Sonda para la detección de propiedades magnéticas de materiales.

Una sonda (1) dispuesta para detectar propiedades magnéticas de los materiales utilizando susceptometríamagnética,

que comprende:

una varilla que tiene un eje longitudinal y una superficie exterior alrededor del eje longitudinal;

una bobina de sensor (8) enrollada circunferencialmente sobre la varilla alrededor de su eje longitudinal paraconstituir un gradiómetro de orden distinto de cero; y

una bobina de accionamiento (4) enrollada circunferencialmente alrededor del eje longitudinal de la varilla,donde la bobina de accionamiento está espaciada una distancia de la superficie exterior de la varilla.

Sonda para la detección de propiedades magnéticas de materiales

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

Antecedentes de la invención Los procedimientos sensibles de alta precisión para la medición de señales magnéticas (que surge a partir de parámetros magnéticos de una o varias entidades) son de interés tecnológico generalizado en campos tan diversos como el etiquetado de seguridad, administración dirigida de fármacos, la evaluación no destructiva en la ingeniería y prospección geomagnética. “Señales magnéticas" en este contexto se derivan de una o más entidades, los parámetros (o propiedades) magnéticos de los que se apartan significativamente de su entorno. Ejemplos típicos de entidades que poseen un conjunto de parámetros magnéticos característicos son una etiqueta de seguridad magnética blanda embebida en un artículo de ropa, nanopartículas magnéticas introducidas clínicamente en un órgano del cuerpo humano, un vacío lleno de aire en una matriz metálica y minerales magnéticos de origen natural en las rocas.

Los procedimientos más sensibles que actualmente se utilizan para medir las señales magnéticas dependen de tecnología de dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID) , que impone restricciones de diseño en el procedimiento y pone límites a las posibles aplicaciones. En particular, existe el requisito de que se mantenga el SQUID a temperaturas muy bajas, tales como 4, 2 K, la temperatura del helio líquido, en el caso de SQUID de "baja temperatura" o 77 K, la temperatura del nitrógeno líquido, en el caso de SQUID de "alta temperatura". Este requisito presenta una consideración importante de diseño cuando la mayoría de las señales magnéticas de interés surgen en los materiales a temperatura ambiente o superior.

En una disposición de detección típica, un SQUID y un circuito de transducción de señales, en forma de una bobina de sensor acoplada a una bobina de transferencia, están dispuestos dentro de un solo criostato que contiene helio líquido o nitrógeno líquido. La bobina de sensor está dispuesta para detectar el campo magnético a medir y la bobina de transferencia está situada próxima al SQUID. La corriente inducida en la bobina de sensor se suministra a la bobina de transferencia y el campo magnético asociado con la corriente en la bobina de transferencia es detectado por la SQUID. Normalmente, la bobina de transferencia tiene n número sustancialmente mayor de vueltas de la bobina de sensor, y esto proporciona un medio de amplificación de la señal.

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

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

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

Por consiguiente, sería deseable proporcionar una disposición que puede medir campos magnéticos 50 extremadamente bajos asociados con la magnetización de un material mediante el uso de un SQUID pero sin requerir que el material se localice dentro del criostato o que los campos magnéticos extremadamente bajos resultantes penetran en la pared del criostato que contiene el SQUID.

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

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

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

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

El parámetro magnético sería normalmente la magnetización del material. De esta manera, la respuesta magnética indicada por las señales magnéticas se debe a la magnetización inducida del material, cuya magnitud se determina mediante el parámetro magnético que caracteriza dicha respuesta. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que puede haber otras respuestas magnéticas, tales como las debidas al flujo de corriente inducida en un material eléctricamente conductor. Aunque no se determinan per se mediante un parámetro magnético (estando determinadas en realidad por un parámetro eléctrico, la conductividad eléctrica del material) , son, sin embargo, respuestas magnéticas.

Mediante el uso de una disposición de este tipo para medir el cambio en el parámetro magnético resultante de un campo magnético alterno aplicado, los problemas resultantes del ruido pueden mitigarse fácilmente, ya que la señal deseada resultante a partir del cambio inducido en el parámetro magnético, por ejemplo magnetización, tendrá la misma frecuencia que la del campo magnético aplicado y, por tanto, puede distinguirse con facilidad suficientemente de cualquier ruido para proporcionar mediciones con una relación aceptable de señal -ruido. El ruido puede ser a la vez el ruido aleatorio intrínseco y ruido a frecuencias fijas conocidas de interferencia.

Por lo tanto, el aparato comprende preferentemente además medios de reducción del ruido para reducir los efectos del ruido generados en los medios de transporte. Esta está preferentemente en la forma de medios para separar de la señal de salida de SQUID un componente que resulta del ruido generado en los medios de transporte, de modo que se selecciona el componente deseado de la señal de salida del SQUID resultante de la señal de salida del sensor. El SQUID se puede utilizar junto con un circuito electrónico conocido como bucle de flujo cerrado (FLL) , para producir una señal de salida linealmente relacionada con el campo magnético. Los medios de reducción de ruido pueden estar en forma de medios para separar de la salida linealizada del SQUID un componente que se correlaciona con el campo aplicado, de modo que se rechaza sustancialmente el ruido que no está correlacionado con el campo aplicado.

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

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

una varilla que tiene un eje longitudinal y una superficie exterior alrededor del eje longitudinal; una bobina de sensor (8) enrollada circunferencialmente sobre la varilla alrededor de su eje longitudinal para constituir un gradiómetro de orden distinto de cero; y una bobina de accionamiento (4) enrollada circunferencialmente alrededor del eje longitudinal de la varilla, donde la bobina de accionamiento está espaciada una distancia de la superficie exterior de la varilla.

2. Una sonda de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende además un montaje anterior (6) dispuesto sobre la varilla circunferencialmente alrededor del eje longitudinal de la varilla, donde la bobina de accionamiento (4) se enrolla circunferencialmente sobre el montaje anterior (6) alrededor del eje longitudinal de la varilla, y la bobina de accionamiento está separada por el montaje anterior a una distancia de la superficie exterior de la varilla.

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

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

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

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

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

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

cada lado del montaje anterior (6) .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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