Электронно-парамагнитный анализатор состава Советский патент 1976 года по МПК G01N27/78 

ность их конструкции и требует высокой стабильности поляризующего магнитного ноля.

С целью уменьшения габаритов магнитной системы СВЧ-резонатора и унрощения их конструкции в СВЧ-тракт введено моделирующее СВЧ-устройство, вход которого подключен к выходу устройства с регулируемым коэффициентом передачи.

С целью уменьшения ошибки измерения при изменении параметров рабочего СВЧ-резонатора модулируюш,ее СВЧ-устройство подключено к рабочему СВЧ-резонатору и состоит из фазоврашателя и отражательного модулятора.

На чертеже представлена блок-схема электронно-парамагнитного анализатора состава.

Электронно-парамагнитный анализатор состава содержит поляризуюш,ий магнит 1, СВЧ-тракт 2, усилительно-преобразовательное устройство 3, подключенное к выходу СВЧ-тракта 2, модулятор 4 поляризуюш,его магнитного поля с катушкой 5 модуляции поля в измеряемом образце 6, устройство 7 с регулируемым коэффициентом передачи.

СВЧ-тракт 2 анализатора выполнен по отражательной схеме радиоспектрометра прямого усиления и содержит генератор 8, циркулятор 9, резонатор 10 и детектор 11. Резонатор 10, в котором расположен измеряемый образец 6, помеш,ен в поляризуюш,ее поле магнита 1.

Усилительно-преобразовательное устройство 3 содержит усилитель 12 напряжения переменного тока, синхронный детектор 13 и интегрируюи1,ий усилитель 14 сигнала ошибки.. Выход усилительно-преобразовательного устройства 3 подключен к цепи управления устройства 7 с регулируемым коэффициентом; передачи.

Вход устройства 7 с регулируемым коэффициентом передачи связан с модулятором 4 поляризующего поля, а выход-с модулирую,щнм СВЧ-устройством 15, включенным в; СВЧ-тракт 2 для создания компенсационного, сигнала. Модулирующее устройство 15 связано с резонатором 10 и содержит СВЧ-фазовращатель 16 и отражательный модулятор 17..

Анализатор работает следующим образом.

Генератор 8 через циркулятор 9 возбуждает в резонаторе 10 электромагнитное СВЧполе, в пучность магнитной составляющей которого помещен измеряемый образец 6. При значении напряженности поляризующего поля магнита 1, соответствующем линии спектра ЭПР в образце 6, возникает ЭПР поглощения СВЧ-энергии, что приводит к уменьшению добротности резонатора 10 и изменению мощности, поступающей через циркулятор 9 на детектор 11.

Напряженность поляризующего магнитного поля в объеме образца 6 модулируется по синусоидальному закону с амплитудой, много меньшей щирины линии спектра ЭПР поглощения, при этом на выходе детектора 11 выделяется сигнал ЭПР (пропорциональный

первой производной линии ЭПР поглощения образца 6), имеющий частоту, равную частоте модуляции. Модуляция поля в объеме образца 6 осуществляется током в модуляционной катущке 5, возбуждаемым модулятором 4.

Часть СВЧ-энергии из резонатора 10 поступает через фазовращатель 16 в отражательный модулятор 17. Отраженная от модулятора 17 электромагнитная волна оказывается промодулированной по амплитуде сигналом, поступающим с модулятора 4 через устройство 7 с регулируемым коэффициентом передачи. Отраженная промодулировапная электромагнитная волна через фазовращатель 16, резонатор 10 и циркулятор 9 поступает па детектор 11, на выходе которого выделяется компенсационный сигнал с частотой, равной модулирующей. Фазовращатель 16 позволяет

получить такую фазу отраженной от модулятора 17 электромагнитной волны, при которой компенсационный сигнал эквивалентен сигналу ЭПР поглощения, а не сигналу дисперсии. Таким образом, частота обоих сигналов,

выделяющихся на выходе детектора 11, одинакова, так как сигналы, поступающие на катушку 5 модуляции и на модулятор 17, приходят от одного источника - модулятора 4. Фаза сигнала ЭПР отличается от фазы компенсационного сигнала на 180°. Вследствие этого амплитуда результирующего сигнала, выделенного на выходе детектора 11, равна разности амплитуды сигнала ЭПР от измеряемого образца 6 и амплитуды компенсационного сигнала.

Результирующий сигнал поступает на усилительно-преобразовательное устройство 3, где усиливается с помощью усилителя 12 напряжения переменного тока и детектируется синхронным детектором 13. Сигнал ошибки, выделенный на выходе синхронного детектора 13, поступает на интегрирующий усилитель

14сигнала ощибки.

Усиленный и проинтегрированный сигнал ощибки с выхода усилительно-преобразовательного устройства 3 поступает в цепь унравления устройства 7 с регулируемым коэффициентом передачи и изменяет коэффициент

передачи устройства 7 до тех пор, пока амплитуда компенсационного сигнала не станет равной амплитуде сигнала ЭПР от измеряемого образца 6, а результирующий сигнал на выходе детектора 11 не уменьщится до нуля.

Таким образом, изменяется величина модулирующего сигнала, поступающего с модулятора 4 на модулирующее СВЧ-устройство

15и постоянно поддерживается равенство компенсационного сигнала и сигнала ЭПР от

измеряемого образца 6. В результате, сигнал на выходе усилительно-преобразовательного устройства 3, пропорциональный сигналу ЭПР от измеряемого образца 6, соответствует количеству парамагнитных частиц в этом

образце.

Предлагаемый анализатор снижает в несколько раз диаметр полюсных наконечников магнитной системы, кроме того, не требуется дополнительного устройства для юстировки поляризующего поля, что дает возможность уменьшить габариты магнитной системы и упростить ее конструкцию.

Более чем на порядок, снижаются требования к стабильности поля поляризующего магнита в наиболее важном и перспективном для промыщленного применения анализатора случае, когда концентрация парамагнитных частиц измеряется в водных растворах, а спектральная линия имеет щирину порядка сотни эрстед. Следовательно, можно щире использовать постоянные магниты, что, в свою очередь, позволит отказаться от использования в анализаторах прецизионных источников питания для поляризующего магнита, в результате чего существенно упрощается конструкция анализаторов, уменьшаются их габариты и снижается стоимость.

Формула изобретения 1. Электронно-парамагнитный анализатор состава, содержащий поляризующий магнит, СВЧ-тракт, усилительно-преобразовательное

устройство, модулятор поляризующего магнитного поля с катущкой модуляции поля в измеряемом образце, расположенном в рабочем СВЧ-резонаторе, помещенным в поляризующее магпитпое поле, устройство с регулируемым коэффициентом передачи, связанное с модулятором поляризующего поля и управляемое усилительно-преобразовательным устройством, отличающийся тем, что, с

целью уменьщения габаритов магнитной системы и рабочего резонатора и упрощения их конструкции, в СВЧ-тракт введено модулирующее СВЧ-устройство, вход которого подключен к выходу устройства с регулируемым коэффициептом передачи.

2. Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения ощибки измерения при изменении нараметров рабочего СВЧ-резонатора, модулирующее СВЧ-устройство подключено к рабочему СВЧ-резонатору и содержит фазовращатель и отражательный модулятор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авт. св. № 432377, кл. GOIN 27/78, 1974г. 2. Патент США № 3348136, кл. 324-0,5, 1967 г. (прототип).