Спектрометр электронного парамагнитногоРЕзОНАНСА Советский патент 1981 года по МПК G01N24/00 

изобретение относится к технике Электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть исцользовано в приборостроительной пpo aлlшeннocти при изготовлении спектрометра ЭПР, известен спектрометр, содержащий сигнальный и гетеродинный СВЧ-генераторы, циркулятор, рабочий резонатор, размещенный между полюсами электромагнита, смесители с усилителями про межуточной частоты сигнального и опорного канала и фазовый детектор промежуточной частоты. В этом спектрометре при перестройке СВН Фазовра щателя, который включен между гетеро динным СВЧ-генератором и смесителем опорного канала, можно регистрироват либо сигнал поглощения, либо сигнал дисперсии. Регистрация сигналов поглощения и дисперсии осуществляется фазовым детектором промежуточной час тоты, опорное напряжение промежуточной частоты для которого формируется смесителем опорного канала С ЗТаким образом, данный спектрометр позволяет регистрировать в разные мо менты времени либо сигнал поглсицения либо сигнал дисперсии и требует настройки СВЧ-фазовращателя перед каждым измерением,:что увеличивает время и усложняет процесс измерений. Кроме того, этот спектрометр не позволяет одновременно исследовать сигналы поглощения и дисперсии образцов, изменякяцих свои характеристики во времени. Наиболее близким к предлагаемому является спектрометр электронного парамагнитного резонанса для одновременной регистрации сигналов поглощения и дисперсии, включающий сигнальный СВЧ-генератор и рабочий резонатор, размоцекный между полюсами электромагнита. Кроме того, спектрометр содержит разветвитель СВЧ-мощности на два канала, СВЧ-фазовращатель в одном из каналов, бимодальный рабочий резонатор, размещенный между полюсами электромагнита, усилитель СВЧ и смесители Г }Разделение сигнала ЭПР в спектрометре на сигналы поглсядення и дисперсии осуществляется в СВЧ-тракте. Одновременность регистрации сигналов поглсяцения и дисперсии достигаетс я за счет усложнения СВЧ-тракта спектрометра и уменьшения чувствительности последнего. Цель изобретения - повышение чувствительности . Поставленная цель достигается тем что в спектрометр введены гетеродинный СВЧ-генератор, смесители с усилителями -прюмежу точной частоты сигналь його и опорного каналов, схема разветвления сигналов ЭПР на промежуточ ной частоте на два канала, фазоразносная схема для формирования двух опорных напряжений промежуточной час тоты, сдвинутых по фазе на 90, фазовый и синхронный детекторы промежуточной частоты, причем с одной сторо ны первые входы фазового и синхронного детектора промежуточной частоты соединены со схемой разветвления, вход которой через усилитель промежуточной частоты сигнального канала соединен с выходом смесителя сигналь ного канала, в свою очередь, один вход этого смесителя соединен с гетеродинным СВЧ-генератором, а другой вход с помощью циркулятора; связан с рабочим резонатором и сигнальным генератором СВЧ; с другой стороны, вто рые входы фазового и синхронного детекторов промежуточной частоты соеди нены с фазоразностной схемой, вход к торой через усилитель промежуточной частоты опорного канала соединен с выходом смесителя опорного канала, в свою очередь, один вход смесителя со динен с гетеродинным СВЧ-генератором а второй - с сигнальным СВЧ-генератором. На чертеже представлена блок-схе,ма спектрометра электронного парамаг нитного резонанса . Спектрометр включает сигнальный СВЧ-генератор 1, гетеродинный СВЧ-ге нератор 2, циркулятор 3, рабочий редонатор 4f электромагнит 5, смесител б сигнального канала, смеситель 7 опорного канала, усилитель 8 сигнала ЭПР, усилитель 9 промежуточной частоты опорного канала, схему 10 ра ветвления сигнала ЭПР промежуточной частоты на два канала, фазоразностную схему 11 для формирования двух опорных напряжений промежуточной час тоты, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 90°, фазовый детектор 12 промежуточной частоты и синхронный детектор 13 промежуточной частоты. Выход фазового детектора 12 является выходом сигнала дисперсии, а выход синхронного детектора 13 является выходом сигнала поглощения, Мощность СВЧ-генератора 1 через циркулятор 3 подводится к образцу, размеченному в рабочем резонаторе 4. При изменении магнитного поля электромагнита 5, между полюсами которого расположен рабочий резонатор 4, в исследуемом образце наблюдается явление ЭПР. Сигнал ЭПР через циркулятор 3 поступает на один вход смесителя б, на другой вход которого поступает мощность СВЧ-генератора 2. На выходе смесителя6 сигнального канала мируется напряжение сигнала ЭПР IL межуточной частоты j.., 9iviCu,t+4 «irceivi Vv« амплитуда сигнала дисперсии, пропорциональная мнимой части х магнитной восприимчивости вещества х; амплитуда сигнала поглсхцения, пропорциональная действитель ной части хмагнитной восприимчивости х; Ц - разность фаз между сигна|лами СВЧ-генераторов 1 и 2 на входе смесителя б; Ш - промежуточная частота, равная разности частот СВЧ-генераторов 1 и 2 на входе смесителя б, Сигнал ЭПР {}( усиливается усилите8 и подается на вход схемы 10,коая разветвляет сигнал ЭПР на два ала l/Cj ч с U U - Jn-vV, 5WCiW t44, 1 г ), -arcsivi Фазовый сдвиг, вносилшй усилителем 8; PA фазовый сдвиг, вносимый схемой 10. Сигнал и подается на вход фазоводетектора 12, а сигналис„ на вход хронного детектора 13, Смеситель 7 формирует опорное напение промежуточной частоты из сигов СВЧ-генераторов 1 и 2, которое ливается усилителем 9 и поступает вход фазоразностной схемы, 11 U -NQCOS (Шу, fs УО - амплитуда опорного напряжения промежуточной частоты; Цд- разность фаз между сигналами СВЧ-генераторов 1 и 2 на выходе смесителя 7 5 ФазсЯвый сдвиг, вносимый усилителем 9, Фазоразностная схема 11 компенует разность фаз между напряжеми промежуточной частоты сигнальо и опорного каналов 4-4 i+42, ормирует два опорных напряжения . и.-промежуточной частоты, сдвинупо фазе друг относительно друга 90 соответственно, для фазового ектора 12 и синхронного детекто13 сое (iiv,t-1-M +vfg ) i UQ vVo8iv(U,) В этом случае при выполнении усияЧ1,+ г+Ч -Ч4-Ч5 -2 где И - целое

число, фазовый детектор 12 выделяет сигнал дисперсииУ, из сигнала ЭПРЦ,, а синхронный детектор 13 выделяет сигнал поглощениям из сигнала ЭПРЦг образом, осуществляется одновременная регистрация сигналов поглощения и дисперсии по двум раздельным каналам.

Предлагаемый спектрометр ЭПР може использоваться для исследования неравновесных парамагнитных-состояний и конструктивно более прост чем известный..

Формула изобретения

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса для одновременной регистрации сигналов поглощения и дисперсии, включакнций сигнгшышй СВЧгенератор и рабочий резонатор, размещенный между полюсами элект1Х магнита, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены гетеродинный СВЧ-генератор, смесители с усилителями промежуточной частоты сигнального и опорного каналов,схема разветвления сигналов ЭПР на промежуточной частоте на два канала, фаэоразностная схема для формирования

двух опорных напряжений промежуточной частот, сдвинутых по фазе на 90,фазоваи и синхронный детекторы промежуточной частоты,причем первые входы фазового и синхролного детекторов промежуточной частоты соединены со схемой разветвления,вход которой через усилитель промежуточной частоты сигнальнбго каиала соединен с выходом смесителя сигнального канала, один из входов которого соединен с

o гетеродиню1м СВЧ-генератором, а другой с помощью циркулятора связан с резонатором и сигнальным генератором СВЧ, вторые входы фазового и синхронного детекроров промежуточ5ной частоты соединены с фазоразностной схемой, вход которой через усилитель промежуточной частоты опорного канала соединен смесителя опорного канала, один из входов

0 которого соединен с гетеродинным СВЧ-генератором, а второй - с сигнальиым СВЧ-генератором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Теапу O.T.,et al. The Review.

5 Sci Instr.1961, 32, v.6,p. 721-729,

2.Приступа А. Кадыров Д.И., 1974, № 5, с. 114-117 (Прототип) .