Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса
Изобретение относится к приборам, основанным на явлении электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), и предназначено для наблюдения и регистрации спектров ЭПР и автоматического непрерывного измерения и контроля концентрации парамагнитных частиц. Целью изобретения является увеличение стабильности результатов измерения и уменьшение габаритов радиоспектрометра . Особенностью радиоспектрометра является включение модулирующего устройства в сверхвысокочастотный СВЧ- тракт, а также выполнение модулирующего устройства в виде проходного СВЧ-модулятора фазы, включенного в волноводный шунт СВЧ-трэкта, 1 ил.
СОЮЗ СОБЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G О1 N 24/10
ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
" }
I (21) 4458415/25 (22) 11.07.88 (46) 15,02.91. Бюл. М 6 (71) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) И.М.Десятник, В,3.Драпкин, Г.P.Êðåíåва и А.С,Сердюк (53) 538.7(088.8) (56) Патент США N. 3348136, кл. 324-05, 1967.
Авторское свидетельство СССР
N 219861, кл. G 01 N 24/10, 1968. (54) РАДИОСПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к приборам, основанным на явлении электронного паИзобретение относится к приборам, основанным на явлении электронного параФагнитного резонанса (ЭПР) и предназначенным для наблюдения и регистрации спектров ЭПР, а также для автоматического непрерывного измерения и контроля концентрации парамагнитных частиц (КПЧ), Цель изобретения — увеличение стабильности измерений и уменьшение габаритов радиоспектрометра, На чертеже представлена блок-схема радиоспектрометра ЭПР с модулирующим устройством в сверхвысокочастотном (СВЧ) тракте.
Радиоспектрометр, содержит СВЧтракт 1, поляриэующий магнит 2, высокочастотный (ВЧ)-модулятор 3 поляриэующего магнитного поля в анализируемом образце
4, усилительно-преобразовательное ВЧ-уст„„50„„1627946 А1 рамагн ;тного резонанса (ЭПР), и предназначено для нэблкдения и регистрации спектров ЭПР и автоматического непрерывного измерения и контроля концентрации парамагнитных частиц, Целью изобретения является увеличение стабильности результатов измерения и уменьшение габаритов радиоспектрометра. Особенностью радиоспектрометоа является включение м од .r. Ирую щего устройства в сверхвысокочастотный СВЧтракт, а также выполнение модулирующего устройства в виде проходного СВЧ-модулятора фазы, включенного в волноводный шунт СВЧ-тракта, 1 ил, ройство 5, низкочастотное устройство 6 синхронного детектирования и НЧ-источник 7 опорного напряжения.
СВЧ-тракт радиоспектрометра выполнен по отражательной схеме прямого усиления и содержит СВЧ-генератор 8 СВЧ-циркулятор
9, рабочий СВЧ-резонатор 10, СВЧ-детектор
11, волноводный шунт 12 СВЧ-тракта. В волноводный шунт 12 включено модулирующее устройство 13, модуляционный вход которого подключен к НЧ-источнику 7 опорного напряжения. Модулирующее устройство 13 выполнено в виде проходного СВЧ-модулятора фазы. Рабочая СВЧ-резистор 10, в котором расположен анализирующий образец
4, помещен в поле поляриэующего магнита
2, К выходу СВЧ-детектора 11 подключено усилительно-преобразовательное ВЧ-устройство 5, содержащее ВЧ-усилитель 14 и синхронный В -детектор 15. Один вход НЧ1627946
25
35
55 устройства 6 синхронно о детектирования подключен к выходу синхронного ВЧ-детектора 15, другой вход — к НЧ-источнику 7 опорного напряжения. Устройство содержит цепь 16 питания, Радиоспектрометр работает следующим образом.
СВЧ-генератор 8 через СВЧ-циркулятор 9 возбуждает в рабочем СВЧ-резонаторе 10 СВЧ-электромагнитное поле, в пучность магнитной составляющей которого помещен анализируемый образец 4, Обусловленное явлением ЭПР поглощение
СВЧ-энергии в образце 4 приводит к изменению добротности рабочего СВЧ-резонатора 10 и, следовательно, изменению мощности, поступающей через СВЧ-циркулятор 9 на один вход СВЧ-детектора 11.
Часть ГБЧ-энергии СВЧ-генератора 8 поступает через волноводный шунт 12 с модулирующи л устройством 13 на другой вход
С В 1-детектора 11. Модули рующее устройство 13 обеспечивает импульсную НЧ-девиацию фазы (+. 90 ) опорного СВЧ-сигнала, создающего смещение детектора 11
Напряженность поляризующего поля, создаваемого магнитом 2 в объеме анализируемого образца 4, модулируется ВЧ-модулятором 3 по синусоидальному закону. В результате сигнал ЭПР на выходе СЧВ-детектора 11 истлеет вид ВЧ-колебаний с импульс»ой НЧ- лодуляцией фазы. Этот сигнал. усиливается БЧ-усилителем 14 и детектируется синхронным ВЧ-детектором 15. Полученный»а выходе синхронного ВЧ-детектора 15
Н Ч-си г»ал имеет амплитуду, и ропорциональную первой производной линии ЭПР-поглощения. Фаза НЧ- сигнала зависит от знака производной. Этот НЧ-сигнал поступает на
НЧ-устройство 6 синхронного детектирования, работа которого синхронизирована с работой модулирующего устройства 13.
Сигнал постоянного тока с выхода НЧ-устройства 6 подается либо на регистрирующее устройство, если радиоспектрометр основан на методе прямого измерения, либо в устройство обратной связи, если радиоспект рометр основан на нулевом компенсационном методе измерения.
Нат1ряже»»ость поляризующего поля, создаваемо о поляриэующим магнитом 2 в объеме а»ализируемого образца 4, модулируегся ВЧ-модулятором 3 по синусоидаль»о;ó закону, В результате сигнал ЭПР на выходе СБЧ-детектора 11 имеет вид ВЧ-колебаний с а лплитудой модуляцией, Б радиоспектрометре наводка с выход»ых цепей БЧ-модулятора 3 на вход B×-усилителя 14 имеет вид непрерывных
R )-колебаний, в то время как сигнал ЭПР имеет вид БЧ-колебаний с импульсной НЧмодуляцией фазы. После усиления и детектирования в усилителе 14 и ВЧ-детекторе 15 наводка представляет собой сигнал постоянного тока. На такой сигнал НЧ-устройство
6 синхронного детектирования не реагирует, поэтому укаэанная наводка никак не влияет на работу радиоспектрометра.
Исключение влияния наводки на работу радиоспектрометра улучшает стабильность нулевой линии при регистрации спектра, в результате чего повышается параметрическая надежность прибора и сокращается время, необходимое для его настройки при подготовке к записи спектра.
Использование изобретения позволяет существенно увеличить стабильность результатов измерений. Это особенно важно и перспективно при использовании радиоспектрометров в качестве анализаторов в промышленности в тех случаях, когда КПЧ измеряется при высокой чувствительности радиоспектрометра, а спектральная линия имеет ширину порядка десятков и сотен эрстед, например при анализе ионов двухвалентной меди в стой»ых водах или анализе окислов азота в выбрссах промышленных и редп рияти и и т.д, Значительно упростятся требования и к конструкции ЭПР-радиоспектрометров в целом, а также к развяэывающим и экранирующим элементам конструкции. В результате, широко используя интегральные микросхемы, можно будет выполнять компоновку электронной части радиоспектрометров, включая СВЧ-тракт, с очень высокой плотностью, Это позволит в несколько раэ уменьшить их габариты, упростить конструкцию и снизить стоимость, что особенно важно для приборов промышленного типа.
Формула изобретения
Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий поляризующий магнит, высокочастотный модулятор поляризующего магнитного поля, сверхвысокочастотный генератор и сверхвысокочастотный детектор, высокочастотный тракт, низкочастотный источник опорного напряжения, высокочастотное усилительно-преобразовательное устройство, вход которого соединен с выходом сверхвысокочастотного тракта, низкочастотное устройство синхронного детектирования, соединенное первым входом с выходом высокочастотного усилительнопреобраэовательного устройства и вторым входом с низкочастотным источником опорного напряжения, модулирующее устройство, модуляционный вход которого
1627946
Составитель А, Федоров
Редактор А. Долинич Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий
Заказ 336 Тираж 379 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ного напряжения, модулирующее устройство, модуляционный вход которого подключен к низкочастотному источнику опорного напряжения, отличающийся там,что, с целью увеличения стабильности измерений и уменьшения габаритов радиоспектрометра, модулирующее устройство вчлол е но в виде модулятора фазы и включено в сверхвысокочастотный тракт между СВЧ-ге5 нератором и СВЧ-детектором.
