автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Сверхпроводниковые измерительные системы для магнитокардиографических исследований

_ госуяялствэнннй комитет по шстей иколэ Российской Федерации' Г I Ь НокЬмбнрский госуднрствешшй технический университет-

1 ГНН На правах рукописи

ГОЛЫЧЕВ Николай Васильев!«

УДК 621.317.4

СВЕРХПРОВОДНИКОМ! ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ШЖГОКАРДИОтФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ

Специальности: 05.11.16 -информационно-измерительные

системы( в"промышленности) 05.11.17 -медицинские прибора и измерительные системы

Диссертация

в форме научного доклада "на соискание ученой степени доктора технических наук

Ноиосш5ирск - 199-}

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

• Шпвчителав Е.П.

Доктор физико-математических наук, ведущдй научный сотрудник

Шяырков В.И. I

Доктор технических наук, иро!}вссор Касгюрович А.Н.

Ведущая организация : Институт медицинской и биологической кибернетики СО РАМН (г.Новосибирск)

Заиргаа состоится

£к

октября 1994г. в „часов на заседании специализированного Совета Д- 063.34.08 Новосибирского государственного технического университета (630092, Новосибирск- 92, пр.К.Маркса,'20)

С материалами диссертационной работы можно ознакомиться в библиотеке' Новосибирского государственного технического университета

разослан " " _1994г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент . В.Л. Подубинский

■ Сг---~

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблем».

Перспективным направлением в применении сверхпроводшстовых (с.п.) измерительных систем являются биомаптитнна исследования. Уникальные возможности свврхпроводниковнх квантовых интерференционных датчиков (сквидов) по порогу чувствительности -(10 - 30) фГл/УТц позволяют регистрировать с необходимой точность» сверхслабые (менее 10~,о'Рл) мягаатгаш юля , создававжв органами человека я животных. Начало работ по созданию с .п. систем для исследований магнитных полой сердца - с.П.мягнитокпрдиогрпфов относится к 1970 г., когда Колном с сотр. (США) впервые с помощь» сквидов билв заре-, гистрировяна мэгнитокардиограмма (МКГ).

Первые результаты показали, что маптатокярдиогрлфия является новым направлением в исследовании деятельности сердца, дямцич бесконтактно информацию, недоступную традиционным средствам.

К настоящему времени в мире создано несколько с.н.Сиомчгнитггах систем: в Германии (Сименс, Ртв,).Шдерландах ( Фшштс, Унтер -ситот Твенти), США, России (ИРЭ РАН, ОЙЯИ), Украине (ШШТ.ЙК, ДНУ) и других странах. На .этих системах подтверждено их диагностическая 'значимость и целесообразность широкого применения. Однако эти система предназначен}! для работ« в магнитоэкранировашшх камерах (м.з.к.), которые обеспечивают подавление магнитите помех.

Амплитуда МКГ составляет 31! 50 пТл.что в 10е раз меньше уровня естественного электромагнитного поля Земли ( ЕЗШЗ ) , В =50 мкТл. Применение м.з.к. решает проблему борьбы с помехами, однако приводит к значительному удорожании систем ( стоимость некоторых разновидностей м.з.к. составляет порядка миллиона дох/троп ).

Это существенно сдерживает их внедрение в клиническую практику. В связи с. тэтам так важно создание с.п.магнитокарднографов, пред-плзичченных для работы в обычных клинических условиях без применения м.а.к. Работа тго создании таких с.п. мэгиитокардиографов ведутся,например, в Италии {Католический университет). Однако но пути их создания тлеется ряд яярешешшх проблем. При отсутствии м.з.к. порог' чувствительности систем« будет определяться внешними мапштяимя помехами.' нреди них !.яяю яндешггь КЗМПЗ, его нпетяцио ппрчу*) комчоночту -- .11луктуг,цая и «втшго ¡г>ле сети 50 Гц.

Амплитуда к^мпечентм ¡{пукгуицяй пп частоте 0.1 Гц сос

юпячет I.>*?! !г''.,4 /"Гц .т.ч. г •") )ь-п п*т рггнтп (тпрмп

MRT, Уровень сетевое помехи в 103—1Q4 раз выше уровня МКГ. С понижением частоты уроат флуктуация возрастают. Ято продьлвляет высокие требования к динамическому диапазону системы. Весь комплекс вопросов, связашшх с.рабитой с .и. магнитокардиографов на уровне предельной чувствительности без м. з. к., на проработан.

При отсутствии м.э.к. екввди работает в условиях одновременнох-о воздействия слабого сигнале МКГ и сильной сетевой помехи 50 Гц (1Q~f Та),- что приводит к возникновению гармонических и интермо-дуляциощщх искажений МКГ сигналов. При атом либо снижаются диагностические возможности магнитокардиогрвфа, либо он вообще перестает работать. Получение количественных оценок таких искажений необходимо для обосиованаох-о' выбора структуры построения и обеспечения метрологических характеристик магнатокардаографа.

Второй проблемой,. которая должна быть решена в магнитокардиогра-фах, ориентированных на эксплуатацию медицинским персоналом, является автоматизация процессов настройки сквидов и системы в делом. - Сквид- существенно нелинейный датчик, и его настройка - сложная итерационная гфоцедура поиске оптимальной рабочей точки в пространство регулируемых параметров при высоком уровне'внешних помех. Автоматизация процесса настройка - важнейшее условие успешного использования магнитокардиографа а клинической практике. Насколько нам известно, она также не решена.

Имеются и другие*нерешенные проблема, являющиеся общими как для с.п.магштокардаографов рабо?ащих в н.э.к., так и без них. В чаотности, недостаточно проработана проблема уменьшения погрешностей, возникающие из за взаимного влияния измерительных каналов и нелинейности вольтпотокових характеристик сквидов. Вызванная зтимй' причинами корреляция моаду . сигналами каналов искажает картину распределения магнитного.поля , что затрудняет локализацию областей, где нарушена деятельность сердца.

Заметное влияние на измеряемый сигнал оказывает шум 1/х, вызывая нестационарные флуктуации его уровня ( на МКГ ато проявляется как дрейф нулевого уровня), для устранения, которых необходима дополнительная обработка сигнала. При этом теряется воомозшость исследования сигналов в реальном времени, что приводит к утрате возможности диагностики нарушений нестационарного характера ( сбои в рэ -боте сердца.пропуски циклов). Поэтому актуальны исслож'шшия, направленные на подавление таких шумов.

Цель работа . Разработка принципов построения и создание автоматизированных многоканальных с.п.измерительных систем, обладающих высоким уровнем помехозащищенности, малой погрешностью и предназначенных для проведения могнитскардиогрвфических исследований в условиях городских клинических центров без м.з.к.

Метода исследования. В работе использовались метода теории шумящих электрических цепей и алгебра матриц, метода решения стохастических и нелинейных дайвренциальяих урзвнеггай, метода физического и математического моделирования на ЭВМ, экспериментальные исследования созданных с.п. систем в клинических условиях.

Научную новизну представляют:

1. Результата исследования шумовых характеристик высокочастотных, (в.ч.) и сквидов постоянного тока ( п.т.сквидов ), выполненного с учетом реальных особенностей их построения,а Частности наличия фидерной линии, находящейся в области о градиентом температур, ко-. торне позволили устранить качественные и количественные расхож- . дения теоретических расчетов с экспериментами и выявить возможности оптимизации шумов сквидов; ,

2. Метод подавления нестационарных низкочастотных флуктуация в п.т. сквидах (шум вида 1/£), осйованшй. на учета различий во влиянии их синфазных и противофазных составляющих на вольтштоковыв характеристики- сквидов, позволивший разработать сквида о малым уровнем низкочастотных шумов;

3. Результаты исследования принципа подавления основных помех (естественного магнитного поля Земли и магнитного шля питающей ■ сети), основанного на добавлении к выходному сигналу градиентометра выходных сигналов трех магнитометрических каналов с определенными весовыми коэффициентами, приемные антенны которых явкомшшнарно ориентированы в пространстве, применение которого позволило проводить магаитокардиографичвскиа исследования без дорогостоящи* ■ магшггоэкранировэнннх помещений;

4. Результаты анализа гармонических и интермодуляционных искажений в сквидах, позволившие обосновать выбор полосы рабочих частот и динамического диапазона сквидов, обеспечивающих метрологические -характеристики необходимые для проведения достоверной диагностики магнитокардиограмм;

б. ООоснованив принципа построения магнитокардиографа, основанного на результатах сравнительного анализа характеристик с.п.в&бор-штров с токовой и потоковой,обратными связями.позволившего уменьшить погрешности, Обусловленные изаимшм пропшшшвияам сигналов маэду каналами в многоканальном мэгнитокардиографо; б. Установленные критерии требуемой точности настройки а.т. и в.ч. сквидов и алгоритмы автоматизации процесса настройки скввдов, учитывающие особенности ев реализации в условиях воздействия помах. Практическая данность.

1. Применение полученных научных результатов позволяет обоснованно проектировать и проводить расчеты сигнальных.шумовых и метрологических характеристик практических в.ч.и п.т. сквидов, а также магнитометров И градиентометров с малым небалансом аа их основе при высоком уровне внешних помех.

2. На основе теоретических исследований разработаны многоканальные с.п.системы для магнитокардшграфачаскюг исследований, имеющие стабильные метрологические характеристики , автоматические ввод в рабочий режим и подавление внешних магнитных помех, которые успешно используются медицинским персоналом при проведении магнито-кардаографическшс исследований без м.э.к.

На созданные устройства и системы имеется необходимая для организации промышленного производства техническая документация.

Реализация результатов работы. В соответствии с приказом Минвуза РСФСР N608 от 02.10.84 Г. и постановлением ГК.НТ СССР ■ N33 от 05.07.87 г\ на базе Межвузовской лаборатории "Сверхпроводниковые измерительные устройства и системы" организовано изготовление в.ч. и п.т. сквидов .являющихся основными узлами с.п.систем.

Изготовлено более пятидесяти комплектов сквидов,которые используются в различных организациях России и СНГ. На электромеханическом заводе (г.Екатеринбург) по переданной документации изготовлены две системы (7 изм.кйя.) для магнитокардиографич&ских исследований.

Разработаны и переданы заказчикам с.п.измерительные системы, в частности,в НПО "Вектор", г.Санкт-Петербург (7 изм.кан.); ШУ РАН, г.Москва (две системы 6 и 10 изм.кан. ); Мвдациискуа корпорацию, г.Харьков (7 изм.кан.);Институт терапии РАМН, г.Новосибирск (б азм. кан.).

С помощью созданных систем получены важные результаты в магнитп-анцефалографии и магнитонардюграфии.' в частности, впервые в стри-

не были аарогистрировшш вызванные отклики магнитного поля мозга человека ( в ИРЭ РАН ), совместно с учеными Института терапии РАМН проведены моссопне ( более 200 пациентов) мэгнитокардиогрэфическио обследования, которые продолжаются.

Основные положения и результаты работа докладывались на 3 Международных, 13 Всесоюзных и Республиканских научно-технических конференциях и семинарах.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 43 статьи и доклада, получено 3 авторских свидетельства, а также написано при участии автора Э отчетов по НИР.

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

1 - Оптимизация шумовых характеристик оксидов Процессы в сквидах описываются сложными системами нелинейных интегродифферонциалышх уравнений, решение которых сопряжено со значительными трудностями. Поэтому , теоретический анализ до сих пор удалось проделать лишь для простейших эквивалентных схем скви-дов,содержащих сворхпроводниновый квантовый интерферометр {с.к.и.) и элементы сьвмэ сигнала. Основные результаты исследования различных режимов работы таких схем получена К.К.Лихаревым, В.М.Рогачев-ским, Б.В.Васильевым, В.Й.Шнырковым, Дж.Кларком и др.

Схемы в.ч. и п.т. сквидов, а также сверхпроводаиковнх (с.п.) ве-берметров на их основе изображены соответственно на рис.1 и 2. Элементы, относящиеся к сквидвм, заключен» в области, ограниченной штриховыми линиями.

В в.ч. сквиде с.к.и..содержащий один переход Джозяфсона, индуктивно связал с индуктивность» в.ч. контура . В результате нелинейного взаимодействия системы в.ч.контур - с.к.и. происходит амплитудная модуляция в.ч. напряжения, возникающего на контуре, измеряемым магнитным потоком Ф . Глубина модуляции составляет 10-25 мкВ. После усиления усилителем высокой частоты (у.в.ч.) сигнал детектируется амплитудным детектором (з.д.). Экспериментальные зависимости сигнала тго выхода а.д. и д от тока накачки Гд при различных значениях нормированного измеряемого магнитного потока <р - 2% <К/'Т>, полученные автором, приведены на рис.3 (сплош-

Рис.1

Рис,.?,

гш'. 4

шю линии). Здесь Ф0= 2.065 1СГ1Ь ВО -фундаментальная постоянная -квант магнитного потока. В.а.х. в.'!.сквида снята после настройки в.ч. контура ( ш - его собственная частота) в резонанс о частотой генератора высокой частота (г.в.ч.). Там же показаны- вксперимон-тальные зависимости среднеквадратичного значения напряжения шумана выхода а.д. от 1Н при различшх значениях ф^- 0; О.бг; 1С (штриховые линии) . Обращает нз себя' внимание слоишй характер зависимостей Uad и- <0^>1/,£ от Х]Г Для каждого существует оптимальное значение тока накачки Гн, при котором шум минимален.

ВольтштокоВая характеристика ( в.п.х.) в.ч. сквида, представляющая' собой зависимость У(фх) при задашюм 1Н , является периода-ческой' ( с периодом Ф0 ) функцией, близкой к треугольной форме ( показана справа на рис.З ), Размах в.п.х. и шум сильно зависят от расстройка в.ч. контура е)с= (Шд- uiy)/iuiJi , Дшк - полоса пропускания контура. Эксперимента (в том число и автора ) показывают, что наибольший размах в.п.х. и наилучшие щумошэ характеристики достигаются при шн= uip /31,36 /. В.а.х. можно записать в виде

V W ' VÏHC, VWW- V^uc,

(1 )

где у1(1н,ек)- некоторая нелинейная функция, но зависящая от ф I,(фх) - периодическая функция единичной амплитуда с периодом Ф0-

Значение тока накачки, при превышения которого щюисходат расщепление в.а.х.(критическое 1НС), зависит от параметров с.к.и. и различно у разных образцов сквидов.Область в.а.х. при I <■. I характеризуется тем, что здесь отсутствует шшяние ф на форму в.а.х. и добротность в.ч. контура.

С.к.и. п.т. сквида содержит два перехода Джозефсона, и сигнал можно снимать непосредственно со с.к.и., поэтому п.т. скввд не нуждается в в.ч. накачке ( вместо этого у него используется постоянный ток 1р = (5- 300) мкА), что упрощает ого схему.Размах сигнала составляет (3-6) мкВ. Типичный вид экспериментальной в.а.х. п.т. сквида У(1р,фх) для значений фх= О; 0.6»; тс приведен на рис.4 (сплошные линии). В правой части рис.4 показана форма в.п.х.-У(ф) при Т.=сопз1;. В.а.х. п.т. сквида можно записать в виде

о • . i„<

P PC, (2)

W^x»' Xp > Грс,

где Ip - критический ток с.к.и., \'г{) - некоторая нелинейная функция, нз зависящая от , 1г(<рх) - периодическая функция еда-ничяой амплитуды с периодом <I>Q.

Экспериментальные исследования (в том числе автора) показывают, что при определенных значениях 1р форма в.п.х. близка к синусоидальной. Обычно в таком случае имеет место нвибольшво отношение сигнал/шум (с/ш). Однако даже малые отклонения тока 1р (порядка 2-3 % ) могут вызвать искажения в.п.х., вид которых показан на рис.4 штриховыми линиями. Существенно при этом то, что крутизна в.п.х. öV(<p )/Эф в области малых уменьшается, а раямзх в.п.х. практически остается прежним,« тогда ухудшается отношение с/ш.

Для в.ч,сквидов максимальный размах в.п.х, соответствует максимальным отношению с/ш и <3V{cp )/ö<px> поскольку в ш1фоком диапазоне 1Н форма в.п.х. близка к треугольной.

1.1 Оптимизация шумовых характеристик сквидов в области белого шума

Экспериментальные исследования показывают значительные количественные (до 3-5 раз) и даже качественные расхождения (по характеру частотной зависимости шумов) поведения шумов сквидов от предсказанных существующей теорией. Исследованиями автора установлено,что это объясняется определяющим влиянием избыточных (т.е. обусловлен-шх цепями согласования,фидерной линией,предварительным усилителем и т.д.) шумов на суммарный шумовой магнитный поток в реальных схемах сквидов. В связи с этим целесообразно разработать методику анализа, учитывающую влияние вышеназванных факторов, пригодную для правильного проектирований как п.т., так и в.ч.сквидов.

Представление сквида в виде каскадного соединения шумящих четырехполюсников, пригодное для в.ч» и п.т. сквидов, приведено на рис.5 /1,4,22/. Здесь: с.ч.~ согласующий четырехполюсник, который в зависимости от типа сквида содержит в.ч,контур (в.ч.сквид), либо согласующий трансформатор или резонансный контур (п.т.сквид); ф.л,- фидерная линия,соединяющая "холодную" л "теплую" части сквида; o.e. -четырехполюсник, содержавший Roc и сумматор сигналов обратной связи, контрольного я модуляции ; п.у.- предварительный усилитель. Шуми описашшх четырехполюсников представлены в виде

Гио. г

Ю-

0\ scnl-

«/¡-к

iß

fco

цо

Piio.G

àr =3\1 МГц 2п30 7

шумовых токов а э.д.с., гасотчотшх на их входах. Анализ схемы (рас.5) удобно провести а матричной форме. При этом для фурье-преобразований рвзультирунда шумовых источников а.д.с. ош и тона 1, , пересчитанных к выходу с.к.и.,получим

в форме А для согласующего элемента , фздэра и обратной связи

соответственно; ( eEG,iffic), С o^.i^), ( еш,1ша), ( <3^,1^) -

Фурье -преобразования шумсвш источвпков э.д.с. и тока, обусловленный тупоми соотпотстпукцих четирохполгадгйдав (см.рис.5). IlysioBfiD э.д.с. и токи пенятся олутейгодга фуикциямя. Нахождение аншштаческих внргашгай. их неслучайных характеристик - срэдгтех квадратов н коррнляцяашшх потягов- щолохтз шиь для простых цепей, содчржЕцих не более 4-6 элементов. Однако входило цепи скви-дов гораздо болов <штш ( содержа? более 10 здамзитов и фядэрнуа лини»).В втом случае для получения сбозртгх вираяшиЗ щяшэдатся производить упрощения реальных схем я использовать -рзгдагчкиэ приближения,. что ограничивает точность проектирования входных цвюа и диапазон примат»тастд колучеших результатов. Даго упрощенные окончательные формулы для одшвях параметров сквидов окязивоются сложными и их анализ производится нп компьютере.

Автором предложена методяла анализа аужвуя параметров электрических цепей, ориентированная на использование кокпьвтера.' При атом кет необходимости в получении апашгагюстоп: выражений для ре-зультирущях iujkobhx параметров цепи, достаточно знать яввь шумовые характеристики составляинрк оо простейших здоконтов.

Предположи, что схема изображенная па рис.5, разбита на и шумящих чотарохполте'няхоп с сигнальными матрицами JA^J и статистически

иззявисимнмя иумошмя матряцЕма СеШк, i^l1?<fе,,П{, 1Щк Зтfе[П , J,^! >=0

при ь где к-0..я, т- символ тртгстояироваияя. При этом для розультвруягдах шумовых периметров каскадного соединения а таких четыре хлаппсникоп мстго япгтспть виряжечт

(3)

N-1 1-1

1,

Ш

Г тт N

к=0 1

Ш1

Дальв введем матрицу Ш в соответствии с определением

I 'О,,

КГ'

-V Л3"

<1шеш> <1;

ш

элементами которой являются средние квадраты шумовых з.д.с. и токов, а также их корреляционные моменты. Проделав необходимые для определения И опэрации над выражением (4) и учитывал статистическую независимость шумошх источников от различных четырехполюсников, получим

н-1 Г 1-1 1-1

и- I & [ V] ^ а [ ^

1=1

(5)

гда матрица Е1 1-го четырехполюсника. Выражение для отношения шум/сигнал через элементы матрицу Ы будет иметь вид Ш -.2 Г „ „ -, г

С

[ Н = [ Е111 + + г?. Е1„ + <е^>

12

эф

.д.с. источника сигнала,. 2.

эф

где ешг, есг~ шумовая и сигнальная

аффективный импеданс. Таким образом,разбивая входную цепь на простыв элементы, для которых сигнальные и шумовые матрицы легко определяются, и используя полученные выше соотношения, можно проделать анализ шумовых параметров схем практически либой сложности. Отметим, что затраты машинного времени на вычисления значений произведений, входящих в формулу (Б) можно сократить, если проводить их рекуррентно, используя соотношения.

В, IVI

В,Ы

п-1

33, К] КГ-

п-1

л к=1

Определение параметров шумовых источников з.д.с. и тока четырехполюсников, находацихся в равновесном состоянии при постоянной

температуре(соглясукцэго и обратной связи), мояга провести известными Методами с использованием формула Найквйста для их шумовых элементов. Йсшютвшв составляют шумовые з.д.о. и ток фидерной линии { еЕф,1Щф), находящойся в неравновесном состоянии (в области с градиентом температур около 300 Н/м), которые нельзя найти описанным выше способом. Для их нахождения запишем уравнения линии о распределением температуря ?(х) по длина я вида стохастических уряпноний Лаяжопэня / 5 / ■ . ' '

ОТ 31 01 ли

--1 + Ь - + ---О, + У0 и , (7)

эх 0 0 31 . ах 0 сп 0

где 0(хД) , - напряжение й так в лиш*; й0 , Ь0, 0й, Т0

- погоннна значения активного сопротивления, индуктивности, емкости и утечек в диэлектрике; - распределенная по дайна линии источник теплового шума с корреляционной функцией

где кб - Постоянная Больцмана, 0(х-х' } ~ пространственная

и временная дельта-функцгт. Решение (?) будем искать для линий в ¡режиме, короткого замнкяния. .При этом тряКичяне условия на кондчх линии можно зашшать а виде ищ(1ф)= иш(0)=0, где индэко ш означает преобразование Фурье от соответствующей функции, 1ф - длина линии.

Решение (7) методом преобразования Фурье дает для шумовых токов короткого замыкания выражения

1ф

V?» WJ

-т

ах

(8)

гдэ t,zc - коэффициент распространения и волновое сопротивлений линия соответственно. Подученные вырятаяия о учатом соотношений, связывающих шумовые з.д.с. я той о токами короткого задаканил

Vo )- СЬ(Т1Ф) ^Цф) , позволяют найти необходимое для расчетов выражения шумовых параметров фидерпой линии»находящейся в области с распределением температур Цх). В частности, после выполнения операций комплексного сопряжения и усреднения в выражениях ( 8 ) спектральные плотности шумового напряжения и тока яа входе фидерной линий получим в вида

1ф 1ф

г . г г 2 . 4к„ <• г

О . ..." с с

н

Т5 |с1ИТГ)з1ЦТх)Ф(Т,Г{0}с1х. <1^вшф>=«1ифе^1»,;(9)

° 0

где обозначено ®(Т,Н0)» £(х)й0(х).

При вычислении интегралов (9) , были использованы экспериментальные зависимости распределения температуры по высоте криостата, полученные автором. Оказалось,что достаточная для практических делай точность достигается при кусочно-линейной аппроксимации распределения температуры но выоотв криостата Л,4/.

Знание статистических характеристик всех составляющих шума схемы рио.6 "позволяет записать выражение для полного шумового магнитного потока <ф|(«)> в виде» суммы избыточного <ф|и(ш)> и собственного <фщ8(Ш)> шумовых магнитных потоков

<фщ(ш)><Фщи{ш)> + <фшз<ы)> • где

<ФЕ Ы)>=

<е® > + <1гщ > ¿^ +2 № <еш 1*> 2вф

Г ЗУ

ПЙ*.

(Ш)

Расчет» шумового магнитного.потока по формула (10) дают удовлетворительной ( в пределах 10 - 26% )совпаденив. с экспериментальными данными для в.ч. щ п.т. сквидов, даащих различные .значения 'тах-начвсдаа и конструктивных параметров (длину и технические параметры фвдера, индуктивность и добротность в.ч. контура, коэффициент трансформации и индуктивности обмоток трансформатора,шумовые пера-метри предварительного усилят»ля и т.д.)

При анализе выражения (10) вцяалевд возможности мдашмизациа шумов сквидов путец выбора оптимальных значений параметров. Так,для в.ч, сквида получены рпсчидав зависимости и формула для оптимально го значвшя ИНДУК'СИВйиСШ Ъко н МИШМЫЛЬНОЙ величины избы-

точтго шумового магнитного потока <:ф|а(ш)> с учетом рвалышх ограничений не значения его параметров. Типичная зависимость вдмового магнитного потока скщда от величина Ь1ю приведена на рис.6

(кружками отмочены экспериментальны!} значения ). Кроме того,оказалось, что при некотором значении частоты юоГГГ достигается минимум вдмов сквида, что позволяет оптимизировать сквид по частоте накачки. Пример такой оптимизация приведен на рис.? ( кривая 3 ). Как видно на рис.7, частотная зависимость шумового магнитного потока в области частот ш > шшт определяется в основном- избыточным шумом (кривая 2),а да собственным шумом сквида (кривая 1).

Применение разработанной методики позволило создать в.ч.скяиды с высокими техническими характеристиками. Так, используемые в маг-нитокпрдиогрзфэ в.ч.сквида, имеющие фидер длиной 1,1 м.с параметрами = 75 Ом, коэффициентом затухания а = 0.1 Дб/м (на частоте

Ш МГц) и параметры с.к.и. 1= 5 , Ъ- 5 !£Г10 Гн, имзпт уровень ■ белого шумэ (5 - 6) 20~5 Фэ/УТц при оптимальной частота накачки 15 МГц и индуктивности Ько = 0.65 мкГд, Сквиды о длиной фидера 0,3 м при оптимальной частоте некачки 25 МГц и индуктивности 0.3 даГн имеют уровень белого шума (2.5 - 3) Ю-5 Фо/У~Тц

/2,3,9,10,12,15/.

Использование соотношения (Ю) в приближении нлзких частот ( зй(71ф)=71ф, сЬ(71ф)=1) позволило получить аналитические выражения для шумового магнитного, потока в реальных схемах построения п.т. сквидов, расчеты по которым дают хорошее (в прэделэх 10-20Ж) совпадение с экспериментами. При исследовании частотной зависимости шумов установлено преимущество схема с реоопяисной трзнсформа-■ торной связью ( по сравнению с обычной схемой с резонансным контуром ) при реализации п.т.сквидов о широкой полосой пропускания и малым уровнем шума и' выявлез способ уменьшения разброса частот среза их а.ч.х. Ток, на рис.8 приведена результата расчета зависимостей "коэффициента передачи ( сплошные лиши) и шу?«ового магнитного потока ( штриховые линии ) от частоты модуляция для значений динамического сопротивления с.к.и. 2 - 15 Ом. Как видно из рис.8, динамическое сопротивление оказывает существенное влияние на кюрину полоса частот, в пределах которой шум изменяется слабо. Так, при -2 Ом полоса частот, определяемая из условия возрастания шума относительно минимума на 1055, на превышает 0.1шп , где ш02-чостота настройки вторичного контура входной цепи сквида. При П4. = 10 Ом полоса расширяется до 0.35 .

Учитывая,что разброс значений динамического сопротивлвния в реальных с.к.и. палик и составляет 2-10 Ш, с целью стабилизации

20 - г -

RA» SO»

M/Cûcz

ko го to,

V 2

НО^Фо/Лц

_4-H-)--4-

Oj\ о,г о,s 1 : г . 5" ю -¿о so

4 Гц'

полосн рабочих частот автором продяозшо включать поолодозатэлыю со с.к.я. проволочний разкогор 4-5 См. Вавдеюго которого практически на ухудшает вукошх параметров, по стабилизирует и расширяет п.ч.х. Поелодноэ, кая ясквзьпо долее для утньзгаияа кскэгэ-mzl'í и тттюхя стстт подэвхэггая почах.

Шгетазаровтппе по частота, коэффициенту tpnJicJcpMaipiB к шупо-ш пвргметром продварятельшго устлатодя п.т. оквидц уровень шума (1.1 - 1.6) 1С""6 Оо/ГЩ при яяототэ модуля(100 -РУОП) кГц 'Л полоса пропускошя (20-35) кГц /Э,14,19,30,25/. Испальзстлнае трянсфоргшторпок соявя с.и.н. с фядорон позволяло создать я.т. екпндн с джсляческия даетезошм (120 - 140) дБ, что важно д.;я обг»сгопе:ш мол:«; калиявЯш« нслстгаЗ сигналов при рл- . 6ow в уеяоашга виоского уровня пскох.

ТакЕ?1 образом .разработанная ввтороя кэтодгпез прыекпеекд устраняет посоотштстеио paowKitnt а окспоршштальгйас доп:;»; л позволяет проводить обосаоткигао©' лрооктирэвзш» и ояткгтазцет иушпа;; варакэгров скевдрв ■

1.2. Диаагз ыумов ша 1/х э сетяутас постосттаго токл í,:qsst;h3m обрвзевгшя аута яяда 1 /I з скйл.цо сло.с:ок п и деталях до спх пор не исучэн.Одаюко уса кою, что кежко прясть по крзЗ-:;ой ::орэ два ochoexu истоипзга йтого аутла. ШрыЗ ucronrrat сбус-ловлэц фдужуушззгим кржгчсского тока ;р»гофссгозсют даре« вдев оквялз 81 (t). "Второй удж»чкяа 1/Г-вунз а екпядзх сзлзся с нпвя дкгйй мпшетго потока, захвлчмпшго и тэлз с;::г.1дп G!>a(t) . Для уконьжэпдя уровня шуга t/f з екгг.дех пообходгло соаорзепстяо-вать тзхшшэгаи их ютотовдвкия я шзодьзозоть схкатохгзЕчоскшз мз'годц подавления пунз /19,42/.

На оешбзжга язгэста;» физических сообряпотай и проваляется автором зкепэрхмектод .било получвш сязлулорв шрожшо дяя в.а.х. сквида, и котором учтено в.ккпжда флуктуация

7(Ф,1р ) =3lgn(Ip)[v(f?c,rp)- ] . (11)

где 3lgn(Ip)=1 при Ip > 0 и 3ign(I )»-1 пря 1р< О,

slgpd ) (t) - поток,воздойструиидей на сквад,

Ф -измзряемий мяппггшй поток, GI>3(t) - захвзчетшй мзпгагныа поток, оф (t) - магшггннй поток,обуслоялегпша протявофзмшмя Флук-

тувцияма критических токов, б! (I) -синфазные флуктуации критических токов.

Сияфэзшв флуктушрш критических токов переходов да от зквива--дэнтную вариацию рабочего тока й1рШ - - 61с(1;) з1ер(1р).Ех влияние отображается На рлх.х. как.зависящий от времени сдвиг по оси напряжений, происходящий без изменения ев формы. Важна отметить, что изменение направления рабочего тока не вызывает сдвига в.п.х. вдоль оси Ф / Ф0- Влияшю противофазных фяуктуеций критических токов переходов на в.п.х.проявляется в возникновении сдвига ОФ1(г> вдоль оси Фж / Ф0, знак которого зависит от направления рабочего тока.

.Что касается флуктуация, вызванных движением, захваченного в теле сквида магнитного штоко, то они проявляют себя как внешний случайней магнитный поток, неотличимый от магнитного потока сигнала.

Полученное уравнение использована при разработке принципов подавления шумов 1/1 схемотехническими методами.

Использование выражения (11) возводило провести количественный анализ способов подавления шума 1/Г и разработать структуры, выделяющие шумовые составляющие от различных источников ,что важно при акспариданталышзс исследованиях, шумов в с.к.и.,выполненных по различным технологиям, исследовании влияния, на уровень шума конструктивных параметров и т.д. {{а базе проделанного анализа предложены схемы ;обеспечивавший эффективное подавление шумз 1/Г без существенного возрастания уровня белого шума /29,30 /. Исследована возможность подавления шума 1/Г при использовании совместной модуляции рабочего тока, и Магнитного потока в сквиде.Предполагается,что

п Ту .где п

-целое

модуляция производится меандром с периодом число, Т - период модуляции по магнитному потоку.

После усреднения .по и Тм напряжение на выходе с.д.сквида получим в виде

<<0Ы>>,

V«

'Тм

-Сс1>

аМ

(12)

<±С<1>1'м

+1 е1

- з10Шо V з!п

-Г р

З!П[Фж+ ефз СI) ± Сф1(г)] ,

где з1^ио(+1р) ,э1ерио(-1 ) -знаки опорного напряжение при О и I < 0 соответственно, О.,6^-фазы опорных колебаний модуляции по

магнитному потоку при I >0, и I^c.O соответственно. Здесь принято, Ф , G'f3(t), - нормированные .в соответствии с выражением

<р = 2чФ/Ф измеряемый, захваченный и создаваема противофазшмя флуктуациями критических токов мэпглткнэ потеки соответственно. -

Из шрзжеш'.я Í12) следует, что подавление Of-^t.) можно обеспечить выполнив условия , Slgnd )= 3ign(U0), либо 0t= U+Qg, aign(U0) = conat. В нервом случае схемз должна содержать с.д. по Зр и по фм ,во втором достаточно иметь с,д. только по <рк, но фазу модуляции магнитного потока необходимо изменять на % синхронно с изменением зазка рабочего тока. Последний вариант Проще в реализации. Следует отметить,что предлагаемые схомянэ решения подавления пума 1/î не только проще известных в литературе, но и обладают . лучшими шумовыми хэрэктэрлстшсами в области белого шума.

Последнее объясняется тем , что в продлагзокмх схемах ¡ra ¡происходит характерного для известных схем уменьшения коэффициента преобразования складов вследствие неполного по врсмэ!ги использования модуляции (детектированнэ из лторей гаркзкяке) и йо вводятся дополнительные источники белого шума (элемента мостовой, cxoki питания).

Для построения многоканального магнйтокврдиогрефэ, работающего в клинических условиях, особенно необходим сквиды с повциенноП надежностью и стабильностью параметров при многократном теркоцяк-ларованш в условиях воздействия высокого уровня магнитных помех. Нами были исследован* характеристика п.т. сквздоп, тапаинетшх по различным технологиям.Наиболее приемлемые дэш-шэ по названным параметрам были получены У Сквидов на основе туннельных переходов NbN - нь^05- №. Однако для них была херзктерш повшгонныо уровни иума. В результате оптимизаций технологического процесса изготовления и выбора конструктивная параметров с.к.и. удалось уменьшить

уровень белого шума с (5-5) Ю~б Ф0//Тц до (1.0-1.6) Ю~6 Ф //Гц/29,30,42/.

На рис.9 приведены зависимости спектральной плотности шума от частоты,снятие в режиме работы сквидв на NbN - rîbgO,.- № с замкнутой обратной связью. Гезброс значений шума для шести экземпляров с.к.и. показан вертикальными отрезкам!. Велпй шум (на частоте 400 Гц) от образца к образцу изменялся в пределах(1.1-1,4)10~6Фо//Тц. Как видаю из рис.9, с понижение1« частота наблюдается возрастание шума, обусловленное вкладом шума 1/î. Там жэ приводенн кривые 1 и 2, экспериментально снятые для двух образцов с повншэнним уровням

шума 1/Г прц использовании модуляции только по магнитному потоку (кривые 1) и совместной модуляции но магнитному потоку н рабочему току (гсривие 2). Кик следует из рас.9, использование модуляции тока приводе к существенному (в 5-10 раз) уменьшении иумэ складов на частотах наш 20 - 30 Гц. В области Солого шума возрастание уровня шума но щвдтазт (10-20)Ж, что значительно, нижи,чем в известных схемах с модуляцией рабочего тока.

Вое исследовании«» образцы сохраняла свои параметра в пределах 303 от номинальных значений при многократном термоциклированин в условиях воздействия магнитого поля Земли и помах. Пэрочислотше качества юаюшг использовать п.т.сквида на туннелышх переходах КЬК - НЪ?06- N1) в магнитокардшграфе, работающем без магнитного зкрапироааиии /9,13,21/.

3• Подавление внеинтах помех в с-.н. мзпштокврдиографе . 2-Х. Ан.члиз временных и нростоанственних характеристик внешних магнитных помех

В с.п. магнитокврдиографо, предназначенном для работы в условиях отсутствия магкитозкранировацного помеа^эния, особое оначвние приобретает проблема.подавления внешних магнитных помех. Основные составляющие эти помех следушщио: 1. Помехи, источником которых является флуктуации естественного магнитного поля Земли (ЕЗЫПЗ). Они косят нестационарный характер, имеют высокую однородность в пространства (градиент на более 10~,1Тл/м ) ( однородность магнитного поля определяется как ЛБ/В, где ДВ - приращение значения магнитного юля В) и высокий уровень (амплитуда спектральной компонента на частоте 0,1 Гц составляет около 300 10~1Е Тл, что в 5-10 раз вике размаха ИКГ ). 2. Помехи, обусловленные вибрациями"в постоянном геомагнитном поло Зачли приемных преобразователи» измерительных каналов. Так ,цри отклонении приемного преобразователя от вертикали на угол в 1. град, приращение АВ = 10_в Тл, что в 10е-' раз превышает сигнал МКГ, Вибрации характерны для работы в зданиях и обусловлены природными (ватер) и искусственными источниками (движение автотранспорта, поездов и т.д.).Спектр таких нестационарных помех широк от (10"гдо102 Гц) и содержит резонансные области. 3.Помехи, обусловленные вибрациями ферромагнитных олемвнтов, содержащихся в конструкциях зданий и оборудования,а также движущимся транспортом в магнитном ноле Земли. Такие магнитные пол:-,, как правило, изменяются в пространстве но закону 1/ г3 ( т - расстояние

- г\ -

до источника помехи ) и создавт помехи в диапазоне частот от 10_э до 10 Гц с амплитудами , превйванцгпад сигнал № в десятки раз.

4. Понвхи, создаваемо токами продавленной частота (50 Гц). В полосе сигнала МКГ основной вклад дают первиэ 3-5 гармоник , вмшга-• туда которых из-за непостоянства нагрузки,'ПздклвчвяноЯ к сети, резко колеблются в пределах 10~т- 1СГ9 1л . Если поля создаются протяженными в пространстве токами,то они изменяются в пространстве но закону 1/г. В силу закона электромагнитной индукции пэреиэн-нвд сетевые поля создают индуцированные токи в алектрояровадящих элементах конструкций , которые становятся источниками вторичшх магнитных полей.

2.3. Исследоваговд принципа подзвлонкя втщщ помех в градивнто-

метрв путем введения дотшгАтельпцк магиигоиатрщеск'Д каналов

Известным способом подзвлэшш магнитных полей, удаленных от области измерений источников и однородной кошоненты поля, является построение приемного преобразователя по схеме градиентс-мэтро. При атом происходит измерение пространственных производгшх магнитных полей. Для магкитокардиографа, используемого без м.э.к..предпочтительно применененив градиентометра второго порядка, который в идеальном случае полностью подавляет однороднуи составлявшую Вс(1) и первый градиент ОВ/дг магнитного поля помех (помахо,имеющая пространственную зависимость 1/г3 ослабляется как 1/г5). Этого мойэт оказаться достаточно для получения магнятокардкограш с приамлвмнм уровнем с/ш.

Однако Из-за несовершенства технологии изготовления с.п. прием-ннх 'контуров градиентомэгрсп (неодинаковость площадей, яеколтпш-арность осей и т.д.) степень подавлеггая однородного поля в реальном градиентометре не прэвшмет 102- Ш3, что недостаточна дяя получения приемлемых значений отношения с/ш в магштокардиогрсфе. Обычшэ методы повышения отношения с/ш оказываются шэффективными ( линейная фильтрация - из за перэкрцтия спектров сигнала «КГ и флуктуация ЕЭМПЗ, а адаптивная весовая обработка -из-за нестацяо-нарности процесса флуктуация). Известен подход, основанный на введения дополнительно к реальному градиентометру трех магнитометрических измерительных'каналов. При этом выходные сигналы магнитометров с определенными весовыми коэффициентами добавляются к выходному сад-налу гралжштомэтрэ с целью приближения его характеристик к идеальным- { отклонение характеристик градиентометра . от идеальных

характеризуется его небалансом бр^Н^/Й^ (1=-х,у,и) до оейм координат, предсшшвдчда отношение коэффициента про образования градиентометра В однородном пола Но1 к значению коэффициента преобразования градиолтоиотра НГ1 при воздействии магнитного поля той ню величина на одай из приемных контуров).

Однако возможности такого подхода исследоваш недостаточно,что затрудняет его приминание /8/. Так,неизвестно как определить значения коэффициентов к являются Ли они постоянными. Кроме того, отсутствуют сведения о влийнш шумов магнитометрических каналов на уровень шума градиентометра и частотную зависимость его небаланса.

Нижа дон анализ перечисленных вопросов но примере структурной схемы устройства ,приведенной на раслр /8,18,21,28/. Здесь 5(

у'^к* ~ ориентации приемных контуров градиенто-

метра второго порядка ж магнетометров соответственно. Эти векторы перпендикулярны плоскостям контуров Я по' модулы равны поответству-вдам -".''.

В магдатаом толе В(1%г) выходаме сигналу магнитометров 01 у, а) и градиентометра Ь'г представляют собой (с точность» до постоянного миоВДТйля ) скалярные потоки векторного поля индукция через их приемные контуры. О учетом оказанного уравнение для ли{г) в схеме рас.10 реющее вид ! Д1!(г)^К1и1- и,, , зшхиш&м в форме

' •'' 4 л

где г1 - рддйусы - векторы координат расположения приемных контуров'мйгцит'омвтров ^ градйвцтоматрв соответственно, Задача, состоит в йахождеиии ша<ЗФдаентой . при которых вклад в 40(1) однорогой соотвдляшдай Й0Ш .неодаороддаго в пространстве и меняющегося ш времена магнитного поля 8(г ,г) обращается в нуль для любого момента временя, Рассматривая ДЩ1,) в виде суммы ркладов от однородной составляющей И градиентов ' ДЩЪ)» Аио(1)1-&иг(г), для дио(1) из (Ш) получим да,зависящее от координат уравнение .

дио(г) = В0П)[р;Дг 25 , гда 15 . 5>^.1 • (14>

НеоОходдашм условием для выполнения раванства 4 1) (I) = ■ О в л»>-ба$ момвдт времени является равенство нулю ¡шрожония в скобках ^юр-мулы (14). Последаай возможно,' т.к. шжтрри приемных ¡:онту[юв маг-

¡ттомитричоскжх каналов вэномшгаг?йрЯ| и, бл&дейэтельяо , обрязуот вфишшй базис (Sj).Таким образом, доказано, что коэ|г$ицйентц К1Г обращащие в нудь AUo(t), существует, единствен?« я нв зависят от времени и ориентации вектора Магнитного поля,. Заметим, что значения коэ^ящиентоэ не изманлнтсл при колебаниях измерительного зонда в Магнитном поле, если tJpit это« не изменяется вззишай ориентация приемных контуров (твкоэ тсташтэ обоспечшзвэтсч за счет жесткого крепления приемных'контуров в магкитокардаогрйфэ).'Так Как в базисе 15ориентация векторов с необходимой точность» нэизвэст- ■ назначения коэффициентов мотао найти лишь аксшрймэнталмш»* путем.

Шумовые магнитные потоки ковдшгсгщйогшх каналов < (1= х, у, z) Вносят вклад в шумовой Магдатгшй поток на внходв. схему рис.10

< ФщК>. Анализ уровня возрастания вумой градиентометра < обусловленный этой причиной» Ш)ию проделать учитывая статистическуо независимость шумовнх магяятпУх потоков градиентометра и магнитометрических каналов , В результате для Уровня возрастания шумового

- у 1/е

магнитного потока v » [< Фщй>/< нэ выходе схеш рис.10

получим • ...

v-fi+vfe -

где К^, К^ф- коэффициент«» жарактвризукщйв айектввяость преобразования индукции магнитного пода а мэгдатгшй лоток, воздействуй^^ на с.к.и. для градиентометра и магнитометров соответстзенйо.

Оцвш:а величина возрастания шуме при реальных значениях технологического небаланса градиентоштра йГ1- 1р~2~ Ю~3 ,

< 5 1сг6Фо//тц (В.Ч.сквйд), < » 1.5 10~* Фо//тц (п.т.сквид) и отношения К^/К^» ) составляет v= <1.15-1,02). Такой уровень возраеташт шума мойю считать щшкдвдам» Однако в этом случае мвгяятометряческиа каналы'долгим иметь дшемяческий диапазон нв менее D«130 дБ (таи «з-зв отсутствия м.э.к. они работают при уровне помех до \О"7 Тл Следует отметить,что возможности уменьшения требуемого динашквского Дявяавояа магнитометрических каналов за счет ззгруЛгания их' пороговой чувствительности

( уменьшение К^ за счет уменьшения площадей дравших контуров 5} и коэффициента связи т.м.п. со с.к.и. ) ограничена допустимым уровнем возрастания шума. Так, вели И^Кэд» Ю при прочих рявпых

условиях, требуемый диапазон уменьшается до В=110дВ,но уровень шума возрастает в V* (5.86-1.15) раз. Эти особенности необходимо учитывать при яроендароввчии сквадор для иагнитокардаографа.

Ранее при анализе мы пренебрегали различием в частотных характеристиках каналов,,полагая их идентичными, однако на практика в.ч.х. различию каналов, отличаются, что приводит к частотной зависимости .н&балаиса в схеме рис и 0 и, как следствий, к ухудшению подавления подах, При атом стоишь небаланса 0(ш) можно записать в вида 0£ш) = 0(0)+ С)(ш), где 0(0) -степень небаланса, полученная на выхода схвмц доела установки значения расовых коэффициентов, в, (ш) - частотно-зависимая составляющая небаланса

^ 2 |> у

1 •

где Ыр -.частоты среза 'а.ч.х, магнитометров и градиентометра

соответственно, Так, при б(0)=1£Га и различиях частот среза а.ч.х. и^/ьу* 0.7 -1.3, технологическом небалансе градиентометра бГ1=1СГг

на частоте 0.1 небаланс составит ,01 (ш)=9 10*"5,т.е. возрастет в 10 раз. Для обеспеченна приемлемого (не более 10 раз ) ухудшения уровня подавления помех'необходимо выбирать частота среза каналов не менее чем в 100 раз даще верхней частоты спектра ШГ сигналов и уменьшать разброс в их значениях.

Таким образом, установлено, что способ подавления <1шуктуаций ЕЗШТВ с помощь» дополнительных магнитометрических каналов при рациональном вибора параметров сквидов обеспечивает необходимую для регистрации МКГ степень подавления помах без существенного возрастания шума гредиентометрического канала. в полосе частот магнито-кардиогрвфаческих сигналов.

2.3 . Алгоритм» нахождения весовых коэффициентов Для нахождения весовцх коэффициентов можно использовать два раз личннх подхода,либо введение дополнительно к воздействующему полю цомех вспомогательного тестового однородного магнитного шля, либо выделение однородной составляющей из поля помех. При этом уровень небаланса 5, достигаемый в схема рис.10, определяется значенном однородности С поля, используемого для их определения, '¡'ребуемый уровень небаланса зависит от амплитуды помех в месте нахождения

магнитогсардиографа и лежат в пределах 10-4-10~?

При высоком уровне помех, когда требуемый уровень небаланса составляет 10~5, нами используется способ определения коэффициентов с помощью тестового магнитного поля,создаваемого системой катушек Гельмгольца. В атом случае создавая магнитное поле В^Ш в трех накомаланарнпх направлениях (.1=1,2,3) получим систему трех линей-но-назависимых уравнений, решив которую можно найти значения коэффициентов. Для подавления внешних помех при измерениях сигналов используется синхронное детектирование с опорным напряжением иоп11(1;)], пропорциональным току 1(1), создающему поле в

катушках Гельмгольца. При этом система имэвт вид

ии^сияис^^и^и»], (15)

где I < и^ ^ С1;) > 1 -3x3 матрица измеренных усредненных напряжений на • выходах магнитометрических каналов, (К1!, ииг^{1;)>] - векторы ' коэффициентов и усрзднатшх напряжений на выходе градиентометра соответственно

К т °

Для повышения точности нахождения козфрщизнтов нами используется итерационная процедура. На первом шаге решается система (15) и устанавливаитея полученные значения коэффициентов ]. При этом на выходе системы'рте. 10 получается разностный сигнал А1Д1;)?«СК На втором шаге измаряптся <ди1(г)> и амплитуда сигналов <Щ4)КСо>> на выходах магнитометрических каналов и решается система £<и (^К^ЬНбК^или^):^, 1-1,г,3, относительно (Ж^.

Уточненные значения К^1)=К^°)(1+бК1) устанавливаются, и процедура повторяется начиная со второго шага. Процесс итераций заканчивается, когда на выходе систеш будет получен близкий к нули разностный сигнал. ■

Экспериментальная проверка способа проводилась с использованием трэхкомпонентной системы создания однородного поля, в которой сте~. пень однородности магнитного поля составляла около Ю-0. Исходная степ'ень технологического небаланса исследуемого , градиентометра была по оси 7, 0Т2=3 Ю-3, осям ХД =8 10~3. На первом этапе компенсации ( без итерационного уточнения коэффициентов ) была получена степень "электронного" небаланса 0 =3 10~г по

всем трем осям. Посла итерационного уточнения значений коэффициентов ( 3-4 итерации ) степень "электронного" баланса улучшалась до öaz=2 10~3 , 032,0эу=4 Ю-3. Результирующий небаланс при атом составлял Ö 2=1 10~5, öf>x, ÖpT=-6 Ш~ь , что оказывается толпа достаточно, для проведения мэпщтокардиографических исследований в условиях высокого уровня помех /6,18,21/.

■ В ряде случаев,когда в месте расположения магнитокардиографа уровень помех на слишком висок (- удаленность от метро и автомагистралей с интенсивным движением ), достаточен уровень небаланса около 10~4. В такой ситуации в качестве тестового магнитного поля при определении коэффициентов нами предложено использовать поле сети 50 Гц /28/. При этом удается исключить из состава магнитокардиографа слоашую и громоздкую систему создания трех компонент однородного тестового магнитного поля и значительно упростить его эксплуатацию.

. Основываясь на результатах исследования пространственных и спектральных характеристик,приведенных ранее, можно видеть, что магнитные поля,обладающие значительными градиентами, создаются либо от движущихся магнитных масс,либо индуцированными (пврвизлучешшми в силу закона электромагнитной индукции) полями сети 50 Гц. Причем в них преобладает высшэ гармоники , а уровень основной частоты сравнительно невысок. Магнитное поле основной частоты БО Гц более однородно (на уровне порядка 10~3-10~4).

Таким образом, полз основной частоты сети моздо использовать в качестве тестового. Для выделения основной частоты используется ■ синхронное детектирование, при котором в качестве опорного прима-дан сетевой сигнал . Однако вследствие того.что вектор магнитного поля частоты 50 Гц слабо изменяется по направлению .система уравнений вида (15) получается плохо обусловленной det[<U(t)>) =0,что затрудняет нахождение коэффициентов. Поэтому использован адаптивный способ их определения. При атом структура (рис.10) рассматривалась как адаптивный линейный сумматор с тремя входами,где полезным сигналом является выходной сигнал градиентометра. Минимизация целевой функции <AUs(t,K jK^K )> проводилась методом градиентного спуска. Найденный вектор ковффициентов (К) представляет собой решение Винера,т.в. оптимален в смысле минимума средне-квадрвтической ошибки. Процесс определения и установки коз^фици-

ентоо выполняется автоматически, время на из поиск составляет 5 -7 мш. Для контроля достаточности достигнутого уровня небаланса нами используется отношение с/ш при приеме вспомогательного сигнала (50 10~1гТл ), создаваемого одговитковой катушкой, находящейся на криостате.

Причвненешэ способа на практике показало, что достигаемый уровень небаланса (около Ю-4) обеспечивает хорошее отношение с/ш при регистрации МКГ, достаточное для проведения их морфологического анализа, даже при высоком уровне помех. При решении задач построим изомагннтпых карт и локализации источников нарушения деятельности сердца в условиях высокого уровня помех более предпочтителен первый способ /25,26,27,41/.

3. Исследование источников погрешностей в сверхпроводниковоа магнитокардиографа

Важной проблемой является уменьшение погрешностей, вазвзтшх, во-первых, взаимным влиянием измерительных каналов, обусловленным наличием магнитной связи между их приемники преобразователями, и, во-вторых, нелинейностью вольтпотоковах характеристик сквидов, которая привадит к гармоническим и интершдуляцконннм искажениям. Корреляция между сигналами каналов, вызванная этими прячшйгш,искажает реальную картину распределения источников магнитного поля. В этой связи целесообразно получить колачестввянне результата по оценке названных погрешностей.

3.1. Анализ гармонических и интармоАуляцяоншх иска:;;онка в сквидах.

Особенностью режима работа мэттжзрдгогрефз в ггозкрэнировэяяом помещении является одновременное воздействие на входные ттрэобра-зователя сквидов слабого сигнала МКГ ( 50 !£Г1г Тл) и сильных магнитных помех от сети (Ю-8 - 10~т Тл ) и внешних мопштянх помзх .

В атих условиях дажэ незначительная нелинеШюсть в.п.х. сквидов может явиться причиной гармонических и шггермодуляпдошшх кгасажа-ний.Как следует из рис.1 и 2, в.п.х. сквидов существенно нелинейны. Для расширения динамического диапазона измеряемых входных сигналов и линеаризации коэффициента преобразования магнитного потока в напряжет» сквида работает в схеме с обратной связью .Упрощенная схема сквида приведена на рис.11 /19, 24. 34/.

Здесь ф , ф , А<р - нормировало«» в соответствия с вмрпжвнкем

ЙГС.11

РИС.14

Pac.13

q> = 2% Ф 1 Ф0 значения магнитных потоков: входного, обратной свази и ошибки слежения; Кос -коэффициент передачи цепи обратной связи; V - напряжение смещения нуля с.д. и интегратора,а также дрейф последнего; иш - выходное напряжение сквида.

Дифференциальное уравнение для ошибки слежения в схеме рис.И

(1Аф г т дф

- + WQ |1'(Аф) + TJ = —:" , (16)

dt Dt

где Аф = ф - фос, ш0 - частота среза а.ч.х скввда, Х(Аф)= аШ(Д'р), Vd/Um, Пш - максимальное значение напряжения на шхо-де с.д. Решение нелинейного уравнения (16) получено методом разложения по малому параметру Дф дня двух практически важных ' случаев гармонического и ангармонического воздействий. Для измеряемого магнитного штока ф^ф^зЩОа), где 0 =ш/ш0 , т = tut, фт - амплитуда, стационарное решвнив (16) имеет вид

з

ф00= фж +TJ + А- G фтз1п(Ш: +в) Btaln(im + (17)

1

А » — Т) (т)2 + — ф® Сг], С= Q (1+аг) ,/г, tge = I/O ,

где В^ В1(ф^ДП,\) ) - коэффициенты гармоник, являициеся функциями фт, О, т). Влияние нелинейности в.п.х. проявляется в возникновении постоянной составляещей А(фт,т)), изменении амплитуды и фазы первой гармоники, в также в появлении гармонических искажений.

Анализ выражения (17) позволил получить количественные оценки влияния нелинейности в.п.х. на метрологические характеристики сквидов. В частности, получена частотные зависимости коэффициентов гармоник при различных значениях амплитуд входного сигнала.

На основе этих результатов определен» требования к динамическому диапазону и ширтв рабочей полосы частот ( в пределах которой он обеспечивается при заданном уровне нелинейных искажений ) для сквидов мзгнитокзрдиографа. Так,если принять <р = 2% ,а собствен-

¡шй шум п.т. сквида 2 1 СГ6 Фо//Тц , то В =114 дБ обеспечивается при К3= fS в диапазоне частот П =(0 -0.2) , а при К3=0.01й - лишь в диапазоне ti'=(0 -0.Q1').

Дальнейший анализ проведен дня бигармонического воздействия на щода ф = ф ain(fl г) -)- фп.га1т1(Пгт:). Решение и данном случае имеет вид

с. -

ч>о==<4+ %<,+ £[<р»а81п(0;Л)-01 %за1п{Пзг ® - (10)

з г 1 3 г

®= ЕI з1п(*У +ви> = ч+ т + т! )•

±■=1 3=1 ..ос

ф+~=и1з1п[(П1+ О,)!}- и^ШГф^ 20,)!]- изз1п((2П,+ 0г)а].

Выражения для амплитуд гармоник В^( П^.^.ф^ ,<рт2) являлгся

функциями амплитуд и частот входных сигналов. Дополнительно к ним в выходном сигнала появляются комбинационные составляющие Ц^Щ П,! 3 йг) ,фт1 ,фп121 и постоянная составляющая Щт],Фт1 ,фт£).

Анализ выражения (18) показывает, что при бигармоническом входном воздействии на выхода сквида присутствуют не.только постоянная" составляющая, гармоники обеих частот, но и комбинационные частоты.

Существенно, что частоты П1+ Пг появляются в том случав, если т| О. Сравнение показывает, что амплитуда комбинационных частот может превышать амплитуду гармоник. Искажения формы МКГ сигнала, вызванные комбинационными спектральными составляющими, проявляются в изменениях амплитудных соотношений между различными его участками и появлении ложных экстремумов.

Анализ выражения для постоянной составляющей показывает, что наличие напряжения смещения на выходе детектора сквида т) и О приводит к возникновению дополнительного низкочастотного шума. Как видно из выражения для В при изменении амплитуды (рт1 (случайное изменение амплитуды магнитных помех от сети ) происходит изменение этой постоянной. В магнитЪкардиографв это проявляется как дрейф нулевого уровня сигнала ЖГ, затрудняющий процесс правильной диагностики: Для исключения этого источника шумов необходимо при настройке сквидов в магнитокардаографе обеспечить т) = О. При атом в выходном сигнале исчезают также четные гармоники и■комбинационные составляющие вида П.,± 12,,.

В сквидах в.ч. типа в.п.х. в пределах половины периода линейна, что хорошо подтверждается экспериментальными исследованиями, лро-вэдошшми нами в эталоне индукции слабого переменного магнитного ноля /10,15/ .

В связи с зтнм при построении структур« магнитокардаографа в магнитометрических каналах, работающих при большом уровне входного

сигнала, целесообразно использовать в.ч.сквиды, обладающие высокой линейностью коэффициента преобразования. Как было показано ранее, вклад собственных шумов магнитометрических каналов в общий шум градиентометра невелик и более высокий уровень шумов в.ч. сквзда не имоет существенного значения.

Грвдиентометряческио каналы работают в режиме измерения градиентов полей, в этом случае на вход скввда поступают значительно меньшие (в 102- 103раз) сигналы. При этом использование п.т.сквида предпочтительнее ввиду более низкого уровня их собственных шумов.

3.2. Сравнительный анализ взаимного влияния каналов в магнито-кардиографэ с потоковой и токовой обратными связями

В магнитокардаогрвфе измерительные канала представляют собой градиентометры на сквидах, приемные преобразователи которых располагаются компактно с целью увеличения числа каналов в ограниченном пространстве. При этом между приемными контурами имеется магнитная связь» обусловленная "взаимной, индуктивностью М между ними. Токи, протекающие в цепях приемных преобразователей, создают магнитные поля, наводяще магнитные потоки в приемных контурах других каналов, что является источником погрешностей. Выходной сигнал канала и в многоканальной система можно записать в ввде üt = Üoi+ | , где второй член описывает про-

никновение сигналов от других каналов за счет взаимного влияния . Коэффициент взаимного влияния ((ш, И) в 'а0щ,вм случае зависит

от частоты /16,17/. На рис.12 приведены форма сигналов в позиции fZ стандартной измерительной сетки при отсутствии взаимного влияния каналов ( сплошная линия ) и при значении 713(ш,М)= 0.1 проникновения сигнала из соседней позиции ЕЗ (штриховая линия ).Как видно,произошло существенное искажение форма сигнала. Наличие таких искажений затрудняет морфологический анализ сигналов мэгнито-кардиограмМ и ухудшает пространственную разрешающую способность магнитокардиографичвского картирования.

В магнитометрах возможна o.e. по магнитному потоку, когда магнитный поток обратной связи прикладывается к с.к.и., либо по току, когда магнитный шток o.e., воздействущий черзз взаимную индуктивность, компенсирует ток в цэпи трансформатора магнитного сквида. Можно скидать, что введение o.e. по току болев предпочтительно с точки срения уменьшения взаимного влияния каналов.

В настоящее время сравнительный анализ способов введения o.e. отсутствует. Кроме того, отсутствуют сведения о токах в т.м.п.,их частотной зависимости, что затрудняет обоснованный выбор структуры магнитометра и исследование погрешностей, обусловленных взаимным влиянием каналов. Нами проделан анализ магнитометра с o.e. по магнитному штоку и току /16,17,20/. Схема, принятая для анализа, приведена на рис.13. Исходя из условия постоянства магнитно-'' го потока в т.м.п. и учитывая o.e., для нее можно записать систему уравнений

Ф

Ь 1,- Ф_ + М,—S i = п Ф„ , Ф = H,i,+M„i Ь

а

р i х 1 т - зз о • е 1 1 г г »

* J3inRr(*oc~ •

фос= * -г**- |а1п|-ага-|Ф^- «:|dt , (19)

где ьр= L1+ L + bt , ф; = -а2), аг= ßL^/Lp,

кг= М^ЬрЬ - коэффициент связи т.м.п. со с.к.и., ß- коэффициент экранирования с.к.и., Ъ,Ъд - индуктивность контура с.к.а. и его собственная индуктивность соответственно, - амплитуда напряжения на выходе синхронного детектора, М3 , L3 - взаимная индуктивность и индуктивность o.e. по магнитному потоку. Смысл остальных обозначений ясен из рис.13. Нжеэ дан анализ взаимного влияния каналов в с.п.магнитокардиографе'.в случаях использования o.e. ю току и магнитному потоку в измерительных каналах /17/. При этом предполагается наличие магнитной связи мавду ними посредством взаимной индуктивности приемных контуров , где 1,3- номера каналов. В системе уравнений, составленной для одного канала, первое уравнение примет вид

N

Vii- ф*1+ Й1 1 «зЧ1+ £ = * фо i)■ ■

k=1

В остальных уравнениях переменные подучат индекс 1=1..N , где N -число каналов. Смысл остальных обозначений соответствует принятому ранее. Погрешность взаимного влияния каналов будем определять.с помощью выражения 7 = |UlN)/Un >~1 |, где 0Ш), и''' - выходные напряжения лгхЗого из N одновременно работающих каналов и одного при воздействии магнитного поля одной и той же величины соответственно. Для упрощения задачи периметры каналов будем считать идентич-

ннлда.и введем понятие эффективного числа каналов под которым

понимается количество соседних "сильно" связанных с выбранным каналов. Это число зависит от гэошгркга построения многоканального измерительного зонда, и как правило Н3ф = 3-4.

Если пренебречь магнитной связь» с удалвяныда каналами решение системы для коэффициентов взешного влияния в случаях о,с. по потоку 7ф и току yt, получал в »аде

Ltm р

hat

(1- а2)2 + Я^{1~агрг)2'

(20)

аг

1/г

рг(1- аг)г + na(1-a2pa)aj

где Ър+ Я3фМ, р«Е Зависимость нормированных к вели-

чине значений коэффициентов взаивдзго влияния от часто-

ты приведена на рио.14. Здась сшшша лвдии соответствуют o.e. по магнитному току.штриховые o.e. да току, Кривые 1,2,3 даны дня значений а2=0, 0.25, 0.5 саотйатстветао. Как видно. степень взаш-ного влияния возрастает прй'увеличении а2. Частотная зависимость коэффициентов взаимного влияния оказывается более сальной в случав o.e. по току, хотя уровень 7J на низких частотах значительно меньше (71<< Тф). Так, При 0 < 0.01 отношение Т^Тф составляет менее 1СГг.

Таким образом,в йагшишЕрдйогрвфв, где полоса частот измеряемого сигнала лежит в пределах Ы <=150-Гц, погрешюсть от взаимного влияния каналов можно уменьшить до дэсятих долей процента,выбирая частоты среза а.ч.х. каналов ш0 из условия 0}о/Ашс>1О2.

4. Автоматизация ввода в рйжцг^в.ч. и ц.т. оксидов Работоспособность сквядов существенно зависит от правильного выбора внешних параметров, задай®« их peaaat работа, и обеспечивается, как правило, в относительно узком диапазоне изменения этих параметров. Важнейший показатель работоспособности скввдов - возможно большее для данного сквида- отношение с/ш на его выходе.

Оптимизация этого показателя является глашшм условием в большинстве применений стенд >в и рассматривается ниже как основная цель

ввода в режим сквидов.Настройка в.ч, сквада включает в себя настройку резонансного контура в резонанс с частотой генератора высокочастотной накачки шд и установку амплитуда в.ч. тока 1н,при которой достигаются наилучшие шумовые характеристики. В п.т. скви-дах настройка осуществляется вмбором уровня рабочего постоянного тока I через o.k.и.,при котором отношение с/ш достигает максимума.

На практике с целы) расширения динамического диапазона и уменьшения дрейфа нуля и шумов вида 1/Г в схемах на основе сквидов используется модуляция магнитного штока (см.рис.1,2).Частоты модуляции, создаваемые Ц.ч. генератором, В В.ч. и п.т.сквидах обычно составляют 20-50 И 100-500 кГц соответственно. Таким образом,появляется ище один параметр настройка - амплитуда магнитного потока модуляции f . Необходимо знать,. насколько изменяются шумовые свойства сквидов при их измэнэнш. Данный вопрос в известной нам отечественной и зарубежной литература не анализировался.

4.1 Определение требований к.трчадоти и оробенярстя установки рабочих параметров сквидов

Вследствие сложности процессов й сквидвх и недостаточной их изученности пока нэ удалось получать пригодаае для практического использования выражения (1) а (2) н аналитические зависимости, связывание отношение с/и на выхода сквидов со значениями перечисленных выше настраивавши параметров; для В.ч. сквидов - I}J, щ,; для п.т.сквидов - 1р, <рм- Поэтому, связь уровня шума на выхода сквидов со значениями параметров их Настройки устанавливалась наш экспериментально, следугадо* образом /22,31/,

Как следует из рис.3 а 4, в.а.х. сквидов в общем случае зависят от воздействующего на них магнитного потока (р^при изменении которого искажается вид функций и Vgd^). Для устранения такого влияния при определении требований к точности настройки сквида размещались в сверхпроводниковом экрана, подавляющем влияние внешних магнитных полей . При атом обесп&чивэлся режим работа сквидов при фж=сопзг,что позволяло выделить зависимости V1 d«*6^ и ^г^р* в чистом вида. Путем тщательной ручной настройки методом .последовательных приближений определялись значения 1Но, шро для в.ч. сквидов, соответствующие минимуму уровня шумового магнитного штока на шходе сквидз при работе в схеме с замкнутой o.e.

После этого найденным оптимальным значениям параметров ко пооче-рвдно давались приращения разного знака и факсировались'-'нолучаиди-еся в результате значения <ФШ(Х)>8 . Таким образом были найдонн'за-

висимости степени возрастания шума т] от вариации параметров К относительно оптимальна* значений 7)2=<Фщ(Л)>г/<ФШо(Л.о)>г .

Аяалогячнив измерения била провадени для различных п,т. сквидов применительно к I , <рн (1ро, фМо - соответствуют минимуму шума п.т сквидси).

Исследовалась в.ч, сквидн в диапазона постоянной о.к,и. 1= 3-10 и значений .факторе кг0 = 3-5 , Для п.т. сквидов граница диапазона по значениям рабочего тока смещения I . - I =5-100 >гаА.

* ргагп ргоазс

Значения постоянной с.к.и. п.т. сквида р* 2Ъ1п/Ф а1, в результата анализа экспериментальных дани« для в.ч, сквзда получена следующее зависимости для расстроек по частота резонанса и амплитуде модуляции: ' ■ • '

ер * 0,44 /тр/О , где е '»(ш№-«1>)/шр, (21)

емвч ~ 0-25 Ан ., ГД9 "(Ум^УРно- ..

Если допустить возрастание шума» обусловленное погрешностью установки режимов по частоте и амплитуда' модуляции, ив более чем на 531, то требуемая погрешность установка шр и ф м будет определяться следуи4иш| значениями: (ер(< 10~3, <6.6 10"2. При оценка использовадо типичное значение добротности в.ч,контура 0=100. Для допустимой расстройки ш току накачки подучено эмпирическое соотношение,справедливое в области "плато" в.а.х. •

■ ви- 4- 0(КЙ0 -1)>ц + -1-1^0). , (22)

экспериментальная, проверка формулы была про делена для двух уровней ухудшения отношения с/а { на 10 и 5% ) »что отражено в значении коэффициента С. Тек, С »0.4 соответствует ухудшению отношения с/ш не более чем на }03, При 0 =» 0.1 уаудюнив отношения о/и на' превышает 555 . Шжно видеть, что требования к точности установки тока некачки существенно зависят от значений (к?(3) и 1.

В. тошном случав (1 а 5 и кгй = 4 } значений ед = 3.8 10""2 соот-ввтсвует возрастанию пума но болев чем на 5%.

В случае п.т, сквидов для расстроек по рабочему току ег и модуляции получено

ВТ = 0.14 Лк, Бх -(1^-у/!^. (23)

Ешт - °-13 • гда Емпт = <WV/<{Wo-

Если допустить возрастание шума на 5Ж, то требуемые точности установки рабочего тока и амплитуда модуляции составят соответственно ¡ех j< 3 10"г и |ешт1 < 3.3 10~г .

После полученного ответа на вопрос о необходимой точности установки внешних параметров сквидов перейдем к обсуждению особзнноо-тей, выбору алгоритмов и аппаратных средств реализации ввода в режим сквидов. Как было отмечено выше,требования к точности установки режимов определялись в условиях .исключающих воздействие, внешних помех на сквида .Путем помещения да в с.п. экран,который обеспечивал режим <р =conat. В рабочих условиях .сквида оснащены приемными преобразователями,юспринимзщвмд внешние мзгяитшз поля, и настройку приходится проводить при их воздействии. Близкий к идеальным условиям режим существует в м.п.к.которая ослабляет внешние помехи до пренебрежимо малого уровня..

При отсутствии м.а.к. магнитные помехи создают значительные трудности при'выделении в чистом вида функций V1(IH,ek) и из произведений V1 (Iy.E^f, (fx) и ^VV^5 ,твк как (фж) н 1г(Фх) представляют собой функции случайного аргумента. Автором предложен простой способ устранения влияния cpx , использующий специфическое свойство периодичности в.п.х..сквидов, который заключается в подаче в цепь o.e. сквида детерминированного контрольного сигнала большой амплитуда,например синусоидального Ч^^Ч^см ainCü)KCt) с после дующим, квадратичный детектированием и усреднением.

. Ниже показано, что такая обработка'сигнала позволяет устранить влияние помех. Внешний магнитный поток, воздействующий на сквид, можно представить в виде фс = | f1sln(üit+ 61), где <рх~ магнитный поток низкочастотных помех, ф i ш случайные ашхлитуда и

частоты церемонных магнитных помех. Для усредненного по времени значения выходного напряжения квадратичного детектора Яри воздействии на сквид суммы (фгго+?с> будом иметь

<Ucd-e = Угf 1 — <соз2{фкс-нрс)>],гд0 V- подлежащая выделению функция

(V - Vt{jfl,ek) для в.ч. »V = V2(y для п.т.сквидов соответственно ). Оцглбку, обусловленную наличием второго члена, воспользовавшись разложениями тригонометрических функций по функциям Весселя нгек« оценить как <соз?(фкс+<^)> * J0(?'fKC!lj) з1п(2фх+ Згс/2),

Из шреввнства слодует.пто погрешность 0 - [fU V'l/V2,

обусловленная влаяндря шошкчх помех, может бить обращена в нуль при вш5оре 8ШЛИТУЛЯ контрольного сигнала из условия J )=0

ила ослаблена до проиэбрэккмого уровня путам увеличения емшштуди контрольного сигнала . Используя разлсжвжи» функции Васселя

при больших значениях вргуяентэ длл оценки требуемой емоютудм скгнвлй, получим соотнсше.гегэ фксч > 4/söa . Так, веля допустить О а 0.05 в цель o.e. пэо-Зходамо подать контрольный сигнал с амплитуда* Фкои й 10г®о •

Прэдлслэншй способ подавления ш»«я позволил реализовать необходимые требования к точности и обеспечить автоматическую настройку скввдов магтп'окпрдоографа з условиях воздействия вне пятах помех /12,14,23,28/.

4-3. /шадчи алгоритмов автоматической настройки ре катов сквидов

и особенности хтх р&ализацд! Нпстройко в.ч. екпнда по.ы . Ует отмечалось, что настройку п.ч. контура в.ч. сквида цолвсообрааш проводить при 1п<1Нс. В таком случав злипшю о, н невысокой избирательности контура на точность установки требуемого значения ш уменьшается. Однако при этом амплитуда напрягшая яз контуре оказывается небольшой 15 - 30 миЬ, а среднеквадратичное напряжение шумов входной цепи и у.в.ч. может достагать эдапкц макровольт. Поэтому следует использовать уерэд-нягациэ (фильтрация, накопление) устройства, требования к которым определяются исходя из необходимой точности настройки. Если перил началом нястро.Тки в.ч. контура исходное значение Qe пеизвосто ш велико ( больов 2-3 ), то целесообразен следующий алгоритм настройки в резонанс в.ч. контура. Вначале крупным шагом осуществятся развертка по ш , например изменением емкости варикапа Cß (рис.1 ) под действием напряжения U .формируемого с помощь» ц.о.н. В полученном массиве данных Ш3д,и } определяется максимум, в окрестностях которого в дальнейшем производится уточнение с шагом, соответ-ствупщим требуемой точности (21) настройки.В|»мя настроШш контура в атом случае составляет 10-15 с.

Если Qe -2 , то более эффективны алгоритма стохастического поиска экстремума, в частности' алгоритм Кафера-Вольфовицо. Являясь алгоритмам с переменным шагом, названный алгоритм обеспечивает вн-сокуп точность локализации резонансной частота, ограниченную только разрядностью ц.а.п., управляющего варикапом. Требуемая точность настойки достигается за 5-1П шагов работы алгоритма. Рремя наст-

нэйки лежит в пределах 1-3 с. К недостаткам алгоритма относятся .шсокая чувствительность к значению начальной расстройки контура. Мели С!е > 2 , то скорость сходимости алгоритма резко падает, так как поиск ведется в области с малыми значениями кривизны резонансной кривой.

Сочетание предварительной развертки с крупным шагом с последующим использованием алгоритма Кифзра-Вольфовица обеспечивает время настройки в.ч. контура 3-5 с. Приведенные визе данные о временя настройки контура получены нами при практическом применении указанных алгоритмов.

Настройка в.ч. сквидз по 1И. Из рис.3 следует, что в области минимума при любых <р шум от тока накачки изменяется слабо. Если найти 1Я , соответствующий минимуму шума при каком-то ¡р ,то пря другом ф шум может оказаться значительным; исшшченш составляет окрестность точки А, в которой независимо от ф шум изменяется мало и незначительно (в пределах 10)) отличается от самого минимального значения. Поэтому оправдано ток накачки выбирать вблизи точки А(1Ц0).

Реализовать это моето следующим образом. В катушку обратной связи подается низкочастотный магнитный поток амплитудой в несколько десятков Ф . В атом случае не в.а.х. происходит многократное изменение положения точки от фх=0 до <р Если одновременно осуществить развертку по 1}1 к измерить усредненное значение

<и|(1}1,фЕ>1/г, то получится кривая, которая на рис.3 обозначена <фх>. Видно, что минимум данной кривой как раз Лежит в окрестности точки А. Заметет, что выражение (22) для к соответствует Именно этой кривой.

Как оказалось, максимум размаха в.а.х. получается, если ток накачки также близок к точке Д. Таким образом, для иахоздвния максимального отношения с/ш на практике достаточно при развертке да I следить за появлением либо минимума «р >, либо максимума размаха п.п.х.( при треугольной форме в.н.х. это отвечает максимуму полезного сигнала ). Развертку по 1,г можно осуществить с помощью втте-нэзторп, управляемого напряжением ид , которое формируется ц.а.п. 1:ремя, необходимое на устаношу тока накачки, при использовании лвбого из укозятшх алгоритмов не превышает 10-15 'с.Напомним, что установка о^ и 1,ю осуществляется при разомкнутой о.с.вебврмвтрз.

Экспг.рамянтн и практика применения показал*, что после замыкания

o.e. уточнения найденных значений не требуются. Настроена в.ч. сквида но tpM.

Для в.ч. сквидоз оптимальное значение амплитуда модуляции %/:: . Установка этого значения осуществлялась нами следующим образом. O.e. в схема на рис.1 разомкнута, напряжете исд измеряете:! на выхода с.д. Для исключения влияния измеряемого ip н.ч. магнитного потока на U^-B цепь o.e. подается контрольный сигнал Фкг низкой' частоты (напршор 50 Гц), но большой амплитуда тан,чтобы |,{»1,с1,,> |. При этом ,как показано ранее, влияние <рж устраняется. Если следить за' изменениями амплитуда сигнала Щ311 изменении фм с.помощью аттенюатора уровня модуляции, то при <PM=it/? она имеет максимум.Для уменьшения времени настройки развертку по модуляции вначале следует проводить крупным шагом. Из регистрируемого массива дашшх {<.исд(фм)>,ии) находится фм.,,при котором нмавт место наибольшее значение <11Сд (фм) >, затем осуществляется переход на более мелкий шаг, определяемый исходя из требуемой точности настройки (21), ив окрестности фМ1 с атя?< иагом ищется искомое

. Посла замыкания o.e. уточнения не т^збуется. Настройка п.Т- сквядз по I и ф^ .

Особенность настройки п.т. скввдз по сравнвюво с в.ч. енвидом состоит в еледумцем. В в.ч. сквидах максимум размаха в.п.х. совпадает с максимальной крутизной в.п.х. в окрестности Ф =0 (рис.3). Поэтому выбор I и по. максимуму размаха в.п.х. означает получение максимального с/а. Это а® обстоятельство позволяет осуществлять независимую настройку по этим параметрам при разомкнутой o.e. без сколько-нибудь заметных дополоттвльнух аппаратурных затрат.

В п.т.сквидах'максимальный размах в.п.х. вовсе нэ означает максимума крутизны в.п.х. в окрестности ф =0 и максимума отношения c/ci (рис.4). Поскольку работа о обратной связью - основной режим, то разностный сигнал А<р = Ф^-Фос близок к нулю и попадает на существенно нелинейный участок в.п.х. Исходя из этого и настройку п.т. сквидрв целесообразно 1гроводить при замкнутой цепи обратной связи, добиваясь максимальной крутизны в.п.х.в окрестности Дф --0,что, как показали многочисленные эксперименты,соответствует максимуму отношения о/ш. Однако тогда не удается (кок в в.ч.сквадах) реализовать раздельную настройку по I и фм,тзк как ос.та в схеме с замкнутой o.e., >отя бц один аз указанных пйрвмот{юв находится вне узкой рабочей 'зоны при дайом, даже оптимальном, значении другого иарамьт-ра, схс-ч.ч по pfботоспособна. Учитывая яаложонша,нпма бил предложен

и реализован слэдущнй алгоритм ввода в режим л.т. сквидов.

Настройка происходит в два этапа.На первом производится грубое определение значений Ipt и <рт в рэаихв с разомкнутой цепью o.e. Посла их нахождения замыкается цепь o.e. я производится уточнена« ноЯденнм значений (второй ятлп).

На торш этапе в качестве выходного используется сигнал шкода ».д. 0Сд с подачей в цель o.e. контрольного сигнала болы»« амплитуде Ф,С!, внядогячпо тому,как ото делалось при настройке в.ч.сквидз по (р , После нашеошй фшштрадвл и усреднения напряжение на сихдэ с.д. шшгется фуякцутЛ двух паргыотров <üc^(lp,tpK>>.

Цель настройки на порош этапе (грубая настройка) -яохоядемив глобального шшмума этой функции, что представляет непростую задачу из-за полйлиодалыюста мО поперхнооти в координатах '(1р,фм).

ТЗпи вначзниях рабочего тока I > ,где 1^-кратнческоо значение токя,еоч&лао <иСд(1р,<рн)> |Ij,=cori3t кгжко описать функцией Бесселя норного порядка' J (<РН)- «эриа же сэчешй при <pM=const значительно изменяется у различных образцоз скщдов к в общем случае нз является ужьмодзльзой кривой. Протяженность участка ,гдэ сигнал еквпдо не равен нулю .зависит от I и шва» бить оценена как. Л1ри vi.. .

Йзвостш.что глобальным по сечаако X^coml является шрш& максимум J (<р ), которой достигается при щ, si .8 . Координата бянвзй-ffioro нуля имеет значение «p -.-3.9. Црааздекше оцаакй позволяет выбрать war развертки. Как показывает экспериментальная проварка, в случае сломга кривых сачошгй '<UCfl(Ip,q?f,)> либо грэдиэктшэ методы из находят глобального ксксаиука к сходятся в одном кз локальных, либо поиск осуществляется неоправданно долго. Поэтому был принят следуюцай алгоритм грубой настройся: 'задается некоторое постоянное значение одной из коордаит Функции <исд(1р,<рм)> .шшршюр Фм-~'4>ш .затем осуществляется развертка по другой координате и формируется массив данных {<ис^(1р,фМ1)>,1р> .

В МПГСИВ0 методом сортировки определяется наибольший элемент шах- и(,д(Т^,.фМ1).>^ и соответствующее ему значение .Аналогичная пр-оцядура проводится для других значений ФМ1 ,в результате формируется двумерный массив данных, в котором определяются величины яиряях- У(,д • - максимальное значошю '.0Сд> и соотввтствуивдю ему знгпмг.м и 'РШп- Проведение названной процедуры при корректном

(J

практп;се исиользунтся лечения при ip *conat.Посдодое обкчейя-

-'уд^р.Ф,,,

ется тем,что область значений модуляции ,н которой лежат оптимальное значение ,ужа ,чом область возможшх значений рабочего тока .

Технологический разброс параметров тракта подачи сигнала модуляции определяется разбросом значений коэффициента взаимной индукции катушки модуляции со скввдом и не превышает 50% , Учитывая , что оптимальное звдчвшш фш =1.8 .получим,что даже при трехкратном запасе по диапазону перестройки аргумент J5 (ф^) находится в области, содержащей всего один нуль . Такизи образом, для грубой локализации максимума по амплитуде модуляции достаточен шаг А>ры----%/?- . Шаг же развертки по току й1„ дож я бить меньше, чем значение AIpm/2, при этом, исключается возможность пропуска областей максимумов зависимости <исд(1„,фм)>. Значение Д!^ зависит от области допустимых, величия рабочего тока I in~ I max> С учетом этого шаг гю 1р должен выбираться из условия ¿Ip<AIpmjn /2. Практически целесообразно выбрать шаг в 5 -Ш раз меньше трэбуешго. При атом удается на только локализовать все области, ГДэ возможен максимум , но и выделить участок, а котором лежит глобальный экстремум.

Цель» точной настройки {второй' этап) является достижение максимума коэффициенте преобразования всего тракта с замкнутой обратной связью. ;Для этого посла замнкаийя цепи о.с. й цёпь контрольного сигнала подается синупоидвлышй сигнал амплитудой <f^CI4 а %/г и частотой ,находящейся В области спадэ;а,ч,х. вебермвтра шс. Сигнал контрольной частота удаляется полосовым фильтром,который ослабляет помехи,детектируется и усредняется. • Уровень этого сигнала <Иф>

пропорционален коэффициенту преобразования SV(<p уд<$ х" .Дале& осуществляется поиск максимума зависимости <!,ф("Гр,фм)>. Границы возмоашцх значений 1р и ф^ определяются по результатам грубой настройки. Шаг определяется из ранее приведенных соотношений для требуемой точности (23).Тек как поиск максимума ведется только в узкой окрестности глобального максимума .время .затрачиваемое на точную настройку, невелико и составляет 2-3 с,

В результате определены требования к точности и разработаны алгоритмы настройки оксидов , обаспэчаващда установку режимов с необходимой точность» в условиях йоздаЙствия магнитнцх полей внешних помех . Как показывает многократная экспериментальная проверка и многолетнее практическое использование,описанные- критерии и алгоритм» обеспечивают качество настройки "не хуже достигаемого при тщательной ручной настройке /13,'14,31,33,36,30/.

5. Технические характеристики магнитокврдпографов и некоторые практические результаты их использования для диагностики патологий сердца

5•1 • Технические параметры магнитокврдиографов На основа проведенных исследований разработаны мэгнитокярдао-гра$и различных модификаций /6,21,25,33,38/. Модификация на основе в.ч. сквидов: датчик объемный конструкции Цяммэрмзна (изготовлен НГТУ); порог чувствительности по магнитному шлю при площади приемной антенны Ш-4 мг менее 40 фГл/У tu,'", граничная частота шума типа 1/1 ниже 0.1 Гц. Модификация на основе п.т. сквидов : датчик туннельного типа на основе. - №>- А1х0у~ГШ ( изготовлен ЙРЭ РАН,г.Москва) или ~ Nblí-Nb„06-Hb (изготовлен СКВ ЫМ, г.Киев);

порог чувствительности по магнитному полю при площади приемной, антенны 10-4 мг менее 15 фГл/У Гц ; шум типа. 1/Í начинает проявляться на частотах ниже-- 0.5-3 Гц. Для обеих модификаций полоса рабочих частот 0-20000 Гц; динамический диапазон более 120 дВ; диапазон частот дом биомагнитных исследований 0.1-150 Гц; допустимая скорость изменения входного сигнала более 2 104 Фо/с; даамэтр криогенного зонда 59 мм; время работы мзгнитокардиографа боз дозаправки хладоагента на менее 48 ч; время ввода в резким-одного канала менее 60 с.

Стеклошюотиковнй кршстат (изготовлен НПО "Модуль") имеет обьем 1 литров, диаметр входного отварстия 60. мм его конструкция позволяет разместить от одного до сема измерительных каналов v выполненных в вида градиентометров второго порядка, и три магнитометрических канала для система подавления помах.

Подвижная кушетка изготовлена из немагнитного материала и обеспечивает перемещение пациента в ¡горизонтальной плоскости вдоль туловища человека на 250 мм, поперек туловища на 100 мм.

В магкитокардиографэ предусмотрены: электронная компенсация тех-нологичо-чого небаланса градяентьметрических антенн с использованиям трех магнитометрических каналов, автоматический ввод в режим сквидов, эффективная система подавления помех промышленной чистоты, тестирование магштокардаографа. Магштокардаограф работает под управлением IBM РС .

Грзу'льтгти измерения првдставляятся в виде' могнитокардиосигнала в дальним масштаба времена 'па дисплее. Имеется возможность создя-нич архива записей МКГ для ноеледуэдш'о' анализа И обработки..

Программное обеспечение магнитокарднографа вклотавт в себя режимы: автоматической настройки ; электронной компенсации технологического небаланса градиентометров с интерактивной или автоматический); оперативного контроля качества настройки тракта и сервисные подпрограммы для графического представления результатов измерений'.

Комплекс приш(шталышх, конструктивных и схемотехнических решений позволил создать магвитокардаогрзф,надежно функционирующий на уровне предельной чувствительности: без магнитозкранироваиных комнат в помещениях, насыщенных электро- и радиооборудованием и расположенных недалеко от оживлендах автомагистралей.

Благодаря высокому уровню автоматизации для его обслуживания на требуется технический персонал высокой квалификации.

5.2. Результата использования о.а. магнитокарднографа при диагностике нарушений деятельности сердца

Один из магнитакардиографов проходит апробацию (более 2 лот) в лаборатории, насыщенной измерительными приборами и оборудовавшем, находящейся в учебном корпусе ИГРУ* Уровнь помех в место расположения высок (расстояния от автодороги 50 н и линии метро 200 м). Амплитуда магнитного поля сатевой помехи 50 Гц колеблется в пределах 10-100 нТл.

Исследования по определению диагностических возможностей маг-нитокирдиографии проводились сотрудниками-НГГУ и Института терапии СО РАШ1 (при. непосредственном участии автора) путем сравнешя результатов, полученных методами многоканальной ЭКГ, ЭхоКГ, MKT и зондирования полостей сердца.

ЭКГ регистрировалась в 12 общепринятых отведениях и в 36 точках прекардаалышх отведений передней поверхности грудной клетки (электрокардиограф NEC), ЭхоКГ - на ультразвуковых сканерах Аси-зоп-128 и Hewlett Packard. Регистрация ШГ осуществлялась создан-шм сворхпроводяаковым мапштокардаогрвфом в тех же 36 точках при расстоянии чувствительного элемента от грудной клетки 12 i 3 мм и скорости загаси 25 мм/с.Калибровочный сигнал составлял 1 пТл/мм.

Общее число пациентов,прошедших обследование,более 200 человек. Обследовалйоь больные с различными формами болезней сердца: ишеьдаг-ская болезнь сердца (ИБС) - постинфарктннй кардиосклероз, стенокардия, инфаркт миокарда (КМ), мэлноочаговый инфаркт миокарда'; кяр,1таш:г'.п"штияШ,!П) - пшортрофачвсквя и дшнэтацношюя; гштр-

трофии различных отделов сердца /26,27,39,40,43 /.

Ниже приводятся результаты обработки данных по группе обследуемих в количестве 68 человек ( обследование 32 человек проводилось дважды1 о промежутком времени 3-4 месяца) /39/. Данные по остальным пациентам обрабатываются. При постановке доагноза применялся огш-сатальио-морфологический анализ, достоверность которого подтверждалась данными анамнеза по требованиям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ)(срок наблюдения за больными от 3 до 10 лет).

На прилагаемых фотографиях отражены фрагменты, шшэстрирумцие примеры проведения мо{фэлогячвсгшго анализа. Фото 1 - пример типичной магнитокардаограммы здорового пациента. Далее в тексте пре-кардиальнне отведения называются по линиям: от А до С - верхние, от D до У - нижние, от О до 2 - правые, от 3 до 4 - левые.

На фото 2 - MKT больного Х-ва (47 лет) - в отведениях В,Е -2,3 регистрируется двуполярный зубец Р (амплитуда положительной фазы (стрелка) зубца Р> 1.4п*Гл ), что является призйаком гипертрофии левого предсердия (ПГО), Эта данные совпадают с результатами Зхо-КГ, на которой выявлено увеличение ЛП до 4Л см ( норма 3.7 см). На ЭКГ признаки ГЛП отсутствуют. . ' ' ■

На фэто 3.1 - ЭКГ больного Э-ва (65 лат). В анамнеза больной перенес крупноочагодай Ш задней стенки несколько лет назад. , На ЭКГ - видны только признаки рубца а задней стенке (стрелки) - задний Q в III и a VP. На MKT (фото 3.2 ) wiest место смещение вниз (стрелки) сегменте 55, т.е.диагносцируется новое обострение болезни. На ЭКГ »тот процесс не регистрируется. " .

На фото 4.1 - ЭКГ больного К-на ( 42'года). В отведениях III, III- вдох, avy - вида признаки крупноочагового Ш задней стенки (стрел!ш) - патология зубца Q и отрицательный зубец Т. В отвада-ниях Уг , Уз регистрируются высокоамшштудкш положительные зубцы Т. По втим косвенным признакам можно заподозрить трааомураль-ный Ю (обширный через вси задаю станку) высоких отделов задней стенки, прямых же признаков нет. На фото 4.2 приведена МКГ, где четко видны признаки (стрелки) траасмурэльного ИМ - отрицательные субци Q и.Т. ЭхоКГ подтвердила данные МКГ. В задае-высокой области была обнаружена гипокинезия (т.а. повдиешэв движение стенки), что -бывает при обширных.инфарктах.

П таблице приведены результаты исследований, где В процентах указана даегносцируетсть различных патологий сердца в отношении к прьлп '.ПЕгмемпму диагнозу в анамнезе по рекомендациям ВОЗ уря.ла/..

- it 5--

Приняты?! обозначения: (+) - однозначное давгнос.цирование, (» ) -«однозначное. (-) - не дивгносцируется, (?) - нлкакях выводов ■■ делать нельзя.

Не именование па тслогии ЭКГ ЭхоКГ мкг

Постидфдрктаий кардиосклероз 27 (+) (-) 50 (+)

Стенокардия 18 (+) И 50(4)

Инфаркт миокарда 37 (<~) (-) 75(0

Мелкоочаговый инфаркт миокарда 33 (+) (-) 83 (Н

Гипертрофическая КШ (7) 100(4) ад(+) 60(4)

Дилатэцжншая КШ 67 (-} 33(?) 100(1) б7(+) 33(1)

Гипертрофия левого предсердия (-) 10СК + ) 100(+)

Следует отмотать, что у двух больных с дилатационной КИП с ш-мг'.цыо ИКГ выявили ГШЕ на фоне полной блокада! правой'ножки пучка Гиен и при мерцании предсердий, что по ЭКГ выявить практически иогозжшю. Обследование на ЭхоКГ в атом случае доот постановку диагноза с невысокой степенью достоверности. Ввиду важности этого результата диагноз был подтверждай путем зондаровояип полостей сердце и ир-Мгфшшя артериального давления в системе легочной артерии . Таким образом, по.МКГ возможна нвиивазипная диагностика ИСК при дхтатациопиой КИП на фона осложняющих факторов .

Как показывают вышопряввдэвнно датшэ.ШСГ имеет большие возможности по сравнению с ЭКГ при диагностике ИБО и мелкоочаговых ИМ _ (дилгнпстика этих заболеваний с помощью ЭхоКГ невозможна). Кроме те, щюоедооае МКГ исследований позволяет изучать динамику развития К® и ддагноецпровоть пэрвячныэ аиоктрофизиологичеекда нарушения в миокарде, что важно при оценке степени риска внезапной сччрта. Учативяя» что НКГ обьединявт ряд достоинств, ЭхоКГ и ЭКГ, ода» м-жет быть попользована для проведения массовых обследований носсяиич /ГО,Г(,39-41 .43/.

С. На {¡снова обработай результатов целенаправленно поставленных экспериментов,охватывающих оквида с щироким диапазоном технологического разброса характеристик, сформулированы количественные при терии требуемой точности установки настраиваемых параметров п.т. и в.ч. сквидов (частоты резонанса радиочастотного контура .амплитуд в. ч. тока накачка-и модуляции -в.ч. сквид, рабочего тока, частота и амплитуда модуляции -п.т.сквид), при выполнении которых обеспечивается стабильная работа сквидов с максимально возмо;'зшм значением отношения сигнал/шум.

7. Предложен и обоснован способ подавления влияния помех на точ ность установки значешй настраиваемых параметров сквидов, основанный на использовании специфически свойств периодичности их вольтпотоковых характеристик, позволивший разработать алгоритмы ■ автоматизации процесса установка параметров с необходимой точностью. Применение полученных результатов позволило автоматизировать процесс настройки а производить ев в условиях воздействия помех без магнитоакранировянной комнаты.

0. Разработаны и внедрены с.п.измерительные системы для биомаг-НИТ1ШХ исследований, магшггокврдаогрв^н.с автоматическим вводом в рабочий режим, ориентированные на эксплуатации медицинским персоналом в клинических условиях, не трвбущие магнитоякрянировашшх помещений.

9. Проведены работы по определению диагностической значимости магнитокардиогргфвд путем сравнительного анализа данных, полученных методами электрокардиографии г! ультразвуковой эхолокации. Установлены преимуществ« использования магнитокардиографии при ранней диагностике наличия инфаркта миокарда, локализации задних, боковых, а также вторичных инфарктов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДЙССЕРШШ

1. Го лиев Н.В., Рогачевский В.М. Шумовые свойства реальных высокочастотных сквидов //Методы и средства измерения параметров магнитного поля: Тез.докл. 3-й Всесоюз. копр.-Л. ,1985.

2. Голышей Н.В. .Сырецкий Г. А. Р-ысокостабильный усилитель для сперхпротдникового чвчнтового интерференционного датчика // Измерительно- вычислительные системы. Троряя а реализация:-Ме;ту:'., ей. нпучн. тр.-Номсн'.ибирпкгЮТЙ, 1ЯМ5.

3. шреспен П.К. .Голпгт) Н.Г». .Кптрук 10. М. и лр. «¡»моратши.чо вы-

числительный комплекс для слежения за- перемещением магнитного диполя. Результаты полевых испытаний// Перспективы скввд-магнитолокации: Докл.научн.-техн. семинара.- М.,1986.

4. Голышев Н.В., Рогачевский Б.М. Оценка шумового магнитного потока реальных высокочастотных скввдов// Изв.вузов. Приборостроение. -1987.- N 5. .

5. Голышвв Н.В.,Гринберг Я.С. Шум Найквиста неравномерно нагре.той длинной линии// Журнал технической физика.-1987.-s.57. вып.6.

6. Журавлев Ю.Е.,Лшювич А.Я. .Матлашов Л.Н.,Тараторил A.M., Голышвв Н.В. и др. Динамическое картирование вызванных магнитных полей мозга человека// Докл.АН.СССР.-IS87.- ï.296,N 1.

7. A.C.N 1400297 СССР, ШШ3 С 01 H ЭЗ/ОО. Сверхпроводниконнй квантовый интерференционный датчик/ Голышев Н.В.,Моторин C.B., Рогачевский Б.М. Заявл. 09.06.86.

a. A.C.N 1443597 СССР, МКИ3 G 01 Е 33/00. способ измерения градизнта индукции магнитного шля/ Голышев Н.В. .Гринберг Я.С., Моторин C.B., Рогачевский Б.М. Заявл. 10.03.87. 9. Бвреснэв В.К.,Голышев Н.В..Моторин C.B. и др. Серийнопригодные ВЧ и ПТ етшид-магнитометры с автоматическим вводом в реяаш// Тез.докл.3-го совещания научн.-техн.центра СКВИД.-Свердловск:1989.

10. Бвреснэв В.К.,Голышев Н.В.,Моторин C.B. и др. Экспериментальное изучение сверхпроводникового компаратора токов // Измерительная техника.- 1989.-Н 4.

11. Горст В.Г.,Голышев Н.В.,Моторин С.В.и др.Исследование сверхпроводникового тесламетра в рабочем эталоне единицы магнитной индукции слабого переменного магнитного поля // Измерительная техника.- 1989.-N 6.

12. Борернев В.К.,Голышвв Н.В.,Моторин С.В.и др.Автоматизированный комплекс для измерений слабых магнитных полей // Приборы и техника эксперимента. -1989.-м 4.

13. Голышвв Н.В.,Моторин C.B. Выбор критериев и алгоритмов автоматической настройки высокочастотных скввдов // йзмэрительно-внчислитвлы'ше системы. Теория и реализация: Межвуз. сб. научн. тр., -Новосибирск:НЗТИ,1989.. '

U. Гижхчи Н.В., Моторин C.B. .Зотов M .П. .Рогачевский В.М.Автомати-пир'ж.'гп'шй ПТ- СКййД тесламэтр // Проблемы тгштт измерений

ч.'«'я:гго;к'чь{)итоль!юй аппаратуры: Тез. докл. 7-й-Всесоюзн.научн.

I-".. Piper F;.Г.,Голнш''В Н.В.,Моторин C.B. и др.Исследование сисцяс-

проводникового. твсламотра в рабочем еталоне единицы магнитной индукции слабого переменного поля // Проблемы магнитных измерений и магяйтоизмеритальной аппаратуры: Тез. докл. 7-й Всесоюзн. научн.-тзхн.конф.-Л.,1939.

16.Голыивв Н.В..Моторин С.В.Сравнительный анализ способов вводе-ния обратной связи в свэрхпроводниковом тесламетрв // Проблемы магнитных измерений и магнитоизмеритвльной аппаратуры:Тэз.докл. 7-й Всесоюзн.научн,-техн.конф. -Л.,1989.

17. Голышев Н.В. .Моторин С.В.Обра-лшв связи в сверхпроводшшовом тесламетрв// Измерительно-вычислительные системы и ¡и элементы. Теория и реализация: Межвуз.сб.научн.тр.-Новосибирск:НЭТИ, 1990.

18. Голышав Н.В. .Гринберг Я.С.,Моторин C.B..Рогачевский Б. М. Сверх-проводниковая градионтометричвская система // Измерительно- вычислительные системы и их элементы.Теория И реализация: Межвуз. сб.научи.тр.-Новосибирск: НЭТЙ.1990.

19. Голышев Н.В..Гринберг Я.С..Моторин C.B.,Рогачевский Б.М.

О спектре выходного сигнале ПТ-сквидэ// Тез.докл.4-го Всесоюзн. сем. по функциональной магнитозлектронике.- Красноярск,I99D.

20. Голышав Н.В..Моторин С.В.Сравнительный анализ способов виедэ-ния обратной связи в сверхпродаджссовом тасламатре //Высокотемпературная сверхпроводимость:Межотрасл.-научн.-техн. сб.- М:ВЙНЙ, вып.1,1990.

21. Голышев Н.В.,Моторин C.B. .Рогачевский В.М. и др.Сверхщхзвод-никовая измерительная система для магнитоэнцефалогрефических исследований //Микропроцессорные системы автоматики : Тез.докл. 2-й Всесоюзн.научн.конф. -Новосибирск,1990.

22. Голышев Н.В..Гринберг Я.С.Измерение собственного шума радиочастотного джозефсоновского интерферометра// Сверхпроводимость. Физика,химия, техника.-1990.- ï.3,N 5.

23. A.C.N 1626882 СССР, МКИ3 G Ot R 33/00.Способ настройки св&рхароводникового квантового интерференционного датчика / Голышеи Н.В., Моторин C.B. Заявл. 05.10.88 .

24. Голышев Н.В..Гринберг Н.С.,Моторин C.B..Рогачевский В.М. • Оценка гармонических искажений в сквиде постоянного тока //Изв. вузов.Приборостроение.-1991.-N 4.

25. Голышев Н.В..Моторин C.B..Рогачевский В.М. и др. Некоторые аспект» построения магтггокярдиогряфшгеекой сверхпроводпикоиой системч // Микропроцессорные системы контроля: Мот&р.Сибяр. изучи, -техч.конф. : НовьсибирисДЭВЛ.

,&. Шебалин А.В".,Кытманов А.В.,Кравченко Т.Л..Голышев Н.В. и др. Использование магнитокардиографии при диспансерном наблюдении (Зольных ишвмической болезньи сердца // Новые методы диагностики и лечения заболеваний: Тез.докл.научн. конф.:Новосибирск , 1993. 27. Шаталин А.В.Дытманов А.В..Ермакова Э.Н..Голышев Н.В. и др. Магнита-, электро- и эхокардиография в оценке изменений миокарда больных ишвмической болезнью сердца //Новые методы диагностики и лечения заболеваний: Тез.докл.научн. конф.:Новосибирск , 199*3. Лй. Береснеа В.К.,Голышев Р.В.,Катрук В.М.и др.Компенсация помех промышленной частоты в сверхпроводшптовом маиттокардиографе// Изв. вузов. Приборостроение.-1993.-N 6.

?3. Голышев Н.В..Моторин С.В. Д'огачевский Б.М. и др. Шумы NbN-МЪг05- ЫЪ сквидов постоянного тока // Автометрия.-1993.-N 1.

30. N.V.Golyahev, V.A.KomashXa.B.M.Rogachevaky.S.V.Motorln et al. Koiae of КШ- NbgO^-Nb direct current SQUIDa// Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing.-1993.-N i.

31. Голышев Н.В..Моторин С.В. Д'огачевский В.М.Автоматизация ввода в режим сквид-приборов // Автометрия.-1993.-К i.

32. N.V.Goly aliev,В.М.Rogacheysky,S.V.Motorin. Automatic, putting into regime of SQ0ID3 devices // Optoelectronica, Instrumentation and Data Processing. -1993.-N1.

33. Голышев Н.В..Моторин С.В..Рогачевский Б.М.и др. сверхпроводниковый магнитокардиограф //Приборы и системы управления. -1993.-N 5. 3d. N.V.Golyahev,J.S.Greenberg,В.М.Bogachevsky,5.V.Коt orin.Наг-nionlc. distortions in ВО SQUID // Proc. Europ.Conf. Appl. Superconductivity.: Gottingen (Germany),1993.

35. N.V.GoJyahev,В.M.Rogacliev3ky,S.У.Motorin et al.Noiae properties ol MI;N - N1)205- Nb DC SQUIBa // Proc. Europ. Conf. Appl. Superconductivity.: Gottingen (Germany),1993.

36. N.V.Golysliev,В.H.BogacbevsJsy,S.V.Moto rin. Automatic setting of SQUID devices Into working regime // Proc.Europ.ConX.Appl. Superconductivity,: Gottingen (Germany),1993.

37. N.V.Go 1 уoliev,A.S.Mark 1 n,J.S.Greenberg. High Тс Ш1 SQUIB for the n'oiTarotiient of RP attenuation // Proc.Europ.Conf.Appl. Superc.orducUvHy.: Gottingen (Germany), 1993.

38. К.V.0••> 1 уv,й.M.Rojyiche V r,ky.S.V.Motorin. Superconducting l.oo;mlIograph // Proc,. Europ.Coni.Appl.Suj/eTConduc t ivtty. :

Got* 'ngon (Gf.'iiTO.v) ,1993.

«•>. Д.В. .Квтманов А.В. ,?рмше>ва Э.Н. .Голнжчв Н.В. и др.

мнгнитокярдиогрйфня и ев роль в диагностика ишомачьской болашш

сердца // Тез.докл. I Международного Конгр. кардиологов Центральной Азии.:Бишкек,1993.

•10. Шабалин A.B..Кытманов A.B. .Ермакова Э.Н. .Голыиюв Н.В.и др. магнитокардиогрэфмя в комплексном клиническом обследовании больных мыемической болезнью сердца// Кардиология,успехи,проблемы и задачи: Тез. докл.Всесоюзн.научн. конф. :Санкт- Петербург, 1993. 41. НМалин A.B. Дытманов A.B..Голышев Н.В.и др. Магнитокардио-графии: пэрспективы применения в кардиологии// Актуальные вопросы патологии вн. органов.-Новосибирск, 1993. (Научн.тр. Новосиб. мед. ин-та; т.142).

4?,. Голнш&в Н.В., Моторин О.В., Рогачевский Б.М. Улучшение разрешающей способности приборов на скввдах в области низких частот // Российская .нвучн. - тахн.конф.поев, дал Радио :Тез, докл,-Новосиб[фск -1994.

43. Шебалин А.В.,Кытманов А.В.,Цальмин С.Г..Голышев Н.В.и др. иагнитокардиография в выявлении нарушений процесса реполяризации у больных ишемической болезнью сердца// Актуальные вопросы совре-мешюй медицины: Тез.докл.Hayчн.-практ. конф. .-Новосибирск, 1994.

В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат: - теоретические расчеты и экспериментальные исследования (1,4,5, 10,11, 15-17,19,20,22,34,29,30,34,35 ];

-вд&я способа ,ев теоретическое обоснование и экспериментальная проверка [7,8, 14,18,23,28,42);

-идея работы., разработка структурной схемы, критериев и алгоритмов настройки, экспериментальные исследования (9,12,13,21,25,31-33, 36,38,411;

-разработка принципа построения и экспериментальные исследования

12,3,6,37 1; --экспериментальная-проварка методик обследовашы и проведение к.пшшчоских испытаний (20,27,39,40,43 ].

Нет соавторов автор йлагодарит за сотрудничество. Автор выражает благодарность д.т.н., профессору Б.М.Рогаченекому за полезные м.ч-уждчНйЯ и поддержку работы.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общзя характеристика работа I

1. Оптимизация иумовых характеристик сквидов 5

1.1 Оптимизация шумовых характеристик сквидов в области белого шума 9

1.2 Анализ шумов вида 1/1 в сквидах постоянного тока 17

2. Подавление внешних помех в с.п. магнитокардаографе . 20

2.1. Анализ временных и пространственных характеристик внешних магнитных помех г 20

2.2. Исследование принципа подавления внешних помех в градиентометре путем введения дополнительных магнитометрических каналов . 21

2.3. Алгоритмы нахождения весовых коэффициентов 24

3. Исследование источников погрешностей в сверхпроводниковом магнитокардаографе 27

ЗЛ. Анализ гармонических и интермодуляционннх искажений в сквидах 27

3.2 Сравнительный анализ взаимного влияния каналов в магнитокардаографе с потоковой и токовой обратными связями 31

4. Автоматизация ввода в режим в.ч. и п.т. сквидов 33

4.1 Определение требований К точности я особенности установки рабочих параметров сквидов 34

4.2 Анализ алгоритмов автоматической настройки режимов

сквидов и особенности их реализации. . ■ 37

5. Технические характеристики магнитокардиографов и некоторые

практические результаты их использования для диагностики патологий сердца . - 42

5.1. Технические параметры магнитокардиографов 42

5.2. Результаты использования магнитокардаогрэфа при диагностике нарушений деятельности сердца 43

Заключение ' 47

Публикации по теме диссертации 49