Автореферат (1024690), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Предложен метод формирования оболочек посредствомнамотки стеклоткани, предварительно пропитанной специальнымсвязующим на основе эпоксидных смол, на горячую цилиндрическуюоправку с натяжением и последующим отверждением. Данный методпозволяет достигать минимальных значений газопроницаемости материалаоболочек по гелию, что позволяет конструировать криостаты, длительноевремя сохраняющие высокий вакуум в объеме между внутренней инаружной оболочками (Рисунок 1а). Уровень давления остаточных газовмежду оболочками определяет внешний теплоприток в криостат, и такимобразом напрямую влияет на скорость испарения хладагента.В разделе 2.2 обсуждаются способы изготовления и характеристикитаких элементов криостатов, как «горловины» и тепловые радиационные11экраны.
Приведены их теплофизические параметры, имеющиеопределяющее влияние на уровень собственных шумов криостата искорость испарения хладагента.Вразделе2.3представленыразличныеконструкциистеклопластиковых криостатов для жидкого азота и жидкого гелия,практически реализованные при создании магнитометрических СКВИДсистем (Рисунок 1 б, в). Показано, что оптимальными с точки зренияупрощения процесса изготовления и достижения предельных значений поминимизации уровня собственных шумов и скорости испарения жидкогогелия, являются криостаты т.н.
«шахтного» типа, когда криостат состоитиз внутренней и наружной цилиндрических стеклопластиковых колб сдонышками из стеклотекстолита, вставленных одна в другую, и склеенныхв верхней части с помощью стеклопластикового кольца соответствующегоразмера.а)б)в)Рисунок 1. Образцы стеклопластиковых труб и горловин (а), исозданных на их основе криостатов: «шахтного» типа (б) и с внешним«хвостовиком» (в)В разделе 2.4 представлены результаты исследования характеристикразработанных и созданных криостатов различных конструкций. Показано,для гелиевых криостатов «шахтного» типа были получены рекордныезначения скорости испарения около 1 литра гелия в сутки для криостата сдиаметром горловины 150 мм, и менее 2,6 литров в сутки для криостата сдиаметром горловины 300 мм.
Достигнутый уровень собственных шумовсозданных криостатов не превышал величины 1 фТл/Гц1/2. Полученныезначения являются рекордными и открывают возможность длямелкосерийногопроизводствастеклопластиковыхкриостатовсисключительно высокими эксплуатационными характеристиками.12В разделе 2.5 сформулированы выводы по результатам исследований.Глава 3 посвящена разработке и исследованию характеристикизмерительных зондов магнитометрических систем на основе СКВИДов.В разделе 3.1 проведен сравнительный анализ различных СКВИДдатчиков, используемых в современных биомагнитных системах, описаныосновные параметры СКВИД-датчиков и их влияние на характеристикимагнитометрических систем.В разделе 3.2 обсуждаются трансформаторы магнитного потока,используемые в качестве входных цепей магнитометрических СКВИДсистем для регистрации биомагнитных сигналов, способы их изготовленияи основные характеристики. Приведены параметры, определяющиеуровень собственной чувствительности магнитометрической СКВИДсистемы.
Показано, что для работы без дополнительной экранировки,предпочтительнымиявляютсяСКВИД-датчикисозначениямииндуктивности входной катушки Li ~ 0,3-0,6 мкГн, величинойкоэффициента преобразования входного тока в магнитный поток KB-Φ~ 0,20,5 мкА/Ф0 (где Ф0 2,07×10-15 Вб – квант магнитного потока), итрансформаторы магнитного потока, выполненные в форме аксиальныхградиентометров 2-го порядка с диаметрами приемных витков 15-20 мм ивеличиной базы порядка 30-60 мм.
При этом эквивалентный уровеньсобственных шумов СКВИД-магнитометров не превышает величин 5-10фТл/Гц1/2, что является достаточным для решения поставленныхприкладных задач.В разделе 3.3 представлены различные конструкции измерительныхзондов и схемы электронных блоков для биомагнитных СКВИД-систем«гелиевого» и «азотного» уровня охлаждения (Рисунок 2 а, б, в).а)в)б)Рисунок 2. Фотографии измерительных зондов (раздельная конструкция– а, блочная – б) и электроники (в), используемых в многоканальныхвариантах биомагнитных СКВИД-систем13Приведено сравнение схемы с раздельным размещениемградиентометрических каналов в сетке регистрации биомагнитногосигнала, и схемы их размещения в виде блоков из нескольких каналов.Показано, что преимуществом блочной конструкции размещения каналоврегистрации биомагнитных сигналов является возможность жесткойфиксации их взаимного расположения, что является существенным прибалансировке градиентометров в однородном магнитном поле дляэффективной работы системы «электронного» подавления помех.В разделе приведены результаты сравнения различных электронныхсхем подключения к СКВИД-датчику, сделан вывод, что модуляционнаясхема с отрицательной обратной связью в полной мере отвечаеттребованиям, предъявляемых к биомагнитным СКВИД-системам.
Длявысокотемпературных СКВИДов наиболее предпочтительной являетсявариант модуляционной схемы с переменным током смещения СКВИДа.В разделе 3.4. представлены результаты разработок системыбалансировки градиентометров в однородном магнитном поле сиспользованием референтного трехкомпонентного СКВИД-магнитометра.Показано, что использование такой системы позволяет улучшитьотношение «сигнал-шум» более чем в 10 раз при работе внеэкранированном пространстве.В завершающем разделе 3.5 Главы 3 сформулированы краткиевыводы.В Главе 4 представлены результаты разработки и исследованияхарактеристик магнитометрических систем на основе СКВИДов.использованных при создании диагностических МКГ-комплексов.В разделе 4.1 изложены результаты разработки базовойодноканальнойСКВИД-системыдляМКГ-примененийбездополнительной экранировки.
Основой системы являлись тонкопленочныеСКВИДы постоянного тока гибридного типа с накладной входнойкатушкой, изготовленные в ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.Интерферометр СКВИДа имел квадратный сверхпроводниковыйконцентратор внешним размером D = 2,4 мм с центральным квадратнымотверстием размером d = 0,07 мм. Полученные СКВИДы имели значениясобственной индуктивности LSQ ~ 120 пГн. Размах сигнальнойхарактеристики СКВИДов составлял 20-30 мкВ, и уровень собственногошума по магнитному потоку ФN - величину менее 3.0 мк0/Гц1/2.
Такиехарактеристики СКВИДов являлись достаточными для создания на ихосновевысокочувствительныхмагнитометровдлярегистрациибиомагнитных сигналов человека.В качестве трансформатора магнитного потока в измерительном зондеодноканальнойСКВИД-системыбылиспользованаксиальныйградиентометр 2-го порядка с диаметром приемных петель ~ 16 мм,размером базы 55 мм и степенью баланса не хуже 0.1%. Градиентометрбыл оснащен элементами механической балансировки в однородноммагнитном поле, которая позволяла улучшить степень его баланса более14чем на порядок.
В такой конфигурации были экспериментально полученызначения коэффициента преобразования входного магнитного поля Ве вмагнитный поток в СКВИДе ФSQ на уровне 5-6 нТл/Ф0, что при уровнесобственных шумов СКВИДов ФN ~ 3 мкФ0/Гц1/2 дает значениясобственной эквивалентной чувствительности градиентометра повходному магнитному полю ВN ~ 15-18 фТл/Гц1/2.Были предложены конкретные технические решения длянемагнитного стеклопластикового криостата МКГ-системы, СКВИДэлектроники, системы электронного подавления помех, системы сбораданных магнитных измерений, и исследованы их характеристики.Полученныепараметрыпозволилипрактическиреализоватьодноканальную биомагнитную СКВИД-систему для регистрации и анализамагнитных сигналов сердца человека.Созданная одноканальная СКВИД-система предназначалась длярегистрации магнитокардиосигналов человека, при этом использоваласьквадратная сетка измерений из 36 (6×6) точек с шагом 40 мм между ними,покрывавшая площадь (20×20) см2 над грудной клеткой обследуемого.Регистрация МКГ проводилась последовательно в каждой из 36 точек, иполное время обследования при этом составляло около получаса.Раздел 4.2 посвящен результатам исследований по созданию 10канальной МКГ-системы (Рисунок 3).Рисунок 3.
Фотографии одно- и десятиканального диагностическихМКГ–систем, установленных во Франс-Волард-Клиник (Берлин,Германия)В этой системе получили свое развитие результаты разработкиодноканальной МКГ-системы в части совершенствования конструкцийизмерительных зондов, схем электроники и программного обеспечения.15Система имела семь градиентометров 2-го порядка с диаметром приемныхпетель около 20 мм для регистрации МКГ-сигналов, размещенных внутрикриостата объемом 5,3 литра в «гексагональной» сетке «плюс один канал вцентре» на расстоянии 40 мм между центрами петель градиентометров.В 10-канальной МКГ-системе был реализован способ т.н.«электронной» балансировки градиентометров в однородном магнитномполе с помощью дополнительного референтного XYZ-магнитометра,позволивший снизить шум на выходе каналов регистрации МКГ более, чемна порядок в условиях неэкранированного пространства.
Вградиентометрах МКГ-системы были также улучшены значениякоэффициента преобразования входного магнитного поля Ве в магнитныйпоток в СКВИДе ФSQ до уровней 2-3 нТл/Ф0, т.е. примерно в два раза былаулучшена чувствительность магнитометрической системы. РегистрацияМКГ проводилась в шести положениях обследуемого относительнокриостата с градиентометрами, и время обследования составляло около 10минут.В разделе 4.3 представлено изложение новой концепции модульногопостроения СКВИД-систем для биомагнитных применений, на основекоторой, в частности, была создана целая серия приборов для регистрациии анализа магнитокардиосигналов, получившая название «МАГ-СКАН».Приведены результаты разработки и исследований характеристик базовойверсии 12-канального диагностического МКГ-комплекса «МАГ-СКАН-09»(Рисунок 4).Для этого комплекса был разработан стеклопластиковый гелиевыйкриостат емкостью 11,3 литра с проходным диаметром горловины 150 мм,обеспечивающий размещение в нем измерительного зонда с девятьюканалами регистрации МКГ, и имевший ресурс работы между заправкамигелия более 8 суток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
