Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса Советский патент 1986 года по МПК G01N24/10 

25

Изобретение относится,к радиопектроскопии и может быть использоано при создании радиоспектрометов электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). .5

Цель изобретения - повышение точности регистрации слабых сигнаов ЭПР за счет уменьшения низкоастотных регистрационных шумов.

На фиг. 1 приведена блок-схема О предлагаемого радиоспектрометра; на фиг. 2 - временные диаграммы его- работы.

Спектрометр содержит рабочий резонатор 1, расположенньш между 5 полюсными наконечниками электромагнита 2 и соединенный волноводным трактом с последовательно включенным блоком 3 СВЧ И} блоком 4 регист- рагц1и, блок 5 модуляции, первый .. 20 выход Которого подключен к р асполо- j жгенным между полюсными наконечника- время и электромагнита 2 катушкам 6 модуяции, а второй - к управляющему ходу блока 4 регистрации, а также оследовательно соединенные задат- ик 7 времени развертки, блок 8 цифровой развертки, блок 9 управления и стабилизации магнитного поля и си- Ловой блок 10, выход которого подключен к обмоткам электромагнита 2. Блок 4 регистрации вьтолнен в виде последовательно включенных аналого- цифрового преобразователя 11, усредняющего устройства 12 и выходного регистра 13, причем управляющий вход усредняющего устройства -12 подключен к выходу задатчика 7 времени развертки, стробирующий вход выходного регистра 13 и установочный вход усредняющего устройства 12 подключены к дополнительному выходу блока 8 цифровой развертки, а стробирующий вход аналого-цифрового преобразователя 11 подключен к уп- 45 равляющему входу блока 4 регистрации через формирователь 14.

Для наблюдения спектра ЭПР исследуемый парамагнитный образец Помещается в электромагнитное СВЧ-поле, . 50 возбуждаемое блоком 3 СВЧ в рабочем резонаторе 1, и поляризующее магнитное п-оле, создаваемое электромагнитом 2, подключенным к силовому блоку 10. При выполнении резонансных 55 условий сигнал ЭПР в виде отраженной от рабочего резонатора 1 электромагнитной волны поступает в блок 3

СВЧ. Р на час ляризу модули кону с ступаю модуля

8проц ризующ хожден ходе б ции фо вая ра магнит ненным

9упра ного п того п формир ровой ность

ществл ЭПР в сирова нитног датчик нал ЭП преобр 39 бой га ij,oA /го дис магнит значен спектр резона строби образо ми (эп лого-ц осущес образо риодом

35

40

образо значен Поля н преобр

п

41

3

эквива первой Здесь ло. По сигнал ного з го маг отноше в усре

время

СВЧ. Регистрация сигнала ЭПР ведется на частоте модуляции. Для этого поляризующее магнитное поле в образце модулируется по синусоидальному закону с частотой 1мол- , поступающим с первого выхода блока 5 модуляции на модуляционные катушки 6

8процессе цифровой развертки поляризующего магнитного поля при прохождении резонансных условий на выходе блока 3 СВЧ на частоте модуляции формируется сигнал ЭПР. Цифровая развертка осуществляется электромагнитом 2 с последовательно соединенными силовым блоком 10 и блоком

9управления и стабилизации магнитного поля под управлением ступенчатого пилообразного напряжения, формируемого на выходе блока 8 цифровой развертки (эпюра 15). Длительность Тр развертки и, следовательно.

й -Ь

, в течение которого осу

время

ществляется регистрация сигнала ЭПР в каждом канале (при каждом фиксированном значении модуляции магнитного поля), устанавливается за- датчиком 7 времени развертки. Сиг- , нал ЭПР на входе аналого-цифрового преобразователя 11 представляет со- бой гармонический сигнал с частотой ij,oA ) амплитуда которого для каждо- го дискретного значения индукции магнитного поля пропорциональна значению первой производной линии спектра электронного парамагнитного резонанса (эпюра 16).. В результате стробирования аналога-цифрового преобразователя 11 выходными импульсами (эпюра 17) формирователя 14 ана- лого-цифровой преобразователь 11 осуществляет последовательное преобразование входного сигнала с периодом дискретизации -la :-г

а

Таким

образом, для каждого дискретного значения поляризующего магнитного Поля на выходе аналого-цифрового преобразователя 11 формируется

последовательных цифровых

п

41

3

эквивалентов мгновенных значений первой производной сигнала ЭПР. Здесь h - целое положительное число. Получение среднего за время й сигнала ЭПР для каждого фиксированного значения индукции поляризующего магнитного поля при максимизации отношения сигнал/шум,осуществляется в усредняющем устройстве 12. Оно

представляет собой простое цифровое устройство, осуществляющее арифметическое усреднение w цифровых отсчетов, которые поступают на его вход за время усреднения u-t , что соответствует вычислению нормированного интеграла в пределах времени усреднения низкочастотного сигнала ЭПР. Здесь m - целое положительное число. Интервал усреднения ut изменяется в больших пределах при изменении длительности Тр развёртки и задается выходным сигналом задат- чика 7 времени развертки. Среднее за время it значение сигнала ЭПР записьшается в выходной регистр 13 импульсом, поступающим в блок 4 регистрации с дополнительного выхода блока 8 цифровой регистрации во время переключения каналов развертки поляризующего магнитного поля (эпюра 18). Этот же импульс поступает на установочный вход усредняющего устройств а 12 и возвращает его в исходное (нулевое) состояние, подготавливая его тем самым к вычислению среднего за время ui: значения сигнала ЭПР в очередном канале развертки.

Таким образом, в процессе цифровой развертки поляризующего магнитного поля в выходном регистре 13 блока 4 регистрации формируется последовательность цифровых отсчетов, эквивалентных, средним за время At значениям сигнала ЭПР в каждом канале развертки. При этом, преобразование в цифровую форму сигнала ЭПР .осущест вляется непосредственно на частоте модуляции, что исключает необходимость его предварительного преобразования в низкочастотнь1й сигнал, ;а, следовательно, и использование в блоке. 4 регистрации цепей постоянного тока. Благодаря этому уменьшается влияние низкочастотных и дрей2607874

фовых регистраг онных шумов и повышается точность регистрации слабых сигналов ЭПР.

Формула изобретения

Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержа- 10 щий рабочий резонатор, расположенный между полюсными наконечникаьш электромагнита и соединенный волно- водным трактом с последовательно включенными блоком СВЧ и блоком ре- t5 гистрации, блок модуляции, первый выход которого подключен к расположенным между полюсными наконечниками электромагнита катушкам модуляции, а второй выход - к управляюще- 20 му входу блока регистрации, а также последовательно соединенные за- датчик времени развертки, блок цифровой развертки, блок управления и стабилизации магнитного поля и си5 ловой блок, выход которого подключен к обмоткам электромагнита, о т- личаю.щийся тем, что, с целью повьш ения точности регистрации слабых сигналов электронного

0 парамагнитного резонанса за счет уменьшения низкочастотных регистрационных шумов, блок регистрации выполнен в виде последовательно включенных аналого-цифрового преобра зователя, усредняющего устройства и выходного регистра, причем управляющий вход усредняющего устройства подключен к выходу задатчика времени развертки, стробирующий вход выQ ходного регистра и установочный вход усредняющего устройства под- ключены к дополнительному выходу блока цифровой развертки, а стробирующий вход аналого-цифрового пре5 образователя через формирователь подключен к управляющему входу блока регистра:ции.

n

CuzHOn

ut. t

17 18

фиг. 2

Редактор И.Сегляник

Составитель А.Федоров Техред М.Ходанич

Заказ 5220/41

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственн{} го комитета СССР по делам изобретений и открытий г 113035, Москва, Ж-33, Раушская наб., д. 4/5

Производственное-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная,: 4

Корректор В.Бутяга

Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса относится к технике радиоспектроскопии. Цель изобретения - повышение точности регистрации слабых сигналов за счет уменьшения низкочастотных регистрационных шумов. Это достигается тем, что преобразование сигнала электронного парамагнитного резонанса в цифровую форму для последующей обработки происходит непосредственно на частоте модуляции, что исключает необходимость его предварительного преобразования в низкочастотный сигнал, а следовательно, и использование в блоке регистрации цепей постоянного тока. 2 ий. i СО 1C Ot Ч 00 к|