Микроволновый спектрометр

(51)5 6 01 М 22/О Н САНИЕ И СКОМУ СВИДЕТЕ ЬСТВ А(лния ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1231446, кл. 6 01 И 22/00, 1984.Авторское свидетельство СССРМ 1320723, кл. 6 01 й 22/00, 1985,(57) Использование: техника радиоизмерений для молекулярной спектроскопии примолекулярном и изотопном анализе веществ в газовой и паровой фазе, Сущностьизобретения: микроволновый спектрометрсодержит источник микроволнового излучения, состоящий из перестраиваемого генератора, управляемого блока питания,Изобретение относится к технике радиоизмерений и.молекулярной спектроскопии и может быть использовано при молекулярном и изотопном анализе веществ о газовой и паровой фазе,бИзвестна конструкция микроволнового спектрометра, содержащая источник когерентного микроволнового излучения, ячейку для исследуемого газа, синтезатор частоты, первый и второй усилители промежуточной частоты, смеситель, регистратор, первый и второй частотные детекторы, сумматор, блок вычитания, блок управления, частотный детектор.Недостатком данной конструкции является чрезвычайная сложность блока перестройки и стабилизации частоты.Б 2 1775653 А 1 подвижного элемента резонанснои системы и элемента для его перемещения. делитель излучения, ячейки с исследуемым газом и газом с известными спектральными характеристиками, два микрофона, детектор микроволнового излучения, интерферометр Майкельсона, источник когерентного оптического излучения, фотоприемник, усилители, синхронные детекторы, регистратор, генератор модулирующего излучения, Подвижный элемент резонансной системы, предназначенный для отражения назад части излучения генератора, выполнен в виде делительной пластины из материала, прозрачного для излучения генератора миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн или диафрагмы - для сантиметрового диапазона излучения, 2 з,п. ф-лы, 1 ил. микроволнового излучения, что ограничивает диапазон работы спектрометра, Наиболее близким по технической сущности является микроволновый спектрометр, содержащий перестраиваемый генератор микроволнового излучения с управляемым блоком питания, делитель излучения, первую и вторую ячейки с исследуемым газом и газом с известными спектральными характеристиками, соответственно, первый и второй микрофоны, перестраиваемый резонатор фабри-Перо, детектор микроволнового излучения, интерферометр Майкельсона, источник когерентного оптического излучения, фотоприемник, усилители, первый, второй и третий синхронные детекторы, регистратор, генератор модулирующего напряжения и элемент для перемещеподвижного зеркала интерфераметра Фабри-Перо,Основными недостатками известного микроволновога спектрометра являются;невысокая чувствительность, обусловленная малой мощностью выходного излучения источника микроволнового излучения;ограниченный диапазон работы спектрометра миллиметровым и субмиллиметровым диапазонами длин волн;невысокая точность измерения частот спектральных линий.Целью изобретения является повышение чувствительности, расширение спектрального диапазона спектраметра и увеличение точности измерений спектральных линий.Указанная цель дастигаетсл введением в конструкцию микроволнового спектра- метра дополнительно подвижного элемента, образующего резонансную систему с генератором микроволновога излучения, при этом, подвижный элемент резонансной системы выполнен в виде:делительной пластинь 1 из материала, прозрачного для излучения генератора субмиллиметрового и миллиметрового диапазонов., например из слюды, кварца, фторапласта и т.д,диафрагмы - для сантиметрового диапазона излучения, например: в виде металлического стержня, металлического экрана с отверстием, металлической сетки.На чертеже представлена структурная схема микроволнового спектрометра, Микроволновый спектрометр содержит генератор модулирующего напряжения 1, первый 2, второй 14 и третий 20 синхронные детекторы, первый 5, второй 13 и третий 19 усилители, перестраиваемый генератор микроволнового излучения 4, управляемый блок питания 3, подвижный элемент 7, алак перемещения подвижного элемента 6, источник когерентного оптического излучения 8, интерферометр Майкельсона 9, фотоприемник ",О, детектор микроволнового излучения 12, делитель излучения 11, первую ячейку длл исследуемого газа 15 и вторую ячейку длл газа с известными спектральными характеристиками 17, снабженные первым 16 и вторым 18 микрофонами, соответственно, регистратор сигналов 21,Подвижный элемент установлен на расстоянии от генератора микроволнового излучения, определяемом формулой:.=ос/2 югде с - скорость света; и - частота излучения генератора,т - число палуволн, укладывающихсямежду отракающим элементом и концомрезонатора или замедляющей системы ге 5 нератора микроволнового излучения.При изменениибудет меняться и резонансная частота системы генератор-отражающий элемент, что при наличии системыавтоподстрайки частоты генератора на мак 10 симум резонансной кривой резонансной системы позволяет осуществлять плавную ипооцередную перестаойку длины волны иэлуцения микроволнового генератора,Микроволновый спектрометр работает15 следуащим образом,Частота излучения перестраиваемогогенератора микроволновога излучения 4 автоматически настраивается на собственнуючастоту резонансной системы, образован 20 ной подвичным элементом и генератороммикроволнового излуценил 7 и 4, соответственно, при перемещении элемента 7 с помощью блока 6 осуществляется изменениечастоты излучения по рабоцему диапазону25 генератора 4, При совпадении частоты излучения с частотой линии поглощения газов вячейках 15 и 17 возникают сигналы, которыеулавливаются микрофонами 16 и 18 и черезусилители 13 и 19 и синхронные детекторы30 14 и 20 поступают на регистратор 21.Излучение генератора 4 частотно промадулировано путем подачи опорного напряжения с генератора 1 на блок питания 3.Это дает возможность выработать сигнал35 ошибки в системе автоподстройки частотыгенератора микроволнового излучения исинхронное детектирование сигналов с микрофонов 16 и 18.Автоматическая настройка на собствен 40 ную частоту резонатора осуществллетсяследующим образом: при отклонении часто,ты излучения микроволнового генератораот собственной частоты резонансной системы на первом синхронном детекторе 2 вы 15 рабатывается сигнал ошибки, которыйпоступает на блок питания 3 и изменяетнапряжение так, цтобы это отклонение частоты генератора 4 устранить,Таким обрэзом, цастота излучения гене 50 ратора 4 постепенно настраиваетсл на собственную частоту резонансной системы.При плавном перемещении элемента 7вдоль аси луча происходит перестройка резонансной системы и соответственно, пере 55 стройка цастоты излучения микроволновогогеератора;Одновременно с записью спектров нарегистратор 21 поступает интерферограммас фотоприемника 10, образованнэл интерфсрометроч Майкельсона 9, и служащая для1775653 Составитель Г.ХмельницкийТехред М,Моргентал . Корректор Т.Палий дактор Заказ 4031 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роиэаодственно-издательский комбинат "Патент". г. Уж ул Гаг,рьрегистрации перемещения элемента 7. Вследствие этого, периоды интерферограммы связаны с частотой излучения микроволнового генератора и являются метками точного масштаба для измерения частоты,Ф о р мул а изобретен ия 1. Микроволновый спектрометр, содержащий последовательно соединенные генератор модулирующего напряжения, первый синхронный детектор, управляемый блок питания и перестраиваемый генератор микроволнового излучения, оптически связанные источник когерентного оптического излучения, интерферометр Майкельсона и фотоприемник, выход которого соединен с первым входом регистратора, детектор излучения, выход которого через усилитель подключен к второму входу первого синхронного детектора, делитель луча, один выход которого оптически связан с ячейкой для исследуемого газа, выход которой через последовательно соединенные первый микрофон, второй усилитель и второй синхронный детектор подключен к второму входу регистратора, ячейку для газа с известными спектральными характеристиками, установленную последовательно с ячейкой для исследуемого газа, выход которой через последовательно соединенные варой микрофон, третий усилитель, третий синхронный детектор подкл очен к третьему входурегистратора, при этом вторые входы второ 5 го и третьего синхронных детекторов и управляемого блока питания соединены свыходом генератора модулирующего напряжения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений и увеличе 10 ния чувствительности, введен подвижныйэлемент, образующий общую резонанснуюсистему с элементами перестраиваемого генератора микроволнового излучения, приэтом вход и второй выход делителя луча15 оптически связаны соответственно с выходом подвижного элемента и входом детектора излучения,2. Спектрометр по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что подвижный элемент20 выполнен в виде делительной пластиныиз материала, прозрачного для излучения субмиллиметрового и миллиметровогодиапазонов волн,3. Спектрометр по и. 1. о т л и ч а ю 25 щ и й с я тем, что, с целью расширенияя диапазона измеряемыхспектров,подвижный элемент выполнен в виде диафрагмы сантиметрового диапазона длин волн.