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Bruit
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Molecule
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DES
(3)
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FIN
(2)
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helium
(1)
[11][_]
Physical
(5/ 6)
[12][_]
2 N
(2)
[13][_]
104 Tesla
(1)
[14][_]
10-13 Tesla
(1)
[15][_]
de 10 Hz
(1)
[16][_]
0,4 Hz
(1)
[17][_]
Gene Or Protein
(2/ 5)
[18][_]
Etre
(4)
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Trou
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2512965A1
Family ID 2986226
Probable Assignee Consiglio Nazionale Ricerche
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF D'EQUILIBRAGE FIN POUR APPAREIL DE MESURE DE
GRADIENT A DERIVEE SECONDE, POSSEDANT TROIS ENROULEMENTS, POUR LA
MESURE DE SIGNAUX MAGNETIQUES FAIBLES
Abstract
_________________________________________________________________
LE DISPOSITIF D'EQUILIBRAGE FIN POUR GRADIOMETRE 2 A DERIVEE SECONDE
POSSEDE TROIS ENROULEMENTS 3, 4, 5.
IL COMPREND UN SUPPORT DES ENROULEMENTS SUBDIVISE EN DEUX ELEMENTS ET
DES MOYENS POUR IMPOSER UN MOUVEMENT MICROMETRIQUE DE COULISSEMENT DES
DEUX ELEMENTS L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE.
UTILISATION NOTAMMENT POUR MESURER LES SIGNAUX MAGNETIQUES CREES PAR
L'ACTIVITE PHYSIOLOGIQUE DE CERTAINS ORGANES DU CORPS HUMAIN.
Description
_________________________________________________________________
12965
La presente invention concerne la mesure de signaux magnetiques
faibles noyes dans un bruit de fond de beaucoup plus grande amplitude
L'invention concerne plus particu- lierement un dispositif qui permet
d'equilibrer parfaite- ment un gradiometre a derivee seconde pour la
mesure de si- gnaux magnetiques faibles Par gradiometre on entend dans
la presente description et les revendications tout appareil servant a
mesurer un gradient.
Au cours des quelques dernieres annees, les mesures des signaux
magnetiques crees par l'activite physiologique de certains organes du
corps humain ont souleve un interet de plus en plus grand C'est le
developpement d'appareils de mesure a supra-conductivite ayant une
sensibilite suffisante qui a rendu ces mesures possibles Le detecteur
magnetique utilise dans ce but est un magnetometre supra-conducteur ou
SQUID" Les detecteurs de ce type ont une sensibilite extremement
grande pouvant atteindre 104 Tesla/ "z dans la gamme des frequences
'allant du courant continu a + 20 k Hz.
D'autre part, les champs neuro-magnetiques sont extremement faibles et
ont par exemple une amplitude de l'ordre de 10 12 T pour les signaux
les plus puissants causes par une activite spontanee jusqu'a une
amplitude inferieure A 10-13 Tesla pour les signaux neuromagnetiques
induits Ces valeurs sont de plusieurs ordres de grandeur en-dessous a
la fois du champ magnetique terrestre, des perturbations magnetiques
urbaines essentiellement creees par le deplacement de masses ferro-
magnetiques importantes (ascenseurs, machines, etc) et du champ
magnetique cree par le reseau de distribution electrique.
Par consequent, le probleme pose est celui de la mesure de signaux
extremement faibles en presence d'un bruit de fond magnetique
superieur de plusieurs ordres de grandeur aux signaux eux-memes.
Pour extraire le signal a mesurer de ce bruit de fond si important,
deux procedes sont possibles: le premier consiste a travailler dans
des environnements magnetiquement proteges, le second etant
d'effectuer une rejection spatiale au moyen d'un gradiometre a derivee
seconde.
Le but de la presente invention est de proposer
12965 un dispositif permettant d'augmenter la rejection de champs a
gradient constant en utilisant un gradiometre du type a trois
enroulements.
L'invention propose un dispositif qui permet de compenser la
difference des distances entre les plans des trois enrou- lements au
moyen du deplacement fin (qui peut etre commande depuis l'exterieur du
cryostat) de l'un des deux enroulements d'extremite Dans ce but, les
enroulements ne sont pas bobines autour d'un seul support, comme cela
se fait habituellement, mais leur support est constitue de deux
parties mobiles l'une par rapport a l'autre L'enroulement central et
l'un des enroulements extremes sont bobines sur une premiere portion,
tandis que la seconde portion porte l'autre enroulement et peut etre
soumise a un mouvement coaxial micrometrique.
L'invention sera mieux comprise grace a la description qui va suivre
faite en regard des dessins annexes et donnant a titre illustratif
mais non limitatif une forme de realisa- tion preferee de l'invention.
Sur ces dessins, la figure 1 represente le schema general de
l'appareil de mesure; la figure 2 represente le schema de
l'equilibrage d'un gradiometre a derivee seconde; la figure 3
represente une vue en plan d'un gradiometre equipe d'un dispositif
selon l'invention; les figures 3 A et 3 B sont des vues en coupe
suivant les plans A-A et B-B de la figure 3; la figure 3 C est une vue
en coupe dans le plan C-C de la figure 3 A; la figure 3 C est une vue
en coupe dans le plan D-D de la figure 3 A; la figure 4 represente le
detail des deux elements constituant le support des enroulements; la
figure 5 represente le detail de la barre de commande du deplacement
de l'enroulement superieur;
12965 la figure 6 represente le detail de l'une des barres - de
compensation des axes x et y; la figure 7 represente le detail de la
barre de compensa- tion de l'axe Z; la figure 8 represente un
diagramme de comparaison entre le spectre de bruit a la sortie d'un
magnetometre classique et celui d'un magnetometre selon l'invention.
En se referant a la figure 1, on voit que le gradiometre a derivee
seconde constitue l'enroulement primaire d'un transformateur de flux
magnetique dont l'enroulement secon- daire est forme d'un enroulement
de couplage au magnetometre supraconducteur ou "SQUID" Cette partie du
detecteur est entierement logee dans un cryostat 1 et immergee dans un
bain d'helium liquide E a une temperature de 4,20 C Le gradiometre 2
est constitue de trois enroulements bobines en serie ayant normalement
la meme surface et des nombres de spires egaux respectivement a N, 2 N
et N, comme represente sur la figure 2 o les enroulements portent les
reperes numeriques 3, 4 et 5.
Les trois enroulements sont disposes dans des plans equidis- tants (la
distance entre les plans est b) Le fonctionnement du gradiometre est
base sur le fait que l'enroulement central 4 (2 N spires) est bobine
en sens inverse par rapport aux deux enroulements extremes 3 et 5
(ayant chacun N spires).
Un tel montage est caracterise en ce que lorsqu'il est place dans un
champ magnetique exterieur, il a un flux magnetique resultant qui est
nul si le champ est constant dans l'espace ou presente un gradient
constant Lorsqu'une telle condition est realisee, on peut dire que le
gradiometre est parfaitement equilibre.
Mais, en realite, le flux resultant n'est jamais stricte- ment nul a
cause des limites de la disposition mecanique des differents
enroulements Des systemes d'equilibrage fin de differents types ont
deja ete proposes par certains cher- cheurs, tous ces systemes etant
destines a obtenir un equili- brage optimal uniquement par rapport a
un champ magnetique
12965 constant Le principe commun a tous ces systemes consiste de
toute facon, a utiliser quelques spires ou des plaques de materiau
supraconducteur qui peuvent etre placees convena- blement par rapport
aux plans des enroulements grace a une commande exterieure au cryostat
Jusqu'a maintenant, tout au moins a la connaissance de la
demanderesse, aucune tenta- tive n'a jamais ete faite pour
perfectionner l'equilibrage du gradiometre egalement par rapport au
gradient du champ.
Les figures 3 a 3 D representent des vues detaillees du dispositif
selon l'invention montrant a la fois le gradiometre lui-meme ainsi que
le mecanisme fin d'equili- brage selon l'invention.
Le support des trois enroulements est constitue des elements 6 et 7
tandis que le bloc support des commandes, d'equilibrage est designe
par le repere 8 L'element 6 a un prolongement superieur 9 et il est
connecte a 8 au moyen d'une broche 10 Les elements 6, 7 et 8 ont
quatre trous 11, 12, 13, 14, alignes dans les trois elements de facon
a permettre aux barres de commande, 15, 16, 17 et 18 de coulisser dans
ces trous Les barres 16, 17 et 18 qui permettent la commande de
l'equilibrage des axes x, y et z se composent de quatre segments; le
segment superieur est engage dans la cle carree 22 (figures 6 et 7) et
sort en haut du cryostat de facon a permettre une commande manuelle;
cet element superieur n'est pas represente sur les figures 3 a 3 D,
mais il est represente schematiquement seulement sur la figure 1 Le
second element qui est identique pour les trois barres (23 sur les
figures 6 et 7) est filete, il coopere avec les filetages 19, 20, 21
et transforme le mouvement de montee et descente en un mouvement
tournant commande depuis l'exterieur Le troisieme element (24 sur les
figures 6 et 7) egalement identique pour les trois barres est une
piece cylindrique fendue jusqu'aux trois quarts de sa longueur et
verrouille a l'element 23 grace a une rainure.
La rainure 23 permet un mouvement de rotation libre Une
12965 goupille 25 solidarise cet element a la partie terminale 26 (ou
27) et s'enfonce dans une fente de l'element 8 de facon a empecher le
mouvement de rotation et a permettre un mouvement de montee et
descente Le dernier element est identique pour les barres 16 et 17 qui
sont destinees a l'equilibrage des axes x et y Il porte le repere 26
sur les figures 6 et 7 C'est une tige dont l'extremite inferieure est
fraisee verticalement pour ne laisser subsister qu'un demi-cylindre
sur une hauteur de 12 nom, une plaque rectan- gulaire en plomb est
collee sur la face plane de ce demi- cylindre. En ce qui concerne la
barre 18, qui est destinee a l'equilibrage de l'axe z, le quatrieme
element ne se distingue que dans sa partie terminale qui n'est pas
fraisee et qui porte la plaque circulaire en plomb collee a son
extremite inferieure Un ressort (28) construit a partir d'un cylindre
decoupe de facon a obtenir des elemelts verticaux elastiques est
ajoute aux trois barres pour empecher le mouvement oscil- lant de
chaque barre dans le trou du bloc 6.
La barre 15 permet d'ajuster la distance entre l'enroule- ment
superieur et l'enroulement central Elle est representee sur la figure
5 L'element 29 qui est semblable aux elements 23 presente un double
filetage: le filetage superieur est associe a l'element 8, le filetage
inferieur est associe a l'element 30 dont le mouvement de rotation est
empeche par la goupille 25 Cette goupille a aussi pour objet de relier
l'alveole cylindrique 30 a la tige 31 Cette derniere tige est vissee
et collee a l'element 7 En tournant, la barre superieure, il est
possible de deplacer verticalement l'element support 7 par rapport a
l'element 6 avec une vitesse (par tour) qui est determinee par la
difference de pas des filets de l'element 29 et qui permet d'obtenir
un reglage plus fin qu'avec les trois autres barres.
L'amelioration importante obtenue grace a ce systeme d'equilibrage est
mise en evidence par le spectre de bruit enregistre a la sortie du
magnetometre, qui constitue le parametre le plus fiable pour evaluer
le niveau d'equilibrage du gradiometre lorsque toutes les autres
conditions restent inchangees. La figure 8 represente les deux
spectres de bruit mesures a la sortie du magnetometre, avant et apres
l'emploi du dispositif faisant l'objet de l'invention.
Le deplacement du point initial du bruit en 1/f de 10 Hz a 0,4 Hz
environ est tres important pour les mesures en biomagnetisme Les
performances obtenues par l'appareil presente sont actuellement les
meilleures performances que l'on a pu obtenir dans le monde entier
avec des appareils utilisant des gradiometres a derivee seconde
L'invention est donc extremement utile dans les equipements de mesure
a objectifs cliniques Puisque les appareils de mesure bio- magnetique
dans lesquels des gradiometres a derivee seconde equipes d'un systeme
d'equilibrage prevu uniquement pour des champs constants sont les
seuls actuellement fabriques et commercialises, on peut s'attendre a
ce que les possibi- lites de perfectionnement de ces appareils-selon
l'invention, presenteront un grand interet pour l'industrie.
L'equipement concerne et actuellement utilise pour me- surer les
emissions de signaux magnetiques du type biologique et la forme de
realisation presentee apporte un perfec- tionnement considerable aux
performances dans la gamme des frequences interessees.
D'autre part, l'appareil est utilisable pour mesurer des signaux
magnetiques faibles de n'importe quelle origine a faible distance.
Etant donne que jusqu'a maintenant les gradiometres a derivee seconde,
ont ete construits avec un seul support rigide, le principe de
l'invention reside dans le fait qu'un enroulement est rendu mobile par
rapport aux autres (par exemple l'enroulement central pourrait etre
rendu mobile).
12965
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Dispositif d'equilibrage fin pour gradiometr'sa derivee seconde
possedant trois enroulements (3, 4, 5), caracterise en ce qu'il
comprend un support des enroule- ments subdivise en deux elements (6,
7) et en ce qu'il prevoit des moyens (8, 15, 29, 30, 31) pour imposer
un mouvement micrometrique de coulissement des deux elements ci-dessus
l'un par rapport a l'autre.
2 Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que les deux
elements supports (6, 7) sont coaxiaux et en ce que le premier des
elements (6) porte l'enroule- ment central (4) et l'un des
enroulements extremes (5) tandis que le second element (7) porte
l'autre enroule- ment (3) de facon a faire varier la distance des
plans de l'un des enroulements extremes (3) par rapport a celui de
l'enroulement central (4) par un dispositif micro- metrique (8, 29,
30) et a obtenir l'equilibrage desire.
3 Dispositif selon les revendications 1 et 2, carac- terise en ce que
les moyens de deplacement micrometriques sont constitues d'une tige
(29) ayant deux parties filetees avec des pas differents, cette tige
etant reliee a un element mobile (30, 25, 31 and #x003E; dans les deux
sens et faisant partie du support (7) de facon a transformer le
mouvement de rotation de la barre superieure (15) en un mouvement
micrometrique de coulissement vertical determine par la difference des
pas des deux filetages ci-dessus.
4 Dispositif selon les revendications 1 a 3, carac- terise en ce que
cette tige (29) a pas de vis differentiels agit sur le support (7) de
l'enroulement superieur (3) de facon a faire varier la distance du
plan de cet enroulement par rapport au plan de l'enroulement
central(4).
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