Спектрометр электронного парамагнитного резонанса Советский патент 1982 года по МПК G01N24/10 

Изобретение относится к области электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в радиопромышленности при изготовлении спектрометров ЭПР.

По основному авт.св. №750353 известен спектрометр ЭПР, содержащий устройство для получения магнитного поля, источник переменного тока модуляции магнитного поля с согласующим трансформатором тока, генератор и приемник мощности СВЧ, измерительный резонатор с внутренним элементом модуляции в виде металлических стержней, образующих контур с выводами для подключения через согласующий трансформатор к источнику тока модуляции, причем стержни имеют в центральных частях утолщения и закреплены на расстоянии четверти длЬны резонатора по обе стороны от его центра.

Такая конструкция обеспечивает повышение чувствительности спектрометра при исследовании объемных образцов с диэлектрическими потерями в широком диапазоне частот модуляции магнитного поля ij .

Однако спектрометр не обеспечивает максимальной чувствительности

при исследовании образцов с широкими спектральными линиями вследствие невозможности получения амплитуд модуляции магнитного поля, необходимых для оптимальной регистрации широких линий. Это связано с тем, что при увеличении амплитуды модуляции снижается- эффективность модулятора из-за возрастания ограничивающих чувствительность паразитных излучений от его элементов (выходных каскадов , согласующего трансформатора тока, линии связи с внутренним элементом модуляции) и из-за увеличения потерь энергии в указанных элементах, приводящих к уменьшению КПД модулятора и возникновению искажений формы сигнала модуляции в месте расположения исследуемого образца. Кроме того, перечисленные ограничения препятствуют проведению измерений релаксационных характеристик и парамагнитных образцов.

Цель изобретения - обеспечение максимальной чувствительности спектрометра при исследовании образцов с широкими спектральными линиями.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометре ЭПР, содержащем устройство для получения магниткого ПОЛЯ, источник переменного тока модуляции магнитного поля с со гласующим трансформатором тока, генератор и приемник MODiHOCTH С.ВЧ, из мерительный резонатор с внутренним элементом модуляции в виде металлических стержней, образующих,контур с выводами для подключения через согласующий трансформатор к источни ку тока модуляции, причем стержни имеют в центральных частях утолщени и закреплены на расстоянии четверти длины резонатора по обе стороны от его центра, согласующий трансформат источника тока модуляции содержит два тороидальных сердечника, распосложенные напротив друг друга на одном конце немагнитных металлических полос, изолированных друг от друга тонким диэлектрическим слоем, приче сердечники замкнуты внутри металлических чашек, электрически соединен ных с полосами по периметру и между собой с помощью металлического стерж ня, пронизывающего сердечника и металлические полосы через диэлектрическую втулку, а модулирующие стенк электрически соединены с полосами н другом их конце. Ка чертеже схематически показан вариант выполнения элементов спектр метра. Спектрометр содержит тороидальные сердечники 1 согласующего трансформатора тока с многовитковыми первичными обмотками, немагнитные металлические полосы 2, слой диэлектр ка 3, металлические чашки 4, металли ческий стержень 5 с гайками, диэлек рическую втулку б, модулирующие стержни 7, электрические соединения 8стержней с металлическими полосами измерительный резонатор 9, выводы 10 многовиТковых обмоток согласующего трансформатора для подключения к источнику тока модуляции. При этом тороидальные сердечники 1 расположены внутри металлических чашек 4 напротив друг друга, на одном конце изолированных слоем диэлек рика 3 металлических полос 2. С ndмощью металлического стержня 5 с гайками чашки жестко скреплены с полосами 2 и имеют в месте скрепления с ними электрический контакт. Кроме того стержень 5пронизывает отверстия тороидальных сердечников 1 и через диэлектрическую втулку б металлические полосы 2. Таким образом чаш ки 4 с помощью стержня 5 электрически соединены друг с другом. Выводами 10 первичные обмотки сердечников 1 соединяются с источником тока модуляции спектрометра. Модулирующие стержни 7 измерительного резонатора 9соединены с металлическими полосами на другом их конце в точках соединения 8. При таком расположении элементов чашки 4 совместно со стержнем 5 и расположенной под-Аими частью полос 2 образуют вторичную обмотку трансформатора тока, к которой присоединена с помощью линии низкого .сопротивления, образованной изолированными друг от друга полосами 2, нагрузка низкого сопротивления, образованная модулирующими стержнями 7 резонатора 9. Так как обмотка согласующего трансформатора симметрична по отношению к тороидальным сердечник ам, при образовании токов больших амплитуд насыщение сердечников (и потери в них) равномерно распределяются по объему тороидальных сердечников и, следовательно, проявляются при больших значениях тока, чем это имеет место в известном устройстве. Кроме того, уменьшение локального насьлцения сердечников уменьшает индуктивность рассеяния многовитковых первичных обмоток, не нарушает их симметрии и оптимального согласования нагрузки с источником тока в процессе регулирования амплитуды модуляции магнитного поля. .Получению больших значений тока в модулирующем элементе резонатора и снижению паразитных излучений в предлагаемом устройстве способствует также предельное уменьшение сопротивления (в том числе индуктивного) мест соединения одновитковой обмотки с линией и сопротивления самой линии связи с нагрузкой. Таким образом, предложенная электрически единая конструкция узла: согласующий трансформатор тока линия связи - модулирующий элемент обеспечивает получение больших амплитуд тока модуляции в широком диапазоне частот в месте расположения исследуемого образца в резонаторе при минимуме паразитных излучетний на частоте модуляции, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение чувствительности спектрометра при регистрации широких линий ЭПР. Формула изобретения Спектрометр электронного парамагнитного резонанса по авт. св. №750353, отличающийся тем, что, с целью обеспечения максимальной чувствительности, спектрометра при исследовании образцов с широкими спектральными линиями, согласующий трансформатор источника тока модуляции содержит два тороидальных сердечника, расположенные напротив друг друга на одном конце немагнитных металлических полос, изолированных друг от друга тонким диэлектрическим

слоем, причем сердечники замкнуты внутри металлических чашек, электрически соединенных с полосами по периметру и между собой с помощью металлического стержня, пронизывающего сердечники и металлические полосы через диэлектрическую втулку, а модулирующие стержни электрически соедЛ, нены с полосами на другом их конце.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №750353, кл. G 01 N 24/00, 1977 (прототип) .

S I