метою також було використано надпровідні пластинки Інаприклад - 9. А. Омепгмед, М. 9. М/аКег-Рей(егв, Те дезідп ої а зузвіет ої адіивіабіе зирегсопаисіїпу ріагез Тог раіапсіпд а дгадіотейсег, Стуодепісв, 1978, Р.529-534). (о) Суттєвим недоліком вказаних методів є погіршення симетрії градієнтометра при внесенні налагоджувальних со елементів. Пристрій для балансування, що використовує для досягнення балансу трім-диски в поєднанні з можливістю змінювати відстань між вимірювальними витками описано в патенті 05 4 523 147 (11.06.85). (о) Недоліком цього підходу є більш складна і точна конструкція градієнтометра, отже - суттєво більша ціна приладу.Another approach, described in patents OB 3 965 411 (06/22/1976) and 5 Z 956 690 (05/11/1976), used mutually perpendicular superconducting coils connected to the magnetic flux sensor as trimming elements. The trim-rings were wound on a cylinder in a gradient-metric configuration, and a movable superconducting magnetic screen provided a change in the coupling between the respective trim-rings and the magnetic field. The disadvantage of this scheme is that the trim rings must be precisely wound on the cylinder, which increases the price of the device. But the main drawback of this approach is the redistribution of the inductance of the measuring gradiometer between the inductance of the gradiometer and the inductances of the trimming elements. As a result, when the trim rings were introduced, the sensitivity of the SQUID sensor to the measured signal deteriorated. :z» In other previous methods for balancing the gradient meter, based on mutually orthogonal superconducting elements, a change in the effective areas of the turns of the gradient meter was used. For example, 415 superconducting discs were used in patents 05 Z 976 938 (24.08.76) and 05 4 320 341 (16.03.82). Similarly, for this purpose, superconducting plates were also used, for example - 9. A. Omepgmed, M. 9. M/aKeg-Rey (egv, Te dezidp oi a zuzviet oi adiiviabie ziregsopaisiipu riaagez Tog raiapsipd a dgadioteiseg, Stuodepisv, 1978, R. 529-534). (o) A significant drawback of the specified methods is the deterioration of the symmetry of the gradient meter when adjusting elements are introduced. A balancing device that uses trim discs to achieve balance in combination with the ability to change the distance between the measuring turns is described in patent 05 4 523 147 (11.06.85). (o) The disadvantage of this approach is the more complex and precise design of the gradient meter, hence the significantly higher price of the device.

Кз В патенті О5 З 976 9383 було запропоновано схему, що складається з двох етапів. На 1-му етапі проводиться грубе балансування. Потім градієнтометр зі СКВІД-сенсором виймається з кріостату, а диски механічно закріплюються (фіксуються) в своїх положеннях. Далі, для точного балансування градієнтометр знову вв занурюється у рідкий гелій. Але такі методи, що вимагають виймання та повторні занурення градієнтометра в рідкий гелій (так зване термоциклювання) потребують багато часу, відносно неточні (бо при термоциклюванні с відбувається зміна лінійних розмірів деталей), а тому - не задовільні.Kz In the patent O5 C 976 9383, a scheme consisting of two stages was proposed. At the 1st stage, rough balancing is carried out. Then the gradientometer with the SQUID sensor is removed from the cryostat, and the disks are mechanically fixed (fixed) in their positions. Next, for precise balancing, the gradiometer is again immersed in liquid helium. But such methods, which require removing and re-immersing the gradiometer in liquid helium (so-called thermocycling) take a lot of time, are relatively inaccurate (because the linear dimensions of the parts change during thermocycling), and therefore are not satisfactory.

В патенті ММО 0227332 ІА. Вакнагем, Сагаютад Ітадіпо, О5А, "Нідп Браїіапсе адгадіотейег", 4.04.20021, який взято за прототип, описано градієнтометр з високим ступенем балансу. У ньому використовується скло Ругех як во матеріал для виготовлення корпусу та кріплення намотаних витків з надпровідного дроту за допомогою ціаноакрилового (суапоасгуіаїе) клею. Досягнутий механічний баланс надалі покращується електронним балансуванням за допомогою використання сигналу З-компонентного референтного магнітометра, що реєструє тільки перешкоди. Недоліком цього способу є те, що початковий баланс сильно залежить від точності намотування витків дроту та їх укладання в спіральні канавки, які дають суттєве погіршення балансу по ве поперечній компоненті. Крім того, тільки ЕПП без механічного балансу не в змозі забезпечити суттєве заглушення перешкод, необхідне для надійної та тривалої роботи СКВІД-магнітометра в неекранованих умовах клініки.In patent IMO 0227332 IA. Vaknagem, Sagayutad Itadipo, O5A, "Nidp Braiiapse adgadioteyeg", 4.04.20021, which is taken as a prototype, describes a gradient meter with a high degree of balance. It uses Rugeh glass as the housing material and attaches the wound superconducting wire coils with cyano-acrylic (suapoasguiai) glue. The achieved mechanical balance is further improved by electronic balancing using the signal of a 3-component reference magnetometer, which registers only interference. The disadvantage of this method is that the initial balance strongly depends on the accuracy of winding the turns of the wire and their laying in the spiral grooves, which cause a significant deterioration of the balance along the transverse component. In addition, only the EPP without a mechanical balance is not able to provide a significant attenuation of interference, which is necessary for reliable and long-term operation of the SQUID magnetometer in unshielded conditions of the clinic.

Технічною задачею корисної моделі є створення надпровідникового градієнтометра магнітного поля та способу його механічного балансування, що дозволяють збільшити ступінь балансу до 2-10 2, спростити його виготовлення та налагодження, а також зменшити вартість приладу.The technical task of the useful model is to create a superconducting magnetic field gradiometer and a method of its mechanical balancing, which allow to increase the degree of balance to 2-10 2, simplify its manufacture and adjustment, and also reduce the cost of the device.

Поставлена задача в надпровідниковому градієнтометрі магнітного поля, що містить циліндричний корпус, приймальну та дві компенсаційні котушки, намотані на циліндричний корпус цільним відрізком надпровідного дроту та з'єднані за допомогою прямого і зворотного відрізків дроту, скручених разом та вкладених у вертикальну проточку, причому перша компенсаційна котушка виконана двовитковою та розміщена посередині 70 Корпусу, а приймальна та друга компенсаційні котушки виконані одновитковими та розміщені на протилежних кінцях корпусу, який виконано з матеріалу з низьким коефіцієнтом лінійного розширення, регулюючий пристрій для механічного балансування градієнтометра, досягається тим, що в ньому на зовнішній поверхні циліндричного корпусу виконано кільцеві проточки, площини яких перпендикулярні поздовжній осі циліндричного корпусу, причому витки приймальної та компенсаційних котушок розміщено в кільцевих проточках, а витки 75 середньої котушки розміщені на відстані, не менше, ніж половина їх радіусу, при цьому регулюючий пристрій виконано з балансуючим елементом у вигляді короткозамкнутого надпровідникового кільця, розміщеного всередині циліндричного корпусу, і виконано з приводом переміщення вздовж поздовжньої осі циліндричного корпусу. Окрім того, в регулюючім пристрої коротко-замкнуте надпровідникове кільце балансуючого елементу виконане охоплюючим циліндричний корпус і розміщене між компенсаційними котушками. В способі механічного балансування надпровідникового градієнтометра магнітного поля, який включає переміщення в магнітному полі балансуючого елементу, поставлена задача досягається тим, що в початку балансування балансуючий елемент розміщують посередині між компенсаційними котушками, а балансування надпровідникового градієнтометра магнітного поля здійснюють переміщенням балансуючого елементу вздовж осі циліндричного корпусу в межах відстані між компенсаційними котушками.The task is set in a superconducting magnetic field gradiometer containing a cylindrical body, a receiver and two compensating coils wound on a cylindrical body with a single piece of superconducting wire and connected by means of straight and reverse wire pieces twisted together and inserted into a vertical groove, and the first compensating coil the coil is made of two turns and placed in the middle of 70 Housing, and the receiving and second compensation coils are made of single turns and placed at opposite ends of the housing, which is made of material with a low coefficient of linear expansion, the regulating device for mechanical balancing of the gradiometer is achieved by having it on the outer surface the cylindrical body has annular grooves, the planes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical body, and the turns of the receiving and compensating coils are placed in the annular grooves, and the turns of the middle coil 75 are placed at a distance of not less than half of their p adius, while the regulating device is made with a balancing element in the form of a short-circuited superconducting ring placed inside the cylindrical body, and is made with a movement drive along the longitudinal axis of the cylindrical body. In addition, in the regulating device, the short-circuited superconducting ring of the balancing element is made covering the cylindrical body and is placed between the compensating coils. In the method of mechanical balancing of a superconducting gradiometer of a magnetic field, which includes movement of a balancing element in a magnetic field, the task is achieved by placing the balancing element in the middle between the compensation coils at the beginning of balancing, and balancing of a superconducting gradiometer of a magnetic field is carried out by moving the balancing element along the axis of the cylindrical body in within the distance between the compensation coils.

Технічний результат досягається за рахунок використання одного надпровідного кільця, що рухається вздовж осі градієнтометра. Одне трім кільце створює передумови для спрощення конструкції регулюючого пристрою для З механічного балансування градієнтометра, підвищення ступеня балансу, та для можливості проводити балансування з урахуванням навколишнього шуму іп зйи, тобто безпосередньо в клініці.The technical result is achieved due to the use of one superconducting ring moving along the axis of the gradiometer. One trim ring creates prerequisites for simplifying the design of the regulating device for mechanical balancing of the gradient meter, increasing the degree of balance, and for the ability to perform balancing taking into account ambient noise and noise, that is, directly in the clinic.

На Фіг.1 зображено загальний вигляд надпровідникового градієнтометра магнітного поля; на Фіг.2 - Ге регулюючій пристрій для механічного балансування градієнтометра; на Фіг.3 - схема взаємного розташування короткозамкнутого кільця та аксіального градієнтометра 2-го порядку, зв'язаного зі СКВІДом; на Фіг.4 - спектр со вихідного шуму СКВІД-магнітометра без балансування; на Фіг.3 - спектр вихідного шуму СКВІД-магнітометра ее) після електронного заглушення перешкод (електронного балансу); на Фігб - спектр вихідного шумуFigure 1 shows a general view of a superconducting magnetic field gradiometer; in Fig. 2 - Ge regulating device for mechanical balancing of the gradiometer; in Fig. 3 - a diagram of the mutual arrangement of the short-circuited ring and the axial gradiometer of the 2nd order connected to the SQUID; Fig. 4 shows the spectrum of the output noise of the SQUID magnetometer without balancing; Fig. 3 shows the spectrum of the output noise of the SQUID magnetometer ee) after electronic interference suppression (electronic balance); on Figb - the spectrum of the output noise

СКВІД-магнітометра після механічного балансування; на Фіг.7 - Спектр вихідного шуму СКВІД-магнітометра після о механічного та електронного балансування (ЕПП). «-SQUID magnetometer after mechanical balancing; in Fig. 7 - Spectrum of the output noise of the SQUID magnetometer after mechanical and electronic balancing (EPP). "-

Конструкція надпровідного градієнтометра з високим ступенем балансу, що використовується як вхідна антена СКВІД-магнітометра для вимірювання магнітних сигналів серця в неекранованих умовах, показана наThe design of a highly balanced superconducting gradiometer used as the input antenna of a SQUID magnetometer to measure cardiac magnetic signals under unshielded conditions is shown in Fig.

Фіг.1. Вказаний пристрій являє собою аксіальний градієнтометр 2-го порядку, призначений для реєстрації 2-ї « просторової похідної вертикальної (аксіальної) компоненти поля. При цьому відбувається просторова селекція 70 сигналів магнітного поля, а саме - для джерел, розміщених на відстані г, близькій до величини бази, 8 с послаблення корисного сигналу в нижньому витці антени незначне. В той же час сигнали віддалених джерел а ослабляються пропорційно 1//7. Однак таке співвідношення вірне тільки для градієнтометра з високим ступенем ,» балансу, яка досягається вирівнюванням ефективних площ котушок градієнтометра за допомогою механічного балансування.Fig.1. This device is an axial gradiometer of the 2nd order, intended for registration of the 2nd "spatial derivative of the vertical (axial) component of the field. At the same time, there is a spatial selection of 70 magnetic field signals, namely, for sources located at a distance of g, close to the value of the base, 8 s the attenuation of the useful signal in the lower turn of the antenna is insignificant. At the same time, the signals of distant sources are attenuated in proportion to 1//7. However, this ratio is true only for a gradient meter with a high degree of balance, which is achieved by equalizing the effective areas of the gradient meter coils using mechanical balancing.

Конструктивно градієнтометр складається з кругових котушок 1, 2 и З з радіусом 11мм та відстанню між - котушками (база градієнтометра 6), рівною бомм. Нижня котушка З є приймальною котушкою, призначеною для б реєстрації корисного сигналу, наприклад, від серця людини. Середня 2 та верхня З котушки є компенсаційними, що компенсують сигнали від віддалених джерел магнітних перешкод. Верхня 1 і нижня З котушки мають по (ее) одному витку, намотаних, наприклад, по часовій стрілці, а середня 2 - два витка, намотаних проти часової со 50 стрілки, - в такий спосіб утворюється градієнтометр 2-го порядку, що реєструє другу просторову похідну (градієнт) магнітного поля, направленого вздовж його осі. що) Середня компенсаційна котушка 2 є двовитковою та розміщена посередині корпусу 4, приймальна З котушка та друга компенсаційна котушка 1 є одновитковими, розміщені на протилежних кінцях корпусу 4, а саме: приймальна 3 - внизу, а друга компенсаційна 1 - зверху. Всі котушки намотані цільним відрізком надпровідного дроту з ніобію, та з'єднані за допомогою прямого і зворотного відрізків дроту, скручених та вкладених у вертикальну канавку (Фіг.3). с Корпус 4 має циліндричну форму і виготовлений з немагнітного матеріалу (графіту) з коефіцієнтом лінійного розширення, рівним такому у ніобія (матеріал проволоки). Витки котушок 1, 2 и З вміщені в кільцеві проточки глибиною 0,2мм, розташовані в поперечній площині. Корисний сигнал вводиться в СКВІД 5 за допомогою 60о сигнальної котушки 3, яка разом із градієнтометром утворює трансформатор магнітного потоку.Structurally, the gradiometer consists of circular coils 1, 2 and Z with a radius of 11 mm and a distance between the coils (the base of the gradiometer is 6), which is equal to bomm. The lower coil C is a receiving coil designed to register a useful signal, for example, from the human heart. The middle 2 and upper C coils are compensating coils that compensate for signals from distant sources of magnetic interference. The upper 1 and lower C coils each have (ee) one turn, wound, for example, clockwise, and the middle 2 - two turns, wound against the time co 50 arrow, - in this way, a gradient meter of the 2nd order is formed, which registers the second spatial derivative (gradient) of the magnetic field directed along its axis. that) The middle compensating coil 2 is two-turn and is placed in the middle of the housing 4, the receiving coil Z and the second compensating coil 1 are single-turn, placed at opposite ends of the housing 4, namely: the receiving coil 3 is at the bottom, and the second compensating coil 1 is at the top. All coils are wound with a single length of superconducting niobium wire, and connected by means of straight and reverse wire lengths, twisted and inserted into a vertical groove (Fig. 3). c Body 4 has a cylindrical shape and is made of a non-magnetic material (graphite) with a coefficient of linear expansion equal to that of niobium (wire material). The turns of coils 1, 2 and Z are placed in annular grooves with a depth of 0.2 mm, located in the transverse plane. The useful signal is introduced into the SQUID 5 using the 60o signal coil 3, which together with the gradient meter forms a magnetic flux transformer.

Досягнення високого ступеня балансу такого типу градієнтометрів обмежено 2-ма факторами: 1) спіральною формою проточок та 2) магнітним зв'язком між витками середньої котушки 2. Причина в тому, що проточки в циліндричному корпусі 4 градієнтометра спіральної форми розташовані в площині, нахиленій до його осі, отже не є точно перпендикулярні до осі. В результаті в антену буде проникати паразитне магнітне поле, яке створить 65 суттєвий небаланс по поперечній компоненті поля. Наявність магнітного зв'язку між витками середньої котушки 2 приводить до збільшення її сумарної індуктивності. Тому, щоб досягти високого технологічного балансу,Achieving a high degree of balance of this type of gradiometer is limited by 2 factors: 1) the spiral shape of the grooves and 2) the magnetic connection between the turns of the middle coil 2. The reason is that the grooves in the cylindrical body 4 of the spiral gradiometer are located in a plane inclined to its axes, therefore, are not exactly perpendicular to the axis. As a result, a parasitic magnetic field will penetrate the antenna, which will create a significant imbalance in the transverse component of the field. The presence of a magnetic connection between the turns of the middle coil 2 leads to an increase in its total inductance. Therefore, in order to achieve a high technological balance,

градієнтометр в даній реалізації має такі відмінності: 1) проточки мають кільцеву форму, 2) відстань між витками середньої котушки дорівнює 5мм. В результаті конструкція забезпечує початковий (технологічний) небаланс по аксіальній компоненті поля в діапазоні 4-8-107 і поперечній 2-4-1071,the gradient meter in this implementation has the following differences: 1) the grooves have a ring shape, 2) the distance between the turns of the middle coil is 5 mm. As a result, the design provides an initial (technological) imbalance in the axial component of the field in the range of 4-8-107 and transverse 2-4-1071,

Регулюючій пристрій для механічного балансування градієнтометра (Фіг.2) складається з одного короткозамкнутого трім-кільця 6 змонтованого на немагнітному тримачі. Вказаний тримач забезпечує стабільну фіксацію трім-кільця в поперечній площині, сформован циліндричним каркасом 7, тягою 8 та повзуном 9. Кільце 6 намотане і приклеєне до немагнітного каркасу 7, який зв'язаний з повзуном 9 через тягу 8. Повзун 9 кріпиться на силовому гвинті 10 з точною різьбою і переміщується всередині градієнтометра в аксіальному напрямі за 70 рахунок обертання гвинта 10.The regulating device for mechanical balancing of the gradient meter (Fig. 2) consists of one short-circuited trim ring 6 mounted on a non-magnetic holder. This holder ensures stable fixation of the trim ring in the transverse plane, formed by a cylindrical frame 7, a rod 8 and a slider 9. The ring 6 is wound and glued to a non-magnetic frame 7, which is connected to the slider 9 through a rod 8. The slider 9 is attached to a power screw 10 with a precise thread and moves inside the gradiometer in the axial direction by 70 due to the rotation of the screw 10.

У даній корисній моделі силовий гвинт 10 є основною частиною приводу переміщення, що забезпечує плавний рух каркасу 7 та трім-кільця 6 в аксіальному напрямі. На Фіг.2 схематично показує конструкцію приводу переміщення, що складається з гвинта 10, вставленого в отвір різьбової муфти 11. Ця муфта 11 вставлена в отвір корпусу зонду 12, а гвинт 10 - рухається в ній. Між гвинтом 10 та кришкою кріостату встановлено 75 силіконове ущільнення 13. Обертання гвинта 10 приводить до руху вздовж осі вверх і вниз повзуна 9, вісі тяги 5 і трім-кільця 6. Швидкість руху визначається кроком різьби, і в даній реалізації становить 5 оборотів на 1 мм.In this useful model, the power screw 10 is the main part of the movement drive, which ensures smooth movement of the frame 7 and the trim ring 6 in the axial direction. Figure 2 schematically shows the design of the movement drive, consisting of a screw 10 inserted into the hole of the threaded coupling 11. This coupling 11 is inserted into the hole of the probe body 12, and the screw 10 moves in it. A 75 silicone seal 13 is installed between the screw 10 and the cover of the cryostat. The rotation of the screw 10 leads to movement along the up and down axis of the slider 9, the axis of the thrust 5 and the trim ring 6. The speed of movement is determined by the pitch of the thread, and in this implementation it is 5 revolutions per 1 mm

В даній реалізації для заглушення зовнішніх перешкод пропонується простий спосіб з використанням трім-кільця 6. Цей спосіб грунтується на зміні ефективної індуктивності котушок градієнтометра внаслідок взаємного. магнітного зв'язку між трім-кільцем б та верхньою 1 і середньою 2 котушкою градієнтометра.In this implementation, a simple method for muting external interference is proposed using a trim ring 6. This method is based on the change in the effective inductance of the gradient meter coils due to the mutual. of the magnetic connection between the trim ring b and the upper 1 and middle 2 coils of the gradient meter.

Ефективність пропонованого методу забезпечується тим, що трім-кільце б вносить в антену позитивний небаланс, який приблизно рівний по величині, але протилежний по знаку технологічному небалансу. При переміщенні трім-кільця вниз ефективна індуктивність верхньої котушки 71 збільшується, а нижньої З - зменшується так, що в антену вноситься додатковий позитивний небаланс, і таким чином, початковий технологічний баланс компенсується.The effectiveness of the proposed method is ensured by the fact that the trim ring b introduces a positive imbalance into the antenna, which is approximately equal in magnitude, but opposite in sign to the technological imbalance. When moving the trim ring down, the effective inductance of the upper coil 71 increases, and the lower C - decreases so that an additional positive imbalance is introduced into the antenna, and thus, the initial technological balance is compensated.

Тому в даній корисній моделі для заглушення зовнішніх перешкод, спочатку трім-кільце 6 зміщується вниз до тих пір, поки вихідний сигнал СКВІД-магнітометра 5 не досягне мінімуму. Якщо цього не станеться, кільце 6 З зміщується вниз до тих пір, поки вказаний сигнал не досягне мінімуму. Мінімум сигналу відповідає найкращому балансу градієнтометра. Коли балансування завершено, трім-кільце б надійно фіксується за допомогою фіксуючого лаку (позиція 14, Фіг.2), що наноситься між гвинтом 10 та муфтою 11. Може бути використанолакКей с Татрег Емідепі Зеаі (ЕГЕСТКОГОВЕ Є Адмуівіоп оїН.К., ММепіжогпій Гітйеа, Віаке Ноизе, УУагогаме, ВегкепПіге,Therefore, in this useful model for suppressing external interference, first the trim ring 6 is moved down until the output signal of the SQUID magnetometer 5 reaches a minimum. If this does not happen, the 6 C ring is moved down until the indicated signal reaches a minimum. The minimum signal corresponds to the best balance of the gradient meter. When the balancing is completed, the trim ring b is securely fixed with the help of fixing varnish (position 14, Fig.2), which is applied between the screw 10 and the coupling 11. The varnish can be used. , Viake Noise, UUagogame, WegkepPige,

Епадіапа). соEpadiapa). co

У пропонованій реалізації балансування антени виконується одним надпровідниковим короткозамкнутим ее) трім-кільцем б. Трім-кільце б виготовлене з тонкого дроту діаметром 50 мікрон, з якої виготовлено і градієнтометр, яке не спотворює магнітний потік всередині градієнтометра. Вказане кільце 6 при виготовленні о розміщується еквідистантно між верхньою та середньою котушками в площині витків. Для уникнення фазових «- спотворень, кільце б виготовлено з того ж матеріалу, з якого виготовлено і градієнтометр, тобто ніобія.In the proposed implementation, antenna balancing is performed by one superconducting short-circuited ee) three-ring b. The trim ring would be made of a thin wire with a diameter of 50 microns, from which the gradient meter is also made, which does not distort the magnetic flux inside the gradient meter. The specified ring 6 is placed equidistantly between the upper and middle coils in the plane of turns during the manufacture of o. To avoid phase distortions, the ring would be made of the same material from which the gradient meter is made, that is, niobium.

Для розуміння розглянемо короткозамкнуте надпровідне кільце в зовнішньому магнітному полі. Під дією ефекту квантування магнітного потоку у ньому наводиться екрануючий струм, що прагне компенсувати внесений « магнітний потік. При внесенні кільця між котушками градієнтометра за рахунок магнітного зв'язку відбувається 70 взаємне екранування струмів. Еквівалентна схема приведена на Фіг.З і описується системою лінійних рівнянь - с відносно струмів екранування в балансувальному кільці / і антені Ід . а П-Ф-ІАМА:О, Мд-М1-М-Мо, (УFor understanding, consider a short-circuited superconducting ring in an external magnetic field. Under the action of the effect of quantization of the magnetic flux, a shielding current is induced in it, which tends to compensate for the introduced magnetic flux. When a ring is inserted between the coils of the gradient meter, mutual shielding of the currents occurs due to the magnetic connection. The equivalent circuit is shown in Fig. 3 and is described by a system of linear equations with respect to the shielding currents in the balancing ring / and the antenna Id. and P-F-IAMA:O, Md-M1-M-Mo, (U

І тІА-ФА-ІМА-О, ІТ дв, дер РІ ро, (2)I tIA-FA-IMA-O, IT dv, der RI ro, (2)

МАК в)!2, Мі2к(Це112, Мо ро) 172, (3) - б | Тут Фі ФА - магнітні потоки перешкоди, що проникають у кільце і антену; ів, Інні І р2 - відповідно, індуктивності нижньої 3, одного витка середньої 2 і верхньої 1 котушок; І, І д і ІЇ т - індуктивності кільця, антени (ее) і трансформатора потоку, утвореного антеною і вхідною (сигнальною) котушкою 15 СКВіДа 5 І 5. Під МА бо 50 позначена сумарна взаємоіндукція антени з кільцем, що складається із взаємоіндукції приймальної котушки М і взаємоіндукції середньої М. і верхньої Мо компенсаційних котушок градієнтометра. Як видно з (1), ці величини що) мають різні знаки згідно напрямку намотування котушок у градієнтометрі 2-го порядку. Величини К, К 4, Ко У (3) - коефіцієнти взаємоіндукції між відповідною котушкою градієнтометра і кільцем. У виразах (2, 3) множник 2 враховує, що середня котушка має два витки.MAK c)!2, Mi2k(Tse112, Mo ro) 172, (3) - b | Here, Phi FA is the magnetic interference flux penetrating the ring and antenna; iv, Inni and p2 - respectively, the inductance of the lower 3, one turn of the middle 2 and upper 1 coils; I, I d and II t are the inductances of the ring, the antenna (ee) and the flux transformer formed by the antenna and the input (signal) coil 15 of SKViDa 5 and 5. The total mutual inductance of the antenna with the ring, consisting of the mutual inductance of the receiving coil, is indicated under MA bo 50 M and mutual inductances of the middle M. and upper Mo of the compensation coils of the gradient meter. As can be seen from (1), these quantities that) have different signs according to the winding direction of the coils in the 2nd-order gradientometer. Values K, K 4, Ko U (3) are mutual induction coefficients between the corresponding gradiometer coil and the ring. In expressions (2, 3), the factor 2 takes into account that the middle coil has two turns.

У системі (1, 2) антена при взаємодії з кільцем розглядається як єдине ціле, тобто не приймається до с уваги взаємоіндукція між котушками самої антени. Це наближення справедливе для градієнтометра з досить високим початковим балансом біля А-10 7. Тоді, при однакових діаметрах кільця і котушок, магнітний потік в градієнтометрі дорівнює 60 ФА-АФ (4) тобто занадто малий у порівнянні з потоком у кільці Фд«Ф, а отже - малі і екрануючі струми в антені (у порівнянні з екрануючими струмами у кільці ). Тому взаємодією між котушками при високому технологічному балансі можна не враховувати. 65 Із системи (1, 2) випливає, що через магнітну взаємодію струми взаємно екрануються, що приводить до зменшення індуктивностей як антени, так і кільця. Подібне зменшення індуктивностей має місце і між вхідною котушкою й індуктивністю СКВІДа і називається взаємним динамічним впливом (див. М. Виапук апа І. Моуїомуси,In system (1, 2), the antenna when interacting with the ring is considered as a single unit, that is, the mutual induction between the coils of the antenna itself is not taken into account. This approximation is valid for a gradiometer with a rather high initial balance near A-10 7. Then, with the same diameters of the ring and coils, the magnetic flux in the gradiometer is equal to 60 FA-AF (4), i.e. it is too small compared to the flux in the ring Fd«F, and therefore the shielding currents in the antenna are also small (compared to the shielding currents in the ring). Therefore, the interaction between the coils with a high technological balance can be ignored. 65 It follows from the system (1, 2) that due to the magnetic interaction, the currents are mutually shielded, which leads to a decrease in the inductances of both the antenna and the ring. A similar decrease in inductances also occurs between the input coil and the inductance of the SQUID and is called mutual dynamic influence (see M. Viapuk apa I. Mouiomusy,

Іприї ЗБОШІО-тадпейтесег сігсийв: тасніпуд апа оріїтілайоп, доцгп. де РНузідце ІМ, Мої. 8, Рг.3, 1998, Р. 241-244; З'Я Ецг, Могкепор оп І ом Тетр. ЕІесігопісв (МОЇ ТЕ 3), Зап Міпіаю, Тивсапу, Маїу).Iprii ZBOSHIO-tadpeiteseg sigsiyv: tasnipud apa oriitilaiop, associate professor. where RNuzidtse IM, Moi. 8, Rg. 3, 1998, R. 241-244; Z'YA Etsg, Mogkepor op I om Tetr. Eiesigopisv (MY TE 3), Zap Mipiai, Tyvsapu, Maiu).

Розв'язок рівняння (1) у загальному випадку має виглядThe solution of equation (1) in the general case has the form

І-Ф-0, ФФМАЛ т)ФА, І -І-МАЛ т, (5)I-F-0, FFMAL t)FA, I -I-MAL t, (5)

Ф' - ефективний потік перешкоди у кільці з урахуванням впливу антени, І - ефективна індуктивність кільця. 70 Реально при розміщенні балансувального кільця між верхньою і середньою котушками градієнтометра варто врахувати, що взаємоіїндукцією між кільцем і нижньою котушкою можна знехтувати (К-0). Причина полягає в тому, що взаємоіїндукція визначається величиною магнітного поля витка, що змінюється як 1/К З де В - відстань від витка до котушки. Для нижньої котушки ця відстань складає біля К-(3/2)Ю, а для середньої і верхньої в початковому положенні - К.2-Б/2, де Б - база градієнтометра, тобто відстань до нижньої котушки /5 приблизно в З рази більше.F' is the effective interference flux in the ring, taking into account the effect of the antenna, and I is the effective inductance of the ring. 70 In reality, when placing the balancing ring between the upper and middle coils of the gradient meter, it is worth considering that the mutual induction between the ring and the lower coil can be neglected (K-0). The reason is that the mutual induction is determined by the value of the magnetic field of the coil, which varies as 1/К Z where В is the distance from the coil to the coil. For the lower coil, this distance is about K-(3/2)Ю, and for the middle and upper ones in the initial position - K.2-B/2, where B is the base of the gradiometer, i.e. the distance to the lower coil /5 is approximately three times more.

У цьому випадку одержимо наступні вирази для ефективних індуктивностей витка / і антени | д'In this case, we obtain the following expressions for the effective inductances of the coil / and the antenna | d'

ЦІ Цко (Беоу?окціРУМ?2Л-т), (6)TSI Tsko (Beou?oktsiRUM?2L-t), (6)

ГСтесдт в, дя А- в, (7GStesdt v, dya A- v, (7

Гена РІ) кора) 2, (8)Gena RI) bark) 2, (8)

Як видно з (8), особливістю градієнтометра є те, що в результаті взаємодії з кільцем ефективна індуктивність середньої котушки зменшується, а індуктивність верхньої - навпаки, збільшується. З огляду на те, що в градієнтометрі всі витки ідентичні і мають індуктивність, рівну індуктивності приймальної котушки | роті р41тІ р, вирази (6-8) спрощуються -As can be seen from (8), a feature of the gradiometer is that as a result of interaction with the ring, the effective inductance of the middle coil decreases, and the inductance of the upper coil, on the contrary, increases. Considering the fact that in the gradient meter all turns are identical and have an inductance equal to the inductance of the receiving coil | roti p41tI p, expressions (6-8) are simplified -

Мд2-кА2 Пр, С -ЦИ-КА? рі, (9)Md2-kA2 Pr, S -CY-KA? ri, (9)

Сте-СеРКА, Кд-2К4-КЕКо, (10) с де Кд - сумарний коефіцієнт взаємоіндукції градієнтометра. Це дає можливість записати вирази для со індуктивностей кільця й антени в симетричному вигляді (ее)Ste-SeRKA, Kd-2K4-KEKo, (10) s where Kd is the total coefficient of mutual induction of the gradient meter. This makes it possible to write expressions for the co inductances of the ring and the antenna in a symmetrical form (ee)

ГЦИ-кА2ОЇ, САЗІд01-КА? ді, 1) (Се) стріт, д-р, (12) ьо де с, сд - безрозмірні параметри екранування (при даних припущеннях сА-1/4). Принципова можливість балансування полягає в тому, що при певному експериментальному підборі положення кільця, внесений ним магнітний потік Фвді може стати рівним по величині і протилежним по знаку паразитному потоку Фд, що « проникає у градієнтометр в результаті технологічного небалансу, спричиненого неточністю виготовлення антени.ГЦИ-ка2ОИ, SAZId01-KA? di, 1) (Se) street, dr, (12) where s, sd are dimensionless shielding parameters (under the given assumptions сА-1/4). The principle possibility of balancing is that with a certain experimental selection of the position of the ring, the magnetic flux Fvdi introduced by it can become equal in magnitude and opposite in sign to the parasitic flux Fd that “penetrates into the gradient meter as a result of technological imbalance caused by the inaccuracy of antenna manufacturing.

Це добре видно, якщо з рівняння (1), що описує динаміку балансувального кільця знайти струм у кільці в) с ІЕ(ФНАМА)И., а потім підставити його в рівняння (2), що описує градієнтометр. У результаті одержимо "» рівняння антени при наявності кільця п (ви САЛА-Ф'А-О, ФА-ФАФВДІ, (13)This can be clearly seen if, from equation (1), which describes the dynamics of the balancing ring, we find the current in the ring c) with IE(FNAMA)I., and then substitute it into equation (2), which describes the gradient meter. As a result, we will get "" the equation of the antenna in the presence of a ring n (you SALA-F'A-O, FA-FAFVDI, (13)

Фвді З(Мда/.Ф-Авді Ф, п4) - б де Ф'д - ефективний потік перешкоди в антені з урахуванням впливу трім-кільця, Ф вді - балансувальний потік, внесений в антену трім-кільцем. Останній зручно подати у вигляді, аналогічному (4), де А вд/-МА/І. - є (ее) ступінь небалансу, що вноситься в антену трім-кільцем. о 20 Умова балансу антени полягає в рівності нулю ефективного потоку в антені ще) Ф'АчО (15) і з урахуванням (4, 13, 14) має вигляд Фрвд) --Фад, що, враховуючи (4) даєFvdi Z(Mda/.F-Avdi F, p4) - b where F'd is the effective interference flux in the antenna taking into account the influence of the trim ring, F vdi is the balancing flux introduced into the antenna by the trim ring. It is convenient to present the latter in a form similar to (4), where A vd/-MA/I. - is (ee) the degree of imbalance introduced into the antenna by the trim ring. o 20 The balance condition of the antenna consists in the equality of the effective flux in the antenna to zero) Ф'АчО (15) and taking into account (4, 13, 14) has the form Frvd) --Fad, which, taking into account (4) gives

А--МА/.. (16)A--MA/.. (16)

Рівняння (16) є загальна умова балансу антени при використанні кільця, що пов'язує конструктивні параметри антени (технологічний небаланс а) і системи балансування (індуктивність кільця |) із во взаємоіндукцією між антеною і кільцем Ме, що є параметром, який підлягає регулюванню при балансуванні.Equation (16) is a general condition for the balance of the antenna when using a ring, which relates the design parameters of the antenna (technological unbalance a) and the balancing system (inductance of the ring |) with the mutual inductance between the antenna and the ring Me, which is a parameter that is subject to adjustment at balancing

З урахуванням (1, 3) для взаємоіндукції антени і рівності індуктивностей витків градієнтометра (16) може бути зведене до виглядуTaking into account (1, 3) for the mutual inductance of the antenna and the equality of the inductances of the turns of the gradient meter (16) can be reduced to the form

А--кд( РИ, (17) б5 й ' й йA--kd( RY, (17) b5 y ' y y

Цю умову можна ще спростити, якщо зневажити магнітним зв'язком з нижньою котушкою і використати кільце такого ж діаметра як і витки антени, що забезпечить рівність їхніх індуктивностей (І -І р), тоді маємоThis condition can be further simplified if we neglect the magnetic connection with the lower coil and use a ring of the same diameter as the turns of the antenna, which will ensure the equality of their inductances (I -I p), then we have

А--(2К1-Ко)-Ко-2Кк4 (18)A--(2К1-Ко)-Ко-2Кк4 (18)

Рівняння балансу (18) означає, що кільце потрібно змістити так, щоб різниця коефіцієнтів взаємоіндукції дорівнювала технологічному небалансу.The balance equation (18) means that the ring must be shifted so that the difference in the mutual inductance coefficients is equal to the technological unbalance.

При розміщенні кільця посередині між верхньою і середньою котушками на початку процедури балансування коефіцієнти взаємоіндукції дорівнюють деякій величині Код, тоді початкова умова балансу має виглядWhen the ring is placed in the middle between the upper and middle coils at the beginning of the balancing procedure, the mutual inductance coefficients are equal to some value Code, then the initial balance condition looks like

А--ко. (19)Ah--ko. (19)

При зміщенні кільця вгору відбувається посилення магнітного зв'язку з верхньою котушкою (збільшуєтьсяWhen the ring is moved up, the magnetic connection with the upper coil is strengthened (increases

Ко2Ко) і ослаблення зв'язку із середньою котушкою (зменшується К ««Ко), У результаті відбувається зменшення індуктивності верхньої котушки та збільшення індуктивності середньої котушки. У певному положенні, коли 12 виконується умова Ко-2К, тоді Авді-КА-О, взаємний вплив трім-кільця та антени відсутній. При зсуві витка вниз, навпаки, відбувається ослаблення магнітного зв'язку з верхньою котушкою (зменшується К /о«Ко) і посилення зв'язку із середньою котушкою, в результаті сумарний коефіцієнт взаємоіндукції антена-кільце збільшується КА»Ко, що приводить до посилення небалансу, що вноситься трім-кільцем в антену.Ko2Ko) and the weakening of the connection with the middle coil (K "Ko" decreases). As a result, there is a decrease in the inductance of the upper coil and an increase in the inductance of the middle coil. In a certain position, when 12 the condition Ko-2K is fulfilled, then Avdi-KA-O, the mutual influence of the trim ring and the antenna is absent. When the coil is shifted down, on the contrary, there is a weakening of the magnetic connection with the upper coil (K/o"Ko decreases) and a strengthening of the connection with the middle coil, as a result, the total mutual induction coefficient of the antenna-ring increases KA"Ko, which leads to an increase imbalance introduced by the trim ring into the antenna.

Так як коефіцієнт взаємоіїндукції по визначенню є позитивна величина, умова (19) означає, що така процедура припускає наявність початкового негативного небалансу антени. Покажемо, що градієнтометр 2-го порядку при як завгодно точному механічному виготовленні завжди буде мати кінцевий негативний небаланс.Since the mutual induction coefficient is by definition a positive value, condition (19) means that such a procedure assumes the presence of an initial negative imbalance of the antenna. We will show that a 2nd-order gradiometer will always have a finite negative imbalance with any exact mechanical fabrication.

Такий небаланс визначається не технологією виготовлення, а має фізичні причини. Він обумовлений взаємоіїндукцією М.4-К44Їр між двома витками середньої котушки і негативний тому, що в результаті індуктивність середньої котушки завжди більше індуктивності двох витків І р4-21 (1 кК44/2).Such an imbalance is not determined by the manufacturing technology, but has physical causes. It is caused by the mutual inductance M.4-K44Yr between two turns of the middle coil and is negative because as a result the inductance of the middle coil is always greater than the inductance of two turns I p4-21 (1 kK44/2).

Збільшення індуктивності означає збільшення потокозв'язку, що відповідає збільшенню еквівалентної площі 2 середньої котушки Зергр і внаслідок цього - потоку до величиниAn increase in inductance means an increase in the flux linkage, which corresponds to an increase in the equivalent area 2 of the average Zergr coil and, as a result, the flux to

ФІ1-ЗЕЕЕН, ЗЕеєв-25(1 д/25), (20) с де Н - однорідне поле перешкоди, 5 - площа витка антени, а дл - збільшення ефективної площі, що со пропорційно К/4. Тоді при ідентичності витків антени потік перешкоди, обумовлений фізичним небалансом дорівнює г)FI1-ZEEEN, ZEEev-25(1 d/25), (20) s where H is the uniform interference field, 5 is the area of the antenna coil, and dl is the increase in the effective area, which is proportional to K/4. Then, with the identity of the turns of the antenna, the interference flow caused by the physical imbalance is equal to d)

ФА-Ф-Ф1Фо-Д"М-АФ, А--Д/В. (21) і ч-FA-F-F1Fo-D"M-AF, A--D/V. (21) and h-

Якщо рівняння (19) виконується, це значить, що градієнтометр збалансовано уже в початковому положенні, тобто позитивний небаланс з боку трім-кільця Авду; «Ко дорівнює по величині і протилежний по знаку залишковому негативному небалансу антени А, обумовленому взаємоіїндукцією між витками середньої котушки. Для « досягнення умови балансу, тобто - с АхАвді 70, Авді -2К1-К2, (22) з необхідно зміщувати трім-кільце вниз, бо, як правило, технологічний небаланс перевищує (по величині) небаланс, який вноситься кільцем. Проте, ефективність балансування грунтується саме на тому, що в початковому положенні (посередині між котушками) позитивний небаланс трім-кільця Авді по порядку величини - дорівнює, а по знаку - протилежний залишковому негативному небалансу антени А.If equation (19) is fulfilled, it means that the gradiometer is balanced already in the initial position, that is, a positive imbalance on the side of the Avdu trim ring; "Ko is equal in magnitude and opposite in sign to the residual negative unbalance of antenna A, due to the mutual induction between the turns of the middle coil. In order to achieve the condition of balance, i.e. - with AhAvdi 70, Avdi -2K1-K2, (22) it is necessary to move the trim ring down, because, as a rule, the technological imbalance exceeds (in magnitude) the imbalance introduced by the ring. However, the effectiveness of balancing is based precisely on the fact that in the initial position (in the middle between the coils) the positive imbalance of the Avdi trim ring is equal in order of magnitude and opposite in sign to the residual negative imbalance of antenna A.

Таким чином, запропонований спосіб балансування має ряд переваг перед відомими:Thus, the proposed method of balancing has a number of advantages over the known ones:

Ме 1. Балансування здійснюється тільки одним балансуючим елементом - короткозамкнутим кільцем. со 2. Відсутність паразитних спотворень горизонтальних компонент поля перешкоди внаслідок малих розмірів кільця, обумовлених малим діаметром дроту, що зменшує взаємний вплив між каналами. бо З. Сильна чутливість до поля перешкоди внаслідок великого діаметра трім-кільця, приблизно рівногоMe 1. Balancing is carried out by only one balancing element - a short-circuited ring. so 2. The absence of parasitic distortions of the horizontal components of the interference field due to the small size of the ring due to the small diameter of the wire, which reduces the mutual influence between the channels. because Z. Strong sensitivity to the interference field due to the large diameter of the trim ring, which is approximately equal

ГІ діаметру антени, що визначає малий діапазон необхідного його переміщення (між середньою і верхньою котушками). 4. Велика ефективність процедури балансування внаслідок того, що початкове положення кільця посередині між середньою і верхньою котушкою вносить в антену небаланс, протилежний знаку залишкового небалансу антени. с Простота та однозначність виконання дій внаслідок того, що існує єдине положення кільця, в якому досягається умова досягнення балансу, отже - в діапазоні переміщень існує тільки один мінімум сигналу перешкоди. во Суть корисної моделі демонструється графіками вихідного шуму СКВІД-магнітометра з використанням ЕПП в діапазоні 0-17Гц. Графік на Фіг.4 демонструє спектральну густину вихідного шуму без якого-небудь заглушення, тобто без механічного балансування та ЕПП. У цьому випадку вихідний сигнал має максимуми на 1/3 субгармоніці мережевої частоти (50/3-16,6Гц) та на НЧ (декілька Герц та нижче). При використанні тільки ЕПП, заглушення досить ефективне (Фіг.5) як на НУ, так і субгармонік промислової мережі (16-17Гц). Але рівень 65 перешкод все ще залишається значним, тому одного ЕПП недостатньо. При використанні тільки механічного балансування, як на 16,6Гц, так і на НЧ шуми зменшилися, але більш ефективне заглушення субгармонік, бо субгармоніка на 16,6Гц заглушена практично повністю (Фіг.б). Отже самого тільки механічного балансування теж недостатньо, його необхідно поєднувати з ЕПП.GI of the diameter of the antenna, which determines the small range of its necessary movement (between the middle and upper coils). 4. The high efficiency of the balancing procedure due to the fact that the initial position of the ring in the middle between the middle and the upper coil introduces an imbalance into the antenna opposite to the sign of the residual imbalance of the antenna. c Simplicity and unequivocal performance of actions due to the fact that there is a single position of the ring in which the condition for achieving balance is achieved, therefore - in the range of movements there is only one minimum of the interference signal. The essence of the useful model is demonstrated by graphs of the output noise of the SQUID magnetometer using EPP in the range of 0-17Hz. The graph in Fig. 4 shows the spectral density of the output noise without any damping, that is, without mechanical balancing and EPP. In this case, the output signal has maxima at 1/3 subharmonic of the mains frequency (50/3-16.6Hz) and at low frequencies (several Hertz and below). When using only the EPP, the suppression is quite effective (Fig. 5) both on the LV and subharmonics of the industrial network (16-17Hz). But the level of 65 obstacles is still significant, so EPP alone is not enough. When using only mechanical balancing, both at 16.6 Hz and at LF, the noise decreased, but the suppression of subharmonics is more effective, because the subharmonic at 16.6 Hz is suppressed almost completely (Fig. b). Therefore, only mechanical balancing is not enough either, it must be combined with EPP.

При використанні обох способів балансування, перешкоди зменшуються до рівня, так що ними практичноWhen using both methods of balancing, the obstacles are reduced to a level so that they are practical

Можна знехтувати (Фіг.7). Таким чином, пропонований у корисній моделі спосіб механічного балансування дозволяє (у поєднанні з ЕПП) практично повністю заглушити зовнішні перешкоди у всьому спектрі корисного МКГ сигналу від дрейфу нульової лінії до мережевої завади та її субгармонік.It can be neglected (Fig. 7). Thus, the method of mechanical balancing proposed in the useful model allows (in combination with EPP) to almost completely suppress external interference in the entire spectrum of the useful MCG signal from the drift of the zero line to network interference and its subharmonics.

В іншій конкретній реалізації регулюючий пристрій для механічного балансування градієнтометра може бути встановлено не всередині, а зовні корпусу градієнтометра. При цьому короткозамкнуте кільце охоплює корпус, а 70 його діаметр тільки трохи (на декілька міліметрів) перевищує діаметр корпусу. Цей варіант реалізації є перспективним для багатоканальних систем, бо дозволяє збільшити кількість каналів, не збільшуючи діаметр кріостату за рахунок зменшення діаметру градієнтометрів. При цьому не потрібно розміщувати привід переміщення всередині корпусу градієнтометра, що значно важче при його малому (менше 2см) діаметрі. Той же діаметр кріостату забезпечить менші питомі витрати рідкого гелію на один канал.In another specific implementation, the regulating device for mechanical balancing of the gradiometer can be installed not inside, but outside the body of the gradiometer. At the same time, the short-circuited ring covers the case, and 70 its diameter is only slightly (by a few millimeters) greater than the diameter of the case. This variant of implementation is promising for multi-channel systems, because it allows to increase the number of channels without increasing the diameter of the cryostat at the expense of reducing the diameter of gradient meters. At the same time, it is not necessary to place the movement drive inside the gradiometer housing, which is much more difficult due to its small (less than 2 cm) diameter. The same diameter of the cryostat will provide lower specific consumption of liquid helium per channel.

Claims

The formula of the invention

1. A superconducting magnetic field gradiometer, including a cylindrical body, a receiver and two compensating coils, wound on a cylindrical body with a single piece of superconducting wire and connected by means of forward and reverse wire pieces twisted together and inserted into a vertical groove, and the first compensating coil is made of two turns and placed in the middle of the housing, and the receiving and second compensation coils are made of single turns and placed at opposite ends of the housing, which is made of a material with a low coefficient of linear expansion, a regulating device for mechanical balancing of a gradient meter, which differs in that it has on the outer surface of a cylindrical the body has annular grooves, the planes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical body, and the turns of the receiving and compensating coils are placed in the annular grooves, and the turns of the middle coil are placed at a distance of not less than half their radius, while the regulating device is made with a balancing element in the form of a short-circuited superconducting ring, placed inside the cylindrical part of the body, and is made with a movement drive along the longitudinal axis of the cylindrical body.

2. Superconducting magnetic field gradiometer according to claim 1, which is characterized by the fact that in the regulating device 89, the short-circuited superconducting ring of the balancing element is made covering a cylindrical body and is placed between compensation coils.

C. The method of mechanical balancing of a superconducting magnetic field gradiometer, which includes (Ce) the movement of a balancing element in a magnetic field, which differs in that at the beginning of balancing, the balancing element is placed in the middle between the compensation coils, and the balancing of the superconducting magnetic field gradiometer is carried out by moving of the balancing element along the axis of the cylindrical body within the distance between the compensation coils. "

-

. and? - (o) (ee) (ee) Ko) 60 b5