DE3614155C2 - Funktionsgenerator für NMR-Geräte - Google Patents
Funktionsgenerator für NMR-GeräteInfo
- Publication number
- DE3614155C2 DE3614155C2 DE3614155A DE3614155A DE3614155C2 DE 3614155 C2 DE3614155 C2 DE 3614155C2 DE 3614155 A DE3614155 A DE 3614155A DE 3614155 A DE3614155 A DE 3614155A DE 3614155 C2 DE3614155 C2 DE 3614155C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- pulse
- pulses
- areas
- generating
- devices
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
- G01R33/36—Electrical details, e.g. matching or coupling of the coil to the receiver
- G01R33/3614—RF power amplifiers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/14—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electron or nuclear magnetic resonance
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Funktions
generator für eine Resonanzschaltung mit einem hohen
Q-Wert und insbesondere einen Funktionsgenerator für
NMR-Geräte. Nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erzeugt
dieser Funktionsgenerator eine Schwingung, die bei
Anlegen an eine Resonanzschaltung Schwingungen in die
ser Schaltung erzeugt, die eine dreieckige Einhüllende
mit einem linearen Anstieg und einem linearen Abfall
aufweisen. Der erfindungsgemäße Generator ist insbe
sondere, jedoch nicht exklusiv, für die Benutzung in
NMR (nuclear magnetic resonance)-Geräten gedacht. Das
entsprechende NMR-Gerät ist im Patentanspruch 2 gekenn
zeichnet, das entsprechende Verfahren zur Erzeugung von
Schwingungen in einer Resonanzschaltung im Patent
anspruch 7.
Wie in der GB 2 141 236A
beschrieben ist, verwendet ein vorteilhaftes Verfahren
einer kernmagnetischen Bohrlochmessung eine Zylinder
spule, die zwischen zwei Permanentmagneten angeordnet
ist und gepulst betrieben wird, um ein Hochfrequenzma
gnetfeld im Bereich der Spule zu erzeugen. Eine An
wendung der vorliegenden Erfindung besteht darin,
Schwingungen in einer Resonanzschaltung zu erzeugen,
von der die Zylinderspule einen Teil bildet. Bei die
ser Anwendung kann das benötigte Steuersignal eine
Größe von ungefähr 250 V aufweisen, es ist jedoch
erforderlich, daß ungefähr 500 µs nach jeder Zuführung
dieses Steuersignals die Zylinderspule dazu verwendet
wird, ein Signal von den Protonen des Wassers aufzuneh
men, welches sich in einem ein Bohrloch umgebenden Ma
terial befindet, wobei dieses Signal geringer als ein
Mikrovolt sein kann. Aus diesem Grund ist es notwendig,
die Steuerspannung in einem Zeitintervall von ungefähr
500 µs um mehr als 10-9 zu dämpfen. Diese Dämpfung wird
hauptsächlich mittels eines schaltbaren Dämpfungsgliedes
erzeugt, das in der gleichzeitig anhängigen GB 2174814 A
bzw. der Nr. 8511354 mit dem Titel "Resonant Circuit with
Switsched Attenuator" der Anmelderin der vorliegenden
Anmeldung (mit denselben Erfindern und demselben Anmel
detag wie die der vorliegenden Anmeldung entsprechende
GB 2 174 813 A bzw. die Nr. 8511382 beschrieben ist.
Jedoch ist die in diesem Dämpfungsglied erforderliche
Dämpfung durch die vorliegende Erfindung herabgesetzt.
Ähnliche Geräte wie das der eingangs erwähnten
Patentanmeldung können ebenso in anderen Arten von
Hohlräumen oder Öffnungen verwendet werden, beispiels
weise könnte eine Miniaturausführung für NMR im
menschlichen Körper oder im Tierkörper verwendet werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen neuen Funktionsgenerator zu schaffen, der die
obigen Erfordernisse erfüllt. Ferner liegt der vorlie
genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Erzeugung von Schwingungen anzugeben, die den
obigen Erfordernissen genügen, sowie ein entsprechendes
NMR-Gerät.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk
male der Ansprüche 1 und 2 bzw. 7 gelöst.
Danach ist der erfindungsgemäße Funktionsgenerator
einmal in einem NMR-Gerät vorgesehen, welches erste
und zweite Einrichtungen zur Erzeugung entgegengesetzter
Magnetfelder in einem Raum aufweist, welcher eine erste
zylinderförmige Wicklung aufweist, deren Achse mit
diesen Feldern ausgerichtet ist und die einen Kern aus
magnetischem Material enthält, ferner einen Blindwider
stand, der über diese erste Wicklung zur Ausbildung
einer Resonanzschaltung mit hohem Q-Wert gelegt ist,
eine Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen, die aus
Schwingungspaketen oder Bursts gebildet sind, und zum
Zuführen dieser Impulse zu der ersten Wicklung, wobei
jeder Impuls eine rechteckige Einhüllende und zwei
aneinanderstoßende Bereiche mit einer Phasenänderung
von 180° am Verbindungspunkt dieser beiden Bereiche
aufweist. Ferner weist das NMR-Gerät bzw. der erfindungs
gemäße Funktionsgenerator Vorrichtungen zur Einstel
lung der Amplitude eines der Bereiche von jedem Impuls
neben Vorrichtungen auf, die die Dauer dieses Bereiches
oder des anderen Bereiches von jedem Impuls einstel
len, und Vorrichtungen zum Ableiten von Signalen, die
repräsentativ für in der ersten Wicklung zwischen
diesen Bursts erzeugte Signale sind.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegen
den Erfindung wird der erfindungsgemäße Funktionsgene
rator für eine Resonanzschaltung mit einem hohen Q-Wert
verwendet, um in dieser Resonanzschaltung Schwingungen
zu erzeugen, welche eine Einhüllende aufweisen, die
bezüglich ihrer Größe linear bis auf ein Maximum an
steigt und daraufhin unmittelbar linear auf Null ab
fällt. Hierbei sind eine Einrichtung zur Erzeugung von
Impulsen vorgesehen, die aus Schwingungspaketen oder
Bursts bestehen, wobei jeder Impuls eine rechteckige
Einhüllende und zwei aneinanderstoßende Bereiche mit
einer Phasenänderung von 180° am Verbindungspunkt der
beiden Bereiche aufweist, und Vorrichtungen zur Einstel
lung der Amplitude eines der Bereiche jedes Impulses
neben weiteren Vorrichtungen zur Einstellung der Dauer
dieses Bereiches oder des anderen Bereiches jedes Im
pulses.
Die obigen erfindungsgemäßen Merkmale der speziellen
Ausgestaltung hinsichtlich der Phasenänderung sowie Größe
und Dauer der Impulse sind aus den folgenden, bekannte
Generatoren betreffenden Schriften nicht ableitbar. Die
GB 15 57 450 beschreibt ein durch HF-Impulse erregtes
Spektrometer, das Kompensationsimpulse zusätzlich zu
jedem Haupterregungsimpuls verwendet, um endliche An
stiegs- und Abfallzeiten der zur Resonanz der Probe zu
geführten HF-Energie zu kompensieren. Zwischen den Kom
pensationsimpulsen liegt eine Phasenänderung von 180° vor.
Im in der US 3 768 003 beschriebenen NMR-Spektrometer
wird das nach Ende des HF-Impulses in der Resonanzschal
tung induzierte Abklingsignal reduziert, indem die Phase
des HF-Signals unmittelbar vor diesem Ende umgekehrt wird.
Die Bursts sind vorzugsweise Bursts aus sinusför
migen Schwingungen.
Der erste Bereich jedes Impulses erzeugt, wenn
er der Resonanzschaltung mit hohem Q-Wert zugeführt
wird, Schwingungen in der Spule, die eine Einhüllende
aufweisen, welche im wesentlichen linear ansteigt. Wenn
der zweite Bereich mit seiner umgekehrten Phase folgt,
so klingen diese Schwingungen mit einer im wesentlichen
linear abfallenden Einhüllenden ab.
Bei Benutzung von Impulsen mit dieser Einhüllenden
in der Zylinderspule des NMR-Bohrlochmeßgeräts ergibt
sich ein Steuersignal, welches am Ende eines Impulses
relativ nahe bei Null liegt, so daß folglich die Ab
schwächung des Steuersignals erleichtert ist, bevor die
NMR-Signale aufgenommen werden.
Ein wichtiges vorteilhaftes Merkmal der vorlie
genden Erfindung liegt darin, daß das lineare Abklingen
oder der lineare Abfall der Einhüllendenfunktion so
einstellbar ist, daß sie im wesentlichen linear auf Null
fortgeführt wird. Diese Einstellung wird erreicht, indem
die Funktion untersucht wird, und die Vorrichtungen zur
Einstellung der Amplitude und Dauer dazu benutzt werden,
das lineare Abklingen auf Null sicherzustellen. Dieses
Verfahren wird einfacher, wenn die Amplitude und Dauer
des zweiten Bereiches jedes Impulses einstellbar sind.
Bei Benutzung einer Form der Erfindung ist es möglich,
die Amplitude am Ende jedes Impulses in der Resonanz
schaltung auf weniger als 1% der Maximalamplitude zu
reduzieren, und in einem angegebenen Ausführungsbeispiel
wird die Spannung auf weniger als 1 V reduziert. Durch
diese effiziente Beseitigung der Resonanzschaltung-
Schwingungen ist es möglich, relativ kleine Signale von
einer Probe aufzunehmen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der
Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines NMR-Geräts,
welches den erfindungsgemäßen Funktionsgenerator
verwendet.
Fig. 2 Impulse, die von einem erfindungsge
mäßen Funktionsgenerator erzeugt werden,
Fig. 3 Impulse einer Resonanzschaltung mit
hohem Q-Wert, welche aus den in Fig. 2 gezeigten
Impulsen resultieren,
Fig. 4 eine detailliertere Abbildung von
einem dieser in Fig. 2 gezeigten Impulse,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines erfindungs
gemäßen Funktionsgenerators,
Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm des in Fig. 1
gezeigten schaltbaren Dämpfungsgliedes und
Fig. 7 den Funktionsverlauf oder die Kurven
form eines Umschaltimpulses, der in der Schaltung
aus Fig. 6 verwendet wird.
Zunächst wird ein NMR-Gerät, welches die vorlie
gende Erfindung verwendet, beschrieben. In der Fig. 1
sind ein Kondensator 11, eine Wicklung 12 in Form einer
Zylinderspule, zwei Permanentmagnete 13 und 14 und ein
Kern 15 (für die Wicklung 12) aus einem Material hoher
ferrimagnetischer Permeabilität so angeordnet, daß sie
in der zuvor im Zusammenhang mit der britischen Patent
anmeldung Nr. 2141236A beschriebenen Funktionsweise
arbeiten. Jedoch kann dieses Gerät, welches gegebenen
falls bezüglich seiner Größe modifiziert wird, auch
für andere NMR-Anwendungen verwendet werden. Die Ma
gnete, die Wicklung 12 und ihr Kern sowie die meisten
oder sämtliche der in Fig. 1 gezeigten elektronischen
Bauteile werden in einem (nicht dargestellten) zylindri
schen Gehäuse untergebracht, welches im Betrieb bei
spielsweise in eine Bohrung oder ein Bohrloch abge
senkt wird oder in einen Körperhohlraum eingeführt wird.
Ein Schrittaktgenerator 16 liefert eine Folge von
Impulsen über eine Vielfachleitung oder einen Bus 17,
um einen Funktionsgenerator 18 zu veranlassen, eine
Serie von Impulsen der in Fig. 2 gezeigten Form als
Eingangssignale für einen symmetrischen oder Gegentakt-
Steuerverstärker 19 zu liefern, der eine über die Wick
lung 12 gewickelte Wicklung 21 versorgt. Die Wicklung 21
induziert in der Wicklung 12 Funktionsimpulse, die in
einer Flüssigkeit (wie Wasser oder Öl) in einer ein
Bohrloch umgebenden geologischen Formation oder in
einen Hohlraum umgebenden Körpergewebe NMR erregen.
Der Funktionsgenerator wird weiter unten näher erläu
tert. Die von der Resonanzschaltung, die aus der Wick
lung 12 und dem Kondensator 11 besteht, erzeugte Funk
tionsform ist in Fig. 3 dargestellt, wobei am Ende
jedes Schwingungspakets oder Bursts, der einen Impuls
bildet, jedwede Restspannung von einem schaltbaren
Dämpfungsglied 22 gedämpft wird, welches mit einer Wick
lung 26 verbunden ist, die über die Wicklung 12 ge
wickelt ist. In den Intervallen zwischen den Schwin
gungsbursts, wenn die Erregerspannung abgeklungen und
ausreichend gedämpft worden ist, werden NMR-Signale
von der Wicklung 12 aufgenommen und über einen Konden
sator 23 einem rauscharmen Verstärker 24 zugeführt.
Nichtdargestellte Begrenzungsdioden sind mit dem Ein
gang des Verstärkers verbunden, um die Steuerspannung
während der Schwingungsbursts aus Fig. 3 zu reduzieren.
Ferner können ein oder mehrere FET-Kurzschlußschalter
(nicht dargestellt) ebenfalls im Verstärker enthalten
sein, die von dem Schrittaktgenerator 16 so angesteuert
werden, daß sie beim Vorhandensein der Steuerspannung
geschlossen werden.
Die Impulse (welche durch die Schwingungsbursts
gebildet sind) aus Fig. 3 weisen die allgemeine Form
vom Carr-Purcell-Folgen auf, welche für die Anwendung
in kernmagnetischer Resonanz (NMR) allgemein bekannt
ist. Jedoch unterscheiden sich diese gezeigten Impulse
von der normalen Carr-Purcell-Folge insofern, daß in
der Mitte eines jeden Impulses eine 180°-Phasenänderung
auftritt. Wie üblich beginnt die Folge mit einem Impuls
halber Amplitude, der mit π/2 gekennzeichnet ist und
auf den Impulse voller Amplitude mit alternierender
Phase folgen, welche mit einem Impuls von zu dem π/2
Impuls entgegengesetzter Phase beginnen. Bezüglich der
Phasenänderung zu Beginn jedes Impulses sind die fol
genden Impulse unter der Bezeichnung -π und π Impulse,
die alterniert, bekannt. Die π und -π Impulse sind in
diesem Ausführungsbeispiel durch Intervalle von ange
nähert 4 ms (vom Impulsbeginn zum nächsten Impuls
beginn gemessen) getrennt, während das Anfangsintervall
zwischen dem π/2-Impuls und dem ersten -π Impuls an
genähert 2 ms von Impulsbeginn zu Impulsbeginn beträgt.
Jeder der Impulse (π/2, -π und π) weist eine Dauer
von angenähert 500 µs auf.
Wird die erste Hälfte von einem der in Fig. 2
gezeigten Impulse einer Resonanzschaltung mit einem
hohen Q-Wert zugeführt, die so beschaffen ist wie ein
zuvor erwähntes NMR-Bohrlochmeßinstrument, in dem die
Resonanzschaltung eine zwischen zwei Permanentmagneten
angeordnete Zylinderspule aufweist, so resultiert ein
lineares Anwachsen der Amplituden von den Schwingungen
in der Zylinderspule, vorausgesetzt, die Frequenz der
sinusförmigen Funktion ist gleich oder liegt nahe
der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung. Auf
dieses lineare Anwachsen der Amplitude folgt ein linea
res Abklingen, welches bei auftretender Phasenänderung
von 180° einsetzt. Derartige Impulse der Resonanz
schaltung sind in Fig. 3 gezeigt.
Das Maximum der Einhüllenden der π oder -π Impulse
weist eine Amplitude im Spannungsverlauf in der Größen
ordnung von 250 V auf, und es ist erforderlich, daß
die Einhüllende linear auf 0 V abfällt. Dies wird er
reicht, indem jeder π oder -π Impuls in der in Fig. 4
gezeigten Form erzeugt wird, wobei der erste Bereich
eine konstante Dauer und eine konstante Amplitude auf
weist, der zweite Bereich jedoch eine einstellbare
Amplitude und Dauer aufweist. Beim Einstellen des Geräts
wird die Kurvenform der Funktion über der Resonanz
schaltung beobachtet, indem beispielsweise ein Oszillo
skop benutzt wird, und die zweite Hälfte des Impulses
wird so eingestellt, daß sie den erforderlichen linearen
Abfall auf Null liefert. Auf diese Weise kann ein Be
reich 25 über die Lage hinaus, in der das Signal bei
einem Überkreuzungspunkt oder Schnittpunkt beendet
würde, vorgerückt (wie dargestellt) oder zurückgehalten
werden, so daß die zweite Hälfte jedes Impulses mit
Hilfe der Amplitudeneinstellung erzeugt werden kann,
um jede erste Hälfte so exakt wie möglich "auszulöschen",
so daß die sinusförmige Funktion in jedem Impuls so nahe
wie möglich bei Null endet. Die erste Hälfte jedes Im
pulses aus Fig. 4 besteht wie die zweite Hälfte aus
5 bis 10 Sinusschwingungen.
Die in den Fig. 2 und 4 gezeigte Kurvenform er
scheint an einem Ausgangsanschluß 110 in Fig. 5 und
wird durch Umschalten einer sinusförmigen Funktion
erzeugt, welche alternierend einem Eingangsanschluß 111
ohne Invertierung und einem invertierenden Verstärker
119 zugeführt wird. Für NMR-Anwendungen weist die dem
Anschluß 111 zugeführte Funktion die Larmor-Frequenz
auf, die von dem erzeugten Magnetfeld und dem diesem
Feld ausgesetzten Material abhängt. Als Beispiel wird
die Larmor-Frequenz von 41,5 kHz angenommen. Um die
erste Hälfte von π Bursts und die zweite Hälfte von -π
Bursts zu erzeugen, wird der Eingangsanschluß 111
jeweils über Kontakte 112 und 113 in Dual-Analog
schaltern 114 und 115 und über Widerstände 120 und 130
dem Eingang eines Summierverstärkers 118 zugeführt.
Ein variabler Widerstand 126 ist zwischen den Wider
stand 130 und den Verstärker 118 geschaltet. Die zweite
Hälfte jedes π Bursts und die erste Hälfte jedes -π
Bursts wird entsprechend erhalten, indem der Ausgang
des invertierenden Verstärkers 119, der mit dem Ein
gangsanschluß 111 verbunden ist, über Kontakte 121 und
122 und Widerstände 123 und 124 mit dem Summierver
stärker 118 verbunden wird. Ein variabler Widerstand
125 ist zwischen den Widerstand 123 und den Summier
verstärker 118 geschaltet.
Ähnliche Verbindungen sind zur Erzeugung des π/2
Bursts vorgesehen, wobei ein Dual-Analogschalter 127
mit Kontakten 128 und 129, Widerstände 131 und 132 und
ein variabler Widerstand 133 benutzt werden. Jedoch ist
in diesem Fall ein Verstärker 134 mit variabler Ver
stärkung mit einem festen und einem variablen Widerstand
135 und 136 und einem Ausgangswiderstand 137 vor den
Eingang des Summierverstärkers 118 geschaltet.
Im Betrieb wird ein Tastimpuls 139 zunächst
einem Anschluß 140 zugeführt, wobei dieser Tastimpuls
die erste Hälfte des π/2 Impulses erzeugt, indem er
den Kontakt 128 schließt und das 41,5-kHz-Signal im
Verstärker 118 und damit am Ausgangsanschluß 110 ein
blendet. Die zweite Hälfte wird gewonnen, indem ein
Tastimpuls 141, der sich fortlaufend an das Ende des
Impulses 139 anschließt, gestartet wird, um einen ähn
lichen, jedoch invertierten Impuls des 41,5-kHz-Signals
im Verstärker 118 mittels des Kontakts 129 einzublen
den. Auf diese Weise wird die erforderliche Phasenände
rung in der Mitte des π/2 Impulses erzielt. Der variab
le Widerstand 136 wird benutzt, um die Amplitude der
π/2 Impulse einzustellen, und der variable Widerstand
133 wird entsprechend benutzt, um die Amplitude der
zweiten Hälfte dieser Impulse einzustellen. Sowohl der
Impuls 139 als auch der Impuls 141 weisen eine Dauer von
angenähert 250 µs auf.
Nach einem Zeitintervall von angenähert 1,5 ms
wird ein Tastimpuls 142 einem Anschluß 144 zugeführt,
auf den unmittelbar ein Tastimpuls 143 folgt, der einem
Anschluß 145 zugeführt wird. Invertierte und nicht
invertierte Zyklen von 41,5 kHz-Signalen erreichen den
Ausgangsanschluß 110 jeweils über die Kontakte 122 und
113, um -π Impulse zu erzeugen. Der variable Wider
stand 126 ermöglicht, daß die Amplitude der nicht in
vertierten Zyklen so eingestellt wird, wie dies in
Fig. 3 angezeigt ist. Die Impulse 142 und 143 weisen
wie spätere Impulse 146 und 147 ebenfalls eine Dauer
von angenähert 250 µs auf.
Nach einem Zeitintervall von angenähert 3,5 ms
treten Tastimpulse 146 und 147 aufeinanderfolgend an
den Schaltkontakten 112 und 121 auf und erzeugen die
π Impulse, wobei die Amplitude des invertierten Bereichs
mittels des variablen Widerstands 125 einstellbar
ist.
Impulspaare 142, 143 und 146, 147 werden nun al
ternierend mit ungefähr 4 ms Intervallen erzeugt, bis
das Ende der Erregungsimpulsfolge erreicht ist. Darauf
hin wird die π/2, -π und π Folge nach einem vorbestimm
ten Zeitintervall wiederholt.
Die Tastimpulse 139, 142 und 146 werden im Schritt
taktgenerator 16 durch Teilung von einem gesteuerten
Hauptquarzoszillator (nicht dargestellt) abgeleitet,
und die Impulse von diesem Oszillator triggern ebenfalls
entsprechende nichtdargestellte monostabile Schaltungen,
welche die Impulse 140, 143 und 147 liefern. Diese mono
stabilen Schaltungen sind so einstellbar, daß sie die
Einstellung 25 der Dauer der zweiten Hälfte der π, -π
und π/2 Impulse liefern. Die Tastimpulse erreichen den
Funktionsgenerator 18 über den Bus 17.
Der Anschluß 110 am Ausgang der Schaltung aus
Fig. 5 ist über den Steuerverstärker 19 mit der Wick
lung 21 verbunden, die einen niedrigen Q-Wert aufweist.
Die Wicklung 12 weist eine Sekundärwicklung mit hohem
Q-Wert auf und bildet mit dem Kondensator 11 die Reso
nanzschaltung (in diesem Beispiel mit einer Resonanz
frequenz bei 41,5 kHz), in der die in Fig. 3 gezeigte
Funktion auftritt.
Das schaltbare oder geschaltete Dämpfungsglied 22
wird nun an Hand der Fig. 6 erläutert. Klingen die
Schwingungen aus Fig. 3 in der Resonanzschaltung (aus
Kondensator 11 und Wicklung 12) ab, so werden sie wei
terhin sehr schnell mittels des schaltbaren Dämpfungs
gliedes 22, das mit der Wicklung 26 verbunden ist,
heruntergedämpft. Das Dämpfungsglied 22 weist zwei
MOSFETs 214 und 215 auf, die Verarmungsfeldeffekttran
sistoren (n oder p Kanal) sind, wobei von jedem die
ser Transistoren die Source-Elektrode mit einem Mit
telabgriff 216 der Wicklung 26 über einen Widerstand
229 mit einem typischen Wert von 10 kOhm verbunden
ist. Widerstände 217 und 218 sind jeweils zwischen
gegenüberliegende Enden der Wicklung 26 und die Drain-
Anschlüsse der FETs 214 und 215 geschaltet. Gemeinsam
weisen die Widerstände 217 und 218 einen Widerstand
auf, der addiert zu den Widerständen der FETs (oft
jeweils um 1 Ohm) und bezogen auf die Wicklung 12
gleich der halben Reaktanz des Induktors entspricht,
welcher durch die Wicklungen 12, 21 und 26 und den
Kern 15, ebenso bezogen auf die Wicklung 12, gebildet
ist. Es ist allgemein bekannt, daß die Verbindung
eines Widerstandes dieses Wertes über den Induktor
einer Resonanzschaltung ein Abklingen der Schwingungen
in der Schaltung bewirkt, welches mit maximal möglicher
Rate auftritt. Bei vielen Anwendungen können die
MOSFETs 214 und 215 beispielsweise IRF 830 (International
Rectifier Type) 830 oder ähnliche Typen sein, die im
leitenden Zustand einen Widerstand von ungefähr 1 Ohm
aufweisen, und die Widerstände 217 und 218 können dann
1,5 Ohm Widerstände sein, wobei angenommen wird, daß
die Reaktanz des oben erwähnten Induktors, bezogen auf
die Wicklung 26, 5 Ohm beträgt.
Bei Abwesenheit eines Steuersignals werden die
FETs 214 und 215 durch eine Vorspannung oder Biasspan
nung in ihren nicht leitenden Zustand vorgespannt,
wobei die Biasspannung von einem Widerstand 220 und
variablen Widerständen 221 und 222 abgeleitet wird,
die über eine positive Spannungsversorgung verbunden
sind. Ein Kondensator 219 entkoppelt die Widerstände
220 und 221. Die Spannung von diesen Widerständen wird
über einen Operationsverstärker 223, einen bipolaren
Transistor 224 mit Emitterwiderstand 225 und zwei
gleiche Widerstände 226 und 227 mit typischen Werten
von 100 Ohm in Serie mit den jeweiligen Gate-Elektro
den der entsprechenden FETs verbunden. Fein- und Grob
einstellung der Biasspannung wird durch die jeweilige
Einstellung der Widerstände 221 und 222 erzielt, und
ein variabler Widerstand 228 mit einem typischen Wert
von 10 kOhm liegt zwischen dem Gate des FET 215 und
Erde, um die Gate-Elektroden über den Bereich der FET-
Kennlinien, in dem ein Übergang zwischen niedrigem
und hohem Widerstand stattfindet, gegenüber Erde ab
zugleichen bzw. zu symmetrisieren.
Ist es erforderlich, die Schwingungen in der Re
sonanzschaltung zu dämpfen, so wird ein positiver Im
puls vom Schrittaktgenerator 16 dem Transistor 224
zugeführt, wobei dieser Impuls beide FETs einschaltet.
Die FETs sind daraufhin leitend und übertragen beide
einen sehr schnell abklingenden Wechselstrom, ange
steuert durch die Spannung über der Wicklung 26.
Werden die FETs am Ende dieses Impulses in den nicht
leitenden Zustand geschaltet, so sind sämtliche mög
lichen transienten Spannungen, die über den FETs 214
und 215 auftreten, an der Primärwicklung 26 entgegen
gesetzt zueinander und werden folglich annuliert.
Eine sorgfältige Einstellung der Gate-Elektrodenvor
spannung und des Erdabgleichs sind erforderlich, um
sicherzustellen, daß vernachlässigbare ungewollte
Kopplungssignale in der Resonanzschaltung innerhalb
einer vorgegebenen Bandbreite erzeugt werden, die
beispielsweise der zuvor erwähnten entspricht.
Der für die FETs erforderliche Schaltimpuls be
trägt einige Volt und muß auf beträchtlich weniger als
1 Mikrovolt reduziert werden, um eine Streuung in die
Resonanzschaltung zu verhindern. Würde ein Rechteck
impuls verwendet, so träten beträchtliche Spannungs
komponenten beispielsweise in der zuvor erwähnten Band
breite auf, und diese Komponenten könnten nicht voll
ständig durch den Abgleich bzw. die Symmetrisierung
beseitigt werden. Aus diesem Grund weist der Schalt
impuls die in Fig. 7 gezeigte Kurvenform auf, die
eine steil und abrupt ansteigende Vorderkante 40 und
eine angenähert exponentiell abfallende Rückflanke 41
aufweist, die angenähert eine im wesentlichen konstante
Änderungsrate aufweist, welche innerhalb einer erfor
derlichen Bandbreite kein Auftreten signifikanter Kom
ponenten bewirkt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird
ein negativer Rechteckimpuls einer Dauer von ungefähr
500 µs dem nichtinvertierenden Eingang eines Opera
tionsverstärkers 230 zugeführt, dessen Ausgang mit
einer Impulsformerschaltung verbunden ist, die einen
500 Ohm-Widerstand 231, einen 10 kOhm-Widerstand 232,
einen 6800 pF-Kondensator 233 und eine Diode 234 auf
weist. Die Anstiegszeit des resultierenden Impulses
wird durch den Widerstand 231 und die Diode 234 be
stimmt, und der exponentielle Abfall wird durch den
Widerstand 232 und den Kondensator 233 eingestellt.
Die Werte dieser Komponenten sind empirisch ausge
wählt, sie sind jedoch in keiner Weise kritisch. Das
Ausgangssignal der Impulsformerschaltung wird über
einen weiteren Operationsverstärker 236, der als Buffer
geschaltet ist, und über einen variablen Widerstand
237 übertragen, der die jeweils erforderliche Einstel
lung der Amplitude der Impulse ermöglicht.
Die kapazitive Kopplung zwischen den Wicklungen
21 und 26 und der Wicklung 12 des Induktors bewirkt
eine additive Komponente, die von Schaltstößen her
rührt, und muß aus diesem Grunde so weit wie möglich
eliminiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Wicklungen 21 und 26 jeweils innerhalb eines
dünnen Koaxialkabels gewickelt, dessen Äußeres an
einem Punkt geerdet ist. Darüber hinaus sind diese Wick
lungen über die gesamte Länge der Wicklung 12 gewickelt,
um die Magnetfeldstreuung zu reduzieren.
Der erfindungsgemäße Funktionsgenerator kann zur
Erzeugung von Schwingungsbursts in zahlreichen Reso
nanzschaltungen verwendet werden, wobei über die Anwen
dung in der Resonanzschaltung des weiter oben be
schriebenen NMR-Geräts hinaus ein breites und viel
fältiges Anwendungsspektrum möglich ist.
Claims (7)
1. Funktionsgenerator für eine Resonanzschaltung mit
hohem Q-Wert zur Erzeugung von Schwingungen in der
Resonanzschaltung, welche eine Einhüllende aufweisen,
die bezüglich ihrer Größe bis auf ein Maximum linear
ansteigt und daraufhin unmittelbar linear auf Null
abklingt, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von
Impulsen, die aus Schwingungspaketen gebildet sind
und jeweils eine rechteckige Einhüllende aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Impuls zwei aneinanderstoßende Bereiche mit
einer Phasenänderung von 180° im Verbindungspunkt
der beiden Bereiche aufweist und daß Vorrichtungen
(125, 126, 133, 136) zur Einstellung der Amplitude
eines der Bereiche jedes Impulses neben weiteren Vor
richtungen (16) vorgesehen sind, die die Dauer
dieses Bereiches oder des anderen Bereiches von jedem
Impuls einstellen.
2. NMR-Gerät, welches eine erste und eine zweite
Einrichtung zur Erzeugung entgegengesetzter Magnet
felder in einem Raum aufweist, der eine zylinder
förmige erste Wicklung enthält, deren Achse mit
diesen Feldern ausgerichtet ist und die einen
Kern aus magnetischem Material enthält, einen
Blindwiderstand, der über die erste Wicklung gelegt
ist, um eine Resonanzschaltung mit hohem Q-Wert
zu bilden, eine Einrichtung zur Erzeugung von
Impulsen, die aus Schwingungspaketen gebildet
sind, und zur Zuführung dieser Impulse zu dieser ersten
Wicklung, wobei jeder Impuls eine rechteckige Einhül
lende aufweist, und Einrichtungen zur Ableitung von
Signalen, die repräsentativ für Signale sind, welche
zwischen diesen Schwingungspaketen in der ersten Wick
lung induziert werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Impuls zwei aneinanderstoßende Bereiche mit
einer Phasenänderung von 180° am Verbindungspunkt
dieser beiden Bereiche aufweist und daß Vorrichtungen
(125, 126, 133, 136) zur Einstellung der Amplitude
eines der Bereiche jedes Impulses neben weiteren Vor
richtungen (16) vorgesehen sind, die die Dauer dieses
Bereiches oder des anderen Bereiches von jedem Impuls
einstellen.
3. Generator oder Gerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (18) zur Erzeugung der Impulse
Pakete sinusförmiger Schwingungen erzeugt.
4. Generator oder Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (18) zur Erzeugung der Impulse
Schwingungspakete erzeugt, in denen die Anfangsphase
von jedem aufeinanderfolgenden Schwingungspaket in einer
Folge von derartigen Paketen bezüglich zur Anfangsphase
des vorhergehenden Pakets um 180° geändert ist.
5. Generator oder Gerät nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (18) zur Erzeugung der Impulse in
jeder Folge einen ersten Impuls erzeugt, der die halbe
Maximalamplitude der darauffolgenden Impulse aufweist.
6. Generator oder Gerät nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (18) zur Erzeugung der Impulse enthält:
Zufuhreinrichtungen (111) zum Zuführen eines Schwingungssignals,
eine Invertierereinrichtung (119), die mit den Zu fuhreinrichtungen verbunden ist,
eine erste und eine zweite Gruppe von Schaltvor richtungen (114, 115), die mit den Zufuhreinrichtungen und der Invertierereinrichtung verbunden sind, eine Kombinationseinrichtung (118), die die Aus gangssignale dieser Gruppen von Schaltvorrichtungen kombiniert und
eine Vorrichtung (16, 17), die den Schalteinrich tungen solche Schaltimpulse zuführt, daß die Folge von Impulsen mit den erforderlichen relativen Impulsphasen am Ausgang (110) der Kombinationseinrichtung erscheint.
Zufuhreinrichtungen (111) zum Zuführen eines Schwingungssignals,
eine Invertierereinrichtung (119), die mit den Zu fuhreinrichtungen verbunden ist,
eine erste und eine zweite Gruppe von Schaltvor richtungen (114, 115), die mit den Zufuhreinrichtungen und der Invertierereinrichtung verbunden sind, eine Kombinationseinrichtung (118), die die Aus gangssignale dieser Gruppen von Schaltvorrichtungen kombiniert und
eine Vorrichtung (16, 17), die den Schalteinrich tungen solche Schaltimpulse zuführt, daß die Folge von Impulsen mit den erforderlichen relativen Impulsphasen am Ausgang (110) der Kombinationseinrichtung erscheint.
7. Verfahren zur Erzeugung von Schwingungen in
einer Resonanzschaltung, wobei die Schwingungen eine
Einhüllende aufweisen, die in ihrer Größe bis zu
einem Maximum linear ansteigt und daraufhin unmittel
bar linear auf Null abklingt, wobei in dem Verfahren
Impulse erzeugt werden, die aus Schwingungspaketen
bestehen und die jeweils eine rechtwinklige Einhüllen
de aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Impuls mit zwei aneinandergrenzenden Berei
chen mit einer Phasenänderung von 180° am Verbindungs
punkt der beiden Bereiche erzeugt wird und daß sowohl
die Amplitude eines der Bereiche jedes Impulses als
auch die Dauer dieses Bereiches oder des anderen Be
reiches jedes Impulses so eingestellt werden, daß sich
der erforderliche lineare Abfall auf Null ergibt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB858511354A GB8511354D0 (en) | 1985-05-03 | 1985-05-03 | Resonant circuit with switched attenuator |
GB858511382A GB8511382D0 (en) | 1985-05-03 | 1985-05-03 | Waveform generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3614155A1 DE3614155A1 (de) | 1986-11-06 |
DE3614155C2 true DE3614155C2 (de) | 1994-09-01 |
Family
ID=26289216
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863614154 Withdrawn DE3614154A1 (de) | 1985-05-03 | 1986-04-26 | Nmr-geraet mit einem schaltbaren daempfungsglied |
DE3614155A Expired - Fee Related DE3614155C2 (de) | 1985-05-03 | 1986-04-26 | Funktionsgenerator für NMR-Geräte |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863614154 Withdrawn DE3614154A1 (de) | 1985-05-03 | 1986-04-26 | Nmr-geraet mit einem schaltbaren daempfungsglied |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US4706030A (de) |
DE (2) | DE3614154A1 (de) |
FR (2) | FR2587564A1 (de) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5055787A (en) * | 1986-08-27 | 1991-10-08 | Schlumberger Technology Corporation | Borehole measurement of NMR characteristics of earth formations |
US4961054A (en) * | 1989-07-06 | 1990-10-02 | General Electric Company | Gradient current speed-up circuit for high-speed NMR imaging system |
US5017871A (en) * | 1989-09-14 | 1991-05-21 | General Electric Company | Gradient current speed-up circuit for high-speed NMR imaging system |
NL8902991A (nl) * | 1989-12-05 | 1991-07-01 | Philips Nv | Mri inrichting met optimale instelling van de detektieketen en vergroot dynamisch bereik. |
JPH0772907B2 (ja) * | 1989-12-21 | 1995-08-02 | 三菱電機株式会社 | マイクロコンピュータ及びこれを用いた非接触icカード |
US5461265A (en) * | 1992-05-25 | 1995-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High-frequency variable impedance circuit having improved linearity of operating characteristics |
US6393449B1 (en) | 1999-05-11 | 2002-05-21 | The Ohio State University Research Foundation | Arbitrary function generator |
US6603309B2 (en) * | 2001-05-21 | 2003-08-05 | Baker Hughes Incorporated | Active signal conditioning circuitry for well logging and monitoring while drilling nuclear magnetic resonance spectrometers |
US11171684B1 (en) * | 2020-06-05 | 2021-11-09 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Control of tranmsitting and receving antenna properties to reduce electromagnetic coupling |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2527474A (en) * | 1943-10-14 | 1950-10-24 | Luis W Alvarez | Radio beacon and discriminating circuit therefor |
US3617867A (en) * | 1953-07-17 | 1971-11-02 | Texaco Inc | Method and apparatus for well logging utilizing resonance |
US3597681A (en) * | 1957-01-30 | 1971-08-03 | Chevron Res | Nuclear magnetic well logging |
US3239763A (en) * | 1963-06-05 | 1966-03-08 | Ibm | Signal converter |
US3360732A (en) * | 1965-02-26 | 1967-12-26 | Ibm | Gated circuit for producing oscillatory waveform across capacitor having twice the preselected gating frequency |
US3670185A (en) * | 1970-04-15 | 1972-06-13 | Schlumberger Technology Corp | Industrial technique |
JPS5034381B1 (de) * | 1971-06-30 | 1975-11-07 | ||
US3768003A (en) * | 1971-09-27 | 1973-10-23 | Varian Associates | Pulsed resonance spectrometer system employing improved radio frequency pulse turn-off method and apparatus |
US3889263A (en) * | 1973-11-15 | 1975-06-10 | Megapulse Inc | Radio-frequency pulse generation system and method |
US4065714A (en) * | 1976-06-21 | 1977-12-27 | Varian Associates, Inc. | Pulsed RF excited spectrometer having improved pulse width control |
GB2056082B (en) * | 1979-08-10 | 1983-07-06 | Emi Ltd | Nuclear magnetic logging |
US4350955A (en) * | 1980-10-10 | 1982-09-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Magnetic resonance apparatus |
US4565968A (en) * | 1983-02-16 | 1986-01-21 | Albert Macovski | Blood vessel projection imaging system using nuclear magnetic resonance |
GB8315866D0 (en) * | 1983-06-09 | 1983-07-13 | Nat Res Dev | Nuclear magnetic logging |
GB2141236B (en) * | 1983-06-09 | 1986-12-10 | Nat Res Dev | Nuclear magnetic logging |
GB2174814B (en) * | 1985-05-03 | 1988-10-12 | Nat Res Dev | Nuclear magnetic resonance apparatus with switched attenuator |
GB2174813B (en) * | 1985-05-03 | 1989-04-26 | Nat Res Dev | Waveform generator for nuclear magnetic resonance apparatus |
US4654591A (en) * | 1985-07-29 | 1987-03-31 | Wisconsin Alumni Research Foundation | NMR flow imaging using bi-phasic excitation field gradients |
-
1986
- 1986-04-26 DE DE19863614154 patent/DE3614154A1/de not_active Withdrawn
- 1986-04-26 DE DE3614155A patent/DE3614155C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-04-30 US US06/857,309 patent/US4706030A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-04-30 US US06/857,310 patent/US4701711A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-02 FR FR8606400A patent/FR2587564A1/fr active Granted
- 1986-05-02 FR FR8606401A patent/FR2581490B1/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2581490A1 (fr) | 1986-11-07 |
FR2587564A1 (fr) | 1987-03-20 |
DE3614155A1 (de) | 1986-11-06 |
US4701711A (en) | 1987-10-20 |
DE3614154A1 (de) | 1986-11-06 |
FR2587564B1 (de) | 1995-03-10 |
US4706030A (en) | 1987-11-10 |
FR2581490B1 (fr) | 1994-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2261712B2 (de) | Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen | |
DE1928454C3 (de) | Hochfrequenz-Resonanzspektrometer | |
DE2656111B2 (de) | Wirbelstrompriifgerät | |
DE1673188C3 (de) | ENDOR-Spektrometer | |
DE3614155C2 (de) | Funktionsgenerator für NMR-Geräte | |
DE2125341B2 (de) | Resonator mit veränderlicher Resonanzfrequenz | |
DE1762629B2 (de) | Hochspannungs generatorschaltung fuer einen fernsehempfaenger | |
DE3025788C2 (de) | Ultraschall-Meßgerät | |
DE2504003A1 (de) | Verfahren zum anregen und detektieren der paramagnetischen elektronenresonanz und dazu geeignetes mikrowellenspektrometer | |
DE2362312C3 (de) | Gepulstes Wirbelstrom-Prüfgerät | |
DE10233569A1 (de) | Mikrowellen-Pulsgenerator | |
DE4429314B4 (de) | Induktiver Näherungsschalter | |
DE1065461B (de) | Elektrischer Impuls - Verzögerungskreis | |
DE2806445A1 (de) | Spektrometer fuer die magnetische kernresonanz | |
DE2446270A1 (de) | Pegelanzeigeeinrichtung | |
DE3136028C2 (de) | Schaltungsanordnung für einen magnetostriktiven Ultraschallschwinger | |
EP0118396B1 (de) | Messverfahren für ein elektrisches Signal, serie-parallel-gegengekoppelter Messkreis sowie Verwendung des Verfahrens oder des Messkreises zur Messung von Spannungsquellen mit höchstohmigen Innenimpedanzen | |
DE1152188B (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Betrages schwacher Magnetfelder, insbesondere des Erdfeldes, durch Kerninduktion | |
DE3716428A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von stromimpulsen | |
DE1122157B (de) | Gyromagnetische Magnetometerschaltung | |
DE3345497A1 (de) | Mischstufe | |
DE1499977C3 (de) | Vorrichtung zum Lesen von auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger gespeicherten Signalen | |
DE19601824C2 (de) | Schaltungsanordnung zum Aussenden von Signalen auf eine Leitung | |
DE4038759C1 (en) | Variable current supply for tuning coil of YIG filter - is regulated in dependence on measured induction voltage so that latter follows differential of control signal | |
DE1043393B (de) | Elektronische Torschaltung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BRITISH TECHNOLOGY GROUP LTD., LONDON, GB |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |