Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса Советский патент 1991 года по МПК G01N24/10 

Ё

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-модуля- тора фазы, включенного в волноводный шунт СВЧ-трэкта, 1 ил.

Изобретение относится к приборам, основанным на явлении электронного пара- Магнитного 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 СВЧ- тракт 1, поляризующий магнит 2, высокочастотный (ВЧ -модулятор 3 поляризующего магнитного поля в анализируемом образце 4, усилительно-преобразовательное ВЧ-устройство 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-модуля- тора фазы. Рабочая СВЧ-резистор 10, в котором расположен анализирующий образец 4, помещен в поле поляризующего магнита 2. К выходу СВЧ-детектора 11 подключено усилительно-преобразовательное ВЧ-уст- ройство 5, содержащее ВЧ-усилитель 14 и синхронный В1 -детектор 15. Один вход НЧ

сь ю VJ ю

4 ON

устройства 6 синхронного детектирования подключен к выходу синхронного ВЧ-детек- тора 15, другой вход - к НЧ-источнику 7 опорного напряжения. Устройство содержит цепь 16 питания.

Радиоспектрометр работает следующим образом

СВЧ-генератор 8 через СВЧ-циркуля- тор 9 возбуждает в рабочем СВЧ-резонато- ре 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-резона- торр 10 и, следовательно, изменению мощности, поступающей через СВЧ-цирку- лятор 9 на один вход СВЧ-детектора 11. Часть ГВЧ-энергии СВЧ-генератора 8 поступает через волноводный шунт 12 с модулирующим устройством 13 на другой вход СВЧ-детектора 11. Модулирующее устройство 13 обеспечивает импульсную НЧ-деви- ацию фазы ( ± 90°) опорного СВЧ-сигнала , создающего смещение детектора 11.

Напряженность поляризующего поля, создаваемого магнитом 2 в объеме анализируемого образца 4, модулируется ВЧ-модуля- тором 3 по синусоидальному закону. В результате сигнал ЭПР на выходе СЧВ-детек- тора 11 имеет вид ВЧ-колебаний с импульсной НЧ-мсдуляцией фазы. Этот сигнал усиливается ВЧ усилителем 14 и детектируется синхронным ВЧ-детектором 15. Полученный на выходе синхронного ВЧ-детектора 15 НЧ-сип i/i имеет амплитуду, пропорциональную первой производной линии ЭПР-погло- щения. Фаза НЧ- сигнала зависит от знака производной. Этот НЧ-сигнэл поступает на НЧ-устройство 6 синхронного детектирования, работа которого синхронизирована с работой модулирующего устройства 13. Сигнал постоянного тока с выхода НЧ-уст- ройства 6 подается либо на регистрирующее устройство, если радиоспектрометр основан на методе прямого измерения, либо в устройство обратной связи, если радио- спектрометр основан на нулевом компенсационном методе измерения.

Напряженность поляризующего поля, создаваемого поляризующим магнитом 2 в объеме анализируемого образца 4, модулируется ВЧ-модулятором 3 по синусоидальному такому. В результате сигнал ЭПР на вы-соде СВЧ-детектора 11 имеет вид ВЧ-ко- леЬаний с амплитудой модуляцией

В радиоспектрометре наводка с выходных цепей ВЧ-модулятора 3 на вход ВЧ-уси- лител я 14 имеет вид непрерывных ВЧ юлебаний в то время кэ сигнал ЭПР

имеет вид ВЧ-колебаний с импульсной НЧ- модуляциеи 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 указанная наводка никак не влияет на работу радиоспектрометра.

Исключение влияния наводки на работу

0 радиоспектрометра улучшает стабильность нулевой линии при регистрации спектра , в результате чего повышается параметрическая надежность прибора и сокращается время, необходимое для его настройки при

5 подготовке к записи спектра.

Использование изобретения позволяет существенно увеличить стабильность результатов измерений. Это особенно важно и перспективно при использовании радио0 спектрометров в качестве анализаторов в промышленности в тех случаях, когда КПЧ измеряется при высокой чувствительности радиоспектрометра, а спектральная линия имеет ширину порядка десятков и сотен эр5 стед, например при анализе ионов двухвалентной меди в стойных водах или анализе окислов азота в выбросах промышленных предприятий и т.д.

Значительно упростятся требования и к

0 конструкции ЭПР-радиоспектрометров в целом, а также к развязывающим и экранирующим элементам конструкции. В результате, широко используя интегральные микросхемы, можно будет выполнять ком5 поновку электронной части радиоспектрометров, включая СВЧ-тракт, с очень высокой плотностью. Это позволит в несколько раз уменьшить их габариты, упростить конструкцию и снизить стоимость, что

0 особенно важно для приборов промышленного типа.

Формула изобретения Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий поля5 ризующий магнит, высокочастотный модулятор поляризующего магнитного поля, соерхвысокочастотный генератор и сверхвысокочастотный детектор, высокочастотный тракт, низкочастотный источник

0 опорного напряжения, высокочастотное усилительно-преобразовательное устройство, вход которого соединен с выходом сверхвысокочасютного тракта, низкочастотное устройство синхронного детектиро5 вания, соединенное первым входом с выходом высокочастотного усилительно- преобразовательного устройства и вторым входом с низкочастотным источником опорного напряжения, модулирующее устройство, модуляционный вход которого

ного напряжения, модулирующее устройство, модуляционный вход которого подключен к низкочастотному источнику опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения стабильности измерений и уменьшения габаритов радиоспектрометра, модулирующее устройство вчлолье но в виде модулятора фазы и включено в сверхвысокочастотчый тракт между СВЧ-ге- нератором и СВЧ-детектором.