Микроволновый спектрометр Советский патент 1984 года по МПК G01N22/00 

5

.J

«

4-f

ft

tt

f

а

00

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

/7/777

8

Изобретение относится к технике радиоиэмереиий и может быть использовано при молекулярном, химическом и изотопном 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 ячекой акустический детектор L Недостатком этого спектрометра является то, что величина его разрешающей силы ограничена допплеровски уширением спектральных линий.

Наиболее близким к изобретению является микроволновый спектрометр, содержащий источник и приемник когерентного СВЧ излучения, установленнь1е 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.

Однако известный микроволновый спектрометр не обеспечивает высокую чувствительность.

Цель изобретения - повьппение чувствительности.

Поставленная цель достигается те 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 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.

На чертеже приведена структурная электрическая схема микроволнового

спектрометра.

Микроволновый спектрометр содержит источник 1 когерентного СВЧ излучения, приемник 2 когерентного СВ 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

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

8постоянного напряжения.

Микроволновый спектрометр работает следующим образом.

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

4направление 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 б поступают в камеру 5 ячейки 3, при этом в камере

5формируется пространственная периодическая структура из слоев возбужденных молекул. Вследствие имеющейся между пластинами разности потенциалов в промежутках между пластинами 7 возникает электрическое поле Е,

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 поя 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 величину, зависящую от времени нахождения молекулы в поле, величины поля и коэффициента штарковского сдвига уровней. Величина электрического поля подбирается при помощи потенциала V так, чтобы во второй камере 5 фаза излучения молекул в слоях, молекуль которых испытали действие электрического поля, отличалась от фазы излучения молекул в слоях, молекулы которых не испытали действия электрического поля, на 1(180). Каждая группа слоев в отдельности представляет из себя такую же периодическую пространственную структуру, какая создавалсь и в прототипе во второй камере. И излучение молекул во второй камере от каждой группы слоев такое же, как и в прототипе, но сдви по фазе излучения молекул в одной группе по отношению к фазе излуче1704 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 протоуипе и по тем же причинам происходит перемешивание слоев, и мощность когерентного спонтанного излучения молекул, принимаемого приемником 2, резко убывает с увеличением расстройки. Таким образом, предлагаемый микроволновый спектрометр обеспечивает повьппёние чувствительности по сравнению с прототипом при сохране-. НИИ всех присущих прототипу достоинств.