Микроволновый спектрометр

 

МИКРОВОЛНОВЫЙ СПЕКТРОМЕТР, содержащий источник и приемник когерентного СВЧ излучения, установленные перед торцовой стенкой ячейки для исследуемого газа, разделенной на две камеры перегородкой из пластин, перпендикулярной торцовьм стенкам ячейки, при этом источник когерентного СВЧ излучения расположен напротив первой камеры, а приемник когерентного СВЧ излучения напротив второй камеры, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительноЪти , пластины установлены параллельно торцовым стенкам ячейки и попарно соединены между собой, при этом одна из соседних пар пластин соединена с общей шиной, а другая подключена к введенному источнику постоянного напряжения.щ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ЛИ

РЕСПУБЛИИ

09) (В заю 0 01 К 22/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3590431/18-09 (22) 12.05.83 (46} 30.09.84. Бюл. N - 36 (72) А.Ф. Крупнов и М.Ю. Третьяков (71) Институт прикладной физики

АН СССР (53) 621.317.799(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 785696, кл. С 01 N 22/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

В 932378, кл. С 01 И 22/00, 1980 (прототип). (54)(57) иикРоволновьп спкктРомктР, содержащий источник и приемник когерентного СВЧ излучения, установ-ленные перед торцовой стенкой ячейки для исследуемого газа, разделенной на две камеры перегородкой из пластин, перпендикулярной торцовым стенкам ячейки, при этом источник когерентного СВЧ излучения расположен напротив первой камеры, а приемник когерентного СВЧ излучения напротив второй камеры, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности, пластины установлены параллельно торцовым стенкам ячейки и попарно соединены между собой, при этом одна из соседних пар пластин соединена с общей шиной, а другая подключена к введенному источнику постоянного напряжения.

1116370 2

35

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано при молекулярном, химическом и иэотопном анализе веществ в газовой и паровой фазе, например при анализе особо чистых веществ.

Известен микроволновый спектрометр, содержащий источник когерентного СВЧ излучения, установленный соосно с ячейкой с исследуемым газом и регистратор, в качестве которого используется соединенный с ячейкой акустический детектор (1).

Недостатком этого спектрометра является то, что величина его разрешающей силы ограничена допплеровским уширением спектральных линий.

Наиболее близким к изобретению является микроволновый спектрометр, содержащий источник и приемник когерентного СВЧ излучения, установленнь!е перед торцовой стенкой ячейки для исследуемого газа, разделенной на две камеры перегородкой из пластин, перпендикулярной торцовым стенкам ячейки, при этом источник когерентного СВЧ излучения расположен напротив первой камеры, а приемник когерентного СВЧ излучения напротив второй камеры (2 3.

Однако известный микроволновый спектрометр не обеспечивает высокую чувствительность.

Цель изобретения — повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем что в микроволновом спектрометре, содержащем источник и приемник когерентного СВЧ излучения, установленные перед торцовой стенкой ячейки для исследуемого газа, разделенной на две камеры перегородкой из пластин, перпендикулярной торцовым стенкам ячейки, при этом источник когерентного СВЧ излучения расположен напротив первой камеры,а приемник когерентного СВЧ излучения напротив второй камеры, пластины уста новлены параллельно торцовым стенкам ячейки и попарно соединены между собой, при этом одна из соседних пар пластин соединена с общей шиной а другая подключена к введенному источнику постоянного напряжения.

На чертеже приведена структурная электрическая схема микроволнового . спектрометра.

Микроволновый спектрометр содержит источник 1 когевентного СВЧ иэлучения, приемник 2 когерентного СВЧ излучения, установленные перед торцовой стенкой ячейки 3 для исследуемого газа, разделенной на две камеры 4 и 5 перегородкой 6 из пластин 7,перпендикулярной торцовым стенкам ячейки 3, при этом пластины

7 попарно соединены между собой, одна из соседних пар пластин 7 соединена с общей шиной 8, а другая подключена к введенному источнику

8 постоянного напряжения.

Микроволновый спектрометр работает следующим образом.

Формируемое источником 1 СВЧ излучение проходит через камеру 4 ячейки 3. В результате взаимодействия с СВЧ излучением молекулы газа возбуждаются, что приводит к возникновению когерентного спонтанного излучения молекул, причем в камере

4 направление распространения суммарного излучения молекул совпадает с направлением распространения СВЧ излучения от источника 1. При частоте СВЧ излучения источника 1, соответствующей центру исследуемой спектральной линии, возбуждаются молекулы, у которых отсутствует продольная относительно оси ячейки 2 составляющая скорости. За счет теплового движения возбужденные моле- кулы через перегородку 6 поступают в камеру 5 ячейки 3, при этом в камере

5 формируется пространственная периодическая структура из слоев возбужденных молекул. Вследствие имеющейся между пластинами разности потенциалов в промежутках между пластинами 7 возникает электрическое поле E но не во всех промежутках, а через один. Из-за этого все слои возбужденных молекул можно разбить на две группы: слои, молекулы которых попали под действие электрического поля при переходе через перегородку, и слои, молекулы которых не попали под действие поля. Молекула, попадающая в электрическое поле, испытывает штарк-эффект, в результате чего изменяется расстояние между уровнями молекулы, а следовательно, и частота излучения. После выхода из поля расстояние между уровнями молекулы и частота излучения становятся прежними, но фаза излучения отличается от фазы излучения молекул, не подвергшихся действию поля, на определенную

Составитель В. Ежов

Техред М . Надь

Корректор М. Демчик

Редактор M. Петрова

Заказ 6923/36

Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, уп ° Проектная, 4 величину, зависящую от времени нахождения молекулы в поле, величины поля и коэффициента штарковского сдвига уровней.

Величина электрического поля подбирается при помощи потенциала Ч так, чтобы во второй камере 5 фаза излучения молекул в слоях, молекулы которых испытали действие электрического поля, отличалась от фазы излучения молекул в слоях, молекулы которых не испытали действия электрического поля, íà Тi(180 ). Каждая группа слоев в отдельности представляет из себя такую же периодическую пространственную структуру, какая соэдавалсь и в прототипе во второй камере. И излучение молекул во второй камере от каждой группы слоев такое же, как и в прототипе, но сдвиг по фазе излучения молекул в одной группе по отношению к фазе иэлуче16370 4 ния молекул в другой приводит к тому, что когерентное спонтанное излучение молекул, распространяющееся в сторону приемника, увеличивается в два раза по сравнению с прототипом, а мощность и чувствительность в четыре раза.

При частоте излучения, отличной от частоты перехода, так же как и в

10 прототипе и по тем же причинам происходит "перемешивание" слоев, и мощность когерентного спонтанного излучения молекул, принимаемого приемником 2, резко убывает с увелн-!

5 чением расстройки.

Таким образом, предлагаемый мик" роволновый спектрометр обеспечивает повышение чувствительности по

20 сравнению с прототипом при сохране-, нии всех присущих прототипу достоинств.