Радиоспектрометр Советский патент 1987 года по МПК G01N24/00 

112

Изобретение относится к экспериментальной физике, в частности к технике экспериментального исследования веществ методами магнитного резонанса, и может быть использовано для регистрации и анализа спектров магнитного резонанса, а также для определения времени релаксации исследуемых веществ при модуляции амплитуды радиочастотного поля и наблюдении сигнала на частоте модуляции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей радиоспектрометра.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства на фиг.2 - блок-схема экспериментального макета радиоспектрометра.

Устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные радиочастотный тракт 1, приемное устройство 2, двухкоординатный самописец 3,источник модулирующих колебаний и генератор 5 развертки магнитного поля, причем приемное устройство радиоспектрометра выполнено в виде последовательно соединенных преобразователя 6 частоты и двух параллельно включенных синхронных детекторов 7.1 и 7.2, а источник 4 модулирующих колебаний, имеющий выход на радиочастотный тракт 1, выполнен в виде перестраиваемого генератора 8 и последовательно соединенных опорного генератора 9 колебаний фиксированной частоты и преобразователя 10 частоты, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемого генератора, выход перестраиваемого генератора 8 соединен с преобразователем 6 частоты приемного устройства 2, вход регулируемого фазовращателя 11 соединен с выходом опорного генератора 9 вход квадратурного фазовращателя 12 соединен с выходом регулируемого фазовращателя 1.1, опорный вход синхронного детектора 7.2 соединен с входом регулируемого, а синхронного детектора 7.1 - с выходом квадратурного фазовращателя, а выход генератора 5 развертки соединен с одним и входов коммутатора 13, с двумя другими входами которого соединены выходы синхронных детекторов 7.1 и 7.2.

Модулированное по амплитуде радиочастотное поле при выполнении ус

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ловии магнитного резонанса создает в радиочастотном тракте 1 сигнал магнитного резонанса на частоте модуляции, поступающий на вход приемного устройства 2, где он преобразуется на частоту опорного генератора 9 и поступает на входы синхронных детекторов 7.1 и 7.2, на вторые (опорные) входы которых поступают сдвинутые по фазе на 90° колебания от опорного генератора. Таким образом, происходит синхронная демодуляция сигнала магнитного резонанса, причем с помощью регулируемого фазовращателя 11 может быть подобран необходимый фазовый сдвиг опорных колебаний относительно модулирующих..

Для обеспечения когерентности модулирующие колебания и сигнал магнитного резонанса формируются с помощью одного перестраиваемого генератора 8.

Сигналы с выхода синхронных детекторов 7.1 и 7.2 поступают на входы коммутатора 13, с помощью которого выбирается вид регистрируемых самописцем 3 спектров; соответствующими синфазной (по отношению к моду- /лирующему сигналу) составляющей намагниченности исследуемого вещества,- квадратурный; комплексный;спектр с произвольным фазовым сдвигом.

В качестве примера конкретного выполнения рассмотрим детальную блок- схему экспериментального макета предлагаемого радиоспектрометра.

Непрерывные СВЧ-колебания с частотой 1 2{Т 9,4-10, вырабатываемые задающим генератором СВЧ 14, стабилизированным высокодобротным резонатором, через развязывающий феррито- вый вентиль 15 (фиг.2) и направленный ответвитель 16, к которому подключен частотомер 17, поступают на модулятор 18, где их амплитуда модулируется сигналом, поступающим с широкополосного усилителя 19. Модулированные колебания из модулятора 18 через направленный ответвитель 20, к которому подключены анализатор 21 спектра и измеритель 22 проходящей мощности и аттенюатор 23, поступают на усилитель 24 мощности, где усиливаются до необходимой величины.

Усиленные амплитудно-модулирован- ные колебания из усилителя 24 мощности через развязывающий циркулятор 25, согласующее устройство 26 и ня

3

правленный ответвитель 27, к которо подключена контрольная детекторная секция 28, проходят в измерительный резонатор 29, где располагаются приемная катушка и образец исследуемого вещества. Измерительный резонато располагается между полюсами электрмагнита с катушками развертки и модуляции постоянного поля Н.

Сигнал, наводимый в приемной катушке продольк да составляющей намагниченности исследуемого вещества,через согласующее входное устройство 30 поступает на вход малошумящего усилителя 31, к выходу которого подключен смеситель 32 приемного тракта. Преобразованный сигнал из смесителя 32 поступает в усилитель 33 певой промежуточной частоты, где отфильтровывается и усиливается, зате поступает на вход второго смесител 34J где переносится на вторую промежуточную частоту. Со второго смесителя сигнаш проходит на усилитель 35 второй промежуточной частоты, гд происходит основная фильтрация и усление сигнала и с выхода которого сигнал поступает на синхронные детекторы 36 и 37. С выходов синхронных детекторов сигналы, усиленные в усилителях 38 и 39 постоянного тока, поступают через коммутатор 40 на устройства регистрации - осциллограф 41 и двухкоординатный самописец 42.

На вторые (опорные) входы синхроных детекторов поступают колебания от опорного генератора 43: на один через регулируемый фазовращатель 44 и через квадрупольный фазовращатель 45, сдвигающий фазу колебаний на 90 относительно второго детектора, на второй - только через регулируемый фазовращатель 44, к котором подключен фазометр 46

Для обеспечения когерентности опорного и модулирующего сигналов в произвольно широком диапазоне часто модуляции модулирующий сигнал формируется из опорного и гетеродинных, вырабатываемых кварцевым 47 и перестраиваемым 48 гетеродинами.

Кварцевый гетеродин 47 подключен к второму входу смесителя 34, перестраиваемый гетеродин 48 - к второму входу смесителя 32.

Сигнал опорного генератора 43 одновременно с сигналом кварцевого ге

fO

15

20

25

30

35

40

45

0

5

нератора поступает на вход смесителя 49, выход которого подключен к усилителю 50 промежуточной частоты. Усилитель 50 подключен к .смесителю 51, на второй вход которого подаются колебания перестраиваемого гетеродина 48. Со смесителя 51 через фильтр 52 низкой частоты модулирующий сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 19.

Для развертки магнитного поля в режиме прохождения линии магнитного резонанса служит генератор 53 развертки поля, линейно изменяющееся выходное напряжение которого подается на соответствующие обмотки электромагнита и коммутатор 40.

Для наблюдения производной линии магнитного резонанса имеется отдельный тракт, состоящий из последовательно соединенных детекторной секции 54, резонансного усилителя 55 синхронного детектора 56, к второму входу которого через фазовращатель 57 подключен генератор 58 высокочастотной модуляции магнитного поля, и усилителя постоянного тока 59, с выхода которого сигнал магнитного резонанса поступает на коммутатор 40 регистрирующего устройства.

Вход детекторной секции подключен к измерительному резонатору.

Для настройки и калибровки прибора служат селективный микро чольт- метр 60, подключенный ключом 61 к детекторной 28 или к согласующему входному устройству 30, а также измерительный прибор 62, подключенный к детекторной секции 54.

Формула изобретения

Радиоспектрометр, содержащий последовательно соединенные радиочастотный тракт и приемное устройство,двухкоординатный самописец, источник модулирующих колебаний и генератор развертки магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей радиоспектрометра, его приемное устройство выполнено в виде последовательно соединенных преобразователя частоты и двух параллельно включенных синхронных детекторов,а источник модулирующих колебаний выполнен в виде перестраиваемого генератора и последовательно соединенных опорного

. 51

генератора колебаний фиксированной частоты и преобразователя частоты, выход которого соединен с радиочастотным трактом, а второй вход сое- дине« с выходом перестраиваемого ге нератора, соединенного также с преобразователем частоты приемного уст ройства, кроме того, в радиосцектро метр введены коммутатор, с двух выходов которого сигналы поступают на двухкоординатный самописец и последовательно соединенные регулируемый

Редактор М. Келемеш

Составитель А. Федоров

Техред И.Попович . Корректор А. Обручар

7431/41

Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

836356

и квадратурный фазовращатели, причем вход регулируемого фазовращателя соединен с выходом опорного генератора, опорный вход первого из синхронных детекторов соединен с выходом регулируемого, а второго - с выходом квадратурного фазовращателя, а выход генератора развертки соединен с одним из входов коммутатора, с двумя другими входами которого соединены выходы синхронных детекторов.

5

10

Предложенный радиоспектрометр относится к области электронного парамагнитного резонанса. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности радиоспектрометров ЭПР за счет обеспечения когерентной обработки сигнала магнитного резонанса, обусловленного вариациями намагниченности радиочастотного поля .при изменении частоты модуляции амплитуды радиочастотного поля в необходимых пределах и регистрации спектров ЭПР с учетом фазовых соотношений. Устройство содержит приемное устройство, двухкоординатный самописец, источник модулирующих колебаний и генератор развертки магнитного поля, а также два синхронных детектора, регулируемый и квадратурный фазовращатели и коммутатор. Сохранность фазовых соотношений позволяет регистрировать синфазный, квадратурный и комплексный спектры магнитного резонанса. 2 ил. i (/ к 00 00 О5 00 ел