Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса

(51)5 0 О 1 й 24/10 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКО ИДЕТЕЛЬС радио устрои трактеР тракт стотн магни 4, усил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина)(56) Патент США ГФ 3348136, кл. 324-05, 1967,Авторское свидетельство СССР М 219861, кл. 6 01 й 24/10, 1968.(54) РАДИОСПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к приборам, основанным на явлении электронного паобретение относится к приборам, осным на явлении электронного паратного резонанса (ЭПР) и азначенным для наблюдения и реги- и спектров ЭПР, а также для автомакого непрерывного измерения и ля концентрации парамагнитных ча- ПЧ),ль изобретения - увеличение стаости измерений и уменьшение габарадиоспектрометра,чертеже представлена блок-схема спектрометра ЭПР с модулирующим ством в сверхвысокочастотном (СВЧ) нован дагни предн страци тичес контро стиц (Це бильн ритовН диоспектрометр, содержит СВЧ- поляриэующий магнит 2, высокочаи (ВЧ)-модулятор 3 поляриэующего ного поля в анализируемом образце тельно-преобразовательное ВЧ-устрамагн),тного резонанса(ЭПР), и предназначено для наблюдения и регистрации спектров ЭПР и автоматического непоерывного измерения и контроля концентрации парамагнитных частиц, Целью изобретения является увеличение стабильности результатов измерения и уменьшение габаритов радиоспектрометра. Особенностью радиоспектрометоа является включение мод.лирующего устройства в сверхвысокочастотный СВЧ- тракт, а также выполнение модулирующего устройства в виде проходного СВЧ-модулятора фазы, включенного в волноводный шунт СВЧ-тракта, 1 ил,ройство 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-модулятора фазы, Рабочая СВЧ-резистор 10, в котором расположен анализирующий образец 4, помещен в поле поляриэующего магнита 2, К выходу СВЧ-детектора 11 подключено усилительно-преобразовательное ВЧ-устройство 5, содержащее ВЧ-усилитель 14 и синхронный В-детектор 15. Один вход НЧ 16279465 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 устройства 6 синхронноо детектирования подключен к выходу синхронного ВЧ-детектора 15, другой вход - к НЧ-источнику 7 опорного напряжения, Устройство содержит цепь 16 питания,Радиоспектрометр работает следующим образомСВЧ-генератор 8 через СВЧ-циркулятор 9 возбуждает в рабочем СВЧ-резонаторе 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-резонатора 10 и, следовательно, изменению мощности, поступающей через СВЧ-циркулятор 9 на один вход СВЧ-детектора 11. Часть ГБЧ-энергии СВЧ-генератора 8 поступает через волноводный шунт 12 с модулирующил устройством 13 на другой вход С В 1-дете к тора 11, Модули рующее устройство 13 обеспечивает импульсную НЧ-девиацию фазы ( + 90) опорного СВЧ-сигнала,создающего слещение детектора 11 Напряженность поляризующего поля, создаваемого магнитом 2 в объеме анализируемого образца 4, модулируется ВЧ-модулятором 3 по синусоидальному закону, В результате сигнал ЭПР на выходе СЧВ-детектора 11 истлеет вид ВЧ-колебаний с импульсной НЧ-лодуляцией фазы. Этот сигнал. усиливается БЧ-усилителем 14 и детектируется синхронным ВЧ-детектором 15. Полученный на выходе синхронного ВЧ-детектора 15 Н Ч-си п.ал имеет амплитуду, и ропорциональную первой производной линии ЭПР-поглощения. Фаза НЧ- сигнала зависит от знака производной. Этот НЧ-сигнал поступает на НЧ-устройство 6 синхронного детектирования, работа которого синхронизирована с работой модулирующего устройства 13. Сигнал постоянного тока с выхода НЧ-устройства б подается либо на регистрирующее устройство, если радиоспектрометр основан на методе прямого измерения, либо в устройство обратной связи, если радиоспект рометр основан на нулевом компенсационном методе измерения.Напряженность поляризующего поля, создаваемого поляриэующим магнитом 2 в объеме анализируемого образца 4, модулируегся ВЧ-модулятором 3 по синусоидальночу закону, В результате сигнал ЭПР на выходе СБЧ-детектора 11 имеет вид ВЧ-колебаний с алплитудой модуляцией,Б радиоспектрометре наводка с выходных цепей БЧ-модулятора 3 на вход ВЧ-усилителя 14 имеет вид непрерывных БЧ-колебаний, в то время как сигнал ЭПР имеет вид БЧ-колебаний с импульсной НЧ- модуляцией фазы. После усиления и детектирования в усилителе 14 и ВЧ-детекторе 15 наводка представляет собой сигнал постоянного тока. На такой сигнал НЧ-устройство б синхронного детектирования не реагирует, поэтому укаэанная наводка никак не влияет на работу радиоспектрометра.Исключение влияния наводки на работу радиоспектрометра улучшает стабильность нулевой линии при регистрации спектра, в результате чего повышается параметрическая надежность прибора и сокращается время, необходимое для его настройки при подготовке к записи спектра.Использование изобретения позволяет существенно увеличить стабильность результатов измерений, Это особенно важно и перспективно при использовании радио- 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 эрстед, например при анализе ионов двухвалентной меди в стойных водах или анализе окислов азота в выбрссах промышленных предприятий и т,д,Значительно упростятся требования и к конструкции ЭПР-радиоспектрометров в целом, а также к развяэывающим и экранирующим элементам конструкции. В результате, широко используя интегральные микросхемы, можно будет выполнять компоновку электронной части радиоспектрометров, включая СВЧ-тракт, с очень высокой плотностью, Это позволит в несколько раэ уменьшить их габариты, упростить конструкцию и снизить стоимость, что особенно важно для приборов промышленного типа,Формула изобретения Радиоспектрометр электронного пара- магнитного резонанса, содержащий поляризующий магнит, высокочастотный модулятор поляризующего магнитного поля, соерхвысокочастотный генератор и сверхвысокочастотный детектор, высокочастотный тракт, низкочастотный источник опорного напряжения, высокочастотное усилительно-преобразовательное устройство, вход которого соединен с выходом сверхвысокочастотного тракта, низкочастотное устройство синхронного детектирования, соединенное первым входом с выходом высокочастотного усилительнопреобраэовательного устройства и вторым входом с низкочастотным источником опорного напряжения, модулирующее устройство, модуляционный вход которого1627946 Составитель А, ФедоровРедактор А, Долинич Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий Заказ 336 Тираж 379 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ного напряжения, модулирующее устройство, модуляционный вход которого подключен к низкочастотному источнику опорного напряжения, отличающийся там,что, с целью увеличения стабильности измерений и уменьшения габаритов радиоспектрометра, модулирующее устройство вчлол 1 е но в виде модулятора фазы и включено в гверхвысокочастотный тракт между СВЧ-ге нератором и СВЧ-детектором.