JPH0335814B2 - - Google Patents

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JPH0335814B2
JPH0335814B2 JP62207342A JP20734287A JPH0335814B2 JP H0335814 B2 JPH0335814 B2 JP H0335814B2 JP 62207342 A JP62207342 A JP 62207342A JP 20734287 A JP20734287 A JP 20734287A JP H0335814 B2 JPH0335814 B2 JP H0335814B2
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coil
compensation
coils
electromagnet
magnetic field
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Bee Keraa Anton
Haa Chotsupu Berunaa
Kusutaa Anton
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Spectrospin AG
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Spectrospin AG
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Publication date
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Publication of JPS63301507A publication Critical patent/JPS63301507A/ja
Publication of JPH0335814B2 publication Critical patent/JPH0335814B2/ja
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    • 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
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/389—Field stabilisation, e.g. by field measurements and control means or indirectly by current stabilisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高い磁界均一性を有する電磁石の磁
界における、特に磁気共鳴の測定のための超導電
性電磁石の被検物域における時間変化する界磁妨
害を補償する装置に関する。
（従来技術及びその問題点） 上記装置は、電磁石の被検物域を通り抜ける磁
界が少なくとも１つの誘導コイルによつて確認さ
れ、該誘導コイルで誘導される電圧が制御段に印
加され、且つ被検物域を囲む補償コイルに流れる
補償電流が制御段からの出力信号により設定され
るように成つている。
この種の装置は、ドイツ公開特許出願第
3308157号により公知である。
種々の測定目的のために、大きい磁界の強さ及
び高い磁界均一性を有する磁界を作ることが必要
である。典型的な応用は、磁気共鳴の測定、即
ち、核共鳴又は電子スピン共鳴を含み、一様な磁
界が、質量分析法（mass spectrometry）、例え
ば、特にイオン・サイクロトロン共鳴質量分析法
（ICR mass spectrometry）のためにも必要であ
る。
電磁石、例えば、鉄芯磁石、空芯磁石、超導電
性磁石システム又はこれらの磁石の組合せにより
作られる磁界を実際に発生する妨害に関して補償
するための多数の装置が、特に核共鳴技術により
知られている。
本願の内容においては重要ではないが、一様性
の妨害に関して補償するための種々の技術に加え
て、主に磁気誘導Ｂとして表現される磁界の絶対
的な大きさが時間変化するように現われる妨害を
補償することも公知の技術である。
いわゆる“界磁ロツク”が、この種の非常に低
周波数の界磁妨害、いわゆるドリフト、を補償す
るために磁気共鳴技術に慣習的に使用されてい
る。はつきりした、狭い核共鳴線、いわゆる“標
準”を有する基準試料がこの目的のために使用さ
れ、これによつてこの共鳴線の磁気回転比、すな
わち磁界の強さに対する共鳴周波数の比が、正確
に得られる。この基準線の核共鳴は絶え間なく励
起され且つ永久的に設定された測定周波数を持つ
ているので、例えば、補正が磁界のドリフトの結
果必要であるか否かを確認することが可能であ
る。
磁界の強さにおいて幾らかより高い周波数の妨
害を補償するために、例えば、“GERMAN
JOURNAL Z.Instr.67”（1959）の第293〜300頁
において記述されているように、いわゆる“磁束
安定化”を達成することは鉄芯磁石の磁界により
公知の技術である。この公知装置において、誘導
コイル、いわゆる“ピツクアツプコイル”が、鉄
芯磁石の磁極片に対して同心的に使用され、磁界
の強さの低周波変動が、このタイプの磁界変動が
これらのコイルに誘導電圧を誘導するので、これ
らのコイルによつて確認され得る。誘導電圧は直
流増幅器に供給され、該増幅器は従つて電磁石の
界磁コイルに供給される電流を発生する。このよ
うにして、略0.1から１Hzの範囲における界磁妨
害を補償することができる。
直接組付けられた機械式冷凍機を含む超導電性
磁石システムに使用される装置は、最初に引用し
たドイツ公開特許出願第3308157号により公知で
ある。超導電性磁石システムは、超導電性ワイヤ
が巻回され且つクライオスタツトの内部に配され
たソレノイドコイルから成り、該クライオスタツ
ト内においてソレノイドコイルは液体ヘリウム槽
内に配置されている。一般的には、液体ヘリウム
を含む最も奥にある容器のそばには、可能な最も
少ない損失で超導電性コイルを作動させるために
必要である極低温を維持することができるように
するため、さらに低温の遮蔽及び液体窒素を含ん
でいる容器が配置されている。公知の超導電性磁
石システムでは、機械式冷凍機、即ち、該システ
ムに直接隣接して取付けられるモータ駆動式冷凍
装置が使用され、該冷凍装置からは２つの同心的
な冷却アームがクライオスタツトの内部に延び且
つ該アームは前記低温遮蔽及び液体窒素で満たさ
れた容器を低温度に維持する。
この公知の装置では、冷凍機の機械的駆動によ
り生じる妨害を補償するための手段が講じられて
いる。その磁化率を無視できない金属成分が機械
的駆動系内で駆動中であるので、磁気妨害信号が
クライオスタツトの最も奥に配置されている被検
物域に発生する。この妨害信号は非常に低い振幅
であるが、該妨害信号は高い解像力の磁気共鳴測
定の場合に妨害効果を持つ。
前記公知の装置は、誘導コイルを冷凍機上に直
接又は被検物域、すなわちクライオスタツトの内
部に配置し、冷凍機により生じる妨害信号を前記
コイルに誘導される電圧によつて確認し且つ該コ
イルから補償コイルのための補償電流を作ること
を提案している。
上記装置は、超導電性電磁コイルにごく近接し
て配置された機械的駆動により発生する妨害を補
償する上述した応用に対しては充分である。その
理由は、冷凍機が作動している間に発生する前記
妨害の性質及び作用を多少予測することができ、
従つて、所望の補償を比較的簡単な手段で達成で
きるからである。
しかしながら、磁石システム、特に高い解像力
の核共鳴分析法に使用されるタイプのシステムの
測定精度が高まるにつれ、外部からの妨害に対す
る感度も、特に下記の超導電性磁石システムの場
合に増大するということが判つた。この超導電性
磁石システムは、鉄芯又は筒がなく、制御されな
いまま外部からその磁石システムに当たる妨害を
比較的そのまま受けるようなシステムである。重
い、動いている磁気成分、特に、例えば、エレベ
ータや市街電車等は、特に大きな妨害作用を持つ
ことが判つた。その結果、例えば、分析計のある
部屋から50ｍ或はそれ以上離れた所にある貨物エ
レバータによつて発生する妨害磁界が、通常の研
究室に設置される超導電性磁石システムを用いた
核共鳴分析計に現われることが判つた。該分析計
から前記距離以上に離れた所にある道路上を走つ
ている電車によつて発生する妨害についても同様
に前記分析計に現われる。
ドイツ公開特許出願第3308157号に記述された
タイプの簡単な装置は、その発生を時間、振幅、
方向又は位相のいずれかに基づいて予測できない
妨害を補償するのに充分ではない。その理由は、
被検物域内に又はその付近に配置される誘導コイ
ルは、被検物域における被検物の位置での界磁妨
害の実際の性質又は被検物域における補償コイル
によつて加えられる正確な作用のいずれをも知る
ことなしに、妨害磁界の積分磁束を確認し且つそ
の関数としての電流を補償コイルに供給すること
ができるにすぎないからである。従つて、実際に
は、前記妨害は巨視的には最初に引用したタイプ
の装置によつて補償されたかに見えるだけで、微
視的には、界磁妨害は被検物自体の位置に依然と
してそのまま残り、且つ誘導コイルによつて又は
誘導コイルが満たされている領域によつて補償さ
れる領域が部分的に補償されるに過ぎない。被検
物の位置に残る妨害磁界は、通常周波数に依存す
る振幅及び位相応答を表わす。
（発明の目的） 本発明の目的は、測定装置、特に磁石コイル自
体があることの結果として存在する実際の条件を
同時に考慮しながら、時間変化する界磁妨害をよ
り正確に補償できるように、最初に述べたタイプ
の装置をさらに改良することである。
（発明の構成） 本発明によれば、この目的は、少なくとも１つ
の誘導コイルと少なくとも２つの補償コイルとを
設け、且つ２つの補償コイルに供給される補償電
流を分配するための電流分割器を制御段内に配置
したことにより達成される。
完全な磁束補償の場合には、誘導コイルを通る
電圧は零、すなわち誘導コイルを通る積分磁束の
変化はない。しかしながら、従来技術と反対であ
るように、このことは、補償電流を少なくとも２
つの補償コイルに流し、その電流比も調節可能で
あることによつて達成される。この付加的なパラ
メータを変えることにより、平衡状態における積
分磁束の変化を除去できるだけではなく、被検物
の位置での磁界の変化をも同様に除去できる。
本発明によれば、本発明が基づく目的は、少な
くとも１つの補償コイルと少なくとも２つの誘導
コイルとを設け、且つ前記少なくとも２つの誘導
コイルの誘導電圧が異なる重みで印加される電圧
加算器を制御段内に配置したことにより更に達成
される。
この測定の結果として、別の自由なパラメータ
が作られ、このパラメータは、積分磁束の補償に
加えて、被検物の位置での磁界の変化を正確に補
償するように設定される。
原理的には、適当な直径の全部で僅か２つのコ
イルを、これらの位置が機械的に最適化されるよ
うに、すなわち、妨害信号だけの周波数に対して
常に完全となるように考えることもできる。全部
で少なくとも３つのコイルを用いている本発明で
提案されている解決策は、最適化を機械的に達成
する必要がないという利点を与え、且つかなり簡
単でより変形が可能な方法で達成され得る。同時
に、前記解決策は、周波数の関数として電流又は
電圧を分配することにより、例えば、調節可能な
周波数応答、すなわち調節可能な振幅及び位相を
有する少なくとも１つの減衰器又は増幅器の設置
により、より広い周波数域内において妨害を除去
できる可能性をも与える。
本発明が基づく目的は、本発明による装置が１
つの重要な点に関して従来の装置とは異なるた
め、完全に解決される。
本発明によれば、少なくとも３つのコイル、す
なわち少なくとも１つの誘導コイルと２つの異な
る重みのついた補償コイル、又は２つの異なる重
みのついた誘導コイルと１つの補償コイルが使用
される。
このような２つの変形例を持つ本発明は、これ
までどんなに努力しても達成できなかつた方法で
外部から入り込む界磁妨害を補償できるという重
要な利点をあたえる。
実際の実験により、一般的に0.05Hzと５Hzとの
間で且つ数10mGの強度を持つ周波数域内で起こ
るこのタイプの界磁妨害の場合に、略10倍の効率
で妨害を抑圧することが可能であるということが
判明した。これは、特に上記周波数域において重
要な利点である。何故ならば、超導電性磁石シス
テムは略１Hzの周波数域で固有の共鳴を示し、該
共鳴は著しい誤差の増大につながり得るもので、
これが意味するのは誤差の補償が特に重要で且つ
特にこの周波数域において効果的であるというこ
とが判つたからである。
全般的に見て、本発明の効果は、時間変化する
界磁妨害の補償が、核磁気共鳴の測定と関連し
て、例えば、実質的に全周波数域に亘つて可能で
あるということである。最初に説明した界磁ロツ
クにより、充分な補償を極く低い周波数の界磁妨
害、特にドリフトに対して行い得るが、本発明に
よる装置は、数Hzまでの上記周波数域内で効果的
である。しかしながら、より高い周波数の妨害は
通常補償されないまま残つもかまわない。その理
由は、この高い周波数の妨害は磁石により遮蔽さ
れ、通常の核共鳴測定を妨害しないからである。
本発明の好ましい実施例では、誘導コイル及び
補償コイルはお互いに同心的に配置されている。
この手段は、コイルの寸法決め、位置決め及び
励起をより簡単に計算し且つ実行できるという利
点を与える。
この実施例の好ましい変形例において、誘導コ
イル及び補償コイルは、お互いに対してだけでは
なく、電磁石の界磁コイルに対しても同心的に配
置されている。
この手段は、本発明による装置が、外部からの
妨害に対して特に敏感である磁石システムの主軸
の方向にある軸方向成分を主に補償するという利
点を与える。
本発明の別の実施例では、少なくとも１つの誘
導コイルを電磁石の界磁コイルの内側又は外側に
配置でき、且つ少なくとも１つの補償コイルを界
磁コイルの外側又は内側に配置できる。
この手段は、測定装置の周囲条件を考慮するこ
とができるという利点を与える。
界磁コイルの外側に配置された補償コイルを用
いている本発明の特に好ましい実施例では、前記
補償コイルは、電磁石の界磁コイルから軸方向に
離れた位置に配され且つ界磁コイルの直径より充
分大きい、好ましくは少なくともその２倍の大き
さの直径を有する。
この実施例では、特に前記電磁石は、垂直軸を
床の上方のフレーム内に配して配置された超導電
性磁石であり、且つ前記補償コイルは、フレーム
の下方にある床上に設けられている。
この手段は、遠方の妨害、特に、磁石システム
から充分離れた所にある重い、動いている磁気成
分によつて上述したような方法で作られるタイプ
の妨害に対して補償し得るという利点を与える。
磁石システムの外側に非常に大きな直径の補償
コイルを配置することにより、補償磁界が遠方の
磁界に少なくとも近づき且つそれ故に発生する妨
害を補償することが、その特徴によつて類似する
大きさで成され得るという利点が得られる。この
ことは、遠方の妨害を確認する同心の誘導コイル
が補償コイルに直接隣接して配置され、これによ
つて第３のコイルが、被検物域に又はその中によ
り小さい誘導又は補償コイルの形で配置される場
合に、特に適用可能である。
本発明の好ましい実施例では、前記電磁石は、
基準試料の所定の線のスペクトル位置が監視され
る制御回路を有する核共鳴分光計の超導電性電磁
石であり且つ補償磁界が前記線の変位の関数とし
てコイルによつて作られ、該コイルは補償コイル
の役を同時に果たす。
この手段は、上述した界磁ロツクが、該界磁ロ
ツクが本発明の観念において補償コイルとして同
時に使用されるという点でも利用されるという利
点を与える。このことは、付加的な空間は被検物
域の付近には必要ではないという利点を与える。
本発明の好ましい実施例では、少なくとも２つ
の補償電流又は少なくとも２つの重みのついた誘
導電圧の比は、周波数の関数である。この手段
は、１つの周波数の妨害に対してだけでなく、広
い周波数域内の妨害に対しても正確な補償を与え
ることができるという利点を与える。
（実施例） 本発明の他の目的、特徴及び利点を、添付した
図面で示される各実施例を参照した以下の説明に
よつてより明らかにする。
以下、本発明の各実施例を添付した図面に基づ
いて詳細に説明する。なお、図面において同一の
符号は同様の部分を表わしている。
第１図は、鉄芯磁石の磁束安定器の従来例を示
す概略回路図である。同図は、ヨーク１１を有す
る通常の鉄芯電磁石１０を示し、該ヨーク１１上
には磁極柄１２が配され、該磁極柄１２の自由端
には磁極片１３が配されている。励起コイル１４
がヨーク１１に巻回され且つ励起コイル１４には
供給線１５が設けられており、該供給線１５を介
して励起電流i0が励起コイル１４に供給される。
さらに、線１７ａ，１７ｂによつて利得制御増
幅器１８に夫々接続された誘導コイル１６ａ，１
６ｂが、磁極柄１２に付加的に巻回されている。
利得制御増幅器１８は、線１９を介して励起コイ
ル１４に接続され、または鉄芯電磁石１０の別の
界磁コイルに接続されている。内部に被検物域２
１が形成される測定空気間〓２０は、磁極片１３
の間で延びている。
何らかの理由により、時間変化する界磁妨害が
磁束変化dφs／dtの形で鉄芯電磁石１０に発生す
ると、電圧Ui1，Ui2が該磁束変化の結果として
誘導コイル１６ａ，１６ｂに誘導され、そして利
得制御増幅器１８で補償電流ikに変換される。補
償電流ikは、時間変化する界磁妨害dφs／dtを補
償するために上述した方法で用いられる。
第２図は空芯電磁石２９のための第１図に相当
する装置を示しており、該電磁石２９は抵抗磁石
または超導電性磁石のいずれかとして設計するこ
とができる。第２図における電磁石２９に用いら
れているコイルはヘルムホルツ・コイル （Helmholtz coils）の形式で設計されている
が、もちろんそのコイルはソレノイド・コイル又
はこれら２つの形式のコイルを組み合わせたもの
として設計することもできる。一対の空芯コイル
３０ａ，３０ｂは縦軸３１の方向に影響力のある
一定の主磁界を発生し、これによつて横軸３２は
縦軸３１に垂直に配置され、被検物域３３が該両
軸の交点に配置されている。一対の誘導コイル３
４ａ，３４ｂが線３５を介して利得制御増幅器３
６に接続され、さらに、線３７を介して一対の補
償コイル３８ａ，３８ｂに接続されている。
第２図に示す従来の装置の作動理論は、第１図
で示された装置のものに対応する。外部からの時
間変化する界磁妨害dφs／dtが空芯コイル３０
ａ，３０ｂ及び誘導コイル３４ａ，３４ｂの両方
を通つて流れ、これによつて誘導電圧Uiが誘導
コイル３４ａ，３４ｂに誘導される。利得制御増
幅器３６は、誘導電圧Uiから補償電流ikを形成
し且つその電流を補償コイル３８ａ，３８ｂに供
給する。
第２図から明瞭に理解できるように、コイル３
４，３８の相対的配置は任意に選択される傾向が
あるが、一部の状態を確認及び補償し得るにすぎ
ない。しかしながら、対称な磁界状態だけでなく
非対称な磁界状態も、各対のコイル34/38により
囲まれる空間内に形成されることが充分想定で
き、残余の誤差が被検物域３３内に依然としては
つきり存在するとしても、これらの磁界状態は巨
視的には界磁変化の完全な補償をする。
上記従来技術によれば、第２図に示す誘導及び
補償コイル34/38の寸法決め、位置決め及び励起
は任意の根拠で又は実際的な見地に従つて行なわ
れる傾向がある。考え得る改良は、誘導及び補償
コイルの位置決め、寸法決め及び励起を正確に計
算することによつて任意配置へのこの傾向を克服
することである。しかしながら、超導電性磁気コ
イルを組み込んだシステムでは、上記の計算は所
望の良い結果には至らない。その理由は、超導電
性巻線の遮蔽力が考慮されていないからである。
さらに、上記の計算は、非常に多くの計算努力を
も伴なう。
従つて、本発明は、以下に詳細に説明するよう
に、少なくとも第３のコイルを付加的に配置する
ものである。
その装置は、付加的な第３のコイルを備えてい
るが、第２図に類似する構成になるけれども、そ
の配置は、第３図の実施例で示されるように、軸
３１，３２の交点に対して非対称にもなり得る。
この実施例では、軸方向に偏倚された一対のコイ
ル40a／40b、軸方向に偏倚されたソレノイドコ
イル４１及び軸方向に偏倚された環状コイル４２
が、第２図に示す厳密に対称な配置の代わりに設
けられている。これら３つのコイル４０ａ／４０
ｂ，４１及び４２の１つが誘導コイルであり、１
つが補償コイルであり、第３のコイルは誘導コイ
ル又は補償コイルのいずれか一方になり得る。
本発明によれば、第３図で示されている空芯電
磁石は、種々の方法で設計され得る。
第４図は第１の変形例を示しており、この例で
はコイル４０，４１及び４２は夫々プライム符号
を付して示されている。第１のコイル４０は、誘
導コイル４０′の役目をし且つ増幅器４４に供給
される誘導電圧Uiを出力する。増幅器４４は補
償電流ikを発生し、この電流は２つの減衰器４５
ａ及び４５ｂに送られる。各減衰器は、電流ikを
以下に示す比率で分配する。
ik1＝xik、 ik2＝（ｌ−ｘ）ik 電流成分ik1は、第１の補償コイルとして設け
られた第２のコイル４１′を通つて流れる一方、
第２の電流成分ik2は、第２の補償コイルとして
設けられたコイル４２′を通つて流れる。
要素４５ａ及び４５ｂは、増幅器の形式でも実
施できる。これらの要素は調節可能な周波数応答
ｆ（ν）を有することができ、その結果、電流の
分配、即ち、パラメータｘは周波数の関数であり
且つ周波数に基づいて最適化され得る。原理的に
は、減衰器４５ａ，４５ｂの１つは削除できる。
最も簡単な場合には、減衰器４５ａ，４５ｂはポ
テンシヨメータの形式で実施され得る。しかしな
がら、調節可能な周波数特性により、作動増幅器
が特に有効である。ik1とik2との間の比は重要な
性質であるので、ik1とik2との合計がikに等しく
ならないような変更も考え得る。
同様な被検物域３３、全てのコイル４０′，４
１′及び４２′には妨害誘導Bsが通り抜ける。
コイル４０′，４１′及び４２′を位置決めし、
寸法決めし且つ励起するために、以下の概念が利
用され、この概念においてコイル４０′，４１′及
び４２′はインデツクスＡ，Ｂ及びＣで夫々表わ
されている。
誘導電圧Uiがいま測定される場合には、該電
圧は各々のバツクインダクテイヴイテイ
（backinductivities）LBA及びLCAを考慮に入れて、
妨害磁束φs並びに電流成分ik1及びik2によつて作
られる成分から成ることが理解できる。その結果
は、 Ui＝dφsdt＋LBAdik1／dt＋LCAdik2
／dt……(1) 又は φs＋LBAik1＋LCAik2＝０ ……(2) となる。
上記比(2)を電流成分と、磁束と誘導との間の比
とで置き換えると、 WAAABS＋（xLBA ＋（１−ｘ）LCA）ik＝０ ……(3) となる。ここで、WAは巻き数、AAはコイル４
０′の表面積である。(3)式をikで解くと、 ik＝−WAAABS／xLBA＋（１−ｘ）LCA ……(4) となる。
誘導コイル４０′の誘導電圧Uiが零になる条件
を加えると、被検物位置での全磁気誘導も零にな
る。この全磁気誘導Btotは以下の成分からなる。
Btot＝Bs＋BA＋BB＝０ ……(5) (5)式をBsで割ると、 Btot／Bs＝１＋BA／Bs＋BB／Bs＝０ ……(6) 選択されたコイルの配置及びコイルの寸法によ
つて、コイルに現われる誘導をｋの比として表わ
すことができ、このｋの比には直径ｄ、長さｌ、
巻き数ｗ及び電流成分ｘが入つている。コイル４
１′，４２′で作られる誘導の場合には、次のこと
が当てあまる。
BA＝KA（ｄ、ｌ、ｗ、ｘ）xik ……(7) BB＝KB（ｄ、ｌ、ｗ、ｘ）（１−ｘ）ik ……(8) (6)式に(4)、(7)及び(8)式を導入すると、最終的に
次式が得られる。
Btot／Bs＝１−KA′（ｄ、ｌ、ｗ、ｘ） −KB′（ｄ、ｌ、ｗ、ｘ）＝０ ……(9) (9)は、バツクインダクテイヴイテイ（the
back inductivities）を含む全ての中間パラメー
タが寸法、巻数及び電流成分を表わす項で置換さ
れた式を表わしている。第３図で示されたものに
類似する非対称な配置の場合には、非対称に配置
されたコイルの位置に関する項も入る。
次のステツプは、ｘ＝０又はｘ＝１である特別
な場合、即ち、補償コイル４１′，４２′の一方の
みが有効であり且つ全補償電流ikを受ける場合を
仮定し、且つコイルの幅、長さ或は巻数等の所定
の基本構成のための自由パラメータを、(9)式を満
足するように最適化することである。
例えば、第６図に関係して後に簡単に説明する
ように、コイル４２′が考慮から外され且つコイ
ル４０′及び４１′だけが考慮されるような対称な
配置を仮定し、且つこれに加えて、これら２つの
コイルが同心に配置され、被検物域３３が、これ
らコイルによつて囲まれ且つその中心に配置され
ていると仮定する場合には、コイル４０′及び４
１′の軸方向の長さを同じとすると、コイル４
０′及び４１′の長さに対する直径の比が正確に3/
２に等しい、即ち略0.87であるならば、(9)式が満
足されるということを証明できる。このことが意
味することは、コイル４２′が消磁されたままで
ある構成では、完全な補償が被検物域３３におけ
る妨害誘導Bsに対して理想的になされ、その結
果誘導電圧Uiが同時に零になるということであ
る。しかしながら、このようなことは理想状態に
対してのみ当てはまる。従つて、例えば、コイル
４０′，４１′が、スペース上の理由から避けられ
ないために、クライオスタツトの超導電性磁石コ
イルと結合する場合には、理論的に計算された結
果は得られない。この場合には、絶え間なくに励
磁される超導電性コイルが遮蔽の機能を果たし、
このことは上述した理論的な観察はもはや当ては
まらないことを意味する。
この体系的な誤差を補償するために、本発明
は、第２の補償コイル４２′も励磁され且つ補償
電流ikがコイル４１′と４２′との間で分配される
ということを提案する。この方法では、上述した
ように妨害する内在物がある場合でも、完全な補
償が妨害誘導Bsに対してなされる。
第４図で示すものに等価である回路が第５図で
示され、この回路では、第３図によるコイル４
０，４１，４２が第５図で提案されたものにおい
て２重のプライム符号の表記によつて示されてい
る。この場合において、コイル４０″及び４２″は
２つの誘導コイルとして使われる一方、コイル４
１″は唯一の補償コイルとして機能する。誘導コ
イル４０″及び４２″からの信号電圧は、２つの減
衰器４６ａ，４６ｂを介してシフト因子が再びｘ
である電圧加算器４７に送られる。２つの加算さ
れた電圧の合計は増幅器４８に供給され、該増幅
器４８は補償電流ikを出力する。
前記減衰器は調節可能な周波数応答性ｆ（ν）
を持ち得る。原理的には、一方の減衰器を省くこ
とができる。最も簡単な場合には、電圧の減衰又
は増幅がポテンシヨメータ回路によつて達成され
得る。
既に詳細に記述されたタイプの概念を、第５図
による装置から導くことができ、そしてその結果
に対応して当てはまる。
既に簡単に提案したように、第６図は超導電性
磁石システム５０の第１実施例を示しており、該
システムは実験室の床５１上に設置されている。
床５１の上方にあるフレーム５２上には、液体ヘ
リウム及び液体窒素のための接続管５４，５５を
有するクリオスタツト５３が配置されている。
クリオスタツト５３の外側容器には誘導コイル
５６が巻き付けられ、該コイル５６に密着してこ
れと同じ軸方向の長さを有する第１の補償コイル
５７が巻き付けられ、第１の補償コイル５７上に
は、該コイルに対称的に配置されているが、これ
よりも短い軸方向の長さを有する第２の補償コイ
ル５８が巻き付けられている。コイル５６，５
７，５８はそれらの対称中心における被検物域５
９を囲繞する。
第４図に関して所要の比の理論的導出について
既に説明したように、誘導コイル５６及び第１の
補償コイル５７は、これら自身、コイル56/57の
寸法及び配置が上述したようなものである場合に
は、被検物域５９における界磁妨害のための完全
な補償を与えるのに理論的に充分である。これに
対して、第２の補償コイルは、クリオスタツト５
３及びこの中に配されている超導電性磁石コイル
があることによつて引き起こされる真の影響を補
償するために使用される。
第７図は、超導電性磁石システム６０の別の実
施例を示し、このシステムは、クリオスタツトの
略中央より上方位置に巻き付けられた第１の誘導
コイル６１を有している。第２の誘導コイル６２
及び補償コイル６３は、クリオスタツトの下の床
６４上に配置されている。全てのコイル６１，６
２，６３は、超導電性磁石システム６０の垂直軸
６５に対して同心的に配置されている。
第７図による実施例では、第５図で示されたも
のに類似する回路が使用され、この回路では、誘
導コイル６１，６２がアース６９と、一連の抵抗
７０を介して、積分増幅器との間で直列に接続さ
れている。逆側の電圧印加はポテンシヨメータ７
２によつて設定される。
７３は離れた所からの遠方妨害を示し、この妨
害は、例えば、エレベータ或は電車によつて発生
する。遠方妨害７３は、超導電性磁石６０全体並
びにコイル６１及び６２を通り抜け、誘導コイル
６２は遠方妨害の全てを受ける一方、誘導コイル
６１は超導電性磁石から遠方妨害の一部だけをそ
の結合部を介して受ける。床６４上に配された非
常に大きな補償コイル６３に発生する補償磁界に
よつて、その性質が遠方妨害に非常に類似する補
償磁界が発生する。
第８図から第１１図は、第７図で示されたもの
に類似する装置で行なわれた測定結果を示し、各
図のａは妨害を受けた核共鳴線を示し、各図のｂ
は本発明による装置によつて補償された測定結果
を示している。
第８図は、第８図から第１１図の測定のために
一定の方法で作られた遠方妨害７３が略40ｍG.
の強度を持つ0.2Hzの周波数である場合を示して
いる。同図から理解できるように、核共鳴線８０
に加えて小さな側域８１も形成され、この側域は
本発明によつて補償された第８図ａで示される測
定結果には完全になくなつている。
同様のことが、よりはつきりしているが、第９
ａ及び９図ｂで示された測定結果から理解でき、
ここでは、遠隔妨害７３は同じ強度を持つ0.5Hz
の周波数を持つていた。この妨害状況において
も、上記と同様に、この妨害を本発明によつて前
部除去することができた。
第１０図ａで示された測定結果は、同じ妨害振
幅を持つ1.0Hzの妨害周波数の影響を示している。
既に説明したように、ここで関係のあるタイプの
超導電性磁石コイルはおよそ1.0Hzの周波数域で
顕著な固有の共鳴を持つことがあり、これが意味
するのは、固有の共鳴は超導電性磁石コイルで励
起されるので、上記周波数を持つ遠方妨害７３
は、第１０図ａから明確に理解できるように、非
常に不快な影響を持つ。しかしながら、第１０図
ｂで示されているように、この場合における妨害
をも充分に補償することができる。
第１１図は2.0Hzの周波数を持つ妨害を示し、
この妨害も、本発明による装置の実施により充分
に補償することができる。
本発明を、その好ましい実施例に基づいて既に
説明した。明らかに、本発明の多くの変更及び変
形が上記教示に照らして可能である。従つて、添
付した特許請求の範囲内において、具体的に説明
したものとは別の方法で本発明を実施できるとい
うことが当然理解できる。特に、本発明の個々の
特徴は個別に又は他との組合せにおいて利用され
得る。このことは、磁石システムの内側及び外
側、その付近、或はそこから軸方向又は放射方向
に離れた位置にある種々の誘導及び補償コイルの
組合せにより可能である実質的に無限の種々の領
域に当てはまると共に、特に、NMRスペクトロ
スコピイ（分光学）及び断層放射線写真、質量ス
ペクトロメータ（分光計）等のように、磁界が必
要とされる種々の測定装置において可能である本
発明による装置の多くの応用技術に当てはまる。
（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の装置によれば、
測定装置、特に磁石コイル自体があることの結果
として存在する実際の条件を同時に考慮しなが
ら、時間変化する界磁妨害をより正確に補償する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は鉄芯磁石の磁束安定器の従来例を示す
概略回路図、第２図は超導電性磁石システムにお
ける磁束安定器の従来例を示す概略図、第３図
は、本発明に応じて変更された、第２図で示され
る従来例に類似する安定器を示す図、第４図は、
第３図によるシステムの回路の変形例を示す回路
図、第５図は、第４図で示される回路図について
の、本発明による変形例を示す図、第６図は、本
発明による超導電性磁石システムの第１実施例を
示す図、第７図は第６図で示されるシステムの変
形例を示す図、第８図ａ、第９図ａ、第１０図ａ
及び第１１図ａは、異なる周波数の、外部からの
時間変化する界磁妨害があるときに、従来技術に
より記録された核共鳴線を示す図、そして第８図
ｂ、第９図ｂ、第１０図ｂ及び第１１図ｂは、異
なる周波数の、外部からの時間変化する界磁妨害
があるときに、第７図に示す本発明装置により記
録された核共鳴線を示す図である。 ３０ａ，３０ｂ……空芯コイル（界磁コイル）、
４０′；５６……誘導コイル、４１′，４２′；５
７，５８……補償コイル、４４，４５ａ，４５ｂ
……制御段、４５ａ，４５ｂ……減衰器（電流分
割器）、ik……補償電流、ik1，ik2……２つの重
み成分、：４１″；６３……補償コイル、４０″，
４２″；６１，６２……誘導コイル、４６ａ，４
６ｂ，４７……制御段、４７……電圧加算器、
Ui……誘導される電圧、Ui1，Ui2……所定の重
み。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 高い磁界均一性を有する超導電性電磁石の被
    検物域に存在する磁界における時間変化する界磁
    妨害を補償する装置で、前記被検物域を通り抜け
    る磁界を確認するための少なくとも１つの誘導コ
    イルと、前記誘導コイルに誘導される電圧に応答
    する制御ユニツトと、前記被検物域を囲む少なく
    とも１つの補償コイルとを含み、前記制御ユニツ
    トの出力信号によつて設定される補償電流が前記
    補償コイルに供給される装置において、少なくと
    も１つの誘導コイルと少なくとも２つの補償コイ
    ルが設けられ、これら全てのコイルは界磁コイル
    に対して主として同心的に且つその外側に配置さ
    れ、前記補償コイルは前記磁界コイルに対して非
    対称なコイル配置を形成し、前記制御ユニツトは
    閉ループの制御段を有し、且つ電流分配器が、前
    記補償電流を前記２つの補償コイルに供給される
    ２つの重み成分に分配するために前記制御段内に
    配置されていることを特徴とする磁界における時
    間変化する界磁妨害を補償する装置。 ２ 前記補償コイルは、前記電磁石の前記界磁コ
    イルから軸方向に離れて配置され且つ該界磁コイ
    ルの直径より充分大きい、好ましくは少なくとも
    ２倍の大きさである直径を有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記電磁石は、垂直軸が床の上方のフレーム
    内に配置され、且つ前記補償コイルは、前記フレ
    ームの下にある前記床上に配置されていることを
    特徴する特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ４ 前記電磁石は、基準試料の所定の線のスペク
    トル位置が監視される制御回路を有する核共鳴分
    光計の電磁石であり且つ補償磁界が前記線の変位
    の関数としてコイルによつて作られ、且つ該コイ
    ルは補償コイルの役を同時に果たすことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５ 前記電磁石は質量分光計の磁石であることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ６ 前記制御段は、略0.05から５Hzの周波数範囲
    で作動することを特徴とする特許請求の範囲第１
    項に記載の装置。 ７ 前記制御段は、振幅及び位相に基づいて設定
    され得る周波数応答を有することを特徴とする特
    許請求の範囲第１項に記載の装置。 ８ 前記電流分配器を有する前記制御段の少なく
    とも１つの要素の振幅及び位相は、周波数の関数
    として設定され得ることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の装置。 ９ 高い磁界均一性を有する超導電性電磁石の被
    検物域に存在する磁界における時間変化する界磁
    妨害を補償する装置で、前記被検物域を通り抜け
    る磁界を確認するための少なくとも１つの誘導コ
    イルと、前記誘導コイルに誘導される電圧に応答
    する制御ユニツトと、前記被検物域を囲む少なく
    とも１つの補償コイルとを含み、前記制御ユニツ
    トの出力信号によつて設定される補償電流が前記
    補償コイルに供給される装置において、少なくと
    も１つの補償コイルと少なくとも２つの誘導コイ
    ルが設けられ、これら全てのコイルは界磁コイル
    に対して主として同心的に且つその外側に配置さ
    れ、前記誘導コイルは前記磁界コイルに対して非
    対称なコイル配置を形成し、前記制御ユニツト
    は、内部に電圧加算器が設けられた閉ループの制
    御段を有し、該電圧加算器には、前記少なくとも
    ２つの誘導コイルで誘導される電圧が所定の重み
    で印加され、且つ該電圧加算器の出力信号から前
    記制御段は前記補償電流を得ることを特徴とする
    磁界における時間変化する界磁妨害を補償する装
    置。 １０ 前記補償コイルは、前記電磁石の前記界磁
    コイルから軸方向に離れて配置され且つ該界磁コ
    イルの直径より充分大きい、好ましくは少なくと
    も２倍の大きさである直径を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １１ 前記電磁石は、垂直軸が床の上方のフレー
    ム内に配置され、且つ前記補償コイルは、前記フ
    レームの下にある前記床上に配置されていること
    を特徴する特許請求の範囲第１０に記載の装置。 １２ 前記電磁石は、参照試料の所定の線のスペ
    クトル位置を監視する制御回路を有する核共鳴分
    光計の電磁石であり且つ補償磁界が前記線の変位
    の関数としてコイルによつて作られ、且つ該コイ
    ルは補償コイルの役を同時に果たすことを特徴と
    する特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １３ 前記電磁石は質量分光計の磁石であること
    を特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の装
    置。 １４ 前記制御段は、略0.05から５Hzの周波数範
    囲で作動することを特徴とする特許請求の範囲第
    ９項に記載の装置。 １５ 前記制御段は、振幅及び位相に基づいて設
    定され得る周波数応答を有することを特徴とする
    特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １６ 前記電圧加算器を有する前記制御段の少な
    くとも１つの要素の振幅及び位相は、周波数の関
    数として設定され得ることを特徴とする特許請求
    の範囲第９項に記載の装置。
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