Пристрій екранування сенсорного блока магнітокардіографа

Реферат: Винахід належить до технічних засобів захисту високочутливої вимірювальної апаратури від дії високочастотних зовнішніх перешкод і може бути використаний для екранування магнітокардіографічних комплексів, що працюють в неекранованих приміщеннях. Пристрій екранування сенсорного блока магнітокардіографа містить електромагнітний екран, який складається з нижньої частини, що є екраном для екранування детекторів, і верхньої частини, що є екрануючою кришкою для екранування електронних блоків попереднього посилення. Верхня частина щільно одягнена на нижню частину. Нижня частина екрана складається з двох послідовно сполучених співвісних циліндрів без дна між ними, на зовнішній поверхні яких закріплено багатошаровий тканий радіопоглинальний матеріал на основі графіту. Дно нижнього циліндра екрана закрите одним шаром тканого радіопоглинального матеріалу. Екрануючу кришку виконано у вигляді циліндра з пластика, який закритий у верхній частині і на зовнішніх поверхнях якого закріплено багатошаровий тканий радіопоглинальний матеріал. На нижній його кромці розміщені ламелі з мідної фольги з можливістю забезпечення електричного контакту між нижньою і верхньою частинами електромагнітного екрана. А в бічній поверхні верхньої частини електромагнітного екрана виконано отвір для підведення кабелів до електронних блоків попереднього посилення. Пристрій усуває надмірні шуми, що вносяться екранами, що підвищує якість захисту при простоті його конструктивного виконання. UA 100300 C2 (12) UA 100300 C2 UA 100300 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі технічних засобів захисту високочутливої вимірювальної апаратури від дії високочастотних зовнішніх перешкод і може бути застосований для екранування магнітокардіографічних комплексів, що працюють в неекранованих приміщеннях. Як сенсори в магнітокардіографах звичайно використовуються надпровідні квантові інтерференційні детектори, що характеризуються рекордно високою чутливістю до 10-32 Дж/гц у широкій смузі частот (від 0 до десятків Ггц), тоді як корисний магнітний сигнал від вимірюваного об'єкта зосереджено у вузькому низькочастотному діапазоні (0,1-100 Гц). За наявності перешкод від радіостанцій, мобільного зв'язку, електростатичних розрядів і інших численних джерел електромагнітного випромінювання може порушуватися стійкість функціонування сенсорних детекторів, що входять до складу сенсорного блока. Рівень перешкод, при яких ще зберігається нормальна працездатність сенсорного блока, не повинен перевищувати величину магнітної складової - порядку 0,1 нТл. Така низька власна перешкодозахисна надпровідних квантових інтерференційних детекторів вимагає використання додаткового пасивного екранування. Для побудови електромагнітних екранів використовують матеріали з високою електропровідністю (Сu, Аl тощо). При зміні зовнішнього магнітного поля в стінках екрана виникають індукційні струми, що охоплюють об'єм, який екранується. Магнітне поле цих струмів направлене протилежно зовнішньому збурювальному полю і частково компенсує його. Проте використання матеріалів з високою провідністю має істотне обмеження, пов'язане з тим, що при збільшенні провідності збільшується шумовий струм (шум Найквіста) екрана, який сприйматиметься чутливим датчиком як зовнішній шум, тоді як надто низький рівень (величина) вимірюваних сигналів створює необхідність боротьби зі всіма можливими джерелами шумів. Існують різні способи усунення впливу шумів. Найбільш радикальний спосіб - це екранування порівняно великого об'єму (кімнати) і, тим самим, віддалення стінок екрана на велику відстань від сенсорів магнітного поля. До теперішнього часу для забезпечення працездатності магнітокардіографічних систем досить широко використовуються пасивні електромагнітні екрани у вигляді цілих екранованих кімнат, вартість яких може у декілька разів перевищувати вартість самих магнітокардіографів. Необхідність використання екранованої кімнати при біомагнітних дослідженнях сформульована в US Patent 5,152,288; Apparatus and method for measuring weak, locationdependent and time-dependent magnetic fields, Hoening E., Reichenberger H., Schneider S., G01R 35/00, G01R 33/035, October 6, 1992. Цей патент вибрано за прототип. У пристрої-прототипі сенсорний блок разом з рештою електронних блоків магнітометра і системи позиціонування пацієнта оточено електромагнітним екраном, конструкція якого виконана з матеріалів з високою провідністю. Конструктивні елементи такого екрана повинні знаходитися на достатньо великій відстані від сенсорів, щоб обмежити шумову дію самого екрана, і тому екранується ціла кімната, в якій здійснюється вимірювання слабких магнітних полів. Екранована кімната - це дорога споруда, і лише найбільші наукові центри можуть дозволити собі її використання. В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою екранування сенсорного блока магнітокардіографа, який би усунув надмірні шуми, що вносяться екранами, що підвищить якість захисту, і був би недорогим. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої екранування сенсорного блока магнітокардіографа, який містить електромагнітний екран, згідно з винаходом, електромагнітний екран складається з нижньої частини - екрана для екранування детекторів і верхньої частини екрануючої кришки для екранування електронних блоків попереднього посилення, яка щільно одягнена на нижню частину, нижня частина екрана виконана на несучому каркасі, який складається з двох послідовно сполучених співвісних циліндрів без дна, і на зовнішній поверхні якого закріплено багатошаровий тканий радіопоглинальний матеріал на основі графіту, а дно каркаса екрана закрите одним шаром тканого радіопоглинального матеріалу, екрануюча кришка виконана на каркасі у вигляді циліндра з пластика, який закрито верхньою площиною циліндра і на зовнішній поверхні якого закріплено багатошаровий тканий радіопоглинальний матеріал, а на нижній кромці розміщені ламелі з мідної фольги для забезпечення електричного контакту між нижньою і верхньою частинами електромагнітного екрана, при цьому в бічній поверхні верхньої частини електромагнітного екрана виконано отвір для підведення кабелів до електронних блоків попереднього посилення. Конструкція електромагнітного екрана з використанням багатошарових тканих радіопоглинальних матеріалів на основі графітових волокон, елементи якого можуть розташовуватися в безпосередній близькості від магніточутливих датчиків, послаблюють 1 UA 100300 C2 5 10 15 20 25 30 шумові струми в стінках екрана і, тим самим, усувають надмірний шум, що вноситься самим екраном до об'єму, який екранується. Використання замість екранованої кімнати в прототипі екранування лише сенсорного блока магнітокардіографа дозволяє значно здешевити конструкцію. Винахід пояснюється кресленням, на якому зображено пристрій екранування сенсорного блока магнітокардіографа. Пристрій містить електромагнітний екран, що складається з нижньої 1 частини - екрана для екранування детекторів, і верхньої 2 частини - екрануючої кришки для екранування електронних блоків попереднього посилення, яка щільно одягнена на нижню 1 частину. Нижню 1 частину екрана виконано на несучому каркасі 3, який складається з двох послідовно сполучених співвісних циліндрів з пластика без дна і на зовнішній поверхні якого закріплено багатошаровий тканий радіопоглинальний матеріал 4 на основі графіту, а дно каркаса екрана закрите одним шаром тканого радіопоглинального матеріалу 5. Верхня 2 частина екрана виконана на каркасі 6 у вигляді циліндра з пластика, який закрито верхньою площиною і на зовнішній поверхні якого закріплено багатошаровий тканий радіопоглинальний матеріал 4, а на нижній кромці розміщені ламелі 7 з мідної фольги для забезпечення електричного контакту між нижньою 1 і верхньою 2 частинами електромагнітного екрана. У бічній поверхні верхньої 2 частини електромагнітного екрана виконано отвір 8 для підведення кабелів до електронних блоків попереднього посилення. Електромагнітний екран функціонує таким чином. Електромагнітна хвиля, що падає на екран, частково відбивається від поверхні екрана. Оскільки ефективність віддзеркалення пропорційна провідності матеріалу екрана, недостатня ефективність віддзеркалення компенсується збільшенням поглинання електромагнітної хвилі за рахунок збільшення товщини стінок екрана, а також зростанням ефективності екранування за рахунок багатократного внутрішнього перевідбиття (і поглинання) хвиль від різнонаправлених тканих графітових волокон. У той же час порівняно невисока провідність графіту і перехідні опори між окремими волокнами графітової тканини послаблюють шумові струми в стінках екрана і, тим самим, усувають надмірний шум, що вноситься самим екраном до об'єму, який екранується. Ламелі 7 з мідної фольги забезпечують електричний контакт між нижньою 1 і верхньою 2 частинами електромагнітного екрана, не утворюючи замкнутого контуру з високою провідністю. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 Пристрій екранування сенсорного блока магнітокардіографа, що містить електромагнітний екран, який відрізняється тим, що електромагнітний екран складається з нижньої частини, що є екраном для екранування детекторів, і верхньої частини, що є екрануючою кришкою для екранування електронних блоків попереднього посилення, яка щільно одягнена на нижню частину, нижня частина екрана складається з двох послідовно сполучених співвісних циліндрів без дна між ними, на зовнішній поверхні яких закріплено багатошаровий тканий радіопоглинальний матеріал на основі графіту, а дно нижнього циліндра екрана закрите одним шаром тканого радіопоглинального матеріалу, екрануючу кришку виконано у вигляді циліндра з пластика, який закритий у верхній частині і на зовнішніх поверхнях якого закріплено багатошаровий тканий радіопоглинальний матеріал, а на нижній його кромці розміщені ламелі з мідної фольги з можливістю забезпечення електричного контакту між нижньою і верхньою частинами електромагнітного екрана, при цьому в бічній поверхні верхньої частини електромагнітного екрана виконано отвір для підведення кабелів до електронних блоків попереднього посилення. 2 UA 100300 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3