Биомагнитные измерения - Кнеппо П.
ISBN 5-283-00557-7
Скачать (прямая ссылка):
чередующихся слоев ферромагнитного материала и материала с большой
удельной электрической проводимостью.
Для магнитного экранирования небольших участков пространства (соизмеримых
с размерами отдельных частей тела) возможно применение сверхпроводящих
оболочек, однако реализация этого метода затруднена из-за необходимости
поддержания достаточно низких температур в области экрана.
Система активного экранирования обычно состоит из нескольких
магнитометров, измеряющих поле помехи в области измерения, совокупности
катушек, создающих компенсирующее поле, и специальной схемы
регулирования, управляющей катушками по принципу обратной связи. Достичь
значительной компенсации магнитных помех особенно трудно при сложной
пространственной форме поля помехи. Обычно активное экранирование
используют не самостоятельно, а в сочетании с пассивным для улучшения
характеристик экранирования на низких частотах.
В разных научных лабораториях построены экранированные камеры разных форм
(цилиндрические, сферические, кубические н др.). Размеры камеры выбирают
таким образом, чтобы в ней можно было разместить по крайней мере
испытуемого, нужные приборы и экспериментатора.
При строительстве экранированных камер возникает целый ряд сложных
проблем: обеспечение хорошего электрического и магнитного контакта между
отдельными конструктивными элементами ферромагнитной и. высоколроводящей
оболочек, уменьшение влияния неоднородности материала и нарушений
непрерывности оболочки (из-за наличия входной двери камеры и отверстий
для соединительных устройств), сведение к минимуму механических колебаний
и деформаций и т.д. В связи с этим стоимость изготовления экранированных
камер для биомагнитных измерений очень высока. В настоящее время
достаточно совершенными экранированными камерами располагают лишь около
десяти научных учреждений мира.
16
Современные устройства экранирования обеспечивают подавление магнитной
помехи от сети электропитания на 40-80 дБ. Наилучшие образцы
экранированных камер снижают уровень магнитных помех на низких частотах
по сравнению с пространством вне камеры в 104 - 106 раз, причем на
частотах выше 5 Гц уровень помехи не превышает 0,003 пТл/Гц1/2.
Более подробные сведения о методах защиты от магнитных помех и
конструкциях конкретных экранированных камер приведены в [9].
Эффективным средством компенсации мешающего магнитного поля в
измерительных приборах являются специальные системы катушек типа
градиометров. Они обеспечивают исключение магнитного поля удаленных
источников из измеряемого сигнала, если это поле обладает определенными
свойствами пространственной равномерности. Этот вопрос будет обсужден
ниже при рассмотрении конструкции сквид-магнитометров.
Целесообразность применения различных способов борьбы с магнитным полем
помехи (удаление от источников помехи, экранирование, применение
градиометрических приборов) должна быть определена конкретными задачами и
условиями биомагнитного исследования.
1.2. Сквид-магнитометры
Основные ^ипы магнитометров. Поскольку биомагнитные поля в тысячи и даже
миллионы раз слабее, чем естественные и искусственные магнитные поля
окружающей среды, к приборам для их измерения, или магнитометрам,
предъявляются очень высокие требования. Они должны обладать высокой
чувствительностью и в то же время должны быть пригодны, для измерения
слабых исследуемых полей в присутствии очень сильных магнитных помех.
Известно несколько основных типов таких приборов, основанных на разных
физических принципах (см. [9, 39, 159, 205]). Исторически первыми были
применены для биомагнитных измерений магнитометры, основанные на
индукционных катушках, или индукционные магнитометры. Позже были
предприняты попытки использовать для этих целей магнитометры с датчиками
типа феррозондов, а также с квантовыми резонансными (в том числе с
оптической накачкой) и магнитострикционными датчиками. В последние годы
доминирующее положение в биомагнитомет-рйи заняли так называемые сквид-
магнитометры, базирующиеся на сверхпроводниковых квантовых
интерферометрах (их сокращенное название ''сквид" эквивалентно английской
аббревиатуре SQUID). По своей исключительно высокой чувствительности они
находятся практически вне конкуренции. Однако им присущи и недостатки -
слишком сложная конструкция, высокая стоимость изготовления и
эксплуатации и, главное, трудности и неудобства, связанные с
необходимостью поддержания сверхпроводящих элементов прибора при тем-
17
Рис. 1.2. 'Спектры шумов магнитометров различных типов в реальных
условиях работы, выраженные как спектральные среднеквадратичные значения
магнитной индукции Ж в зависимости от частоты [39, 190]:
1 - феррозондовый магнитометр
НАСА в камере с магнитной экрани-
ровкой; 2 - магнитометр с индукционной катушкой (диаметр около 20 см) в
камере с экранированием при помощи вихревых токов; 3 - сквид-магни-тометр
с градиометром второго порядка (диаметр катушек 2,4 см, база 3,2 см)
