Радиоспектрометр Советский патент 1981 года по МПК G01N24/00 G01N22/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для исследования спектров резонансного поглощения твердых тел в импульсньт магнитных полях.

Известен радиоспектрометр, содержащий источник излучения, волномер, рабочую ячейку, размещенную в магнитном поле соленоида и установленную в криостате, выход которой соединен с приемником, охлаждаемым жидким гелием Ll.

Оданако известный радиоспектрометр имеет узкий частотный диапазон и низкую чувствительность.

Цель изобретения - расщирение частотного диапазона и повьппение чувствительности.

Эта цель достигается тем, что в радиоспектрометр, содержащий источник излучения, волномер, рабочу ячейку, размещенную в магнитном поле соленоида и установленную в криостате , выход которой соединен с

приемником, охлаждаемым жидким гелием, введены делитель луча, содержащий в первом плече первый вращатель плоскости поляризации, оптически соединенный с первой системой линз, во втором плече .- второй вращатель плоскости поляризации, в третьем плече - оптикоакустический приемник, а четвертое плечо оптически соединено со второй системой линз, последовательно соединенные блок автокалибровки,

блок питания, блок задержки и двухлучевой запоминающий осциллограф,

механический прерьюатель, последовательно соединенные видеоуситель и контрольный осциллограф, а также блок компенсации и интегратор, включенные между соответствующими выходами криостата и первым и вторым входами двухлучевого запоминающего осциллографа; к третьему входу которого подключен выход видеоусилителя, -а к четвертому входу выход блока автокалибровки, выход приемника охлаждаемого жидким гелием соединен со входом видеоусилителя, механический прерыватель включен межд другим выходом блока автокали бровки и второй системой линз, вы-. ХОД которой оптически соединен со входом рабочей ячейки, другой выход блока питания подключен ко входу криостата, ко второму вращателю плоскости поляризации подключен вол номер , источник излучения оптически соединен со входом первой системы линз, а рабочая ячейка выполнена в виде двух конусных диэлектрических линз, переходящих в диэлектрические волноводы, при )том исследуемый образец установлен между торцами диэлектричесжик волноводов. fCpoMe того, по оси конусных диги.ектрических линз выполнен канал. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлага емого радиоспектрометра , на фиг, 2его конструкция. Радиоспектрометр содержит источник излучен.ия 1 , первую систему линз 2, отрезок лучевода 3, первый вращатель А плоскости поляризации. делитель 5 луча, имеющий первое 6, ьторое 7, третье 8 и четвертое 9 плечи соответственно, криостат 10, прнемнш 1 1 , охлаждаем з Й жидким гелием, видеусилитель 12, двухлучевой запоминающий осциллограф 13, контрольный осциллограф 14, блок 15 ко пенсации, интегратор.16, блок 17 за держки, блок 8 автокалибровки, ме ханический прерыватель 19, блок 20 питания, оптикоакустический приемник 21, второй вращатель 22 плоскости поляризации, волномер 23, втору систему линз 24.,В криостате с окнами 25 и 26 (фиг. 2) размещен соленоид 27, в магнитном поле котор го находится рабочая ячейка, выполненная в виде двух конусных диэл трических линз 28, переходящих в ди электрические волноводы 29, между: торцами которых установлен исследуемый образец 30, для увеличения однородности магнитного поля имеется текстолитовая вставка 31, конусные диэлектрические линзы зажаты в оправки 32, а концы диэлектрическ волноводов вставлены в диэлектричес кую втулку 33, на поверхности которой намотаны катушки 34-36, а по ос конусных диэлектрических линз выполнен канал 37. Радиоспектрометр работает следующим образом. Излучение, генерируемое источником излучения, например лампой обратной волны, пройдя первую систему линз 2, необходимую для согласования выхода источника излучения с отрезком лучевода 3, через первый вращатель и плоскости поляризации попадает на делитель 5 луча. Часть излучения ответвляется и, пройдя второе плечо 7 и второй вращатель плоскости поляризации 22, в нужной поляризации поступает на вход волномера 23. Отраженная от него часть энергии попадает на оптикоакустический приемник (ОАП) 21, где прее1бразуется в электрический сигнал. В момент настройки волномера на частоту генерации источника излучения 2 волномер поглощает максимальную часть энергии СВЧ-излучения и, следовательно, сигнал, снимаемый с ОЛ.Ч 21 минимален. Часть энергии СВЧ, прошедщая делитель 5 луча, прерывается механическим прерывателем 19 и через окна 25 и 26, криостата 10 (фиг. 2) заводится на рабочую ячейку с исследуемым образцом 30. Пройдя конусные линзы 28 и исследуемый образец, находящийся между ними, излучение выходит из криостата 10 и направляется в приемник 11. Электрический сигнал с частотой модуляции, появляющийся на приемнике под действием СВЧ излучения, усиливается видеоусилителем 12 и подается на вход контрольного осциллографа 14 и на вход двухлучевого запоминающего осциллографа 13. Развертка спектра осуществляется магнитным полем соленоида 27 при фиксированной частоте СВЧ источника 1 излучения. Частота прерывания СВЧ излучения механическим прерывателем 19 должна быть немного меньше, чем 1 /2Т, где Т - длительность импульса магнитного поля, что необходимо для регистрации спектра в течение всей длительности импульсного поля. Для записи спектра поглощения исследуемого образца 30 необходимо включить запуск блока 18 автокалибровки работающего в режиме однократного запуска) , после чего он синфазно с модуляцией излучения вырабатывает последовательно три управляющих им5пульса. Первые два импульса соответствуют моментам открывания и перекрытия пучка излучения сектором механического прерывателя 19 и произ водят последовательно двукратный запуск развертки двухлучевого запоминающего осциллографа 13, на экране которого записывается уровень сиг нала, соответствующий интенсивности излучения, попавшего на приемник в отсутствие магнитного поля на образце 30, и два нулевых уровня, т.е. сигнала с рабочей ячейки (находящейся в криостате 10 ) при перекрытом пучке СВЧ излучения и сигнала поля, поступающего с интегратора 16, где интегрируется сигнал, снимаемый с катушки 35. При последующем открывании пучка СВЧ сектором механического прерывателя 19, блок 18 автокалиб ровки вьщает третий импульс в блок 20 питания и батарея конденсаторов разряжается через обмотку соленоида 27. В момент начала разряда батареи конденсаторов из блока питания 20 подается импульс в блок 17 задержки и после него - на двухлучевой запоминающий осциллограф 13 для запуска его развертки в третий раз. Происхо дит запись спектра поглощения иссле дуемого образца 30 и сигнала величи ны поля, поступающего на интегратор 16, в выбранном масштабе. Резул тирующая запись на экране двухлучев го запоминающего осциллографа 13 вк чает следующие осциллограммы: нулевые уровни сигнала и поля, сигнал, соответствующий интенсивности излучения СВЧ, попавшего на приемник в отсутствие поля на образце 30 и спектр поглощения образца 30 с сигналом величины поля. . Таким образом, предлагаемый радиоспектрометр позволяет исследовать резонансное поглощение твердьпс тел в диапазоне длин волн 0,3-6 мм в импульсных магнитных полях.до 300 кЭ без переустановки образца и наблюдать на изменением намагниченности образца. Наличие автокалибровки существен но повьшает точность измерения параметров резонансных линий (особенно в случае использования широкодиапазонных генераторов, имеющих, как правило, сильно изрезанную амплитуд ную характеристику). Образец в магнитном поле импульс ного соленоида можно устанавливать 16 в двух взаимно перпендикулярных направлениях с точностью 0,5, причем он крепится без применения клея, что улучшает форму линий резонансного поглощения исследуемых образцов. Наводка не превьшает уровня шумов приемника, что увеличивает чувствительность радиоспектрометра. Формула изобретения Радиоспектрометр, содержа1ций источник излучения, волномер, рабочую ячейку, размещенную в магнитном поле соленоида и установленную в криостате, выход которой соединен с приемником, охлажденным жидким гелием, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повьшения чувствительности, введены делитель луча, содержаний в первом плече первый вращатель плоскости поляризации, оптически соединенны с первой системой линз, во втором плече - второй вращатель плоскости поляризации, в третьем плече- оптикоакустический приемник, а четвертое плечо оптически соединено со второй системой линз, последовательно соединенные блок автокалибровки, блок питания, блок задержки и двухлучевой запоминающий осциллограф, механический прерыватель, последовательно соединенные видеоусилитель и контрольный осциллограф, а также блок компенсации и интегратор, включенные между соответствующими выходами криостата и первым и вторым входами двухлучевого запоминающего осциллографа, к третьему входу которого подключен выход видеоусилителя, а к четвертому входу выход блока автокалибровки, выход приемника ,охлаждаемого жидким гелием,соединен со входом видеоусилителя, механический прерьшатель включен между другим выходом блока автокапибровки и второй системой линз, выход которой оптически соединен со входом рабочей ячейки, другой выход блока питания подключен ко входу криостата, ко второму вращателю плоскости поляризации подключен волномер, источник излучения оптически соединен со входом первой системы линз, а рабочая ячейка выполнена в виде двух конусных диэлектрических линз, переходящих в диэлектрические волноподы, при этом исследуемый образец 83243 установлен между торцами диэлектрических волноводов. 2. Радиоспектрометр по п. 1, отличающийся тем, что по оси конусных диэлектрических хгинз выполнен канал. 5 18 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 337707, кл. G О N 27/78, 1967 (прототип).