ES2452038T3

ES2452038T3 - Sonda para la detección de propiedades magnéticas de materiales

Info

Publication number: ES2452038T3
Application number: ES10180206.4T
Authority: ES
Inventors: Simon Richard Hattersley; Quentin Andrew Pankhurst; Audrius Brazdeikis
Original assignee: University College London; University of Houston
Current assignee: University College London; University of Houston
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2014-03-31
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP5186361B2; EP1875259A2; JP2008539411A; WO2006117530A3; JP2013057687A; EP2267471A1; CA2606331A1; GB0508886D0; US20120229130A1; GB2425610A; US20090201016A1; US8174259B2; EP2267471B1; AU2006243046A1; WO2006117530A2; CA2606331C

Abstract

Una sonda (1) dispuesta para detectar propiedades magnéticas de los materiales utilizando susceptometríamagnética, que comprende: una varilla que tiene un eje longitudinal y una superficie exterior alrededor del eje longitudinal; una bobina de sensor (8) enrollada circunferencialmente sobre la varilla alrededor de su eje longitudinal paraconstituir un gradiómetro de orden distinto de cero; y una bobina de accionamiento (4) enrollada circunferencialmente alrededor del eje longitudinal de la varilla,donde la bobina de accionamiento está espaciada una distancia de la superficie exterior de la varilla.

Description

Sonda para la detección de propiedades magnéticas de materiales

5 Campo de la invención

La presente invención se refiere a disposiciones para detectar propiedades magnéticas de los materiales, y, en particular, a disposiciones que exhiben alta sensibilidad y que, por lo tanto, puede detectar campos magnéticos extremadamente pequeños.

Antecedentes de la invención

Los procedimientos sensibles de alta precisión para la medición de señales magnéticas (que surge a partir de parámetros magnéticos de una o varias entidades) son de interés tecnológico generalizado en campos tan diversos

15 como el etiquetado de seguridad, administración dirigida de fármacos, la evaluación no destructiva en la ingeniería y prospección geomagnética. “Señales magnéticas" en este contexto se derivan de una o más entidades, los parámetros (o propiedades) magnéticos de los que se apartan significativamente de su entorno. Ejemplos típicos de entidades que poseen un conjunto de parámetros magnéticos característicos son una etiqueta de seguridad magnética blanda embebida en un artículo de ropa, nanopartículas magnéticas introducidas clínicamente en un

20 órgano del cuerpo humano, un vacío lleno de aire en una matriz metálica y minerales magnéticos de origen natural en las rocas.

Los procedimientos más sensibles que actualmente se utilizan para medir las señales magnéticas dependen de tecnología de dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID), que impone restricciones de diseño en

25 el procedimiento y pone límites a las posibles aplicaciones. En particular, existe el requisito de que se mantenga el SQUID a temperaturas muy bajas, tales como 4,2 K, la temperatura del helio líquido, en el caso de SQUID de "baja temperatura" o 77 K, la temperatura del nitrógeno líquido, en el caso de SQUID de "alta temperatura". Este requisito presenta una consideración importante de diseño cuando la mayoría de las señales magnéticas de interés surgen en los materiales a temperatura ambiente o superior.

30 En una disposición de detección típica, un SQUID y un circuito de transducción de señales, en forma de una bobina de sensor acoplada a una bobina de transferencia, están dispuestos dentro de un solo criostato que contiene helio líquido o nitrógeno líquido. La bobina de sensor está dispuesta para detectar el campo magnético a medir y la bobina de transferencia está situada próxima al SQUID. La corriente inducida en la bobina de sensor se suministra a la

35 bobina de transferencia y el campo magnético asociado con la corriente en la bobina de transferencia es detectado por la SQUID. Normalmente, la bobina de transferencia tiene n número sustancialmente mayor de vueltas de la bobina de sensor, y esto proporciona un medio de amplificación de la señal.

Tal disposición proporciona la ventaja de minimizar la resistencia al ruido en el circuito de transducción de señales.

40 Sin embargo, un problema importante en tal disposición es que, a menos que el material bajo investigación se localice dentro del criostato, los campos magnéticos muy pequeños que se miden deben penetrar en la pared del criostato para que puedan ser detectados por la bobina de sensor. En tales casos, la bobina de sensor está separada de la fuente de la señal magnética por una distancia de típicamente un centímetro o más para acomodar el

45 vacío y / o los escudos de radiación que rodean el líquido criogénico, y esto degrada necesariamente la calidad de la señal. Además, puesto que el conjunto criostato es voluminoso y no se puede manejar fácilmente, es difícil localizar las señales tanto de manera flexible como con una precisión razonable.

Por consiguiente, sería deseable proporcionar una disposición que puede medir campos magnéticos

50 extremadamente bajos asociados con la magnetización de un material mediante el uso de un SQUID pero sin requerir que el material se localice dentro del criostato o que los campos magnéticos extremadamente bajos resultantes penetran en la pared del criostato que contiene el SQUID.

Consideraciones de ruido han significado que se ha considerado generalmente como fundamental que tanto la

55 bobina de sensor como la bobina de transferencia se ubiquen dentro del criostato. Tales disposiciones aseguran que la resistencia de la bobina es extremadamente baja, o incluso de cero, en el caso de una bobina superconductora, reduciendo así los niveles de ruido asociados con las bobinas de mayor resistencia. Hacer todo el circuito superconductor transducción elimina todo el ruido térmico Johnson).

60 El documento FR 2689638 divulga un sensor de corriente Eddy con una bobina de campo y una bobina de medición. El documento US 3.445.928 se refiere a magnetómetros discriminadores de flujo. El documento US 5.512.821describe un detector para detectar porciones magnéticamente defectuosas de una banda de acero fina.

Sumario de la invención

La invención proporciona una sonda dispuesta para detectar propiedades magnéticas de los materiales utilizando susceptometría magnética tal como se establece en la reivindicación 1.

5 Las realizaciones de la invención proporcionan un aparato para determinar las propiedades magnéticas de los materiales, que comprende: medios para aplicar un campo magnético alterno a una región de detección que contiene un material; medios para detectar un cambio en un parámetro magnético del material resultante del campo magnético alterno aplicado y para generar una señal de salida del sensor en respuesta a la misma; medios para transportar la señal de salida del sensor a un dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID) remoto y medios para recibir una señal de salida desde el SQUID indicativa de la magnetización detectada.

El parámetro magnético sería normalmente la magnetización del material. De esta manera, la respuesta magnética indicada por las señales magnéticas se debe a la magnetización inducida del material, cuya magnitud se determina

15 mediante el parámetro magnético que caracteriza dicha respuesta. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que puede haber otras respuestas magnéticas, tales como las debidas al flujo de corriente inducida en un material eléctricamente conductor. Aunque no se determinan per se mediante un parámetro magnético (estando determinadas en realidad por un parámetro eléctrico, la conductividad eléctrica del material), son, sin embargo, respuestas magnéticas.

Mediante el uso de una disposición de este tipo para medir el cambio en el parámetro magnético resultante de un campo magnético alterno aplicado, los problemas resultantes del ruido pueden mitigarse fácilmente, ya que la señal deseada resultante a partir del cambio inducido en el parámetro magnético, por ejemplo magnetización, tendrá la misma frecuencia que la del campo magnético aplicado y, por tanto, puede distinguirse con facilidad suficientemente

25 de cualquier ruido para proporcionar mediciones con una relación aceptable de señal -ruido. El ruido puede ser a la vez el ruido aleatorio intrínseco y ruido a frecuencias fijas conocidas de interferencia.

Por lo tanto, el aparato comprende preferentemente además medios de reducción del ruido para reducir los efectos del ruido generados en los medios de transporte. Esta está preferentemente en la forma de medios para separar de la señal de salida de SQUID un componente que resulta del ruido generado en los medios de transporte, de modo que se selecciona el componente deseado de la señal de salida del SQUID resultante de la señal de salida del sensor. El SQUID se puede utilizar junto con un circuito electrónico conocido como bucle de flujo cerrado (FLL), para producir una señal de salida linealmente relacionada con el campo magnético. Los medios de reducción de ruido pueden estar en forma de medios para separar de la salida linealizada del SQUID un componente que se

35 correlaciona con el campo aplicado, de modo que se rechaza sustancialmente el ruido que no está correlacionado con el campo aplicado.

El campo magnético alterno se puede aplicar a una sola frecuencia, en cuyo caso los medios de separación comprenden, preferentemente, medios dispuestos para seleccionar solo ese componente de la señal de salida del SQUID que tiene una frecuencia sustancialmente igual a la del campo magnético alterno aplicado. Sin embargo, el campo magnético alterno puede aplicarse, como alternativa, a una pluralidad de frecuencias, o incluso a un margen continuo de frecuencias, en cuyo caso los medios de separación están dispuestos para seleccionar solo ese componente de la señal de salida del SQUID que tiene una frecuencia o frecuencias sustancialmente iguales a al menos una de la pluralidad de frecuencias, o una frecuencia dentro de la propagación continua de frecuencias, del

45 campo magnético aplicado. En cualquier caso, los medios de separación pueden adoptar la forma de un amplificador de tipo lock-in o un correlacionador cruzado digital para cada componente.

El campo magnético alterno se puede aplicar a una pluralidad de frecuencias en secuencia o simultáneamente, o barrer a través de un margen continuo de frecuencias, en cuyo caso los medios de separación están dispuestos para seleccionar sólo los componentes de la señal de salida del SQUID que tiene una frecuencia instantánea o frecuencias sustancialmente iguales a al menos una de las frecuencias del campo magnético aplicado.

Preferentemente, también se proporcionan medios para detectar un desplazamiento de fase entre el campo magnético alterno aplicado y la magnetización detectada. El desplazamiento de fase también se puede medir, así

55 como detectar. Esto es particularmente útil cuando se estudia la magnetización en líquidos, donde normalmente hay un retraso de fase entre el campo aplicado y la magnetización resultante, y un conocimiento del retraso de fase proporciona información útil en relación con el material. También es útil en la discriminación entre propiedades magnéticas y eléctricas.

La respuesta magnética, aunque está determinada por un parámetro magnético, tal como la susceptibilidad magnética del material, se puede confundir con la respuesta magnética debida a un parámetro eléctrico tal como la conductividad eléctrica de un metal, a través del campo magnético generado por las corrientes Eddy. La medición del desplazamiento de fase se puede utilizar para distinguir estas dos fuentes, ya que la corriente Eddy eléctrica inducida es proporcional a la tasa de cambio del campo aplicado, mientras que la magnetización inducida es

65 proporcional a la magnitud del campo aplicado.

El medio de aplicación del campo y los medios de detección están convenientemente dispuestos sobre una sonda portátil. Esto permite realizar mediciones en una amplia gama de entornos. Además, la sonda portátil está dispuesta, preferentemente, para ser desconectada selectivamente de los medios de transporte, ya que esto permite la conexión selectiva de diferentes sondas que son adecuadas para diferentes aplicaciones a los mismos medios de

5 transporte.

La frecuencia del campo magnético aplicado está, preferentemente, dentro del intervalo de 150 Hz a 20 kHz, y preferentemente sustancialmente es 2 kHz. El uso de frecuencias inferiores a 150 Hz no proporciona datos suficientes en un momento dado para las técnicas de promediado de señales adecuadas que puedan aplicarse, y también dan lugar a un acoplamiento reducido entre los medios de detección y el SQUID y la discriminación más pobre frente a las interferencias de frecuencia de red. Además, el uso de frecuencias por encima de 20 kHz normalmente requiere aplicar tensiones indeseablemente altos a los medios de campo debido a la alta impedancia inductiva, y estas frecuencias tan altas se reconocen como inadecuadas para aplicaciones médicas. La frecuencia se elige preferentemente de modo que no sea un múltiplo de la frecuencia de la red local. El valor de 2 kHz es

15 especialmente adecuado para aplicaciones médicas.

Se proporcionan medios, preferentemente, para variar la amplitud del campo magnético alterno aplicado, y se proporcionan medios preferentemente para variar el perfil de la distribución espacial del campo magnético aplicado. Estas opciones permiten una amplia gama de medidas que se harán con el aparato, tales como perfiles de profundidad. La variación de la amplitud puede usarse como un control de sensibilidad.

Los medios para aplicar un campo magnético alterno están convenientemente en forma de una bobina de accionamiento y preferentemente se proporcionan medios para aplicar a los dos terminales de la bobina de accionamiento respectivas tensiones alternas que están en oposición de fase entre sí. Esta disposición proporciona

25 la ventaja de la interferencia electrostática reducida resultante de las tensiones de accionamiento sobre las líneas de suministro, puesto que las tensiones en las dos líneas de suministro en cualquier instante son sustancialmente iguales y opuestas. Además, la tensión resultante aplicada a la bobina de accionamiento es el doble de la amplitud de las tensiones en las líneas de suministro.

Preferentemente, se proporcionan medios para generar un campo magnético para la corrección para que la salida del sensor sea sustancialmente cero en ausencia de un material magnético dentro de la región de detección. En este contexto, "salida del sensor" se refiere a la amplitud de corriente alterna de la señal de salida linealizada del SQUID / LFT. Esto puede tomar la forma de una bobina de corrección, que se suministra preferentemente con corriente, de modo que crea un campo magnético en la bobina de corrección que se opone al campo magnético creado por la

35 bobina de accionamiento. Preferentemente, la corriente se ajusta de modo que el campo magnético de la bobina de corrección que une la bobina de sensor equilibra el campo magnético de la bobina de accionamiento que une la bobina de sensor. Como alternativa, puede tomar la forma de una señal de corrección suministrada directamente al SQUID a través de un serpentín de transferencia dedicado.

El medio de detección comprende, preferentemente, una bobina de sensor, que comprende preferentemente una región central que contiene sustancialmente la mitad del número total de vueltas de la bobina y dos regiones laterales que contienen cada uno sustancialmente un cuarto del número de vueltas de la bobina y se enrolla en oposición a las vueltas de la región central. Tal disposición da lugar a una salida de cero en respuesta a un campo magnético homogéneo en la región del sensor.

45 La disposición anterior de bobina de sensor constituye un gradiómetro de segundo orden. Sin embargo, los gradiómetros de primer, segundo orden, o incluso de orden superior, pueden ser apropiados, dependiendo de la aplicación y el entorno.

Más precisamente, los medios de detección preferentemente comprenden un circuito de bobina de sensor donde más de una bobina está conectada en serie para formar un gradiómetro. La configuración de gradiómetro de primer orden más simple consta de dos bobinas de igual tamaño y número de vueltas, axialmente desplazadas y conectadas en oposición el uno al otro. Tal disposición da lugar a una salida de cero en respuesta a un campo magnético uniforme en la región del sensor. Un gradiómetro de segundo orden también tiene una nula respuesta a

55 un gradiente de campo uniforme. Dependiendo de la aplicación y el entorno, los gradiómetros de primero, segundo orden o de orden superior pueden ser apropiados. En general, los gradiómetros de orden superior tienen una sensibilidad menor a fuentes remotas de campo.

Cuando los medios de aplicación de campo comprenden una bobina de accionamiento y los medios de detección comprenden un sensor de bobina, la bobina de accionamiento se dispone preferentemente sustancialmente coaxialmente alrededor de la bobina de sensor y sustancialmente en el centro de la misma.

Los movimientos relativos entre la(s) bobina(s) de accionamiento y la(s) bobina(s) sensor en la sonda portátil pueden crear falsas indicaciones de respuestas magnéticas, debido a la extrema sensibilidad. Se pueden producir pequeños 65 movimientos debido a las fuerzas aplicadas, incluyendo el efecto de la variación de la gravedad sobre la sonda, ya que está inclinado, y debido a la expansión térmica. Preferentemente se usa una serie de medidas para mitigar tales

efectos:

-: El uso de un material para la estructura de sonda que tiene alta rigidez y bajo coeficiente de expansión térmica, tal como Macor (cerámica mecanizable). 5 -Diseño de la forma de la estructura para la rigidez, en particular, para dar un buen soporte para bobinas de accionamiento de cobre relativamente pesadas. -Aplicación de una capa flexible de aislamiento térmico, para evitar puntos calientes creados por el contacto con la mano del usuario o con el paciente. -Uso de ciertas disposiciones simétricas de bobinas donde la expansión térmica global de la estructura no tiene 10 un efecto neto, por ejemplo, una sola bobina de accionamiento conectada centralmente a gradiómetro de orden impar.

-: La adición de bobinas adicionales para compensar las distorsiones específicas, por ejemplo pequeñas bobinas de sensor adicionales montadas cerca de una bobina de accionamiento puede anular el efecto de pequeños movimientos de la bobina de accionamiento a lo largo del eje de las bobinas de sensor.

15 La invención se extiende a disposiciones en las que los medios de aplicación de campo y los medios de detección comprenden una pluralidad de sondas. Tales sondas pueden tener características diferentes, por ejemplo, dispuestas para generar diferentes fuerzas de campo magnético, y / o podrían estar dispuestas en la forma de una matriz portátil, que permita la variación espacial de magnetización a medir.

20 Los medios para transportar la señal de salida del sensor al SQUID remoto comprende preferentemente una longitud de, preferentemente mayor de un metro y preferentemente de aproximadamente 2 metros, de cable de autoprotección de baja resistencia electromagnética. La longitud de 2 metros es ventajosa en cuanto a que permite una flexibilidad razonable de uso, y la baja resistencia sirve para minimizar el ruido térmico. El cable se tamiza

25 preferentemente para minimizar la interferencia electrostática y de radiofrecuencia y tiene cuatro conductores, torcidos a lo largo de su longitud, en lugar de los dos conductores convencionales, permitiendo de este modo la señal de caminos y de retorno se intercale con el fin de minimizar el acoplamiento magnético de los campos interferentes. Un cable preferido es el cable del micrófono Belden 1192A. Los medios para transportar la corriente de accionamiento a la bobina de accionamiento es preferentemente el mismo cable o de tipo similar, en este caso para

30 evitar la generación de interferencias.

También se describe un método de medición de las propiedades magnéticas de un material que comprende: aplicar un campo magnético alterno a una región de detección que contiene el material; detectar el cambio resultante en un parámetro magnético del material y generar una señal de salida en respuesta a ello; transmitir la señal de salida a un

35 dispositivo superconductor de interferencia cuántica a distancia.

(SQUID), y recibir una señal de salida desde el SQUID indicativo de la magnetización detectada.

El método comprende preferentemente además la etapa de reducir los efectos del ruido generados en la etapa de

40 transporte. Este ruido puede tomar la forma de ruido térmico y el ruido ambiental, como la red de recogida. Este paso puede tomar la forma de separar de la señal de salida del SQUID un componente que resulta del ruido generado en la etapa de transporte y seleccionar de este modo el componente deseado de la señal de salida SQUID resultante de la señal de salida del sensor. El ruido etapa de reducción puede tomar la forma de separar de la salida linealizada del SQUID un componente que se correlaciona con el campo aplicado, de modo que se rechaza

45 sustancialmente el ruido que no está correlacionado con el campo aplicado.

El campo magnético alterno se puede aplicar a una sola frecuencia, en cuyo caso la etapa de separación comprende, preferentemente, seleccionar sólo ese componente de la señal de salida del SQUID que tiene una frecuencia sustancialmente igual a la del campo magnético alterno aplicado. Sin embargo, el campo magnético

50 alterno puede aplicarse, como alternativa, a una pluralidad de frecuencias, o incluso un margen continuo de frecuencias, en cuyo caso la etapa de separar selecciona solo ese componente de la señal de salida SQUID que tiene una frecuencia o frecuencias sustancialmente iguales a al menos una de la pluralidad de frecuencias, o una frecuencia dentro de la propagación continua de frecuencias, del campo magnético aplicado.

55 El método comprende, preferentemente, además la etapa de aplicar un campo magnético de corrección a la región de detección o directamente al SQUID para que la señal de salida sea sustancialmente cero en ausencia de un material magnético dentro de la región de detección.

El método se puede aplicar ventajosamente a los materiales a temperaturas no criogénicas tales como temperatura 60 ambiente

Por lo tanto, en las realizaciones preferidas de la presente invención, se proporciona un método sensible de alta precisión para la medición de señales magnéticas utilizando una bobina de sensor de temperatura ambiente acoplada a un SQUID, con las siguientes ventajas:

65 El aparato está en la forma de un susceptómetro / relaxómetro, que mide los cambios en los parámetros magnéticos resultantes de un campo magnético alterno aplicado. Esto permite una mayor libertad en la detección selectiva de lo que es posible con dispositivos que simplemente miden la magnetización intrínseca de los materiales. Por ejemplo, dichas disposiciones no permiten la determinación de los perfiles de profundidad frente a la concentración de de los

5 materiales magnéticos. Las realizaciones preferidas de la presente invención proporcionan una selectividad de profundidad a través de la capacidad para conducir el campo magnético aplicado a una gama de puntos fuertes y perfiles de distribución espacial que, cuando se acopla a los parámetros medidos, se pueden desconvolucionar para determinar el perfil de profundidad frente a la concentración. Además, la metodología susceptómetro / relaxómetro permite realizar una distinción entre entidades espacial y / o temporalmente estáticas y entidades magnéticas dinámicas, lo que da lugar a la posibilidad de muchas aplicaciones actualmente no alcanzables, tales como el estudio de los productos farmacéuticos magnéticamente etiquetados para determinar las vías de biodistribución y la farmacocinética.

Además, los métodos de acuerdo con las formas de realización preferidas de la presente invención utilizan un

15 SQUID acoplado a un circuito de transducción de señal que contiene una bobina de sensor a temperatura ambiente sensor que es ligera y altamente maniobrable, y preferentemente portátil, y que puede colocarse en estrecha proximidad al material que se está midiendo. Además, el circuito de transducción de señal comprende una bobina de sensor y el conjunto de bobina de accionamiento y una bobina de transferencia y montaje SQUID, estando los dos conjuntos conectados por un cable de autoprotección de baja resistencia, electromagnética, de manera que los conjuntos pueden estar separados por una distancia de varios metros. Esto hace factible la utilización de tales métodos para buscar señales magnéticas en grandes objetos de forma irregular, que de otro modo no serían posibles.

Además, los procedimientos preferidos utilizan una bobina de sensor combinada y la sonda de bobina de

25 accionamiento que se localiza de manera óptima la bobina de sensor en relación con el campo magnético aplicado a fin de maximizar la señal recibida en la bobina de sensor, para maximizar la extensión longitudinal de la región que se muestrea y para maximizar la resolución espacial transversal.

Además, el método preferido utiliza una sonda que se puede colocar de forma remota desde los otros componentes del circuito de la transducción de señales, que permite un alto grado de flexibilidad y, de ese modo, una amplia gama de aplicaciones. Un ejemplo de una aplicación que implica el uso de dos sondas diferentes sería el uso de la primera sonda para realizar un estudio de baja resolución espacial de un objeto de gran tamaño (por ejemplo, en busca de parámetros magnéticos debido a defectos en un objeto de acero de gran tamaño), y posteriormente, una vez que la región de interés ha sido localizado y marcado, la segunda sonda se podría utilizar, que está optimizada para una

35 prospección de alta resolución espacial de esa región.

Los métodos preferidos también permiten geometrías de bobinas del sensor a temperatura ambiente de una escala y la complejidad que sería inviable con los instrumentos convencionales. Por lo tanto, en una realización preferida, la sonda está en la forma de una matriz segmentada de bobinas de sensor que manejarse ya sea en concierto para proporcionar una exploración de gran superficie, o de forma individual y secuencialmente para permitir la triangulación de la señal y la obtención de imágenes del perfil de profundidad tridimensional. En otra forma de realización, la sonda está en la forma de una disposición miniaturizada y / o axialmente simétrica o concéntrica de bobinas de sensor dispuestas para liberar una resolución espacial óptima en el plano transversal.

45 Las realizaciones también proporcionan una sonda para detectar propiedades magnéticas de los materiales, que comprende: una varilla que tiene un eje longitudinal y una superficie exterior alrededor del eje longitudinal; una bobina de sensor enrollada circunferencialmente sobre la varilla alrededor de su eje longitudinal; un montaje anterior dispuesto sobre la varilla circunferencialmente alrededor del eje longitudinal de la varilla, y una bobina de accionamiento enrollada circunferencialmente en el conjunto del formador alrededor del eje longitudinal de la varilla, donde la bobina de accionamiento está separada por el antiguo conjunto de una distancia de la superficie exterior de la varilla.

Preferentemente, la sonda comprende: una superficie de enrollamiento para soportar la bobina de accionamiento que tiene un eje que es perpendicular a un plano donde se apoya la bobina de accionamiento, donde el eje de la

55 superficie de enrollamiento y el eje longitudinal de la varilla son coaxiales.

Puede haber al menos un brazo dispuesto entre la superficie de enrollamiento y la superficie de la varilla.

En una realización de la presente invención, la bobina de sensor comprende una región central que contiene sustancialmente la mitad del número total de vueltas de la bobina y dos regiones laterales que contienen cada uno sustancialmente un cuarto del número de vueltas de la bobina y se enrolla en oposición a las vueltas de la región central. Preferentemente, la bobina de sensor está en la forma de un gradiómetro de segundo orden.

En una forma de realización alternativa de la invención, la bobina de sensor comprende un primer conjunto de

65 devanados dispuestos en la varilla de cada lado de un segundo conjunto de devanados, donde el primero y el segundo conjuntos de devanados están dispuestos de cada lado del montaje anterior. El primer conjunto de devanados es un par de devanados. El segundo conjunto de devanados es un segundo par de devanados que se coloca en el mismo eje longitudinal entre el primer par de devanados. El primer conjunto de bobinados (par más exterior) están dispuestos simétricamente a cada lado de la bobina de accionamiento / montaje anterior.

5 Ventajosamente, uno de cada par del segundo conjunto de devanados está dispuesto a cada lado del conjunto anterior. El segundo conjunto de bobinados (par más interno) están dispuestos simétricamente a cada lado de la bobina de accionamiento / montaje anterior.

El primer conjunto de devanados puede estar en la forma de un gradiómetro de primer orden y el segundo conjunto 10 de devanados pueden estar también en la forma de un gradiómetro de primer orden.

Preferentemente, el primer conjunto de devanados se debe conectar a al segundo conjunto de devanados de tal manera que una señal generada por el segundo conjunto de devanados se resta de una señal generada por el primer conjunto de devanados, generando de ese modo una señal desde el la bonina de sensor que compensa el

15 movimiento longitudinal de la bobina de accionamiento a lo largo de la varilla.

La distorsión mecánica de la sonda (por ejemplo, por variaciones térmicas o mecánicas) puede alterar el acoplamiento entre las bobinas de accionamiento y de sensor. Dado que la disposición nominal entre las bobinas de sensor y de accionamiento es centralmente simétrica, la expansión térmica de la bobina de accionamiento o la varilla 20 tiene un efecto neto en la señal de salida de la bobina del sensor. En segundo lugar, cuando la bobina de sensor comprende un segundo conjunto de devanados entre un primer par de devanados, este segundo conjunto de devanados puede usarse como una bobina de compensación de la bobina de sensor para reducir el efecto del movimiento de la bobina de accionamiento a lo largo del eje longitudinal de la varilla. Esto se realiza mediante la conexión del primero y el segundo conjuntos de devanados de manera que la señal generada por el segundo

25 conjunto de devanados se resta de la señal generada por el primer conjunto de devanados, generando de ese modo una señal compensada para la bobina de sensor. Esto se puede lograr mediante la conexión a los devanados en serie a lo largo de la longitud de la varilla, mientras se alterna la dirección del devanado de cada uno de los devanados.

30 En una forma de realización de la invención, cada conjunto de devanados en el primer par de devanados está centrado a ± 30 mm a lo largo de la varilla de la bobina de accionamiento / montaje anterior y tiene 32 vueltas en cada conjunto de devanados. Cada conjunto de bobinados en el segundo par de vueltas está centrado a ± 15 mm a lo largo de la varilla de la bobina de accionamiento / montaje anterior y tiene 20 vueltas en cada conjunto de devanados. El montaje anterior está dimensionado para asegurar que la bobina de accionamiento tiene un diámetro

35 de 60 mm.

Breve descripción de las figuras

A continuación, las realizaciones preferidas de la presente invención se describirán con detalle con referencia a los 40 dibujos adjuntos, en los que.

La figura 1 es un diagrama de bloques esquemático de una realización de un método sensible de alta precisión para la localización y caracterización de señales magnéticas; La Figura 2 es un dibujo en perspectiva de un ejemplo no limitativo de una sonda de bonina de sensor/bobina de

45 accionamiento de acuerdo con la realización de la Figura 1; La Figura 3 es un dibujo de ingeniería de la sección transversal de la sonda de la Figura 2; La figura 4 es un diagrama de bloques esquemático de una realización alternativa de un método sensible de alta precisión para la localización y caracterización de señales magnéticas; La Figura 5 es un dibujo en perspectiva de un ejemplo no limitativo de una sonda de bonina de sensor/bobina de

50 accionamiento de acuerdo con la realización de la Figura 4; La Figura 6 es un dibujo de ingeniería de la sección transversal de la sonda de la Figura 5; La Figura 7 es un gráfico de una señal de salida de la presente invención de acuerdo con la realización de la Figura 4 como una función del desplazamiento longitudinal de la sonda de una muestra de ensayo de 1,7 mg de nanopartículas de óxido de hierro de 5 nm de diámetro.

55 La Figura 8 es un gráfico de la señal de salida de la presente invención de acuerdo con la realización de la Figura 4 como una función del desplazamiento lateral de la sonda (en un desplazamiento longitudinal constante de 10 mm) a partir de una muestra de ensayo de 1,7 mg de nanopartículas de óxido de hierro de 5 nm de diámetro, y. La Figura 9 es un gráfico de la relación de la señal de salida de la presente invención de acuerdo con la

60 realización de la Figura 4 medido en las frecuencias de accionamiento de 1012,5 Hz y 2025 Hz, como una función del desplazamiento longitudinal de la sonda a partir de dos muestras de prueba, uno que comprende 1,7 mg de nanopartículas de óxido de hierro de 5 nm de diámetro, y otro que comprende una masa de 4,0 mg de lámina de metal aluminio de área de 10 mm por 10 mm.

Descripción detallada de las figuras

En referencia a la figura 1, un instrumento de acuerdo con una realización de la presente invención comprende de una sonda manual 1, un carro del aparato 2 que sostiene la criogenia y la electrónica, y los cables eléctricos 3 que

5 conecta los dos. La sonda manual 1 está hecho de PEEK (poli-aril-éter-éter-cetona), un material termoplástico semicristalino. El PEEK es un material duro, de baja densidad que se puede esterilizar con autoclave, irradiación gamma u óxido de etileno. Su punto de fusión es de 343 ° C.

En referencia a las figuras 2 y 3, la sonda 1 está en la forma de una varilla de mano, como una pluma gruesa con un diámetro de aproximadamente 20 mm. Una bobina de accionamiento 4 y una bobina de corrección 5 están unidas a un montaje anterior 6 unido como un halo, cerca del extremo de detección 7. La bobina de accionamiento 4 está dispuesta simétricamente con respecto a una bobina sensor de gradiómetro interno de segundo orden. La bobina del sensor 8 se enrolla de alambre de cobre recubierto de poliuretano, y las piezas se pegan con adhesivo epoxi.

15 La bobina de sensor 8 es un gradiómetro de segundo orden que comprende un conjunto de tres subbobinas 8a, 8b y 8c enrolladas en una bobina cilíndrica 9 que se ajusta dentro de la bobina de accionamiento 4, que a su vez se enrolla en una bobina cilíndrica 6. La subbobina 8b central comprende la mitad del número total de vueltas de la bobina de sensor 8, y cada una de los dos subbobinas exteriores 8a y 8c comprende un cuarto del número total de vueltas, cada una enrollada en oposición a las vueltas de la subbobina 8b central.

La bobina de accionamiento 4 está colocada en el punto central de la bobina de sensor 8, y la bobina de corrección 5, también enrollada sobre la bobina cilíndrica 6, se acciona para aplicar un campo de compensación, permitiendo de este modo anular la señal en la bobina de sensor 8 que surja de la bobina de accionamiento 4, maximizando así la sensibilidad y la precisión de la sonda 1.

25 Los cables eléctricos 3 son cables eléctricos de autoprotección de baja resistencia electromagnética, tales como cables de micrófono Belden 1192A, con funda de PVC (cloruro de polivinilo) y tienen un diámetro de 6,2 mm y la longitud de alrededor de 2 m. Los cables 3 son suficientemente largos para permitir que el carro del aparato 2 se mantenga a una distancia de la sonda 1 para reducir la frecuencia de la red de interferencia magnética en la sonda

1. Tres cables 3 se utilizan para conectar la bobina de accionamiento 4, la bobina de corrección 5 y la bobina de sensor 8. Hay algunas conexiones soldadas, protegidas por mangas de poliolefina termoretráctil.

La bobina de accionamiento 4 se acciona con una corriente de onda sinusoidal un pico de hasta 2 A (rms corriente 1,4 A). ). El tensión a través de la bobina es de unos 12 V rms. La potencia disipada en la bobina es de hasta 1,7 W.

35 La bobina de accionamiento 4 genera un campo magnético que varía de forma sinusoidal a una frecuencia de 2 kHz. La intensidad del campo magnético en la punta 7 de la sonda 1 tiene un valor de alrededor de 0,5 mT RMS. Esto da una tasa máxima de cambio de campo de 8,35 T s-1, que está por debajo del nivel de control de 20 T s-1establecido por la División de Protección Radiológica de la Agencia de Protección de la Salud del Reino Unido, y que de ese modo se evita la estimulación del nervio periférico. A modo de comparación, el campo máximo obtenido en contacto con el flex de un hervidor de agua es de alrededor de 4 mT RMS.

La bobina de corrección 5 también se suministra con una corriente de onda sinusoidal de 2 kHz, pero en oposición de fase con la corriente suministrada a la bobina de accionamiento 4. La posición de la bobina de corrección 5 a lo largo de la sonda 1 se ajusta hasta que la señal de salida de la bobina de sensor 8 es cero en ausencia de una

45 muestra cerca del extremo de la sonda 1. Sin embargo, es probable que se logre en la práctica por una combinación de ajuste de posición, el ajuste manual de la corriente y el ajuste fino controlado por ordenador de ajuste.

La electrónica de accionamiento están diseñada para evitar la generación de una componente de campo magnético estático, es decir, que no generan una corriente continua. La electrónica se alimentan de la red eléctrica y comprende un bucle de flujo cerrado 10, un controlador SQUID 11, un módulo de adquisición de datos 12, que incluye un amplificador lock-in y que captura y procesa las señales y una computadora personal portátil 13.

Un criostato en forma de un Dewar de nitrógeno líquido 14 está soportado en el carro del aparato 2. El dewar 14 aloja un detector SQUID sensible 15 y una bobina de transferencia 16. La bobina de transferencia 16 está hecha de

55 cobre cuya resistencia a 77 K es tan baja que es un contribuyente insignificante a la resistencia total del circuito de transducción de señales. Sin embargo, como alternativa, la bobina de transferencia 16 podría estar hecha de un material superconductor.

En referencia a la figura 4, un instrumento de acuerdo con una segunda realización de la presente invención comprende de una sonda manual 51, un carro del aparato 52 que sostiene la criogenia y la electrónica, y los cables eléctricos 53 que conecta los dos. La sonda de mano 51 está hecha de Macor, una cerámica de vidrio mecanizable hecha por Corning. Es muy rígido (módulo de Young de 67 GPa, módulo de cizallamiento 25 GPa), tiene un coeficiente de expansión térmica bajo (9,3 x 10-6/ K) y se pueden mecanizar con una tolerancia de más de 15 micra. Macor se clasifica para funcionamiento continuo a temperaturas de hasta 800 ° C, y es muy resistente al ataque

65 químico de ácido y álcali.

Haciendo referencia a las figuras 5 y 6, la sonda 51 está en la forma de una varilla de mano 59, como una pluma gruesa con un diámetro de 15 mm. Una bobina de accionamiento 54 está fijada a la varilla 59 como un halo cerca de un extremo de detección 57. La bobina de accionamiento 54 está dispuesta simétricamente con respecto a un conjunto de bobinas enrolladas en la varilla 59. Las primeras bobinas o devanados 58a, 58b forman un gradiómetro

5 de primer orden. La segunda bobinas o devanados 58c, 58d, que actúan en oposición a las bobinas 58a, 58b, tienen un menor número de vueltas y actúan para compensar el efecto de cualquier movimiento de la bobina de accionamiento 54 a lo largo del eje lejos de la posición simétrica ideal. Las primeras bobinas 58a, 58b y las segundas bobinas 58c, 58d están conectadas en serie para formar una bobina de sensor 58. Preferentemente, la bobina de sensor 58 se enrolla a partir de una sola longitud de alambre aislado para evitar las juntas. El cable corre a lo largo del eje a y entre las bobinas en una ranura mecanizada como un par trenzado. La bobina de sensor 58 está enrollada de alambre de cobre recubierto de poliuretano, y las piezas se pegan con adhesivo epoxi.

Un criostato en forma de un Dewar de nitrógeno líquido 64 está soportado en el carro del aparato 52. El Dewar 64 aloja un detector SQUID sensible 65, un serpentín de transferencia 66 y una bobina de corrección 55. El dewar 64

15 está blindado contra interferencias de radiofrecuencia con capas de papel de aluminio. Además, el SQUID y las bobinas están montadas dentro de un escudo magnético que consiste en un cilindro de superconductor de altatemperatura. La bobina de transferencia 66 está hecha de cobre, cuya resistencia a 77 K es aproximadamente un séptimo de que a temperatura ambiente, lo que hace que sólo una pequeña contribución a la resistencia total del circuito de transducción de señales. La electrónica se alimenta de la red eléctrica y comprende un bucle de flujo cerrado 60, un controlador SQUID 61, un módulo de adquisición de datos 62, el amplificador de potencia 67 y una computadora personal portátil 63. El módulo de adquisición de datos se utiliza para la generación de forma de onda simultánea y captura, bajo el control del ordenador portátil. La correlación cruzada digital sensible a la fase se lleva a cabo en el software del ordenador, que genera salidas visuales y audibles que indican la fuerza de la respuesta magnética.

25 Los cables eléctricos 53 son la misma especificación que los cables eléctricos 3 de la primera forma de realización de la invención descrita anteriormente. El tipo de cable (cable de micrófono de calidad profesional) se ha seleccionado por su excelente detección eléctrica y magnética, baja resistencia por unidad de longitud y flexibilidad superior. El mismo tipo de cable se utiliza para llevar la corriente de excitación desde el amplificador 67 de potencia a la bobina de accionamiento 54, para llevar las señales de la bobina de sensor 58 a la Dewar 64 en su camino hacia una bobina de transferencia 66, y para llevar una señal de corrección desde el módulo de adquisición de datos 62 a la Dewar 64 en su camino a la bobina de corrección 55. En el caso de la unidad de salida, esto es para reducir la generación de la interferencia, en el caso de las señales de entrada para reducir la aceptación de interferencia.

35 La bobina de accionamiento 54 se acciona mediante el amplificador de potencia 67, que actúa como un convertidor de tensión a corriente y tiene una salida diferencial equilibrada. La ventaja de usar una unidad de corriente es que el campo magnético producido en la bobina de accionamiento 54 no depende de la bobina o impedancia del cable, y especialmente del cambio de la resistencia con la temperatura. Las ventajas de utilizar una salida diferencial equilibrada son que la tensión en la sonda se reduce a la mitad, la disipación en el amplificador de potencia se reduce y la generación de interferencias electrostáticas se elimina. La forma de onda es una onda sinusoidal sintetizada, la frecuencia de 2025 Hz, que se genera por el ordenador portátil 63 con el módulo de adquisición de datos 62. La corriente de impulsión máxima es 2 A.

La bobina de corrección 55 se acciona a través de una resistencia en serie desde el módulo de adquisición de datos

45 62. Sólo se requiere una pequeña corriente como la bobina se coloca cerca de la SQUID. La forma de onda de corrección se bloquea en la forma de onda de accionamiento, es decir, la bobina se acciona a la misma frecuencia y en una relación de fase fija. La amplitud y fase de la forma de onda de corrección se ajustan para dar salida cero en ausencia de materiales magnéticos en la región de detección.

EJEMPLOS DE PRODUCTOS

A continuación se discuten dos ejemplos de aplicación de la presente invención que hacen uso de la ubicación sensible y de alta precisión y caracterización de señales magnéticas. Una herramienta intraoperatoria para la detección del ganglio linfático centinela en el tratamiento del cáncer de

55 mama

El ganglio centinela es el primer ganglio que recibe el drenaje de una zona de la mama que contiene cáncer. Si el ganglio centinela es normal, entonces es probable que el cáncer no se haya extendido, por lo que no se requiere cirugía adicional y se evitan los efectos secundarios. Por esta razón, la detección intraoperatoria del ganglio centinela y la biopsia es la herramienta de referencia para el tratamiento del cáncer de mama. La mayor parte del drenaje linfático de la mama es la axila (área de la axila). Los ganglios linfáticos tienen típicamente de 8 a 10 mm de diámetro y no más de 20 mm de profundidad (30 mm sería raro). El patrón de drenaje y la ubicación de los ganglios linfáticos varían entre los individuos.

65 En la actualidad, la detección del ganglio centinela se realiza normalmente mediante la inyección de un colorante azul y un trazador radioactivo en la piel sobre el tumor. El fluido tarda 2 minutos en llegar al ganglio centinela, y un detector de radioactividad entonces se puede utilizar para seleccionar su ubicación aproximada. Una vez que se hace una incisión, el colorante azul se puede ver tiñendo el ganglio linfático, delineando el tejido que se ha de eliminar. El principal problema con los radioisótopos en la cirugía es la dosis de radiación recibida por el paciente y el cirujano. Además de esto, los reglamentos pueden exigir a los cirujanos una formación especializada en su

5 empleo, y les obligan a tales procedimientos con una determinada frecuencia para mantener su certificación. Un problema distinto es el requisito de que el colorante. Si llega a ser necesario cortar cerca del sitio de la inyección, el colorante azul puede hacer que sea difícil para el cirujano ver lo que él o ella está haciendo, y puede ocultar el sangrado.

El ejemplo de producto de la invención, en este caso, sería una herramienta intraoperatoria para la detección del ganglio linfático centinela en el tratamiento de cáncer de mama. Nanopartículas magnéticas aprobadas (tales como las nanopartículas de óxido de hierro de 5 nm habitualmente utilizadas como agentes de contraste de resonancia magnética por vía intravenosa) se inyectan por vía subcutánea en un tumor, y se les dio unos minutos para drenar en los ganglios linfáticos. Después, el cirujano a utiliza el aparato de la realización preferida de la presente invención

15 para detectar y localizar las nanopartículas magnéticas acumuladas en el ganglio centinela. De esta manera, las partículas magnéticas servirían la misma función y reemplazarían el uso de radioisótopos. El producto podría diseñarse para producir un tono audible de aumentar el tono y volumen a medida que la densidad de las nanopartículas en los sensores de volumen aumenta. Esto significaría que el cirujano no tendría que mirar a una pantalla para localizar la respuesta máxima. En uso, la sonda se cubre con una funda de plástico desechable, por lo que no habría ningún contacto directo con el paciente.

Aunque el uso del producto que se acaba de describir todavía implicaría el uso del colorante azul, el método permitiría una innovación más en el uso de, por ejemplo un colorante fluorescente que sólo se convertiría en visible bajo la luz ultravioleta iluminación y que podría estar revestido sobre las propias nanopartículas magnéticas,

25 En referencia a las figuras 7 y 8, en ambos casos, los datos se recogieron de acuerdo con la realización de las figuras 4, 5 y 6 de la invención, y utilizando un convertidor de frecuencia de la bobina de 2025 Hz. La muestra de ensayo se eligió de modo que fuera análoga en cuanto a tamaño y la concentración de nanopartículas magnéticas a la de un ganglio linfático centinela magnéticamente impregnado. Se compone de una cápsula de gelatina cilíndrica de una longitud de 12 mm y un diámetro de 4 mm rellena con lana de algodón, donde se ha dispersado una solución de nanopartículas de óxido de hierro de 5 nm de diámetro nm, con una masa total de hierro de 1,7 mg. Esta muestra de ensayo se montó con su eje cilíndrico perpendicular al eje cilíndrico de la sonda.

Los datos en la Figura 7 muestran la señal de salida medida en voltios y se normalizó a la masa 70 de hierro en la

35 muestra de prueba como una función de la separación 71 entre la muestra de ensayo y la punta de la sonda a lo largo del eje cilíndrico de la sonda. Los datos ilustran una característica ventajosa de la invención 72, a saber, que la intensidad de la señal de salida varía aproximadamente linealmente con la separación hasta una separación de aproximadamente 12 mm. La linealidad es ventajosa porque significa que la intensidad de la señal varía de manera mensurable y fiable que un usuario puede aprender a reconocer fácilmente, facilitando así la localización de un ganglio linfático en el ejemplo producto anterior. Además, la medida de 12 mm de esta característica lineal es ventajosa porque significa que los ganglios linfáticos dentro de 12 mm de la piel se pueden detectar utilizando la sonda, que excede la cifra de 10 mm, es decir, la distancia máxima desde la piel a la que se encuentra el ganglio linfático centinela, cuando se presiona la punta de la sonda en la piel.

45 Los datos de la Figura 8 muestran la señal de salida, obtenida de acuerdo con la realización de las figuras 4, 5 y 6 de la invención, medidos en voltios y normalizados a la masa 80 de hierro en la muestra de prueba como una función del desplazamiento lateral 81 de la sonda (en un desplazamiento longitudinal constante de 10 mm). Más precisamente, en un sistema de coordenadas cartesianas donde x es el eje cilíndrico de la muestra de ensayo, XY es el plano donde tanto la muestra de ensayo y de los ejes cilíndricos de la sonda se encuentran, y el punto central de la muestra de ensayo está en x = 0 mm e y = 0 mm, la sonda se desplaza de manera que su punta viajó desde x = -25 mm a x = + 25 mm a y = 10 mm constante. El eje cilíndrico de la sonda se mantuvo en paralelo al eje y.

Los datos en la Figura 8 ilustran una característica ventajosa de la invención 82, a saber, que la intensidad de la señal de salida cae rápidamente más allá de un desplazamiento lateral de aproximadamente + / -5 mm. Esta rápida

55 caída fuera es una ventaja, ya que significa que la resolución lateral es suficientemente buena que un usuario de la sonda se puede esperar razonablemente para detectar y localizar los ganglios linfáticos centinela utilizando la sonda.

Una herramienta de evaluación no destructiva para la detección de huecos y defectos en aluminio

Una aplicación muy importante de la evaluación no destructiva es en la detección y el seguimiento de grietas, defectos y huecos en estructuras metálicas grandes. Uno de los métodos estándar aplicados es pasar una corriente a través del objeto, o una parte del objeto, y supervisar el cambio en la resistencia eléctrica de punto a punto del objeto, que mira hacia fuera de la característica de aumento de la resistencia asociados con grietas, fracturas u otros

65 defectos. Sin embargo, la mayoría de estos métodos están limitados a las prospecciones de la superficie o de las regiones cercanas a la superficie del objeto.

El ejemplo de producto de la invención, en este caso, sería una herramienta de evaluación no destructiva que operar sin la necesidad de pasar cualquier corriente a través del objeto, y que sería administrada mientras no esté en contacto con el objeto. La herramienta podría ser hecho a medida para adaptarse a cualquier aplicación particular: por ejemplo, en oleoductos que comprenden secciones de acero cilíndricas de un espesor de pared dado, la sonda

5 de bonina de sensor/bonina de accionamiento podría diseñarse para suministrar un campo magnético externo suficiente para penetrar en la totalidad del espesor de pared. Como alternativa, podría diseñarse para sondear selectivamente la región cerca de la superficie de la estructura.

A continuación se describe, a modo de ilustración, un aspecto del ejemplo de producto anterior donde es posible

10 distinguir entre las señales magnéticas debidas a la magnetización inducida de un material magnético, y las respuestas magnéticas debidas al flujo de corriente inducida en un material eléctricamente conductor.

La figura 9 muestra la relación de la señal de salida de la presente invención, de acuerdo con la realización descrita con referencia a las figuras 4, 5 y 6, medidos a frecuencias de accionamiento 90 de 1012,5 Hz y 2025 Hz de dos

15 muestras de prueba como una función de desplazamiento longitudinal 91 de la sonda de la muestra. Se usaron dos muestras de prueba: una que comprende 1,7 mg de nanopartículas de óxido de hierro de 5 nm de diámetro (denominados “imán” en la Figura 9) y otra que comprende una masa de 4,0 mg de lámina de metal aluminio de 10 mm por 10 mm de área (denominado "metal" en la Figura 9).

20 Los datos de la Figura 9 ilustran una característica ventajosa de la invención 92, a saber, que para las separaciones entre la muestra y la punta de la sonda de hasta aproximadamente 10 mm, la respuesta magnético debido a un imán y una muestra de metal se puede distinguir mediante la comparación de la relación de la señales medidas en dos frecuencias diferentes. Esta característica distintiva es ventajosa porque significa que los cambios en la frecuencia de accionamiento entre dos o más frecuencias se pueden utilizar para distinguir entre respuestas magnéticas debido

25 a ambas fuentes magnéticas y metálicas.

Además, se observará que los datos de la Figura 9 se refieren a las proporciones en las amplitudes de las señales magnéticas medidas, y que la invención de la realización descrita en relación con las figuras 4, 5 y 6 también mide el desplazamiento de fase de las señales magnéticas con respecto a la señal de excitación. A una frecuencia de 30 accionamiento de 2025 Hz, la fase fue de -8 ° para la muestra magnética y de 81 ° para la muestra metálica. A una frecuencia de accionamiento de 1025,5 Hz, la fase fue de -44° para la muestra magnética y de +46° para la muestra metálica. Por lo tanto, la diferencia en el desplazamiento de fase entre las señales magnéticas de las muestras de ensayo magnéticas y metálicas sigue siendo de aproximadamente 90º, independientemente de la frecuencia de accionamiento. Esta constancia de la diferencia de fase es ventajosa, ya que proporciona una base para la

35 resolución de las señales que surgen de una combinación de fuentes magnéticas y metálicas.

Otro ejemplo de una aplicación adecuada de la presente invención sería en la industria aeronáutica, donde los objetos metálicos de gran tamaño, como las alas del avión, normalmente están hechas de aluminio reforzado. En tal caso, es muy importante ser capaz de detectar defectos y deficiencias debido a defectos tales como huecos. La

40 invención es ideal para este problema donde se puede operar como un susceptómetro de alta sensibilidad capaz de detectar el cambio en la susceptibilidad magnética entre la matriz de aluminio y el vacío lleno de aire.

Por supuesto, debe entenderse que la presente invención se ha descrito únicamente a modo de ejemplo y que se pueden realizar modificaciones de detalles permaneciendo dentro del alcance de la invención definida por las

45 reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una sonda (1) dispuesta para detectar propiedades magnéticas de los materiales utilizando susceptometría magnética, que comprende:

5 una varilla que tiene un eje longitudinal y una superficie exterior alrededor del eje longitudinal; una bobina de sensor (8) enrollada circunferencialmente sobre la varilla alrededor de su eje longitudinal para constituir un gradiómetro de orden distinto de cero; y una bobina de accionamiento (4) enrollada circunferencialmente alrededor del eje longitudinal de la varilla, donde la bobina de accionamiento está espaciada una distancia de la superficie exterior de la varilla.
2. Una sonda de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende además un montaje anterior (6) dispuesto sobre la varilla circunferencialmente alrededor del eje longitudinal de la varilla, donde la bobina de accionamiento (4) se enrolla circunferencialmente sobre el montaje anterior (6) alrededor del eje longitudinal de la

15 varilla, y la bobina de accionamiento está separada por el montaje anterior a una distancia de la superficie exterior de la varilla.
3.

Una sonda de acuerdo con la reivindicación 2, donde el montaje anterior comprende:

una superficie de enrollamiento para soportar la bobina de accionamiento que tiene un eje perpendicular a un plano donde se apoya la bobina de accionamiento, donde el eje de la superficie de enrollamiento y el eje longitudinal de la varilla son coaxiales.
4.

Una sonda de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, donde la bobina de sensor (8) comprende una región central

25 que contiene sustancialmente la mitad del número total de vueltas de la bobina y dos regiones laterales que contienen cada uno sustancialmente un cuarto del número de vueltas de la bobina y se enrolla en oposición a las vueltas de la región central.
5.

Una sonda de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la bobina de sensor (8) está en forma de un gradiómetro de segundo orden.
6.

Una sonda de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, donde la bobina de sensor (8) comprende un primer conjunto de devanados (58a, 58b) dispuestos simétricamente en la varilla de cada lado de un segundo conjunto de devanados (58c, 58d), donde los primero y segundo conjuntos de devanados están dispuestos simétricamente a

35 cada lado del montaje anterior (6).
7.

Una sonda de acuerdo con la reivindicación 6, donde el segundo conjunto de devanados (58c, 58d) comprende una segunda pluralidad de devanados dispuestos a cada lado del montaje anterior y el primer conjunto de devanados comprende una primera pluralidad de devanados (58a, 58b) dispuestos a cada lado del segunda conjunto de devanados y el segundo conjunto de bobinados comprende menos devanados que el primer conjunto de devanados.
8.

Una sonda de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, donde el primer conjunto de devanados está

en la forma de un gradiómetro de primer orden y el segundo conjunto de devanados está en la forma de un 45 gradiómetro de primer orden.
9.

Una sonda de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, donde el primer conjunto de devanados está conectado al segunda conjunto de devanados de tal manera que una señal de salida de la bobina de sensor comprende una señal generada por el segundo conjunto de devanados restados a partir de una señal generada por el primer conjunto de devanados.
10.

Una sonda de acuerdo con la reivindicación 9, donde la relación del número de vueltas en el segundo conjunto de devanados y el número de vueltas en el primer conjunto de devanados es tal que el cambio en el acoplamiento entre la bobina de accionamiento y la bobina de sensor debido a desplazamiento axial de la bobina de

55 accionamiento con respecto a la bobina de sensor se reduce al mínimo.
11.

Una sonda de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 o 3, donde la bobina de sensor (8) está en forma de un gradiómetro de primer orden.
12.

Una sonda de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 o 3, donde la bobina de sensor (8) está en forma de un circuito de bobina de sensor donde más de una bobina está conectada en serie para constituir dicho gradiómetro.
13.

Una herramienta intraoperatoria para la detección del ganglio linfático centinela en el tratamiento del cáncer de mama mediante la detección y la localización de las nanopartículas magnéticas inyectadas por vía subcutánea en un

65 tumor que luego se acumulan en el ganglio centinela, que comprende una sonda como se establece en cualquier reivindicación precedente.