Brevet FR2325167A1 — publié le 19770415

La présente invention concerne un dispositif pour rendre homogène l'intensité radiale de champs magnétiques et, plus particulierement, concerne un dispositif pour compenser la chute d'intensité d'un champ magnétique mesure que l'on s'écarte de l'axe central des masses polaires. Il est bien connu que les dispositifs à résonance magnétique nucléaire (NMR) exigent des champs magnétiques possedant un degré élevé d'homogénéité. Toutes les irrégularités du champ magnétique sont normalement compensées par l'utilisation de bobines électriques qui sont situées dans un plan perpendiculaire à l'axe des masses polaires. En contrôlant le courant qui traverse les bobines, on peut contrôler de façon correspondante le champ magnétique engendré par ces bobines, et, par conséquent, comnander l'intensité du flux magnetique dans la zone contrôlée. Le brevet des E.U.A No. 3 566 255 donne diverses dispositions de bobines pour améliorer l'homogénéité du champ magnétique, et, en particulier, pour éliminer pratiquement tous les gradients de la première et de la deuxième grandeur dans le champ magnétique donné. En fait, tous les gradients de la première grandeur peuvent être éliminés par l'adjonction de cinq jeux de bobines indépendantes ou disposées de façon mathematiquement orthogonal es. Le brevet des E.U.A No. 3 582 779 montre un dispositif possédant sept bobines indépendantes disposées autour du champ magnétique à l'intérieur duquel on desire éliminer les gradients de deuxième grandeur. Les deux brevets ci-dessus brevets présentent une technique corrective pour contrôler le champ magnetique, technique généraement connue sous le nom de compensation, qui élimine tous les éléments hétérogènes de la première et de la deuxieme grandeur. Lorsqu'elles sont disposées entre les masses polaires ces bobines sont montées sur la masse polaire perpendiculairement à son axe. Ces brevets passent sous silence la chute d'intensité radiale du champ à mesure que celui-ci s'éloigne de l'axe central des masses polaires. Le principal objet de la présente invention est donc de fournir un dispositif capable de corriger la chute radiale de l'intensité d'un champ magnétique. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif qui corrige la chute radiale dans l'intensité du champ, et qui peut être modifié pour ajuster le champ de compensation. La présente invention a également pour objet de fournir un dispositif qui peut être ajusté pour compenser le manque de parailèlisme entre les masses polaires. L'invention comprend un système pour ameliorer l'homogeneite radiale de champs magnétiques axiaux obtenus à partir de masses polaires, système dans lequel plusieurs dispositifs générateurs de champ magnetique sont prevus, dont chacun est situé entre lesdites masses polaires et à l'ex- tremite de rayons d'égale longueur partant de l'axe central des masses polaires. Ces dispositifs générateurs de champs magnetiques, sont excités de façon a ce que les lignes de flux magnetique ainsi créées soient orientées dans la même direction que les lignes de flux magnétique existant entre les masses polaires.Les dispositifs générateurs de champs magnétiques sont places de façon à ce que les lignes de flux magnétique ainsi créées soient minimales au centre de la masse polaire et maximales loin du centre, compensant ainsi toute chute d'intensité magnétique dans les domaines éloignés de l'axe central de lamasse polaire. Les dispositifs générateurs de champs magnétiques sont indépendamment ajustables, de façon à pouvoir compenser tout défaut de parallélisme entre les masses polaires. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est un schema montrant le montage des masses polaires et le champ magnétique entre les pôles. La figure 2 est une représentation graphique de la variation du champ magnétique Bz en fonction de la distance R à l'axe central des masses polaires. La figure 3 est une representation graphique du flux B en fonction z de R, des bobines compensatrices de la présente invention. La figure 4 est un schéma montrant les deux enroulements d'une bobine et la source de courant variable de cette dernière. La figure 5 est un schema montrant une vue en coupe prise selon l'axe centrale des masses polaires, et montrant une bobine en place dans l'espace libre entre les deux pâles. La figure 6 est un schéma présentant une vue plongeante des masses polaires et une paire de bobines en place entre les pôles. La figure 7 est un schéma de l'une des masses polaires vue selon l'axe de contrle, et montrant 4 bobines situées par rapport a cet axe. Si l'on se reporte a la figure 1, on y voit le montage des masses polaires, avec une représentation schématique du champ du flux magnetique 12 qui existe entre les pôles. La disposition est du type généralement utilise dans les dispositifs à résonance magnétique nucléaire pour analyser un échantillon. Le champ magnétique 12 est représenté s'étendant de la masse polaire 10- la masse polaire 11, et présente sa plus grande intensité de flux sur 1 'axe central entre les masses polaires, et une chute d'intensité du flux mesure que l'on s'ecarte de l'axe central. Les flèches indiquent la direction du champ magnetique, et l'espacement entre les flèches représente l'intensité. Plus les flèches sont rapprochees les unes des autres, plus grande est l'intensité. Ainsi, la plus grande intensite magnétique se trouve au centre des masses polaires et les lignes de flux s'étendent parallelement à cet axe central, l'intensité diminuant le long de toute ligne radiale s'écartant de l'axe central. Cette chute radiale de l'intensité du flux n'est pas souhaitable dans un dispositif magnétique utilisé dans un travail portant sur la résonance magnetique nucléaire, puisque toute hétérogénéité du champ magnétique a tendance à déformer le spectre NMR qui en résulte, limitant ainsi l1efficacité du dispositif d'analyse dans lequel llensemble magnétique est utilise. Cette chute indésirable de 1 'intensité du champ peut être mieux illustrée par une représentation graphique telle que celle de la figure 2 dans laquelle le champ magnétique axial Bz produit entre deux masses polaires est porté en ordonne, tandis que la distance radiale R à partir du centre des masses polaires est portée en abscisse.On peut voir que la grandeur de Bz, courbe 13, diminue radialement à mesure que la distance R slaccroit. La partie supérieure du graphique montre, en tirets, la courbe souhaitée 14. C'est-à-dire, un tracé qui est une ligne droite tandis que le rayon s'accroît, montrant que le champ est constant et qu'il n'existe pas d'hétérogénéité radiale.Pour contrebalancer la chute radiale effective qui se produit dans l'intensite de champ 13, il faut recourir à un champ magnétique de compensation qui sera plus faible au niveau de l'axe central des masses polaires et croîtra en intensité le long du rayon qui s'écarte de l'axe central des masses polaires, comme le montre la figure 3. La courbe 15 montre que le champ magnétique Bz s'accrolt en méme temps que s'accroît la distance R à partir de l'axe central des pôles le long d'un rayon.On a constaté qu"une bobine située dans un plan perpendiculaire aux masses polaires et parallèle à leur axe central, située une distance R de I 'axe central des masses polaires, et perpendiculaire au rayon tracé depuis l'axe central des masses polaires jusqu'au plan contenant la bohine, lorsqu'elle est convenablement excitée, produit un champ magnetique au niveau de 1 'axe central des masses polaires qui est dans la meme direction que le champ principal et qui est essentiellement parallèle à 7'axe des pâles. L'intensité du champ ainsi produit s'accroît avec la distance radiale R à partir de l'axe central des pôles. On appréciera le fait que cette variation de champ est contraire à la variation de champ non compensé des pâles et, en conséquence, devrait, lorsqu'elle est produite par une excitation convenable, compenser la chute d'intensité du champ magnétique dans la région centrale ou se produit l'analyste NMR. La figure 4 montre une représentation schénatique dlune paire d'enroulements d'une bobine. La bobine peut être constituee par un conducteur unique, ou un dispositif multiconducteur, ou meme un circuit grave sur une plaquette à circuit imprime. te point important est que la bobine produise le champ magnetique de compensation requis lorsqu'elle est convenablement excitée par un courant. Un dessin de bobine 17, consistant en deux boucles 16 et 18, montrées dans la figure 4, est excité par une source de courant appropriée, représentée par la pile 20. Le sens de circulation du courant choisi est le sens conventionnel qui va du ple positif au polie négatif.La sortie de la bobine 17 est renvoyée à la source de courant 20 par l'intermédiaire d'une sasse convenable. Le circuit comprend un élément de résistance variable 24 par l'intermédiaire duquel la quantité de courant circulant dans la bobine 17 peut être ajustée soit automatiquement, soit manuellement. Bien entendu, l'ajustement automatique pourrait être exécute par un ordinateur ou n'inporte quel autre organe de contrôle qui ajusterait le courant circulant dans la bobine et, par conséquent, contrôlerait le champ de conpensation. La figure 5 est une représentation en coupe, prise le long de I 'axe central des masses polaires, montrant une bobine 26, en position entre les masses polaires. On peut voir que la bobine 26 est située dans un plan parallèle au plan de la coupe prise le long de l'axe central des masses polaires La figure 6 est une coupe en vue plongeante de l'ensemble masses polaires et deux bobines de compensation 26 et 32.Corme sur cette coupe on voit les bobines d'en haut, les conducteurs sont représentés par un cercle qui représente les fils des quatre el6Bents des deux bobines Le symbole i représente le courant qui entre dans la page en s'éloignant de l'observateur et le symbole Q représente le courant qui sort de la page en direction de 1 'obseryateur. Comne on peut le voir sur la figure 6, le courant de la bohine 26 entre dans la page par les éléments exterieurs et sort de la page par les éléments intérieurs. Ce sont les menez directions de courant que celles qui ont été décrites à propos de la figure 4. Ainsi, si l'on a recours 14 règle de la main droite pour trouver la direction du champ magnétique, c'est-à-dire que si l'on dirige le pouce de la main droite dans la direction du courant, les doigts replies designe- ront la direction du champ magnétique, De ce fait, on peut voir que le champ sortant de la boucle de gauche 18 se dirige vers l'observateur puis retourne dans la boucle de droite 16 en s'éloignant de l'observateur. Ce phénomène est figure schématiquement par les flèches qui représentent les lignes de flux qui s'étendent autour de la bohine 17- dans la figure 4. Si l'on se réfère a nouveau àla bobine 26 dans la figure 6, on peut voir que le champ magnétique provoqué par le courant qui circule dans les bobines circule de la gauche vers la droite, comme le montrent les flèches. Cette direction est la même que celle qui est indiquée par la flèche centrale 30, qui suit l'axe central des masses polaires. Le champ engendré par la bobine 26 s'étend jusqu'à l'axe central, représenté par la flèche 30, ou le champ est essentiellement minimal. Cette intensité magnétique augmente en s'éloignant de l'axe central jusqu'à l'emplacement de la bobine engendrant le champ, où ce dernier est bien entendu maximal. Ainsi on a introduit un champ qui compense la chute d'intensité magnétique lorsqu'on s'éloigne de l'axe central des masses polaires en direction de la bobine génératrice de champ. Il faut remarquer que la seconde bobine 32 engendre un champ magnétique qui a la même direction que le champ magnétique principal engendré par les pôles, et une répartition telle que l'intensite minimale du flux se trouve le long de l'axe central des masses polaires et se trouve maximale à la distance radiale ou se trouvent les bobines. Le courant qui traverse la bobine 32 est inversé par rapport à celui qui traverse la bobine-26. Les éléments extérieurs de la bobine ont un courant qui sort de la page comme le montre le symbole adequat, et le courant pénètre dans la page le long des conducteurs internes. Cette direction du courant dans les éléments de la bobine 32 produit le sens de champ magnétique désiré. Le changement de sens du courant dans les deux bobines peut être obtenu en inversant la polarité de la source de courant appliquée à la bobine ou simplement en plaçant la bobine 32 à l'envers par rapport à la bobine 26. Il faut remarquer que l'effet de renversement est obtenu en introduisant une des bobines entre les masses polaires, par l'autre extrémité de celles-ci par rapport à l'introduction de l'autre bobine. La présente invention n'est pas limitée à la réalisation avec deux bobines montrée dans la figure 6, mais peut également être réalisée avec plusieurs bobines, dont chacune est située à la même distance respective par rapport à l'axe central des masse polaires. Une réalisatIon montrant quatre jeux de bobines est représentée schématiquement dans la figure 7.La vue en coupe est prise le long de l'une des masses polaires qui fait face a l'autre pôle et, ainsi, montre les bobines 36, 37, 38 et 40 comme des lignes droites puisque l'on n'en voit que la tranche. Chaque bobine est situee angle droit par rapport à celle qui lui est adjacente, formant ainsi les quatre côtés d'un carré. Le champ engendré par chaque bobine est minimal au centre de la masse polaire et maximal au niveau de la bobine. Bien entendu, la direction des lignes de flux magnétique est parallèle aux lignes de flux magnetique engendrées par les pôles entre lesquels les bobines sont situées. Puisque les bobines sont excitées individuellement et sont individuellement reglables, on peut effectuer un ajustement dans les bobines opposees, c'est-à-dire celles qui se trouvent situées sur le même diametre des masses polaires, pour compenser les différences d'intensité du flux axial provoqué par un manque de parallèlisme des masses polajres. Par exemple, si les masses polaires sont plus rapprochées le long d'une moitié du diamètre et plus écartées le long de l'autre moitié en raison d'un manque de parallèlisme entre les masses polaires, l'intensité de flux axial correspondant sera augmentée dans l'espace plus reduit, et diminuee dans l'espace plus large En consequence, les deux bobines qui se trouvent le long de ce diamètre particulier peuvent être réglées non seulement pour compenser le manque d'homogénéité de l'intensité du flux radial, mais peuvent également être ajustées de façon à compenser les différences d'intensité du flux axial dues au manque de parallélisme. Bien que l'on ait decrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de realisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour rendre homogène l'intensité radiale de champs magnétiques produits par des masses polaires, caractérise en ce qu'il comprend: plusieurs dispositifs générateurs de champs magnétiques, situés entre lesdites masses polaires et à l'extrémité de rayons d'égale longueur s'étendant de part et d'autre de l'axe central desdites masses polaires;; des moyens d'excitation desdits dispositifs générateurs de champs magnétiqles de telle sorte que les lignes de flux magnétique ainsi créées soient de même sens que les lignes de flux magnétique des masses polaires, lesdits dispositifs générateurs étant situés de façon telle que i'intensité magnetique ainsi créée soit minimale au niveau de l'axe central desdites masses polaires, et maximale au point le plus éloigné de l'axe central, compensant ainsi la chute d'intensité magnétique dans les domaines du champ éloignés de l'axe eentral desdites masses polaires. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits dispositifs générateurs de champs magnétiques comprennent chacun une bobine possédant deux boucles adjacentes dans un même plan, chaque boucle ayant un élément plus long adjacent et parallele à 1 'élément semblable de l'autre boucle, ces éléments étant assez proches pour créer entre eux un champ magnétique commun. 3.- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les plans dans lesquels se trouvent les bobines desdits dispositifs générateurs sont parallèles à l'axe central desdites masses polaires, et situés à égale distance de celui-ci, cette distance étant fonction de l'intensite du champ créé par lesdites bobines. 4.- Dispositif selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que lesdits moyens diexcitation comprennent une source de courant continu variable pour alimenter lesdites boucles de la bobine de façon à ce que le courant circule dans des directions opposées dans les éléments correspondant desdites boucles, de façon à produIre un champ magnétique résultant de même sens que le champ magnétique engendré par lesdites masses polaires. 5.- Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'une résistance variable est incorporée à la sortie de ladite source de façon à fournir la possibilité d'ajuster le courant fourni auxdites bobines, et par conséquent, l'intensité du flux.