Способ выделения сигналов в спектрометре электронного парамагнитного резонанса и устройство для его осуществления

(.Г 1ИЗОБРЕТДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСКОМУ ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИ(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени государственный унверситет им. В.И. Ленина(56) 1. Марон Р.С, и др, Аппаратурадля исследования электронного парамагнитного резонанса. Энергия,1968, с. 5-30,2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации радиоспектрометра ЭПР Ефирмы Чаг 1 ап ЖША), 1976 (прототип).(54) СПОСОБ ВЦЦЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ВСПЕКТРОМЕТРЕ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА И УСТРОЙСТВО ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1, Способ выделения сигналов вспектрометре электронного парамагнитного резонанса, включающий помещение резонатора с парамагнитным об раэцом в поляриэующее магнитное пО- ле, создание низкочастотной периодической развертки и высокочастотной модуляции магнитного поля, детектирование сигнала электронного парамагнитного резонанса детектором СВЧ, усиление избирательным усы лителем, детектирование высокочастотным синхронным детектором, преоб разование в цифровой код и синхронное суммирование многоканальным накопителем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и снижения трудоемкости настройки спектрометра, иэ каждой последукзцей реализации сигнала, определяемой соответствующим периодом низкочастотной развертки, вычитает-. ся среднее значение всех предыду, щих его реализаций.1078300 2, Устройство для выделения сигналов в спектрометре электронного парамагнитного резонанса, содержащее источник питания с устройством низкочастотной развертки и высокочастотный модулятор магнитного.пол электромагнита, между полюсными на. конечниками которого помещен измерительный резонатор, соединенный с блоком СВЧ, выход которого подключен к последовательно соединенным избирательному усилителю, синхронному детектору, аналого-цифровому преобразователю и накопителю, управ ляющий выход которого осуществляет развертку магнитного поля, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и снижения трудоемкости настройки спектрометров, в него дополнительно введены делитель частоты, реверсивный Изобретение относится к техникеэлектронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовако в приборостроительной промышленности при изготовлении спектрометров ЭПР,Известен способ детектированиясигналов в спектрометре ЭПР, при котором в резонаторе с парамагнитнымобразцом, помещенном в поляризующеемагнитное поле, создают высокочастотное магнитное поле и осуществляютнизкочастотную модуляцию магнитногополя, а сигнал, обусловленный ЭПР,детектируют детектором СВЧ, усиливают избирательным усилителем, детектируют высокочастотным синхронным детекторам и подают на регистрирующее устройство 1.Однако этот способ имеет ряд недостатков, обусловленных тем, чтосинхронный детектор осуществляетвыделение не только полезного сигнала, но и синхронных помех на частоте модуляции. Нестационарный характер этих помех приводит к увеличению шумов и, следовательно, к снижению чувствительности спектрометра.Кроме того, возникают сложности .впроцессе настройки спектрометра ипоиска спектров, связанные с тем,что изменение условий регистрации(мощности СВЧ, амплитуды модуляции,коэффициента усиления) неизбежноприводит к значительным изменениямуровня нулевой линии,Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ выпеления сигналов в спектро 5 10 15 20 2530 35 счетчик, буферный регистр, цифроаналоговый преобразователь, причемвход делителя частоты соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, выход делителя частотысоединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которогосоединен с вторым выходом аналогоцифрового преобразователя, первый ивторой выходы реверсивного счетчикасоединены с первым и вторым входомбуферного регистра, третий (установочный) вход которого соединен с выходом накопителя и входом источникапитания с устройством низкочастотной развертки, первый и второй выходы буферного регистра соединены спервым и вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора. метре электронного парамагнитногор".зонанса, включающий помещениерезонатора с парамагнитным образцом в поляризующее магнитное поле, создание низкочастотной периодическойразвертки и высокочастотной модуляции магнитного поля, детектирование сигнала ЭПР детектором СВЧ, усиление избирательным усилителем, детектирование высокочастотным синхронным детектором, преобразованиев цифровой код и синхронное суммирование многоканальным накопителем.Устройство для реализации способасодержит источник питания с устройством низкочастотной развертки ивысокочастотный модулятор магнитного поля электромагнита, между полюсными наконечниками которого помещен измерительный резонатор, соединенный с блоков СВЧ, выход которогоподключен к последовательно соединен. ным избирательному усилителю, синхронному детектору, аналого-цифровому преобразователю и накопителю, управляющий вход которого осуществляет развертку магнитного поля ( 2,Известный способ позволяет повысить чувствительность спектрометра за счет устранения влияния низкочастотных составляющих синхронных помех, однако не освобождает от затруднений, возникающих в процессенастройки спектрометра, связанныхс изменениями уровня нулевой линии,Кроме того, хотя низкочастотные составляющие синхронных помех и усредняются в процессе накопления, однако при длительных временах регистрации происходит смещение предварительно установленной нулевой линии,что приводит к неравномерной загрузке запоминающего устройства и, вконечном итоге, к неполному использованию ресурсов повышения чувствительности методом синхронного суммирования,Цель изобретения - повышениечувствительности и снижение трудоемкости настройки спектрометра.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу выделениясигналов в спектрометре ЭПР, включающему помещение резонатора с парамагнитным образцом в поляризующеемагнитное поле, создание низкочастотной периодической развертки ивысокочастотной модуляции магнитного поля, детектирование сигнала ЭПРдетектором СВЧ, усиление избирательным усилителем, детектирование высокочастотным синхронным детектором, преобразование в цифровой коди синхронное суммирование многоканальным накопителем, иэ каждой последукщей реализации сигнала, определяемой соответствующим периодомнизкочастотной развертки, вычитается среднее значение всех предыдущих его реализаций.В устройство для реализации способа, содержащее источник питания сустройством низкочастотной развертки и высокочастотный модулятор магнитного поля электромагнита, междуполюсными наконечниками которогопомещен измерительный резонатор,соединенный с блоком СВЧ, выход которого подключен к последовательносоединенным избирательному усилителю, синхронному детектору, аналогоцифровому преобразователю и накопителю, управляющий вход которогоосуществляет развертку магнитногополя, дополнительно введены делитель частоты, реверсивный счетчик,буферный регистр, цифроаналоговыйпреобразователь, причем вход делителя частоты соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, выход делителя частоты соединен с первым входом реверсивногосчетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, первый ивторой выходы реверсивного счетчика соединены с первым и вторым входом буферного регистра, третий (установочный) вход которого соединенс выходом накопителя и входом источника питания с устройством низкочастотной развертки, первый и второйвыходы буферного регистра соединены с первым и вторым входом цифроаналогового преобразователя, выходкоторого соединен с вторым входомсинхронного детектора,На чертеже приведена блок-схемаустройства, реализующего предлагаемый способ выделения сигналов вспектрометре ЭПР.В предлагаемом способе положи 5 тельный эффект выделения сигналовЭПР достигается эа счет того, чтопри регистрации спектра на 1-й развертке магнитного поля, т.е. в интервале времени от 1;до ;, начальный уровень на выходе синхронного детектора смещается на величину среднего значения суммы сигналаи помехи за интервал времени отдо Ф.; и т,д,Возможность сужения динамического диапазона последетекторной регистрации позволяет более эффективно использовать объем памяти накопителя.и, следовательно, повыситьчувствительность спектрометра.Достоинства предложенного способа особенно наглядно проявляютсяпри настройке спектрометра г поиске спектральных линий. В этом случае необходимые изменения условийрегистрации неизбежно приводят кизменениям уровня синхронной помехи (смещению нулевой линии), который при использовании предложенногоспособа автоматически компенсируется,30 существенно снижая трудоемкость настройки спектрометра.1устройство, осуществляющее предложенный способ, содержит электромагнит 1, источник питания 2 с уст 35 ройством низкочастотной развертки,высокочастотный модулятор 3, резонатор 4, блок 5 СВЧ, избирательныйусилитель б, синхронный детектор 7,аналого-цифровой преобразователь 8,40 цифровой накопитель 9, а также делитель 10 частоты, реверсивный счетчик 11, буферный регистр 12 и цифроаналоговый преобразователь 13.Устройство работает следующим об 45 разомЭлектромагнит создает поляризующее магнитное поле,низкочастотнаяразвертка которого осуществляетсяисточником 2 питания с устройствомнизкочастотной развертки, а высокочастотная модуляция магнитного поляосуществляется модулятором 3, Резонатор 4, помещенный между полюс.ными наконечниками электромагнита 1,связан с блоком 5 СВЧ, в которомсигнал, обусловленный ЭПР, детектируется детектором СВЧ, с выхода которого снимается сигнал ЭПР на частоте модуляции, Этот сигнал усиливается избирательным усилителем 660 и детектируется синхронным детектором 7. На второй вход синхронногодетектора поступает напряжение управления, осуществляющее.пропорциональное смещение начального уровня5 на выходе синхронного детектора.,1078300 35 40 45 Составитель С. РыковРедактор А, Шишкина Техред Л.Коцюбняк Корректор 1 решетняк Заказ 936/36 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Росударстненного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Далее низкочастотный сигнал ЭПР преобразуется н цифровой код аналогоцифровым преобразователем 8, которыйсинхронно суммируется цифровью накопителем 9. Синхронность накопления спектров достигается за счеттого, что управление разверткоймагнитного поля осуществляется пилообразным напряжением с выхода накопителя,Аналого-цифровой преобразователь8 имеет два выхода. С выхода 14 снимается последовательность импульсов,число которых соответствует среднему, напряжению на входе преобразователя 8 в каждом временном канале.С выхода 15 поступают импульсы, временное положение которых соответствует моменту окончания преобразования в каждом временном канале.Таким образом, за время одной развертки магнитного поля число импульсов, поступающих с выхода 14 преобразователя 8, равно среднему значению сигнала на входе преобразователя эа время этой развертки, умноженному на число каналов преобразования, а число импульсов на выходе 15эа время каждой развертки равно числу каналов преобразования. Числоимпульсная последовательность с выхода 14 преобразователя 8 поступает через делитель 10 частоты насуммирующий вход реверсивного счетчика 11, а импульсы с выхода 15на вычитающий вход реверсивногосчетчика 11. Коэффициент деленияделителя 10 частоты выбран равнымполовине разрядности аналого-цифрового преобразователя 8,Таким образом, если среднее значение сигнала на выходе синхронного детектора за нремя одной разверт.ки магнитного поля соответствуетсередине динамического диапазонааналого-циФрового преобразователя,то на оба входа реверсивного счет 5 10 15 20 25 30 чика 11 эа время этой разверткипоступит одинаковое количество импульсов, равное числу каналов преобразования, В случае смещения среднего значения сигнала эа период развертки вверх или вниз, содержимоесчетчика 11 соответственно увеличивается или уменьшается, Содержимоереверсивного счетчика 11 переписывается в буферный регистр 12 н моментокончания каждой развертки магнитного поля импульсом обратного ходас выхода накопителя, Цифроной код,записанный в регистре 12, преобразуется цифроаналоговым преобразователем 13 в напряжение, котороеподается на управляющий вход синхронного детектора, смещая его начальный выходной уровень к серединединамического диапазона аналогоцифрового преобразователяТаким образом, в момент начала каждой развертки начальное смещение выходногонапряжения синхронного детектораскачкообразно смещается к серединединамического диапазона аналогоцифрового преобразователя. Причемвеличина этого смещения равна среднему значению напряжения на выходесинхронного детектора за все предыдущие его развертки,Предлагаемые способ и устройство были испытаны совместно с малогабаритным унифицированным радиоспектрометром электронного парамагнитного резонанса Минск-РЭМ. Предложенное устройство реализовано н виде печатной платы, расположенной н субблоке цифроного накопителя. Как показали проведенные испытания, использование изобретения позволяет практически полностью устранить влияние низкочастотных синхронных помех, авремя настройки спектрометра и поиска спектральных линий сократилось в среднем на 20-30.