Спектрометр электронного парамагнитного резонанса с высокочастотной модуляцией

Сотов Советсими Соцмаямстмчес рос пубттми ТОМСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ельное к авт, свид-ву 1) Доволн(22) Заявлено 27,10,80 (21) 2997580/18-25 51) Кд,01 И 24/10 с присоединением заявки ретеееиый комитет СССР(23) Приори яубликовано 1506.82. Бюллетень М ио делам изобретен и отирцтиХ К 538.69. 3. 2 (088.8 нковання оянсания 15,06 .82 та Рутковский и(72) Авторы изобретенття физическиха Трудового,ельский институт прикладных евченко и Белорусский орден государственный университетВ.И.Ленина Научно-исследова проблем им, А.Н, Красного Знамени Зая вител(54) СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНО РЕЗОНАНСА С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕ ехн леннос- трометыссле- мно- щестИзобретение относится к т ике электронного парамагнитного резонан" са (ЭПР) и может быть использовано в приборостроительной промыщ ти при изготовлении ЗПР-спекров.Известны спектрометры ЭПР, в которых индикация спектров парамагнитного резонанса. осуществляется иа постоянном токе или же на звуковой частоте1.Однако эти спектрометры .не имеют высокой чувствительности, так как она ограничена низкочастотными шумами кристаллического детектора, а так же не имеют возможности исследовать кинетические процессы в веществах с короткими временами релаксации.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спектрометр, содержащий последовательно соединенные синхронный детектор, усилитель сигнала ЭПР, блок СВЧ-излучения и измерительный резо.Ф,Стельмах, Л.В,ЦвиркС.Якубов натор с элементами модуляции, управляемыми ог модулятора магнитногополя, Высшая частота модуляции магнитного поля этого спектрометра составляет 100 кГц, Он обладает максимальной чувствительностью при измерениях с высокодобротным измерительным резонатором 12. Однако при увеличении частот тамодуляции магнитного поля при и довании кинетических явлений в гокомпонентных парамагнитных ве вах с различнымй временами релаксации появляются амплитудные и фазовы иискажения сигнала ЭПР, так как изме рительный резонатор является фильтром с полосой частот, определяемой добротностью резонатора. При увеличении частоты модуляции магнитного поля необходимо снижать добротность измерительного резонатора, что приводит к снижению чувствительности спектрометра в целом.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей:спектрометра ЭПР путем увеличениядиапазона частот модуляции магнитного поля. 5Поставленная цель достигаетсятем, что в спектрометр ЭПР, содержа.щий последовательно соединенныесинхронный детектор, усилитель сигнала ЭПР, блок СВЧ-излучения и измерительный резонатор с элементамимодуляции, управляемыми от модулятора магнитного поля, дополнительновведены второй модулятор магнитногополя, подключенный к измерительному 15резонатору с элементами модуляции,и синтезатор разностной частоты,:входы которого соединеНы со вторымивыходами первого и второго модуляторов магнитного поля, а его выходподключен к синхронному детектору.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого спектрометра.Спектрометр содержит модулятор 1,магнитного поля с частотой Г, модулятор 2 магнитного поля с частотойГ, измерительный резонатор 3 с элементами модуляции, блок СВЧ 4, усили"тель сигнала ЭПР 5, синхронный детектор 6, синтезатор 7 разностнойцастоты, например, на основе извест-.ного смесителя двух частот, Модуляторсоединен с элементами модуляцииизмерительного резонатора 3, а такжес одним из входов синтезатора 7 разностной частоты. Модулятор 2 аналогично связан со вторым входом синте"затора 7 и элементами модуляции резонатора 3. Выход синтезатора 7 подключен к опорному входу синхронногодетектора 6, а к сигнальному входу40синхронного детектора 6 подключен вы"ход усилителя сигнала ЭПР 5. Входблока СВЧ 4 соединен с измерительнымрезонатором 3, а выход - с входомусилителя сигнала ЭПР 5,Спектрометр работает следующим образом.В месте расположения исследуемогообразца в измерительном резонаторес помощью элементов модуляции, на 5 вкоторые подается модулирующее напряжение от модуляторов 1 и 2,.осуществ"ляется малая модуляция магнитного поля около его резонансного значенияодновременно на двух частотах Ю и 55Г. Мощность СВЧ, отражающаяся от измерительного резонатора 3 и несущаяинформацию о сигнале ЭПР, будет по 1 4этому также промодулирована. Наличие парамагнитного образца в измерительном резонаторе приводит к модуляции мощности СВЧ на частотах , Е,+ Г 2) и Х, - Г) . Однако поскольку частоты модуляторов Г и К 2 высоки тлегде Г - частота СВЧ, Я - добротность измерительного резонатора, и одновре- Епенно ) К - Е С в ; та парне преобразования блоком СВЧ 4 к усилителю сигнала ЭПР 5 поступает неискаженный сигнал на частоте Г, - 1 . После усиления на этой частоте сигнал поступает на вход синхронного детектора 6. Одновременно на опорный вход детектора 6 поступает сигнал разностной цастоты, сформированный в синтезаторе 7 из частот 1 и Г модуляторов 1 и 2, благодаря чему осуществляется неискаженная регистрация сигнала ЭПР от образца, который под. вергается воздействию;высокоцастот" ной модуляции.Следовательно, выбирая высокие частоты модуляторов таким образом, чтобы их разность была в полосе частот измерительного резонатора, в предлагаемом спектрометре в отличие от известного достигается увеличение частоты модуляции магнитного поля без понижения добротности измерительного резонатора, что обеспечивает неискаженную и высокочувствительную регистрацию спектров ЭПР в обьектах с парамагнитными центрами с короткими временами релаксации.Формула изобретенияСпектрометр электронного парамагнитного резонанса с высокочастотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные синхронный детектор, усилитель сигнала ЭПР, блок СВЧ-излучения и измерительный резонатор с элементами модуляции, управляемыми от модулятора магнитного поля, о т л и ч а ю щ.и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения диапазона частот модуляции, в него дополнительно введены второй модулятор магнитного поля, подключенный к измерительному резонатору с элемен